Википедија

Генетски изменета бактерија

Генетски изменета бактерија ― првиот организам кои бил изменет во лабораторија, поради нивната едноставна генетика.[1] Овие организми сега се користени за неколку намени и се особено важни за производство на големи количини на чисти човечки белковини за употреба во медицината.[2]

Историја

уреди

Првиот пример со изменета бактерија бил сторен во 1978 година кога Херберт Бојер, работејќи во лабораторијата на Универзитетот во Калифорнија, зел верзија на генот за човечки инсулин и ја вметнал во бактеријата Escherichia coli за да произведе синтетички „човечки“ инсулин. Четири години подоцна, верзијата била одобрена од Службата за храна и лекови на Соединетите Држави.

Истражување

уреди

 

 
 
Лево: Бактерија преобразена со плазмидот pGLO под стишено светло Десно: Бактерија преобразена со плазмидот pGLO под ултравиолетова светлина

Бактериите биле првите организми кои биле генетски изменети во лабораторија, поради релативната леснотија на изменување на нивните хромозоми.[3] Оваа леснотија ги направила важни алатки за создавање на други генетски изменети организми. Гените и другите генетски информации од широк опсег на организми може да бидат додадени во плазмидот и да бидат вметнати во бактериите за складирање и изменување. Бактериите се евтини, лесни за одгледување, да бидат клонирани, брзо се размножуваат, релативно лесно се преобразуваат и може да бидат складираат на -80 °C речиси на неодредено време. Откако генот е изолиран, тој може да биде складиран во бактериите, обезбедувајќи неограничено снабдување за истражување.[4] Големиот број на сопствени плазмиди го прават релативно лесно манипулирањето со ДНК која е отсечена од бактерии.[5]

Нивната леснотија на користење ги направило одлични алатки за научниците кои сакаат да ја проучуваат функцијата и еволуцијата на гените. Повеќето манипулации со ДНК се одвивани во бактериски плазмиди пред да бидат пренесени на друг домаќин. Бактериите се наједноставниот моделен организам и поголемиот дел од нашето рано разбирање на молекуларната биологија доаѓа од проучувањето на Escherichia coli.[6] Научниците можат лесно да манипулираат и комбинираат гени во белковините за да создадат нови или нарушени белковини и да го набљудуваат ефектот што тоа го има на различни молекуларни системи. Истражувачите ги комбинирале гените од бактериите и археите, што довело до сознанија за тоа како овие два биле разликувани во минатото.[7] Во областа на синтетичката биологија, тие биле користени за тестирање на различни синтетички пристапи, од синтетизирање на геноми до создавање на нови нуклеотиди.[8][9][10]

Храна

уреди

Бактериите се користени во производството на храна многу долго време, а за таа работа се развиени и избрани специфични соеви во индустриски размери. Тие може да се користени за производство на ензими, аминокиселини, ароми и други соединенија што се користени во производството на храна. Со доаѓањето на генетското инженерство, лесно може да бидат воведени нови генетски промени во овие бактерии. Повеќето бактерии кои произведуваат храна се млечнокиселински бактерии, и токму тука поминал поголемиот дел од истражувањата за генетски изменети бактерии кои произведуваат храна. Бактериите може да бидат изменети за да работат поефикасно, да го намалат производството на токсични нуспроизводи, да го зголемат производството, да создадат подобрени соединенија и да ги отстранат непотребните биолошки патишта.[11] Прехранбените производи од генетски изменети бактерии се алфа-амилаза, која го претвора скробот во едноставни шеќери, химозин, кој ги згрутчува млечните белковини за правење сирење и пектинестеразата, која ја подобрува бистрината на овошниот сок.[12]

Во сирењето

уреди

Химозинот е ензим кој се произведува во стомакот на младите цицачи преживари за да биде сварено млекото. Варењето на млечните белковини преку ензими е од суштинско значење за производството на сирење. Видовите Escherichia coli и Bacillus subtilis можат да бидат генетски конструирани за да синтетизираат и излачуваат химозин,[13] обезбедувајќи поефикасно средство за производство. Употребата на бактерии за синтеза на химозин, исто така, обезбедува вегетаријански метод за правење сирење, бидејќи претходно, младите преживари (обично младенчињата) требале да бидат колени за да биде извлечен ензимот од слузницата на желудникот.

Индустриска употреба

уреди

Генетски изменетите бактерии се користени за производство на големи количини на белковини за индустриска употреба. Општо земено, бактериите се одгледувани до голем волумен пред да биде активиран генот што ја кодира белковината. Бактериите потоа се собирани и саканата белковина е прочистувана од нив.[14] Високата цена на екстракција и прочистување значело дека само производи со висока вредност се произведени на индустриско ниво.[15]

Фармацевтско производство

уреди

Поголемиот дел од индустриските производи од бактерии, се човечки белковини за употреба во медицината.[16] Многу од овие белковини се невозможни или тешко да бидат добиени преку природни методи и помала е веројатноста да бидат контаминирани со патогени, што ги прави побезбедни.[14] Пред рекомбинантните белковински производи, неколку третмани биле изведени од трупови или други дарувани телесни течности и можеле да пренесат болести.[17] Навистина, трансфузијата на крвни производи претходно довела до ненамерна инфекција на хемофиличарите со ХИВ или хепатитис Ц; на сличен начин, третманот со човечки хормон за раст добиен од кадаверните хипофизни жлезди може да доведе до појава на Кројцфелд-Јакобовата болест.[17][18]

Првата медицинска употреба на генетски изменети бактерии било производство на белковински инсулин за лекување на дијабетес.[19] Други произведени лекови се фактори на згрутчување за лекување од хемофилија,[20] човечки хормон за раст за лекување на различни облици на џуџест раст,[21][22] интерферон за лекување на некои видови рак, еритропоетин за анемични пациенти и ткивно специфичен плазминоген активатор кој го раствора згрутчувањето на крвта.[14] Надвор од медицината, тие се користени за производство на биогорива.[23] Постои интерес за развој на екстрацелуларен изразувачки систем во рамките на бактериите за да бидат намалени трошоците и да биде направено производството на повеќе производи економично.[15]

Здравје

уреди

Со поголемо разбирање на улогата што микробиомот ја игра во човековото здравје, постои потенцијал за лекување од болести преку генетско менување на бактериите за да бидат самите терапевтски агенси. Идеите вклучуваат менување на цревните бактерии за да ги уништуваат штетните бактерии или користење на бактерии за замена или зголемување на дефицитарните ензими или белковини. Еден фокус на истражување е да бидат изменети лактобацилите, бактерии кои природно обезбедуваат одредена заштита од ХИВ, со гени кои дополнително ќе ја подобрат оваа заштита.[24] Бактериите кои воглавно предизвикуваат кариес се конструирани да повеќе не произведуваат млечна киселина што ги кородира забите.[25] Овие трансгенски бактерии, доколку им се дозволи да ја колонизираат устата на една личност, можеби би можеле да го намалат образување на шуплини.[26] Трансгенските микроби, исто така, биле користени во неодамнешните истражувања за убивање или спречување на тумори и за борба против Кроновата болест.[27]

Ако бактериите не образуваат колонии во пациентот, лицето мора постојано да ги внесува изменетите бактерии за да ги добие потребните дози. Овозможувањето на бактериите да образуваат колонија може да обезбеди подолгорочно решение, но исто така може да предизвика загриженост за безбедноста бидејќи меѓудејствијата помеѓу бактериите и човечкото тело се помалку разбрани отколку со традиционалните лекови.

Еден пример за таков меѓупроизвод, кој создава само краткорочни колонии во гастроинтестиналниот тракт, може да биде Lactobacillus Acidophilus MPH734. Бактеријата е користена како специфичност во третманот на нетолеранција на лактоза. Оваа генетски изменета верзија на истоимената бактерија, произведува исчезнат ензим наречен лактаза кој е користен за варење на лактозата што се наоѓа во млечните производи или, почесто, во храната подготвена со млечни производи. Краткорочната колонија се индуцира во текот на еднонеделен режим на третман со 21 таблета, по што привремената колонија може да произведе лактаза три месеци или повеќе пред да се отстрани од телото со природни постапки. Режимот на индукција може да биде повторуван онолку често колку што е потребно за да биде одржана заштита од симптомите на нетолеранција на лактоза или да се прекине без никакви последици, освен враќање на првобитните симптоми.

Постои загриженост дека хоризонталниот пренос на гени на други бактерии може да има непознати ефекти. Од 2018 година, во тек се клинички испитувања за тестирање на ефикасноста и безбедноста на овие третмани.[24]

Земјоделство

уреди

Повеќе од еден век, бактериите се користени во земјоделството. Посевите се инокулирани со Rhizobia (и од неодамна Azospirillum) за да биде зголемено нивното производство или да биде дозволено да бидат одгледувани надвор од нивното првобитно живеалиште. Примената на Bacillus thuringiensis и други бактерии може да помогне во заштитата на посевите од наезда од инсекти и растителни болести. Со напредокот во генетското инженерство, овие бактерии се манипулирани за зголемена ефикасност и проширен опсег на домаќини. Додадени биле и маркери за да помогнат во следењето на ширењето на бактериите. Бактериите кои природно колонизираат одредени култури кои исто така биле изменети, во некои случаи за да ги изразат гените со Bacillus thuringiensis одговорни за отпорноста на штетници. Видовите на бактериите на Pseudomonas предизвикуваат оштетување од мраз со нуклеирање на водата во ледени кристали околу себе. Ова довечп до развој на минусномразни бактерии, на кои им се отстранети гените за образување мраз. Кога се применувани врз култури, тие можат да се натпреваруваат со плусномразните бактерии и да донесат одредена отпорност кон мразот.[28]

 
Ова уметничко дело е направено со бактерии изменети за да изразуваат 8 различни бои на флуоресцентни белковина.

Други употреби

уреди

Други употреби за генетски изменети бактерии се во биоремедијацијате, каде што бактериите се користат за претворање на загадувачите во помалку токсичен облик. Генетското инженерство може да ги зголеми нивоата на ензимите што се користени за разградување на токсинот или за да ги направи бактериите постабилни во услови на животната средина.[29] Генетски изменетите бактерии се исто така развиени за истекување на бакар од рудата,[30] чистење на загадувањето со жива[31] и откривање на арсен во водата за пиење.[32] Биоуметноста е создадена и со користење на генетски изменети бактерии. Во 1980-тите, уметникот Џо Дејвис и генетичарот Дејна Бојд го претвориле германскиот симбол за женственост (ᛉ) во бинарен код, а потоа во сенвенца на ДНК, која потоа била изразена во Escherichia coli.[33] Чекор понатаму бил сторен кога во 2012 година, кога цела книга била кодирана на ДНК.[34] Сликите се исто така произведени со помош на бактерии преобразувани со флуоресцентни белковини.[33][35][36]

Генетски изменети производи синтетизирани од бактерии

уреди

Наводи

уреди
  1. ↑ „Animal transgenesis: state of the art and applications“ (PDF). Journal of Applied Genetics. 48 (1): 47–61. 2007. doi:10.1007/BF03194657. PMID 17272861. Архивирано од изворникот (PDF) на 6 ноември 2009.
  2. ↑ „Protein therapeutics: a summary and pharmacological classification“. Nature Reviews. Drug Discovery. A guide to drug discovery. 7 (1): 21–39. јануари 2008. doi:10.1038/nrd2399. PMID 18097458.
  3. ↑ „Animal transgenesis: state of the art and applications“ (PDF). Journal of Applied Genetics. 48 (1): 47–61. 2007. doi:10.1007/BF03194657. PMID 17272861. Архивирано од изворникот (PDF) на 6 ноември 2009.
  4. ↑ „Rediscovering Biology - Online Textbook: Unit 13 Genetically Modified Organisms“. www.learner.org. Архивирано од изворникот на 2019-12-03. Посетено на 19 февруари 2024.
  5. ↑ „A central repository for published plasmids“. Science. 307 (5717): 1877. март 2005. doi:10.1126/science.307.5717.1877a. PMID 15790830.
  6. ↑ Cooper, Geoffrey M. (2000). „Cells As Experimental Models“. The Cell: A Molecular Approach. 2nd Edition.
  7. ↑ „Microbe Mystery“. Scientific American. 319 (1): 18. јуни 2018. Bibcode:2018SciAm.319a..18P. doi:10.1038/scientificamerican0718-18a. PMID 29924081.
  8. ↑ „Tuning the dials of Synthetic Biology“. Microbiology. 159 (Pt 7): 1236–53. јули 2013. doi:10.1099/mic.0.067975-0. PMC 3749727. PMID 23704788.
  9. ↑ Pollack, Andrew (7 мај 2014). „Researchers Report Breakthrough in Creating Artificial Genetic Code“. The New York Times. Посетено на 19 февруари 2024.
  10. ↑ „A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet“. Nature. 509 (7500): 385–8. мај 2014. Bibcode:2014Natur.509..385M. doi:10.1038/nature13314. PMC 4058825. PMID 24805238.
  11. ↑ Kärenlampi SO, von Wright AJ (2016-01-01). Encyclopedia of Food and Health. стр. 211–216. doi:10.1016/B978-0-12-384947-2.00356-1. ISBN 9780123849533.
  12. ↑ Panesar, Pamit et al. (2010) Enzymes in Food Processing: Fundamentals and Potential Applications, Chapter 10, I K International Publishing House, ISBN 978-93-80026-33-6
  13. ↑ Luerce, T.D.; Azevedo, M. S.; LeBlanc, J.G.; Azevedo, V.; Miyoshi, A.; Pontes, D. S. (ноември–декември 2014). „Recombinant Lactococcus lactis fails to secrete bovine chymosine“. Bioengineered. 5 (6): 363–370. doi:10.4161/bioe.36327. PMC 4601287. PMID 25482140.
  14. ↑ 14,0 14,1 14,2 Jumba, Miriam (2009). Genetically Modified Organisms the Mystery Unraveled. Durham: Eloquent Books. стр. 51–54. ISBN 9781609110819.
  15. ↑ 15,0 15,1 „Genetic engineering modification and fermentation optimization for extracellular production of recombinant proteins using Escherichia coli“. Applied Microbiology and Biotechnology. 102 (4): 1545–1556. февруари 2018. doi:10.1007/s00253-017-8700-z. PMID 29270732.
  16. ↑ „Protein therapeutics: a summary and pharmacological classification“. Nature Reviews. Drug Discovery. A guide to drug discovery. 7 (1): 21–39. January 2008. doi:10.1038/nrd2399. PMID 18097458.
  17. ↑ 17,0 17,1 „Prions and blood products“. Annals of Medicine. 32 (7): 501–13. октомври 2000. doi:10.3109/07853890009002026. PMID 11087171.
  18. ↑ „Coagulation factor concentrates: past, present, and future“. Lancet. 370 (9585): 439–48. август 2007. doi:10.1016/S0140-6736(07)61199-4. PMID 17679021.
  19. ↑ „Therapeutic insulins and their large-scale manufacture“. Applied Microbiology and Biotechnology. 67 (2): 151–9. април 2005. doi:10.1007/s00253-004-1809-x. PMID 15580495.
  20. ↑ „Recombinant clotting factors“. Thrombosis and Haemostasis. 99 (5): 840–50. мај 2008. doi:10.1160/TH07-10-0593. PMID 18449413.
  21. ↑ „Recombinant growth hormone for idiopathic short stature in children and adolescents“ (PDF). The Cochrane Database of Systematic Reviews (3): CD004440. јули 2007. doi:10.1002/14651858.CD004440.pub2. PMID 17636758.
  22. ↑ „Recombinant growth hormone for children and adolescents with Turner syndrome“ (PDF). The Cochrane Database of Systematic Reviews (1): CD003887. јануари 2007. doi:10.1002/14651858.CD003887.pub2. PMID 17253498.
  23. ↑ Summers, Rebecca (24 април 2013) "Bacteria churn out first ever petrol-like biofuel" New Scientist, Посетено на 19 февруари 2024
  24. ↑ 24,0 24,1 „Genetically modified bacteria enlisted in fight against disease“. Nature. 558 (7711): 497–498. јуни 2018. Bibcode:2018Natur.558..497R. doi:10.1038/d41586-018-05476-4. PMID 29946090.
  25. ↑ „Genetically modified Streptococcus mutans for the prevention of dental caries“. Antonie van Leeuwenhoek. 82 (1–4): 361–6. август 2002. doi:10.1023/A:1020695902160. PMID 12369203.
  26. ↑ „Modification of an effector strain for replacement therapy of dental caries to enable clinical safety trials“. Journal of Applied Microbiology. 102 (5): 1209–19. мај 2007. doi:10.1111/j.1365-2672.2007.03316.x. PMID 17448156.
  27. ↑ „A phase I trial with transgenic bacteria expressing interleukin-10 in Crohn's disease“. Clinical Gastroenterology and Hepatology. 4 (6): 754–9. јуни 2006. doi:10.1016/j.cgh.2006.03.028. PMID 16716759.
  28. ↑ „Genetically modified bacteria in agriculture“. Biochimie. 84 (11): 1061–72. ноември 2002. doi:10.1016/s0300-9084(02)00035-4. PMID 12595134.
  29. ↑ „Contemporary enzyme based technologies for bioremediation: A review“. Journal of Environmental Management. 210: 10–22. март 2018. doi:10.1016/j.jenvman.2017.12.075. PMID 29329004.
  30. ↑ Valda, Daniela; Dowling, Julian (10 декември 2010). „Making Microbes Better Miners“. Business Chile Magazine. Архивирано од изворникот на 17 декември 2010. Посетено на 19 февруари 2024.
  31. ↑ „Characterization of mercury bioremediation by transgenic bacteria expressing metallothionein and polyphosphate kinase“. BMC Biotechnology. 11: 82. август 2011. doi:10.1186/1472-6750-11-82. PMC 3180271. PMID 21838857.
  32. ↑ Sanderson, Katherine (24 февруари 2012). „New Portable Kit Detects Arsenic In Wells“. Chemical and Engineering News.
  33. ↑ 33,0 33,1 „Bioart“. Trends in Biotechnology (англиски). 33 (12): 724–734. декември 2015. doi:10.1016/j.tibtech.2015.09.011. PMID 26617334.
  34. ↑ Agapakis, Christina. „Communicating with Aliens through DNA“. Scientific American Blog Network. Посетено на 19 февруари 2024.
  35. ↑ Majdi, Mohammad; Ashengroph, Morahem; Abdollahi, Mohammad Reza (февруари 2016). „Sesquiterpene lactone engineering in microbial and plant platforms: parthenolide and artemisinin as case studies“. Applied Microbiology and Biotechnology. 100 (3): 1041–1059. doi:10.1007/s00253-015-7128-6. ISSN 0175-7598. PMID 26567019.
  36. ↑ McBride, William D.; El-Osta, Hisham S. (април 2002). „Impacts of the Adoption of Genetically Engineered Crops on Farm Financial Performance“ (PDF). Journal of Agricultural and Applied Economics. 34 (1): 175–191. doi:10.1017/s1074070800002224. ISSN 1074-0708.
  37. ↑ Joly-Guillou, Marie-Laure; Kempf, Marie; Cavallo, Jean-Didier; Chomarat, Monique; Dubreuil, Luc; Maugein, Jeanne; Muller-Serieys, Claudette; Roussel-Delvallez, Micheline (2010-03-18). „Comparative in vitro activity of Meropenem, Imipenem and Piperacillin/tazobactam against 1071 clinical isolates using 2 different methods: a French multicentre study“. BMC Infectious Diseases. 10 (1): 72. doi:10.1186/1471-2334-10-72. ISSN 1471-2334. PMC 2845586. PMID 20298555.

Дополнителна книжевност

уреди
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=Генетски_изменета_бактерија&oldid=5240282“