Geneticky modifikované bakterie byly první organismy modifikované v laboratoři díky jejich jednoduché genetice. Tyto organismy se v současnosti používají pro několik účelů a jsou zvláště důležité pro produkci velkého množství čistých lidských proteinů pro lékařské použití.

  • 1 Historie
  • 2 Výzkum
  • 3 Jídlo
    • 3.1 V sýru
    • 4.1 Farmaceutická výroba

    Příběh

    První příklad toho nastal v roce 1978, kdy Herbert Boyer, pracující v laboratoři na Kalifornské univerzitě, užil verzi lidského inzulínu. a vložen do bakterií Escherichia coli, aby produkoval syntetický „lidský“ inzulín. O čtyři roky později byl schválen Spojenými státy. Úřad pro kontrolu potravin a léčiv.

    Výzkum

    Vlevo: Bakterie transformované pGLO pod přirozeným světlem Vpravo: Bakterie transformované pGLO vizualizované pod ultrafialovým světlem.

    Bakterie byly první organismy, které byly geneticky modifikovány v laboratoři kvůli relativní snadnosti modifikace jejich chromozomů. Tato snadnost z nich udělala důležité nástroje pro vytváření dalších GMO. Geny a další genetické informace z celé řady organismů mohou být přidány do plazmidu a vloženy do bakterií pro uložení a modifikaci. Bakterie jsou levné, snadno se pěstují, klonují se, rychle se množí, poměrně snadno se transformují a lze je skladovat při -80 °C téměř neomezeně dlouho. Jakmile je gen izolován, může být uložen uvnitř bakterií, což poskytuje neomezenou zásobu pro výzkum. Díky velkému počtu vlastních plazmidů je DNA vyříznutá z bakterií relativně snadno manipulovatelná.

    Jejich snadné použití z nich udělalo vynikající nástroje pro vědce, kteří chtějí studovat funkci genů a evoluci. Většina manipulací s DNA probíhá v bakteriálních plazmidech před přenosem do jiného hostitele. Bakterie jsou nejjednodušším modelovým organismem a velká část našeho raného chápání molekulární biologie pochází ze studia Escherichia coli. Vědci mohou snadno manipulovat s bakteriálními geny a kombinovat je, aby vytvořili nové nebo zničené proteiny, a pozorovat, jak to ovlivňuje různé molekulární systémy. Vědci zkombinovali geny z bakterií a archaea, což vedlo k pochopení toho, jak se tyto dva geny v minulosti rozcházely. V oblasti syntetické biologie byly použity k testování různých syntetických přístupů, od syntézy genomů až po vytváření nových nukleotidů.

    Jídlo

    Bakterie se při výrobě potravin používají již dlouhou dobu a pro tuto práci byly vyvinuty a vybrány specifické kmeny v průmyslovém měřítku. Mohou být použity k výrobě enzymů, aminokyselin, příchutí a dalších sloučenin používaných při výrobě potravin. S příchodem genetického inženýrství lze do těchto bakterií snadno zavést nové genetické změny. Většina bakterií produkujících potraviny jsou bakterie mléčného kvašení a právě zde byla provedena většina výzkumu genetického inženýrství bakterií produkujících potraviny. Bakterie lze upravit tak, aby pracovaly efektivněji, snížily produkci toxických vedlejších produktů, zvýšily výnos, vytvořily vylepšené sloučeniny a odstranily zbytečné cesty. Mezi potravinářské produkty vyrobené z geneticky modifikovaných bakterií patří alfa-amyláza, která přeměňuje škrob na jednoduché cukry, chymosin, který koaguluje mléčnou bílkovinu za vzniku sýra, a pektinesteráza, která zlepšuje čirost ovocné šťávy.

    V sýru

    Chymosin je enzym, který se nachází v žaludku telete. To pomáhá tele strávit mléko. Chymosin je nezbytný pro výrobu sýrů. Proměňuje mléko na sýr. Vědci našli způsob, jak upravit kvasinky tak, aby vyrostly enzymy chymosinu k výrobě sýra. Tento proces je mnohem účinnější, protože dříve musela být telata poražena, aby se extrahoval chymosin z výstelky žaludku. Nabízí také vegetariánský způsob výroby sýra. záleží na tom, co a jak Bactria proces provádí.

    Průmyslový

    Geneticky modifikované bakterie se používají k produkci velkého množství proteinů pro průmyslové použití. Bakterie se typicky pěstují do velkého objemu před aktivací genu kódujícího protein. Bakterie se poté shromáždí a požadovaný protein se z nich vyčistí. Vysoké náklady na extrakci a čištění znamenají, že v průmyslovém měřítku se vyrábějí pouze drahé produkty.

    Farmaceutická výroba

    Většina průmyslových produktů z bakterií jsou lidské proteiny pro použití v medicíně. Mnohé z těchto proteinů je nemožné nebo obtížné získat přirozeně a je méně pravděpodobné, že budou kontaminovány patogeny, což je činí bezpečnějšími. Před příchodem rekombinantních proteinových produktů byly některé léčby prováděny pomocí mrtvol nebo jiných darovaných tělesných tekutin a mohly přenášet nemoci. Transfuze krevních produktů totiž již dříve vedly k nechtěné infekci hemofiliků virem HIV nebo hepatitidou C; podobně by léčba lidským růstovým hormonem získaným z hypofýzy mrtvoly mohla vést k propuknutí Creutzfeldt-Jakobovy choroby.

    První lékařské použití GM bakterií bylo produkovat protein inzulín k léčbě cukrovky. Mezi další vyráběné léky patří srážecí faktory pro léčbu hemofilie, lidský růstový hormon pro léčbu různých forem nanismu, interferon pro léčbu některých typů rakoviny, erytropoetin pro pacienty s anémií a tkáňový aktivátor plasminogenu, který rozpouští krevní sraženiny. Mimo lékařství se používají k výrobě biopaliv. Existuje zájem o vývoj extracelulárního expresního systému v bakteriích, aby se snížily náklady a aby bylo ekonomičtější vyrábět více produktů.

    Zdraví

    S lepším pochopením role mykobiomu, pokud jde o lidské zdraví, existuje možnost léčby nemocí genetickým inženýrstvím bakterií na terapeutická činidla. Nápady zahrnují úpravu střevních bakterií tak, aby zabíjely škodlivé bakterie, nebo použití bakterií k nahrazení nebo zvýšení deficitních enzymů nebo proteinů. Jednou z cest výzkumu je modifikace Lactobacillus, bakterie, která přirozeně poskytuje určitou ochranu proti HIV, pomocí genů, které tuto ochranu dále zvyšují. Bakterie, které obvykle způsobují zubní kaz, byly navrženy tak, aby již nevytvářely kyselinu mléčnou, která způsobí korozi zubů. Pokud je těmto transgenním bakteriím umožněno kolonizovat lidskou ústní dutinu, mohou snížit tvorbu dutin. Transgenní mikroby byly také použity v nedávném výzkumu k zabíjení nebo prevenci tvorby nádorů a k boji proti Crohnově chorobě.

    . Pokud bakterie nevytvoří kolonie uvnitř pacienta, musí osoba pozřít modifikované bakterie opakovaně, aby obdržela požadované dávky. Umožnění bakteriím vytvořit kolonii může poskytnout dlouhodobější řešení, ale může také vyvolat obavy o bezpečnost, protože interakce mezi bakteriemi a lidským tělem je méně studována než u tradičních léků.

    Jedním příkladem takového meziproduktu, který tvoří pouze krátkodobé kolonie v gastrointestinálním traktu, může být. Používá se jako specifický lék při léčbě intolerance laktózy. Tato geneticky modifikovaná verze bakterií Lactobacillus acidophilus produkuje chybějící enzym zvaný laktáza, který se používá k trávení laktózy nacházející se v mléčných výrobcích nebo častěji v potravinách vyrobených z mléčných výrobků. Přechodná kolonie je indukována během týdenního léčebného režimu s 21 tabletami, po kterém může přechodná kolonie produkovat laktázu po dobu tří měsíců nebo déle, než je přirozeně odstraněna z těla. Indukční režim lze opakovat tolikrát, kolikrát je nutné k ochraně před symptomy intolerance laktózy, nebo jej přerušit bez jiných následků, než je návrat původních symptomů.

    Existují obavy, že horizontální přenos genů na jiné bakterie může mít neznámé účinky. Od roku 2018 probíhají klinické studie účinnosti a bezpečnosti těchto léčebných postupů.

    Zemědělství

    Bakterie se v zemědělství používají již více než století. Plodiny byly naočkovány Rhizobií (a nověji Azospirillum), aby se zvýšila jejich produktivita nebo umožnilo jejich pěstování mimo jejich původní stanoviště. Aplikace Bacillus thuringiensis (Bt) a dalších bakterií může pomoci chránit plodiny před napadením hmyzem a chorobami rostlin. S rozvojem genetického inženýrství byly tyto bakterie manipulovány za účelem zvýšení účinnosti a rozšíření jejich hostitelského rozsahu. Byly také přidány markery, které pomáhají sledovat šíření bakterií. Bakterie, které přirozeně kolonizují určité plodiny, byly také modifikovány, v některých případech tak, aby exprimovaly Bt geny odpovědné za odolnost vůči škůdcům. Kmeny bakterií Pseudomonas způsobují poškození mrazem tím, že nukleují vodu do ledových krystalů kolem nich. To vedlo k vývoji ledových bakterií, kterým byly odstraněny geny pro tvorbu ledu. Při aplikaci na plodiny mohou konkurovat ledu a bakteriím a poskytují určitou mrazuvzdornost.

    Tento kousek je vyroben z bakterií upravených tak, aby vyjadřovaly 8 různých barev fluorescenčních proteinů.

    Další aplikace

    Mezi další aplikace geneticky modifikovaných bakterií patří bioremediace, kdy se bakterie používají k přeměně znečišťujících látek na méně toxickou formu. Genetické inženýrství může zvýšit hladiny enzymů používaných k rozkladu toxinu nebo učinit bakterie stabilnějšími v podmínkách prostředí. GM bakterie byly vyvinuty také pro vyluhování mědi z rudy, úpravu vody kontaminované rtutí a detekci arsenu v pitné vodě. Bioart byl také vytvořen pomocí geneticky modifikovaných bakterií. V 1980. letech 2012. století umělec Joe Davis a genetik převedli germánský symbol pro ženskost (ᛉ) na binární kód a poté na sekvenci DNA, která byla poté vyjádřena v Escherichia coli. Stalo se tak v roce XNUMX, kdy byla v DNA zakódována celá kniha. Obrazy byly také vytvořeny pomocí bakterií transformovaných fluorescenčními proteiny.

    Transgenní produkty syntetizované bakteriemi

    • Inzulín
    • Vakcína proti hepatitidě B
    • Aktivátor tkáňového plazminogenu
    • Lidský růstový hormon
    • Led – mínus bakterie
    • Interferon
    • Bt kukuřice
    • Teraformace § Další vlastnosti

    reference

    další literatura

    • (2004). Pochopení DNA a klonování genů: Průvodce pro zvědavce (4. vydání). ISBN 978-0-471-43416-0.
    ČTĚTE VÍCE
    Co jedí divocí ještěři doma?