哈佛醫學院的科學家們開發出了一種新的解決方案，可以幫助確定農產品和其他商品的原產地，這種DNA條形碼微生物系統可用于以廉價、可擴展和可靠的方式標記物體。

    為了鑒定物體的來源地，研究人員開發了一種合成微生物系統

    這種DNA條形碼孢子可以噴灑在農作物、制成品等物品表面，數月至數年后還能被檢測到

    這種條形碼孢子是安全的，它們來自普通和安全的微生物菌株，而且不能在野外生長

    利用該技術可以幫助確定食源性疾病的來源

    每年約約有4800萬美國人因食源性病菌患病，導致約128000人住院治療，3000人死亡。這一公共衛生問題因產品召回造成數十億美元的經濟損失而雪上加霜，凸顯了迅速準確確定食源性疾病來源的必要性。

    然而，隨著全球供應鏈對消費者可獲得的各種食品的日益復雜，追蹤受污染物品的確切來源的任務可能會變得困難。

    哈佛醫學院的科學家們開發出了一種新的解決方案，可以幫助確定農產品和其他商品的原產地，這種DNA條形碼微生物系統可用于以廉價、可擴展和可靠的方式標記物體。

    北京時間6月5日，該研究小組在《Science》雜志上發表報告，描述了如何將合成的微生物孢子安全地引入物體和表面源發地，如田地或制造廠，并在數月后被檢測和鑒定。

    這些孢子來自面包酵母和一種常見的細菌菌株，廣泛應用于各種用途，如益生菌膳食補充劑，并被設計成不能在野外生長，以防止不利的生態影響。

    近年來，科學家們對微生物與環境之間的相互作用有了大量的了解。研究表明，家里、手機上、人體上以及其他地方的微生物群落都具有與指紋相似的獨特成分。然而，嘗試使用微生物指紋來鑒定出處可能會耗費時間，而且不容易成規模進行。

    而使用定制的合成DNA序列作為條形碼原則上已被證明是有效的食品標簽。為了廣泛應用，DNA條形碼必須以低成本大量生產，在高度多變的環境中持續存在于物體上，并且能夠可靠而快速地解碼——這些障礙至今尚未克服，因為DNA是脆弱的。

    系統生物學副教授Michael Springer 團隊著手確定包裝在微生物孢子中的DNA條形碼是否有助于解決這些難題 ，許多微生物，包括細菌、酵母菌和藻類，在惡劣的環境條件下形成孢子。與種子類似，孢子能讓微生物保持非常長的休眠期，并在高溫、干旱和紫外線輻射等極端條件下生存。

    研究小組創建了定制的DNA序列，將它們整合到兩種微生物的孢子基因組中——釀酒酵母（也稱為面包酵母）和枯草芽孢桿菌（一種常見且廣泛存在的細菌，具有多種商業用途，包括作為膳食益生菌，一種土壤接種劑和某些食物中的發酵劑。這些孢子可以在實驗室大量廉價地生長。

    合成的DNA序列很短，不編碼任何蛋白質產品，因此在生物學上是惰性的。這些序列被串聯插入基因組，這樣就可以產生數十億個獨特的條形碼。

    研究小組還確保了DNA條形碼孢子不能在野外繁殖、生長和傳播。他們通過使用需要特殊營養補充的微生物菌株和刪除孢子萌發和生長所需的基因來做到這一點。從數億到超過一萬億的改良孢子的實驗證實了它們不能形成菌落。

    為了讀取DNA條形碼，研究人員使用了一種廉價的基于CRISPR的工具，該工具能夠快速、高靈敏度地檢測到基因目標的存在。這項技術被稱為夏洛克（SHERLOCK），是由麻省理工學院（MIT）和哈佛大學Broad學院（Harvard）合作開發的，由該學院成員James Collins和張峰領導。

    “孢子可以在野外生存很長時間，而且它也是整合DNA條形碼的好媒介，”研究的第一作者之一、英國皇家科學院系統生物學研究生詹森?錢（Jason Qian）說。“識別條形碼很簡單，用手機攝像頭上的讀板器和橙色塑料過濾器就行。我們不認為這對野外作業部署有任何挑戰。”

    Springer說：“李斯特菌、沙門氏菌和大腸桿菌等有害食源性病原體的爆發自然而頻繁。簡單、安全的合成生物學工具和基礎生物學知識使我們能夠創造出在解決現實世界安全問題方面具有很大潛力的東西。”