Штамм (биология)
В биологии штамм — это генетический вариант, подтип или культура внутри биологического вида . Штаммы часто рассматриваются как искусственно созданные концепции, характеризующиеся особым стремлением к генетической изоляции. [1] Это легче всего наблюдать в микробиологии , где штаммы получают из одной клеточной колонии и обычно помещают в карантин с помощью физических ограничений в чашке Петри . Штаммы также часто упоминаются в вирусологии , ботанике и на грызунах, используемых в экспериментальных исследованиях . [ нужна ссылка ]
Микробиология и вирусология
[ редактировать ]
Было сказано, что «в вирусологическом сообществе не существует общепринятого определения терминов «штамм», « вариант » и «изолят», и большинство вирусологов просто копируют использование этих терминов у других». [2]
Штамм — это генетический вариант или подтип микроорганизма (например, вируса , бактерии или гриба ). Например, «штамм гриппа» — это определенная биологическая форма вируса гриппа или «гриппа». Эти штаммы гриппа характеризуются различными изоформами поверхностных белков. Новые вирусные штаммы могут быть созданы за счет мутации или замены генетических компонентов, когда два или более вируса заражают одну и ту же клетку в природе. [3] Эти явления известны соответственно как антигенный дрейф и антигенный сдвиг . Штаммы микроорганизмов также можно дифференцировать по их генетическому составу с использованием метагеномных методов для максимизации разрешения внутри вида. [4] Это стало ценным инструментом для анализа микробиома . [ нужна ссылка ]
Искусственные конструкции
[ редактировать ]Ученые модифицировали штаммы вирусов, чтобы изучить их поведение, как в случае с вирусом гриппа H5N1 . Хотя финансирование таких исследований временами вызывало споры из-за проблем с безопасностью, что приводило к временной паузе, впоследствии оно продолжалось. [5] [6]
В биотехнологии были созданы микробные штаммы для установления метаболических путей, подходящих для лечения различных заболеваний. [7] Исторически сложилось так, что основные усилия метаболических исследований были посвящены производству биотоплива. [8] Escherichia coli является наиболее распространенным видом для инженерии штаммов прокариот. Ученым удалось создать жизнеспособные минимальные геномы, на основе которых можно создавать новые штаммы. [9] Эти минимальные штаммы дают почти гарантию того, что эксперименты с генами за пределами минимальной структуры не будут осуществляться несущественными путями. оптимизированные штаммы E. coli Для этого применения обычно используются . E. coli также часто используется в качестве основы для экспрессии простых белков. Эти штаммы, такие как BL21, генетически модифицированы для минимизации активности протеазы, что открывает потенциал для высокоэффективного производства белка в промышленных масштабах . [10]
Штаммы дрожжей являются наиболее распространенными объектами генетической модификации эукариот, особенно в отношении промышленной ферментации . [11]
Растения
[ редактировать ]Этот термин не имеет официального рейтингового статуса в ботанике; этот термин относится к коллективным потомкам, произошедшим от общего предка, имеющим одинаковые морфологические или физиологические признаки. [12] Штамм — это обозначенная группа потомков, которые либо произошли от модифицированного растения (полученного традиционным селекционным или биотехнологическим путем), либо возникли в результате генетической мутации. [ нужна ссылка ]
Например, некоторые сорта риса создаются путем внедрения нового генетического материала в растение риса. [13] все потомки генетически модифицированного риса представляют собой штамм с уникальной генетической информацией , передающейся последующим поколениям; обозначение штамма, которое обычно представляет собой число или официальное название, охватывает все растения, произошедшие от первоначально модифицированного растения. Растения риса этого штамма можно скрещивать с другими штаммами или сортами риса , и если получаются желаемые растения, их дополнительно скрещивают для стабилизации желаемых признаков; стабилизированным растениям, которые можно размножать и «воплотить в реальность» (оставаться идентичными родительскому растению), дают название сорта и выпускают в производство для использования фермерами. [ нужна ссылка ]
Грызуны
[ редактировать ]
или Лабораторная мышь крыса представляет собой группу животных, генетически однородную. Штаммы используются в лабораторных экспериментах. Мышиные линии могут быть инбредными , мутированными или генетически модифицированными , тогда как крысиные линии обычно являются инбредными . Данная инбредная популяция грызунов считается генетически идентичной после 20 поколений спаривания братьев и сестер. Многие штаммы грызунов были разработаны для различных моделей заболеваний, а также их часто используют для проверки токсичности лекарств. [14] [15] [16]
Насекомые
[ редактировать ]Обыкновенная плодовая мушка ( Drosophila melanogaster ) была одним из первых организмов, использованных для генетического анализа , имеет простой геном и очень хорошо изучена. Он остался популярным модельным организмом по многим другим причинам, таким как простота его разведения и содержания, а также скорость и объем его воспроизводства. Были разработаны различные специфические штаммы, в том числе нелетающая версия с чахлыми крыльями (также используемая в торговле домашними животными в качестве живого корма для мелких рептилий и амфибий). [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ ДЕЙКСХОРН, Л.; УРСИНГ, Б.М.; УРСИНГ, Дж. Б. (2000). «Штамм, клон и вид: комментарии к трем основным концепциям бактериологии» . Журнал медицинской микробиологии . 49 (5): 397–401. дои : 10.1099/0022-1317-49-5-397 . ПМИД 10798550 .
- ^ Кун, Йенс Х.; Бао, Имин; Бавари, Сина; Беккер, Стефан; Брэдфут, Стивен; Бристер, Дж. Родни; Букреев Александр Александрович; Чандран, Картик; Дэйви, Роберт А.; Дольник, Ольга; Дай, Джон М.; Энтерлейн, Свен; Хенсли, Лиза Э.; Хонько, Анна Н.; Ярлинг, Питер Б.; Джонсон, Карл М.; Кобингер, Гэри ; Лерой, Эрик М.; Левер, Марк С.; Мюльбергер, Эльке; Нетесов Сергей Владимирович; Олинджер, Джин Г.; Паласиос, Густаво; Паттерсон, Джин Л.; Павеска, Януш Т.; Питт, Луиза; Радошицкий, Шели Р.; Сапфир, Эрика Оллманн; Смитер, Софи Дж.; Свейнпол, Роберт; Таунер, Джонатан С.; ван дер Гроен, Гвидо; Волчков Виктор Евгеньевич; Валь-Йенсен, Виктория; Уоррен, Трэвис К.; Вайдманн, Манфред; Никол, Стюарт Т. (2012). «Номенклатура вирусов ниже уровня вида: стандартизированная номенклатура природных вариантов вирусов, отнесенных к семейству Filoviridae» . Архив вирусологии . 158 (1): 301–311. дои : 10.1007/s00705-012-1454-0 . ISSN 0304-8608 . ПМЦ 3535543 . ПМИД 23001720 .
- ^ Йонг, Эд (2013). «Ученые создали гибридный грипп, который может передаваться воздушно-капельным путем». Природа . дои : 10.1038/nature.2013.12925 . S2CID 181077199 .
- ^ Маркс, Вивьен (28 апреля 2016 г.). «Микробиология: путь к идентификации уровня штамма» . Природные методы . 13 (5): 401–404. дои : 10.1038/nmeth.3837 . ПМИД 27123815 .
- ^ Батлер, Деклан (2012). «Ученые призывают к 60-дневной приостановке исследований мутантного гриппа». Природа . дои : 10.1038/nature.2012.9873 . S2CID 84203734 .
- ^ «Мутантный грипп» . Специальный выпуск новостей о природе . Проверено 21 апреля 2019 г.
- ^ Ли, Сан Ёп (16 ноября 2012 г.). «Метаболическая измененная и синтетическая биология развития штаммов» . ACS Синтетическая биология . 1 (11): 491–492. дои : 10.1021/sb300109d . ПМИД 23656224 .
- ^ Лю, Тяньган; Хосла, Чайтан (3 ноября 2010 г.). «Генетическая модификация Escherichia coli для производства биотоплива». Ежегодный обзор генетики . 44 (1): 53–69. doi : 10.1146/annurev-genet-102209-163440 . ISSN 0066-4197 . ПМИД 20822440 .
- ^ Сон, Бон Хён; Чхве, Дунхуэй; Ким, Сунь Чанг; Чо, Бён Кван (30 ноября 2016 г.). «Построение минимального генома как основа синтетической биологии» . Очерки по биохимии . 60 (4): 337–346. дои : 10.1042/ebc20160024 . ISSN 0071-1365 . ПМИД 27903821 .
- ^ Чон, Х; Ким, HJ; Ли, SJ (19 марта 2015 г.). «Полная последовательность генома Escherichia coli штамма BL21 » . Геномные объявления . 3 (2). doi : 10.1128/genomeA.00134-15 . ПМК 4395058 . ПМИД 25792055 .
- ^ Стинселс, Ян; Снук, Тим; Меерсман, Эстер; Николино, Мартина Пикка; Вордекерс, Карин; Верстрепен, Кевин Дж. (01 сентября 2014 г.). «Улучшение штаммов промышленных дрожжей: использование природного и искусственного разнообразия» . Обзоры микробиологии FEMS . 38 (5): 947–995. дои : 10.1111/1574-6976.12073 . ISSN 0168-6445 . ПМЦ 4293462 . ПМИД 24724938 .
- ^ Ашер, Джордж (1996), Ботанический словарь Вордсворта , Уэр, Хартфордшир: Справочник Вордсворта, стр. 361, ISBN 978-1-85326-374-3
- ^ Мо II, Томас Х. (18 февраля 2008 г.). «Гибридные штаммы риса, созданные генетиками - Los Angeles Times» . Лос-Анджелес Таймс .
- ^ Андерсон, Марк С.; Блюстоун, Джеффри А. (29 ноября 2004 г.). «NOD MOUSE: Модель нарушения регуляции иммунитета». Ежегодный обзор иммунологии . 23 (1): 447–485. doi : 10.1146/annurev.immunol.23.021704.115643 . ISSN 0732-0582 . ПМИД 15771578 .
- ^ Чхон, Дон Чжу; Орсулич, Сандра (24 января 2011 г.). «Мышиные модели рака». Ежегодный обзор патологии: механизмы заболевания . 6 (1): 95–119. doi : 10.1146/annurev.pathol.3.121806.154244 . ISSN 1553-4006 . ПМИД 20936938 .
- ^ Ян, Гуан; Чжао, Лифэн; Лю, Бинг; Шан, Юцзя; Ли, Ян; Чжоу, Хуэйминь; Цзя, Ли (2018). «Пищевая поддержка способствует выздоровлению на крысиной модели апластической анемии за счет улучшения функции митохондрий». Питание . 46 : 67–77. дои : 10.1016/j.nut.2017.09.002 . ПМИД 29290359 .