Beobachten Sie die Entwicklung von Bakterien im Labor

Mit schnellen neuen DNA-Sequenzierungstechnologien verfolgten Forscher der University of California-San Diego evolutionäre Veränderungen in E coli unter Stress gewachsen. Sie konnten feststellen, welche Gene wann mutiert sind und wie sich dies auf das Wachstum der Bakterien auswirkte. Die Forscher sagen, dass die Technik, die als experimentelle Evolution bezeichnet wird, denjenigen helfen wird, die versuchen zu lernen, wie man Bakterien genetisch verändert, um hohe Konzentrationen von Ethanol und anderen nützlichen Chemikalien herzustellen (siehe Bakterienfabriken).

ist Magie die Versammlung schwer zu erlernen

Bakterien wie E coli entwickeln sich relativ schnell: Sie teilen sich schnell und schlampig und geben fehlerbehaftete Kopien ihrer genetischen Informationen an die nächste Generation weiter. Mit einer neuen Microarray-Technologie haben Bernhard Palsson, Professor für Bioingenieurwesen, und seine Kollegen diese rasante Entwicklung über sehr kurze Zeiträume mit hoher Detailgenauigkeit untersucht.

Der Fortschritt könnte besonders für synthetische Biologen hilfreich sein, die Bakterien umbauen, um ihnen neue Funktionen zu verleihen. Dieser Ansatz wird uns neue Einblicke in die adaptive Reaktion von [Organismen] auf das Einfügen von synthetischen Teilen geben, wie etwa neue Gene oder Netzwerke von Genen, sagt James Collins , Professor für Biomedizintechnik an der Boston University. Forscher bauen solche neuen Teile ein, um die Synthese einer bestimmten für den Menschen nützlichen Verbindung durch Mikroben besser zu kontrollieren. (Zum Beispiel haben Forscher Hefe entwickelt, die ein Malaria-Medikament produziert; siehe Billigere Malaria-Medikamente .)



In einer Reihe von Experimenten lieferten Palsson und seine Mitarbeiter E coli nur mit Glycerin, das die Mikroben nicht sehr gut verstoffwechseln, zur Ernährung. Die Zellen wuchsen zunächst langsam, aber nach 20 Tagen wuchsen sie 150 Prozent schneller und nach 44 Tagen gediehen sie. Umweltfreundlichere hätten die Kultur übernommen, sagt Christopher Herring, der als Postdoc in Palssons Labor an der Forschung mitgearbeitet hat. Es gab dramatische Veränderungen darin, wie [gut] die Zellen in kurzer Zeit wuchsen.

Die experimentelle Evolution könnte sich für Forscher, die sich mit Metabolic Engineering befassen, als wirksames Werkzeug erweisen, sagt Herring. Die genetischen Netzwerke des Stoffwechsels sind komplex und beinhalten Elemente, die Forscher nur schwer vorhersagen können. Herring sagt, dass experimentelle Evolution Verbindungen zwischen verschiedenen physiologischen Systemen aufzeigen kann, von denen wir vorher nichts wussten. Herring ist jetzt wissenschaftlicher Mitarbeiter in Cambridge, MA. Mascoma , das darauf abzielt, Mikroorganismen zu entwickeln, die Biomasse effizient in Ethanol umwandeln (siehe Redesigning Life to Make Ethanol ).

Collins sagt, dass Metabolic Engineering oft irrational durchgeführt wird. Wenn Forscher Bakterien oder Hefen neue Teile hinzufügen, wissen sie nicht, ob andere Mutationen eingeführt wurden, geschweige denn, wie andere Wege beteiligt sein könnten. Vergleichende Genomsequenzierungen könnten diese Art von Informationen liefern, die es Forschern ermöglichen, die Auswirkungen gentechnischer Veränderungen besser vorherzusagen und schnell zu identifizieren, welche Veränderungen zu günstigen Eigenschaften führen.


Gregory Stephanopoulos , ein Chemieingenieur am MIT und führend auf dem Gebiet der Metabolic-Engineering, sieht die Auswirkungen des San Diego-Ansatzes eher skeptisch. Genome zu sequenzieren und zu analysieren, um relevante Mutationen zu finden, sei nicht das Problem, sagt er. Im Wachstumsexperiment von Palsson und Herring war es offensichtlich, dass E coli die gut gewachsen waren, seien eine Neusequenzierung wert, um die relevanten Mutationen zu finden, sagt er. Aber wenn man an einem komplexen Problem wie der Verbesserung der Ethanolproduktionseffizienz einer Mikrobe arbeitet, kann man in einigen Fällen überlegene Stämme identifizieren, aber im Allgemeinen ist dies nicht einfach.

Dennoch sagen Stephanopoulos und die anderen, dass vergleichende Genomsequenzierung Forschern jetzt helfen kann, Veränderungen in den Eigenschaften von Mikroben (wie die Fähigkeit, mit Glycerin zu gedeihen) auf Veränderungen des Genotyps zurückzuführen. Auf diese Weise könnte die Technologie Mikrobiologen und Pharmaunternehmen dabei helfen, zu untersuchen, wie Stämme von antibiotikaresistenten Bakterien, die ein großes Gesundheitsproblem darstellen, entstehen und welche Mutationen dafür verantwortlich sind.

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