Synthetic auxotrophy remains stable after continuous evolution and in co-culture with mammalian cells.

In dieser PrePrint-Studie wird eine Containment-Strategie vorgestellt, um sicherzustellen, dass gentechnisch veränderte Bakterien nicht außerhalb des Labors überleben können. Dafür wird den Mikroorganismen eine Abhängigkeit von einem bestimmten synthetischen Nährstoff eingebaut. Die gentechnisch-veränderten Bakterien können nur wachsen, wenn ihnen dieser bestimmte Stoff in das Nährmedium zugesetzt wird. Ist er nicht vorhanden, sterben die Bakterien ab, da sie ihn nicht selbst herstellen können, ein Effekt, der auch „synthetische Auxotrophie“ genannt wird. Dieser Ansatz wurde schon häufig als Containment-Strategie diskutiert. Ein Problem dieser Strategie ist jedoch, dass sich das Erbgut der Bakterien häufig zu schnell verändert und sie durch diesen positiven Selektionsdruck den genetischen Sicherheitsmaßnahmen entkommen können. Es könnten sich also Bakterien durchsetzen, die auch ohne den Zusatz des synthetischen Nährstoffes überleben können.
Die Autoren der Studie haben nun einen Weg gefunden, diesen Effekt zu verhindern: Sie veränderten für das Überleben notwendige Gene im Erbgut der Bakterien so, dass sie den synthetischen Stoff Biphenylalanin (BipA) brauchen, um ihre Funktion zu erfüllen. Sie kultivierten diese Bakterien über einen längeren Zeitraum von 100 Tagen in ganz speziellen Inkubatoren, die eine kontinuierliche und automatisierte Aufzucht der Bakterien ermöglichen, ein Vorgang der auch kontinuierliche Evolution genannt wird. Dabei verringerten die Autoren die Konzentration von BipA und erhöhten damit den Selektionsdruck. Es könnten also bevorzugt Bakterien überleben, die nicht mehr abhängig von dem Zusatzstoff sind. Es zeigte sich aber, dass die synthetische Auxothropie der Bakterien und damit die Abhängigkeit von BipA über 100 Tage trotz des Selektionsdrucks stabil bleibt. Es traten keine Mutationen in den synthetischen Auxotrophie-Markern auf. Sie fanden heraus, dass Mutationen in ganz bestimmten Transporter Genen auftraten, die es den Bakterien erlauben unter einer geringeren Konzentration von BipA zu überleben. Die Mutationen in diesen Transportergene bewirken wahrscheinlich, dass BipA länger in der Zelle zurückbleibt und weniger schnell aus den Bakterien hinausbefördert wird.