211service.com
Se Bakterier utvecklas i labbet
Med hjälp av snabb ny DNA-sekvenseringsteknologi följde forskare från University of California-San Diego evolutionära förändringar i E coli odlas under stressiga förhållanden. De kunde identifiera vilka gener som muterades, när och vilka effekterna var på bakteriernas tillväxt. Forskarna säger att tekniken, som kallas experimentell evolution, kommer att hjälpa dem som försöker lära sig att genetiskt modifiera bakterier för att få bort höga koncentrationer av etanol och andra användbara kemikalier (se Bakteriefabriker).
Bakterier som t.ex E coli utvecklas relativt snabbt: de delar sig snabbt och slarvigt och skickar vidare felfyllda kopior av sin genetiska information till nästa generation. Med hjälp av ny microarray-teknik studerade Bernhard Palsson, professor i bioteknik, och hans kollegor denna snabba utveckling under mycket korta tidsskalor med hög detaljnivå.
Framsteg kan vara särskilt användbart för syntetiska biologer som omarbetar bakterier för att ge dem nya funktioner. Detta tillvägagångssätt kommer att ge oss nya insikter i [organismers] adaptiva svar på syntetiska delar som sätts in, såsom nya gener eller nätverk av gener, säger James Collins , professor i biomedicinsk teknik vid Boston University. Forskare lägger in sådana nya delar för att bättre kontrollera mikrobers syntes av en viss förening som är användbar för människor. (Till exempel har forskare konstruerat jäst som producerar ett malarialäkemedel; se Billigare malariadroger.)
I en uppsättning experiment gav Palsson och hans medarbetare E coli endast med glycerol, som mikroberna inte omsätter särskilt bra, för näring. Cellerna växte långsamt till en början, men efter 20 dagar växte de 150 procent snabbare och efter 44 dagar blomstrade de. De som var mer miljöanpassade tog över kulturen, säger Christopher Herring, som arbetat med forskningen som postdoc i Palssons labb. Det var dramatiska förändringar i hur [väl] cellerna växte på kort tid.
Experimentell evolution kan visa sig vara ett kraftfullt verktyg för forskare som arbetar med metabol konstruktion, säger Herring. Metabolismens genetiska nätverk är komplexa och innehåller element som forskare skulle ha svårt att förutse. Herring säger att experimentell evolution kan visa samband mellan olika fysiologiska system [som vi] inte visste om tidigare. Herring är nu en forskare vid Cambridge, MA-baserad Maskom , som hoppas kunna designa mikroorganismer som effektivt omvandlar biomassa till etanol (se Redesigning Life to Make Ethanol).
Collins säger att metabolisk teknik ofta görs irrationellt. När forskare introducerar nya delar till bakterier eller jäst, vet de inte om andra mutationer har introducerats, än mindre hur andra vägar kan vara involverade. Jämförande genomsekvensering kan ge denna typ av information, vilket gör det möjligt för forskare att bättre förutsäga effekterna av genetiskt modifierade förändringar och att snabbt identifiera vilka förändringar som leder till gynnsamma egenskaper.
Gregory Stephanopoulos , en kemiingenjör vid MIT och en ledare inom ämnesomsättningsteknikområdet, är mer skeptisk till effekterna av San Diego-metoden. Att sekvensera genom och analysera dem för att hitta relevanta mutationer är inte problemet, säger han. I Palsson och Herrings tillväxtexperiment var det uppenbart att E coli som växte bra var värda att sekvensera på nytt för att hitta de relevanta mutationerna, säger han. Men när man arbetar med ett komplext problem som att förbättra en mikrobes etanolproduktionseffektivitet, säger han, kan man i vissa fall identifiera överlägsna stammar, men i allmänhet är det inte okomplicerat.
Ändå säger Stephanopoulos och de andra att jämförande genomsekvensering nu kan hjälpa forskare att tillskriva förändringar i mikrobers egenskaper (som förmågan att frodas på glycerol) till förändringar i genotyp. Genom att göra det kan tekniken hjälpa mikrobiologer och läkemedelsföretag att studera hur stammar av antibiotikaresistenta bakterier, ett stort hälsoproblem, uppstår och vilka mutationer som är ansvariga.