211service.com
Vērojot baktēriju attīstību laboratorijā
Izmantojot ātras jaunas DNS sekvencēšanas tehnoloģijas, Kalifornijas Universitātes Sandjego pētnieki sekoja evolūcijas izmaiņām E. coli audzē stresa apstākļos. Viņi varēja noteikt, kuri gēni mutēja, kad un kāda bija ietekme uz baktēriju augšanu. Pētnieki saka, ka šī metode, ko sauc par eksperimentālo evolūciju, palīdzēs tiem, kas mēģina ģenētiski modificēt baktērijas, lai izdalītu augstu etanola un citu noderīgu ķīmisko vielu koncentrāciju (sk. Baktēriju rūpnīcas).
Baktērijas, piemēram, E. coli attīstās salīdzinoši ātri: tie sadalās ātri un pavirši, nododot kļūdas pilnas savas ģenētiskās informācijas kopijas nākamajai paaudzei. Izmantojot jaunu mikromasīvu tehnoloģiju, bioinženierijas profesors Bernhards Palsons un viņa kolēģi ļoti detalizēti pētīja šo straujo attīstību ļoti īsā laika posmā.
Šis progress varētu būt īpaši noderīgs sintētiskajiem biologiem, kuri pārveido baktērijas, lai tām piešķirtu jaunas funkcijas. Šī pieeja sniegs mums jaunu ieskatu [organismu] adaptīvā reakcijā uz sintētiskām daļām, kas tiek ievietotas, piemēram, jauniem gēniem vai gēnu tīkliem. Džeimss Kolinss , Bostonas universitātes biomedicīnas inženierijas profesors. Pētnieki ievieš šādas jaunas daļas, lai labāk kontrolētu mikrobu sintēzi konkrētam cilvēkam noderīgam savienojumam. (Piemēram, pētnieki ir izstrādājuši raugu, kas ražo malārijas zāles; skatiet lētākas malārijas zāles.)
Vienā eksperimentu komplektā Palsons un viņa kolēģi nodrošināja E. coli tikai ar glicerīnu, kuru mikrobi ne pārāk labi metabolizē, uzturā. Sākumā šūnas auga lēni, bet pēc 20 dienām tās pieauga par 150 procentiem ātrāk, un pēc 44 dienām tās plauka. Tie, kas bija piemērotāki videi, pārņēma kultūru, saka Kristofers Herings, kurš strādāja pie pētījuma kā pēcdoktors Palsona laboratorijā. Īsā laika periodā bija dramatiskas izmaiņas šūnu augšanā.
Eksperimentālā evolūcija varētu izrādīties spēcīgs instruments pētniekiem, kas strādā pie vielmaiņas inženierijas, saka Herring. Metabolisma ģenētiskie tīkli ir sarežģīti un ietver elementus, kurus pētniekiem būtu grūti paredzēt. Siļķe saka, ka eksperimentālā evolūcija var parādīt savienojumus starp dažādām fizioloģiskām sistēmām [par kurām mēs] iepriekš nezinājām. Siļķe tagad ir pētniece Kembridžā, MA Mascoma , kas cer izstrādāt mikroorganismus, kas efektīvi pārvērš biomasu etanolā (skatiet Dzīves pārveide, lai izveidotu etanolu).
Kolinss saka, ka vielmaiņas inženierija bieži tiek veikta neracionāli. Kad pētnieki ievieš jaunas baktērijas vai rauga daļas, viņi nezina, vai ir ieviestas citas mutācijas, nemaz nerunājot par to, kā var būt iesaistīti citi ceļi. Salīdzinošā genoma sekvencēšana varētu sniegt šāda veida informāciju, ļaujot pētniekiem labāk prognozēt ģenētiski modificētu izmaiņu ietekmi un ātri noteikt, kuras izmaiņas rada labvēlīgus atribūtus.
Gregorijs Stefanopuls , MIT ķīmijas inženieris un vielmaiņas inženierijas nozares vadītājs, ir skeptiskāks par Sandjego pieejas ietekmi. Viņš saka, ka genomu sekvencēšana un to analīze, lai atrastu atbilstošas mutācijas, nav problēma. Palsona un Herringas izaugsmes eksperimentā tas bija acīmredzams E. coli Viņš saka, ka tās, kas labi auga, bija vērts atkārtoti secināt, lai atrastu attiecīgās mutācijas. Taču, strādājot pie tādas sarežģītas problēmas kā mikrobu etanola ražošanas efektivitātes uzlabošana, viņš saka, ka dažos gadījumos var identificēt labākus celmus, taču kopumā tas nav vienkārši.
Tomēr Stephanopoulos un citi saka, ka salīdzinošā genoma sekvencēšana tagad var palīdzēt pētniekiem saistīt mikrobu īpašību izmaiņas (piemēram, spēju attīstīties ar glicerīnu) ar genotipa izmaiņām. To darot, tehnoloģija varētu palīdzēt mikrobiologiem un farmācijas uzņēmumiem izpētīt, kā rodas pret antibiotikām rezistentu baktēriju celmi, kas ir liela veselības problēma, un kādas mutācijas ir atbildīgas.