分享一篇發表在Nature Microbiology上的文章，文章的題目為“Engineered orthogonal and obligate bacterial commensalism mediated by a non-standard amino acid”，通訊作者為來自美國特拉華大學的Aditya M. Kunjapur助理教授，其團隊長期致力于擴展生物化學的合成生物學。
合成生物學應用廣泛，但工程微生物在環境中的生存控制困難，現有生物遏制策略在復雜環境中效果不佳。本研究旨在設計一種正交專性共生關系，實現工程微生物在特定環境的自主生存控制，減少對外源化學物質的依賴。
據此，作者設計了“生產者 - 利用者”的雙菌株系統：用非標準氨基酸（nsAA）作為兩者之間橋梁，讓工程菌的生存僅依賴特定菌株，無需添加外源化學物質。
研究團隊為nsAA定下6條 “嚴苛標準”， 包括在自然界中不常見，可降低自然交叉喂養風險；化學性質穩定，能防止不必要的反應；生物合成可行，可通過工程手段合成；能利用現有遺傳編碼工具實現位點特異性整合；可支持合成營養缺陷型菌株生存，促使共生關系形成；具有可降解性，能維持對nsAA生產者的嚴格依賴并避免環境污染。而非標準氨基酸OMeTyr（O-甲基-L-酪氨酸）符合理想nsAA的多項標準。
隨后，作者設計了“生產者-利用者”的雙菌株系統，其中“生產者”菌株自帶 “微型工廠”，能合成OMeTyr。而“利用者”菌株的關鍵蛋白合成必須依賴 OMeTyr，一旦離開生產者，就會死亡。通過基因優化，利用者的逃逸率低至 2.8×10??，創同類研究新低。
后續，作者通過共培養實驗，證明當利用者與生產者菌株配對時，前者能穩定生長；但若換成普通大腸桿菌，利用者則無法生存，證明依賴關系絕對專一。此外，在模擬玉米根部的微生物群落中，作者發現生產者能夠持續供應OMeTyr，讓利用者菌株存活，而當利用者被 “斷糧” 后，24小時內無任何存活，安全性遠超依賴外源化學物質的傳統菌株。
總之，本文通過設計大腸桿菌間基于非標準氨基酸（nsAA）OMeTyr的正交專性共生關系，提出新的生物遏制策略，為微生物生態研究和生物遏制提供了新方向。
本文作者：LJF
責任編輯：LZ
DOI：10.1038/s41564-025-01999-5
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41564-025-01999-5
