✖


Jump to content

Генетически модифицированные бактерии

Часть серии о
Генная инженерия
 
Генетически модифицированные организмы
История и регулирование
Процесс
Приложения
Споры

Генетически модифицированные бактерии были первыми организмами, модифицированными в лаборатории из-за их простой генетики. [1] Эти организмы в настоящее время используются для нескольких целей и особенно важны для производства больших количеств чистых человеческих белков для использования в медицине. [2]

История

[ редактировать ]

Первый пример этого произошел в 1978 году, когда Герберт Бойер , работавший в лаборатории Калифорнийского университета, взял версию человеческого гена инсулина и вставил его в бактерию Escherichia coli для производства синтетического «человеческого» инсулина . Четыре года спустя он был одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США .

Исследовать

[ редактировать ]
Слева: бактерии, трансформированные с помощью pGLO в условиях окружающего света. Справа: бактерии, трансформированные с помощью pGLO, визуализированные в ультрафиолетовом свете.

Бактерии были первыми организмами, генетически модифицированными в лаборатории из-за относительной простоты модификации их хромосом. [3] Эта легкость сделала их важным инструментом для создания других ГМО. Гены и другая генетическая информация из широкого спектра организмов могут быть добавлены в плазмиду и вставлены в бактерии для хранения и модификации. Бактерии дешевы, их легко выращивать, они клонируются , быстро размножаются, относительно легко трансформируются и могут храниться при температуре -80 °C практически неограниченное время. Как только ген выделен, он может храниться внутри бактерий, обеспечивая неограниченный запас для исследований. [4] Большое количество специальных плазмид позволяет сравнительно легко манипулировать ДНК, выделенной из бактерий. [5]

Простота использования сделала их отличным инструментом для ученых, желающих изучить функцию и эволюцию генов . Большинство манипуляций с ДНК происходит внутри бактериальных плазмид перед передачей другому хозяину. Бактерии являются простейшими модельными организмами , и большая часть наших ранних представлений о молекулярной биологии возникла благодаря изучению Escherichia coli . [6] Ученые могут легко манипулировать и комбинировать гены внутри бактерий для создания новых или разрушенных белков и наблюдать, какое влияние это оказывает на различные молекулярные системы. Исследователи объединили гены бактерий и архей , что привело к пониманию того, как эти двое расходились в прошлом. [7] В области синтетической биологии они использовались для проверки различных синтетических подходов, от синтеза геномов до создания новых нуклеотидов . [8] [9] [10]

Еда

[ редактировать ]

Бактерии используются в производстве продуктов питания уже очень давно, и для этой работы в промышленных масштабах были разработаны и отобраны конкретные штаммы. Их можно использовать для производства ферментов , аминокислот , ароматизаторов и других соединений, используемых в производстве продуктов питания. С появлением генной инженерии в эти бактерии можно легко вносить новые генетические изменения. Большинство бактерий, производящих пищевые продукты, являются молочнокислыми бактериями , и именно здесь проводилось большинство исследований в области генной инженерии бактерий, производящих пищевые продукты. Бактерии можно модифицировать, чтобы они работали более эффективно, уменьшали выработку токсичных побочных продуктов, увеличивали производительность, создавали улучшенные соединения и удаляли ненужные пути . [11] Пищевые продукты, полученные из генетически модифицированных бактерий, включают альфа-амилазу , которая превращает крахмал в простые сахара, химозин , который свертывает молочный белок для производства сыра, и пектинэстеразу , которая улучшает прозрачность фруктового сока. [12]

В сыре

[ редактировать ]

Химозин — это фермент, вырабатываемый в желудке молодых жвачных млекопитающих для переваривания молока. Переваривание молочных белков с помощью ферментов имеет важное значение для производства сыра. Виды Escherichia coli и Bacillus subtilis могут быть генетически модифицированы для синтеза и выделения химозина. [13] предоставление более эффективных средств производства. Использование бактерий для синтеза химозина также обеспечивает вегетарианский метод производства сыра, поскольку раньше молодых жвачных животных (обычно телят) приходилось забивать, чтобы извлечь фермент из слизистой оболочки желудка.

Промышленный

[ редактировать ]

Генетически модифицированные бактерии используются для производства больших количеств белков для промышленного использования. Обычно бактерии выращивают до большого объема до активации гена, кодирующего белок. Затем бактерии собирают и из них очищают желаемый белок. [14] Высокая стоимость добычи и очистки привела к тому, что в промышленных масштабах производились только дорогостоящие продукты. [15]

Фармацевтическое производство

[ редактировать ]

Большинство промышленных продуктов из бактерий представляют собой человеческие белки для использования в медицине. [16] Многие из этих белков невозможно или трудно получить естественными методами, и они с меньшей вероятностью загрязняются патогенами, что делает их более безопасными. [14] До появления рекомбинантных белковых продуктов некоторые методы лечения были получены из трупов или других донорских биологических жидкостей и могли передавать заболевания. [17] Действительно, переливание продуктов крови ранее приводило к непреднамеренному заражению больных гемофилией ВИЧ или гепатитом С ; аналогичным образом, лечение гормоном роста человека, полученным из гипофиза трупа, могло привести к вспышкам болезни Крейтцфельдта-Якоба . [17] [18]

Первым медицинским применением ГМ-бактерий было производство белка инсулина для лечения диабета . [19] Другие производимые лекарства включают факторы свертывания крови для лечения гемофилии , [20] гормон роста человека для лечения различных форм карликовости , [21] [22] интерферон для лечения некоторых видов рака, эритропоэтин для пациентов с анемией и тканевой активатор плазминогена , растворяющий тромбы. [14] Помимо медицины их использовали для производства биотоплива . [23] Существует интерес к разработке системы внеклеточной экспрессии внутри бактерий, чтобы снизить затраты и сделать производство большего количества продуктов экономичным. [15]

Здоровье

[ редактировать ]

Благодаря более глубокому пониманию роли, которую микробиом играет в здоровье человека, появляется возможность лечить заболевания путем генетического изменения бактерий, чтобы они сами были терапевтическими агентами. Идеи включают изменение кишечных бактерий, чтобы они уничтожали вредные бактерии, или использование бактерий для замены или увеличения количества дефицитных ферментов или белков. Одним из направлений исследований является модификация Lactobacillus , бактерий, которые естественным образом обеспечивают некоторую защиту от ВИЧ , с помощью генов, которые еще больше улучшат эту защиту. [24] Бактерии , которые обычно вызывают кариес , больше не производят разъедающую зубы молочную кислоту . [25] Эти трансгенные бактерии, если им позволить колонизировать ротовую полость человека, возможно, смогут уменьшить образование кариеса. [26] Трансгенные микробы также использовались в недавних исследованиях для уничтожения или предотвращения опухолей, а также для борьбы с болезнью Крона . [27]

Если бактерии не образуют колоний внутри пациента, человеку приходится неоднократно проглатывать модифицированные бактерии, чтобы получить необходимые дозы. Предоставление бактериям возможности образовывать колонии может обеспечить более долгосрочное решение, но также может вызвать проблемы безопасности, поскольку взаимодействие между бактериями и человеческим организмом изучено хуже, чем при использовании традиционных лекарств.

Одним из примеров такого промежуточного продукта, который образует лишь кратковременные колонии в желудочно-кишечном тракте , может быть Lactobacillus Acidophilus MPH734 . Используется как специфическое средство при лечении непереносимости лактозы . Эта генетически модифицированная версия бактерий Lactobacillus acidophilus производит недостающий фермент , называемый лактазой , который используется для переваривания лактозы, содержащейся в молочных продуктах или, что чаще, в пище, приготовленной из молочных продуктов. Краткосрочная колония создается в течение недельной схемы лечения из 21 таблетки, после чего временная колония может вырабатывать лактазу в течение трех или более месяцев, прежде чем она будет удалена из организма естественным путем. Режим индукции можно повторять так часто, как это необходимо для сохранения защиты от симптомов непереносимости лактозы, или прекращать без каких-либо последствий, за исключением возвращения исходных симптомов.

Есть опасения, что горизонтальный перенос генов другим бактериям может иметь неизвестные последствия. По состоянию на 2018 год проводятся клинические испытания эффективности и безопасности этих методов лечения. [24]

Сельское хозяйство

[ редактировать ]

Бактерии уже более века используются в сельском хозяйстве. Посевы были инокулированы ризобиями и (а в последнее время азоспириллами ), чтобы увеличить их урожайность или позволить выращивать их за пределами их первоначальной среды обитания . Применение Bacillus thuringiensis (Bt) и других бактерий может помочь защитить посевы от заражения насекомыми и болезней растений. Благодаря достижениям в области генной инженерии этими бактериями стали манипулировать с целью повышения эффективности и расширения круга хозяев. Маркеры также были добавлены, чтобы помочь отслеживать распространение бактерий. Бактерии, которые естественным образом колонизируют определенные культуры, также были модифицированы, в некоторых случаях экспрессируя гены Bt, ответственные за устойчивость к вредителям. Pseudomonas Штаммы бактерий вызывают повреждение морозом, превращая воду в кристаллы льда вокруг себя. Это привело к развитию бактерий без льда , у которых были удалены гены образования льда. При применении к сельскохозяйственным культурам они могут конкурировать с ледяными бактериями и придавать некоторую морозоустойчивость. [28]

Это произведение искусства создано с использованием бактерий, модифицированных для экспрессии флуоресцентных белков 8 различных цветов .

Другое использование

[ редактировать ]

Другое применение генетически модифицированных бактерий включает биоремедиацию , когда бактерии используются для преобразования загрязняющих веществ в менее токсичную форму. Генная инженерия может повысить уровень ферментов, используемых для разложения токсинов или повышения устойчивости бактерий в условиях окружающей среды. [29] ГМ-бактерии также были разработаны для выщелачивания меди из руды. [30] очистить ртутное загрязнение [31] и обнаружить мышьяк в питьевой воде. [32] Биоарт также создан с использованием генетически модифицированных бактерий. В 1980-х годах художник Джо Дэвис и генетик Дана Бойд преобразовали германский символ женственности (ᛉ) в двоичный код, а затем в последовательность ДНК, которая затем была выражена в Escherichia coli . [33] В 2012 году был сделан еще один шаг вперед, когда целая книга была закодирована в ДНК. [34] Картины также создавались с использованием бактерий, трансформированных флуоресцентными белками. [33] [35] [36]

Трансгенные продукты, синтезированные бактериями

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Мело Э.О., Канавесси А.М., Франко М.М., Румпф Р. (2007). «Трансгенез животных: современное состояние и применение» (PDF) . Журнал прикладной генетики . 48 (1): 47–61. дои : 10.1007/BF03194657 . ПМИД   17272861 . S2CID   24578435 . Архивировано из оригинала (PDF) 6 ноября 2009 года.
  2. ^ Лидер Б, Бака QJ, Голаны, DE (январь 2008 г.). «Белковая терапия: краткое изложение и фармакологическая классификация». Обзоры природы. Открытие наркотиков . Руководство по открытию лекарств. 7 (1): 21–39. дои : 10.1038/nrd2399 . ПМИД   18097458 . S2CID   3358528 .
  3. ^ Мело Э.О., Канавесси А.М., Франко М.М., Румпф Р. (2007). «Трансгенез животных: современное состояние и применение» (PDF) . Журнал прикладной генетики . 48 (1): 47–61. дои : 10.1007/BF03194657 . ПМИД   17272861 . S2CID   24578435 . Архивировано из оригинала (PDF) 6 ноября 2009 года.
  4. ^ «Открытие биологии заново — онлайн-учебник: Раздел 13: Генетически модифицированные организмы» . www.learner.org . Архивировано из оригинала 3 декабря 2019 г. Проверено 18 августа 2017 г.
  5. ^ Фан М., Цай Дж., Чен Б., Фан К., ЛаБэр Дж. (март 2005 г.). «Центральный репозиторий опубликованных плазмид». Наука . 307 (5717): 1877. doi : 10.1126/science.307.5717.1877a . ПМИД   15790830 . S2CID   27404861 .
  6. ^ Купер GM (2000). «Клетки как экспериментальные модели» . Клетка: молекулярный подход. 2-е издание .
  7. ^ Патель П. (июнь 2018 г.). «Тайна микроба». Научный американец . 319 (1): 18. Бибкод : 2018SciAm.319a..18P . doi : 10.1038/scientificamerican0718-18a . ПМИД   29924081 . S2CID   49310760 .
  8. ^ Арпино Дж.А., Хэнкок Э.Дж., Андерсон Дж., Барахона М., Стэн ГБ, Папахристодулу А., Полицци К. (июль 2013 г.). «Настройка регуляторов синтетической биологии» . Микробиология . 159 (Часть 7): 1236–53. дои : 10.1099/mic.0.067975-0 . ПМЦ   3749727 . ПМИД   23704788 .
  9. ^ Поллак А (7 мая 2014 г.). «Исследователи сообщают о прорыве в создании искусственного генетического кода» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 7 мая 2014 г.
  10. ^ Малышев Д.А., Дхами К., Лавернь Т., Чен Т., Дай Н., Фостер Дж.М., Корреа И.Р., Ромесберг Ф.Е. (май 2014 г.). «Полусинтетический организм с расширенным генетическим алфавитом» . Природа . 509 (7500): 385–8. Бибкод : 2014Natur.509..385M . дои : 10.1038/nature13314 . ПМК   4058825 . ПМИД   24805238 .
  11. ^ Каренлампи С.О., фон Райт А.Дж. (01 января 2016 г.). Энциклопедия продуктов питания и здоровья . стр. 211–216. дои : 10.1016/B978-0-12-384947-2.00356-1 . ISBN  9780123849533 .
  12. ^ Панесар, Памит и др. (2010) Ферменты в пищевой промышленности: основы и потенциальные применения , Глава 10, Международное издательство IK, ISBN   978-93-80026-33-6
  13. ^ Люерс, ТД; Азеведо, М.С.; Леблан, JG; Азеведо, В.; Миёси, А.; Понтес, Д.С. (ноябрь – декабрь 2014 г.). «Рекомбинантный Lactococcus Lactis не секретирует бычий химозин» . Биоинженерия . 5 (6): 363–370. дои : 10.4161/bioe.36327 . ПМК   4601287 . ПМИД   25482140 .
  14. ^ Перейти обратно: а б с Джумба М (2009). Генетически модифицированные организмы: тайна разгадана . Дарем: Красноречивые книги. стр. 51–54. ISBN  9781609110819 .
  15. ^ Перейти обратно: а б Чжоу Ю, Лу З, Ван Х, Сельварадж Дж. Н., Чжан Г (февраль 2018 г.). «Геноинженерная модификация и оптимизация ферментации для внеклеточного производства рекомбинантных белков с использованием Escherichia coli». Прикладная микробиология и биотехнология . 102 (4): 1545–1556. дои : 10.1007/s00253-017-8700-z . ПМИД   29270732 . S2CID   2694760 .
  16. ^ Лидер Б, Бака QJ, Голаны, DE (январь 2008 г.). «Белковая терапия: краткое изложение и фармакологическая классификация». Обзоры природы. Открытие наркотиков . Руководство по открытию лекарств. 7 (1): 21–39. дои : 10.1038/nrd2399 . ПМИД   18097458 . S2CID   3358528 .
  17. ^ Перейти обратно: а б Фостер PR (октябрь 2000 г.). «Прионы и продукты крови». Анналы медицины . 32 (7): 501–13. дои : 10.3109/07853890009002026 . ПМИД   11087171 . S2CID   9331069 .
  18. ^ Ки Н.С., Негрие С. (август 2007 г.). «Концентраты факторов свертывания крови: прошлое, настоящее и будущее». Ланцет . 370 (9585): 439–48. дои : 10.1016/S0140-6736(07)61199-4 . ПМИД   17679021 . S2CID   26527486 .
  19. ^ Уолш Дж. (апрель 2005 г.). «Терапевтические инсулины и их крупнотоннажное производство». Прикладная микробиология и биотехнология . 67 (2): 151–9. дои : 10.1007/s00253-004-1809-x . ПМИД   15580495 . S2CID   5986035 .
  20. ^ Труба SW (май 2008 г.). «Рекомбинантные факторы свертывания крови». Тромбоз и гемостаз . 99 (5): 840–50. дои : 10.1160/TH07-10-0593 . ПМИД   18449413 . S2CID   2701961 .
  21. ^ Брайант Дж., Бакстер Л., Кейв С.Б., Милн Р. (июль 2007 г.). Брайант Дж. (ред.). «Рекомбинантный гормон роста при идиопатической низкорослости у детей и подростков» (PDF) . Кокрейновская база данных систематических обзоров (3): CD004440. дои : 10.1002/14651858.CD004440.pub2 . ПМИД   17636758 .
  22. ^ Бакстер Л., Брайант Дж., Кейв С.Б., Милн Р. (январь 2007 г.). Брайант Дж. (ред.). «Рекомбинантный гормон роста для детей и подростков с синдромом Тернера» (PDF) . Кокрейновская база данных систематических обзоров (1): CD003887. дои : 10.1002/14651858.CD003887.pub2 . ПМИД   17253498 .
  23. ↑ Саммерс, Ребекка (24 апреля 2013 г.) « Бактерии производят первое в истории биотопливо, подобное бензину » New Scientist , дата обращения 27 апреля 2013 г.
  24. ^ Перейти обратно: а б Рирдон С. (июнь 2018 г.). «Генетически модифицированные бактерии участвуют в борьбе с болезнями» . Природа . 558 (7711): 497–498. Бибкод : 2018Natur.558..497R . дои : 10.1038/d41586-018-05476-4 . ПМИД   29946090 .
  25. ^ Хиллман Дж.Д. (август 2002 г.). «Генетически модифицированный Streptococcus mutans для профилактики кариеса». Антони ван Левенгук . 82 (1–4): 361–6. дои : 10.1023/А:1020695902160 . ПМИД   12369203 . S2CID   11066428 .
  26. ^ Хиллман Дж.Д., Мо Дж., МакДонелл Э., Цвиткович Д., Хиллман Ч.Х. (май 2007 г.). «Модификация эффекторного штамма для заместительной терапии кариеса зубов для проведения клинических испытаний безопасности». Журнал прикладной микробиологии . 102 (5): 1209–19. дои : 10.1111/j.1365-2672.2007.03316.x . ПМИД   17448156 .
  27. ^ Браат Х., Роттьерс П., Хоммес Д.В., Хайгебарт Н., Ремаут Э., Ремон Дж.П., ван Девентер С.Дж., Нейринк С., Пеппеленбош М.П., ​​Стейдлер Л. (июнь 2006 г.). «Испытание I фазы трансгенных бактерий, экспрессирующих интерлейкин-10, при болезни Крона». Клиническая гастроэнтерология и гепатология . 4 (6): 754–9. дои : 10.1016/j.cgh.2006.03.028 . ПМИД   16716759 .
  28. ^ Амаргер Н. (ноябрь 2002 г.). «Генетически модифицированные бактерии в сельском хозяйстве». Биохимия . 84 (11): 1061–72. дои : 10.1016/s0300-9084(02)00035-4 . ПМИД   12595134 .
  29. ^ Шарма Б., Данги А.К., Шукла П. (март 2018 г.). «Современные ферментные технологии биоремедиации: обзор». Журнал экологического менеджмента . 210 : 10–22. дои : 10.1016/j.jenvman.2017.12.075 . ПМИД   29329004 .
  30. ^ Валда Д., Даулинг Дж. (10 декабря 2010 г.). «Сделаем микробов лучшими майнерами» . Журнал «Бизнес Чили» . Архивировано из оригинала 17 декабря 2010 года . Проверено 21 марта 2012 г.
  31. ^ Руис О.Н., Альварес Д., Гонсалес-Руис Г., Торрес К. (август 2011 г.). «Характеристика биоремедиации ртути трансгенными бактериями, экспрессирующими металлотионеин и полифосфаткиназу» . БМК Биотехнология . 11:82 . дои : 10.1186/1472-6750-11-82 . ПМК   3180271 . ПМИД   21838857 .
  32. ^ Сандерсон К. (24 февраля 2012 г.). «Новый портативный комплект обнаруживает мышьяк в колодцах» . Новости химии и техники .
  33. ^ Перейти обратно: а б Йетисен А.К., Дэвис Дж., Джоскун А.Ф., генеральный директор Черча, Юн Ш. (декабрь 2015 г.). «Биоарт». Тенденции в биотехнологии . 33 (12): 724–734. дои : 10.1016/j.tibtech.2015.09.011 . ПМИД   26617334 .
  34. ^ Агапакис К. «Общение с инопланетянами посредством ДНК» . Сеть блогов Scientific American . Проверено 13 сентября 2018 г.
  35. ^ Мажди, Мохаммед; Ашенгроф, Морахем; Абдоллахи, Мохаммад Реза (февраль 2016 г.). «Инженерия сесквитерпеновых лактонов на микробных и растительных платформах: партенолид и артемизинин на примере тематических исследований». Прикладная микробиология и биотехнология . 100 (3): 1041–1059. дои : 10.1007/s00253-015-7128-6 . ISSN   0175-7598 . ПМИД   26567019 . S2CID   9683430 .
  36. ^ Макбрайд, Уильям Д.; Эль-Оста, Хишам С. (апрель 2002 г.). «Влияние внедрения генетически модифицированных культур на финансовые показатели ферм» (PDF) . Журнал сельскохозяйственной и прикладной экономики . 34 (1): 175–191. дои : 10.1017/s1074070800002224 . ISSN   1074-0708 . S2CID   54910535 .
  37. ^ Жоли-Гийу, Мари-Лора; Кемпф, Мари; Кавалло, Жан-Дидье; Шомарат, Моник; Дюбрей, Люк; Можен, Жанна; Мюллер-Серийс, Клодетт; Руссель-Дельваллес, Мишлин (18 марта 2010 г.). «Сравнительная активность меропенема, имипенема и пиперациллина/тазобактама in vitro против 1071 клинического изолята с использованием двух разных методов: французское многоцентровое исследование» . БМК Инфекционные болезни . 10 (1): 72. дои : 10.1186/1471-2334-10-72 . ISSN   1471-2334 . ПМЦ   2845586 . ПМИД   20298555 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Genetically_modified_bacteria&oldid=1188078151"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 5ec37ee8371af45aafb63933006cbb60__1701571980
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/5e/60/5ec37ee8371af45aafb63933006cbb60.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Genetically modified bacteria - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)