Войти
Генетически модифицированные бактерии были первыми организмами, которые были модифицированы в лаборатории из-за их простой генетики. Эти организмы в настоящее время используются для нескольких целей и особенно важны для производства больших количеств чистых человеческих белков для использования в медицине.
Первый пример этого произошел в 1978 году, когда Герберт Бойер, работая в лаборатории Калифорнийского университета, принял версию человеческого инсулина. и вставляют в бактерию Escherichia coli для получения синтетического «человеческого» инсулина. Четыре года спустя он был одобрен США. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов.
.
Слева: Бактерии, трансформированные с помощью pGLO при естественном освещении Справа: Бактерии, трансформированные с помощью pGLO, визуализированные в ультрафиолетовом свете Бактерии были первыми организмами, генетически модифицированными в лаборатории из-за относительной легкости модификации их хромосом. Эта легкость сделала их важными инструментами для создания других ГМО. Гены и другая генетическая информация от широкого круга организмов может быть добавлена к плазмиде и вставлена в бактерии для хранения и модификации. Бактерии дешевы, легко выращиваются, клонально, быстро размножаются, относительно легко трансформируются и могут храниться при -80 ° C почти неограниченное время. После выделения гена его можно хранить внутри бактерий, обеспечивая неограниченный запас для исследований. Большое количество нестандартных плазмид позволяет относительно легко манипулировать ДНК, вырезанной из бактерий.
Их простота использования сделала их отличными инструментами для ученых, желающих изучить функцию генов и эволюцию. Большая часть манипуляций с ДНК происходит внутри бактериальных плазмид перед передачей другому хозяину. Бактерии - это простейший модельный организм, и большая часть нашего раннего понимания молекулярной биологии пришла из изучения Escherichia coli. Ученые могут легко манипулировать генами бактерий и комбинировать их для создания новых или разрушенных белков и наблюдать за тем, как это влияет на различные молекулярные системы. Исследователи объединили гены бактерий и архей, что привело к пониманию того, как эти два гена расходились в прошлом. В области синтетической биологии они использовались для тестирования различных синтетических подходов, от синтеза геномов до создания новых нуклеотидов.
Бактерии использовались в производстве пищевых продуктов в течение длительного времени, и были разработаны и отобраны определенные штаммы для этой работы в промышленных масштабах. Их можно использовать для производства ферментов, аминокислот, ароматизаторов и других соединений, используемых в производстве пищевых продуктов. С появлением генной инженерии в эти бактерии можно легко внести новые генетические изменения. Большинство бактерий, производящих пищу, - это молочнокислые бактерии, и именно здесь было проведено большинство исследований генетической инженерии бактерий, производящих пищу. Бактерии можно модифицировать для более эффективной работы, уменьшения образования токсичных побочных продуктов, увеличения выхода, создания улучшенных соединений и удаления ненужных путей. Пищевые продукты из генетически модифицированных бактерий включают альфа-амилазу, которая превращает крахмал в простые сахара, химозин, который свертывает молочный белок для производства сыра, и пектинэстераза, которая улучшает прозрачность фруктового сока.
.
Химозин - это фермент, обнаруженный в желудке теленка. Это помогает теленку переваривать молоко. Химозин необходим для производства сыра. Превращает молоко в сыр. Ученые нашли способ изменить дрожжи для выращивания ферментов химозина для производства сыра. Этот процесс намного более эффективен, потому что раньше приходилось забивать телят, чтобы извлечь химозин из внутренней оболочки желудка. Также это предлагает вегетарианский способ приготовления сыра. это зависит от того, что и как Бактрия делает процесс.
Генетически модифицированные бактерии используются для производства большого количества белков для промышленного использования. Обычно бактерии выращивают до большого объема до того, как активируется ген, кодирующий белок. Затем бактерии собирают и из них очищают желаемый белок. Высокая стоимость экстракции и очистки означает, что в промышленных масштабах производятся только дорогостоящие продукты.
Большинство промышленных продуктов из бактерий представляют собой человеческие белки для использования в лекарство. Многие из этих белков невозможно или трудно получить естественными методами, и они с меньшей вероятностью будут заражены патогенами, что делает их более безопасными. До появления рекомбинантных белковых продуктов, некоторые методы лечения проводились с использованием трупов или других пожертвованных жидкостей организма и могли передавать заболевания. Действительно, ранее переливание продуктов крови приводило к непреднамеренному инфицированию больных гемофилией ВИЧ или гепатитом C ; аналогично, лечение гормоном роста человека, полученным из гипофиза трупа, могло привести к вспышкам болезни Крейтцфельдта-Якоба.
Первым медицинским применением ГМ-бактерий было производство белка инсулина для лечения диабет. Другие производимые лекарства включают факторы свертывания крови для лечения гемофилии, гормон роста человека для лечения различных форм карликовости, интерферон для лечения некоторых видов рака, эритропоэтин для пациентов с анемией и тканевый активатор плазминогена, растворяющий сгустки крови. Вне медицины они использовались для производства биотоплива. Существует интерес к разработке системы внеклеточной экспрессии внутри бактерий, чтобы снизить затраты и сделать производство большего количества продуктов более экономичным.
С более глубоким пониманием роли микобиома что касается здоровья человека, существует возможность лечения болезней путем генетического преобразования бактерий в терапевтические агенты. Идеи включают изменение кишечных бактерий, чтобы они уничтожали вредные бактерии, или использование бактерий для замены или увеличения дефицитных ферментов или белков. Одно из направлений исследований - модифицировать Lactobacillus, бактерии, которые естественным образом обеспечивают некоторую защиту от ВИЧ, с помощью генов, которые еще больше усиливают эту защиту. Бактерии, которые обычно вызывают кариес, были разработаны так, чтобы больше не производить разъедающую зубы молочную кислоту. Если позволить этим трансгенным бактериям колонизировать ротовую полость человека, возможно, они уменьшат образование полостей. Трансгенные микробы также использовались в недавних исследованиях для уничтожения опухолей или предотвращения образования опухолей, а также для борьбы с болезнью Крона.
. Если бактерии не образуют колоний внутри пациента, человек должен многократно проглатывать модифицированные бактерии, чтобы получить необходимые дозы. Предоставление бактериям возможности образовать колонию может обеспечить более долгосрочное решение, но также может вызвать проблемы безопасности, поскольку взаимодействие между бактериями и человеческим телом менее изучено, чем с традиционными лекарствами.
Одним из примеров такого промежуточного продукта, который образует только краткосрочные колонии в желудочно-кишечном тракте, может быть. Это используется как специфическое средство при лечении непереносимости лактозы. Эта генетически модифицированная версия бактерий Lactobacillus acidophilus вырабатывает недостающий фермент, называемый лактазой, который используется для переваривания лактозы, содержащейся в молочных продуктах или, что более часто, в еда, приготовленная из молочных продуктов. Кратковременная колония индуцируется в течение однонедельной схемы лечения 21 таблеткой, после чего временная колония может вырабатывать лактазу в течение трех месяцев или более, прежде чем она будет удалена из организма естественным путем. Режим индукции можно повторять столько раз, сколько необходимо для защиты от симптомов непереносимости лактозы, или отменить без последствий, за исключением возвращения исходных симптомов.
Есть опасения, что горизонтальный перенос генов другим бактериям может иметь неизвестные эффекты. По состоянию на 2018 год проводятся клинические испытания эффективности и безопасности этих методов лечения.
Более века бактерии использовались в сельском хозяйстве. Посевы были инокулированы Rhizobia (а с недавних пор Azospirillum ), чтобы увеличить их продуктивность или позволить выращивать их за пределами их первоначальной среды обитания. Применение Bacillus thuringiensis (Bt) и других бактерий может помочь защитить урожай от заражения насекомыми и болезней растений. С развитием генной инженерии этими бактериями манипулировали для повышения эффективности и расширения круга хозяев. Маркеры также были добавлены, чтобы помочь в отслеживании распространения бактерий. Бактерии, которые естественным образом колонизируют определенные культуры, также были модифицированы, в некоторых случаях для экспрессии генов Bt, ответственных за устойчивость к вредителям. Штаммы бактерий Pseudomonas вызывают морозные повреждения, зародышевая воду в кристаллы льда вокруг себя. Это привело к развитию ледяных бактерий, у которых были удалены гены образования льда. При нанесении на сельскохозяйственные культуры они могут конкурировать с бактериями «ледяной плюс» и обеспечивать некоторую морозостойкость.
Это произведение сделано с бактериями, модифицированными для экспрессии 8 различных цветов флуоресцентных белков.Другие применения генетически модифицированных бактерий включают биоремедиацию, когда бактерии используются для преобразования загрязнителей в менее токсичную форму. Генная инженерия может повысить уровень ферментов, используемых для разложения токсина или сделать бактерии более стабильными в условиях окружающей среды. ГМ-бактерии также были разработаны для выщелачивания меди из руды, очистки загрязненной ртутью воды и обнаружения мышьяка в питьевой воде. Bioart также был создан с использованием генетически модифицированных бактерий. В 1980-х годах художник Джо Дэвис и генетик преобразовали германский символ женственности (ᛉ) в двоичный код, а затем в последовательность ДНК, которая затем была выражена в Escherichia coli. Это было сделано в 2012 году, когда целая книга была закодирована на ДНК. Картины также были созданы с использованием бактерий, трансформированных флуоресцентными белками.
