Informácie

8.4: Propagácia DNA v baktériách - Biológia

8.4: Propagácia DNA v baktériách - Biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Doplnenie

George Beadle a Edward Tatum prvýkrát opísali koncept, že každý gén zodpovedá enzýmu v metabolickej dráhe vystavením kvasiniek. Neurospora crassa na mutagénne podmienky (Beadle & Tatum, 1941). Po týchto postupoch pokračoval Joshua Lederberg v týchto štúdiách s Tatum, kde vytvorili dva mutantné kmene Escherichia coli. Tieto baktérie boli auxotrofynie sú schopné vytvárať niektoré základné živiny potrebné na udržanie ich rastu. Tieto dva kmene boli opísané ako stretol bio Thr+ Leu+ Toto+ (Kmeň A) a Met+ Bio+ thr leu toto (Kmeň B). Kmeň A môže dostatočne syntetizovať aminokyseliny treonín, leucín a kofaktor tiamín, zatiaľ čo nedostatočne produkuje kofaktor biotín a aminokyselinu metionín, zatiaľ čo v prípade kmeňa B to bolo naopak. Keď bol ktorýkoľvek z týchto dvoch kmeňov nanesený na minimálne médium, žiadne došlo k rastu. Doplnenie minimálneho média metionínom a biotínom umožnilo kmeňu A rásť normálne. Keď sa tieto dva kmene zmiešali a naniesli na minimálne médium, došlo k rastu baktérií. Tieto dva kmene boli schopné sa nejakým spôsobom vzájomne dopĺňať, ako keby došlo k sexuálnej výmene genetického materiálu (Lederberg & Tatum, 1946).

Baktérie sú vybavené všetkými potrebnými kapacitami na replikáciu DNA. Bežné bakteriálne druhy boli prispôsobené na použitie v laboratóriu na prenášanie DNA a jej množenie na použitie v biotechnológiách. Baktérie majú okrem chromozomálnej DNA bakteriálneho genómu aj extrachromozomálnu DNA tzv. plazmidy. Tieto plazmidy sa replikujú nezávisle od bakteriálneho chromozómu a môžu sa vyskytovať vo vysokej kópii. Tieto kruhové kúsky DNA sú v laboratóriách modifikované tak, aby niesli špecifické kúsky DNA, takže ich možno študovať alebo použiť na expresiu do proteínov. Plazmidy môžu prirodzene niesť dôležité vlastnosti, vrátane rezistencie na antibiotiká. Plazmidy sú relatívne malé, ich veľkosť sa pohybuje od 1 000 báz do dĺžky 1 000 000 báz (1 kb-1 000 kb).

Bakteriálna DNA zvyčajne existuje ako veľká kruhový chromozóm (červená). Plazmidy sú extrachromozomálne a autonómne sa replikujúce časti DNA (Modrá).

Prostredníctvom procesu tzv konjugáciabaktérie môžu „sexuálne“ prenášať genetický materiál na inú tak, že prechádzajú plazmidmi cez štruktúru nazývanú a konjugačný pilus.

Proces konjugácie medzi darcom nesúcim plazmid a príjemcom bez plazmidu. Darca vytvorí konjugačný pilus na vytvorenie cytosolického mostíka s darcom, kde sa plazmid replikuje do príjemcu prostredníctvom metódy replikácie s rotujúcim kruhom. Príjemca sa potom stáva kompetentným konať ako darca.

Vlastnosti plazmidov

Plazmidy, ktoré sú navrhnuté biológmi na prepravu kúskov DNA na štúdium, sa označujú ako vektory pretože oni hýbať sa kúsok DNA.

Tieto plazmidové vektory majú rovnaké znaky ako tradičné plazmidy so schopnosťou replikovať sa nezávisle od bakteriálneho genómu. Funkcia, ktorá umožňuje replikáciu týchto DNA, sa nazýva an pôvod replikácie (ori), ktorý je zvyčajne bohatý na A a T. Avšak tieto plazmidové vektory majú ďalšie vlastnosti, vďaka ktorým sa s nimi ľahko pracuje a sú odlíšiteľné od bakteriálnych plazmidov; selekčný marker a viacnásobné klonovacie miesto. A výber fixka zvyčajne prichádza vo forme génu, ktorý kóduje rezistenciu na konkrétne antibiotikum. Na zobrazenom plazmide je rezistencia na ampicilín poskytnutá génom β-laktamázy. The viacnásobné klonovacie miesto (MCS), tiež známy ako polylinker, je miesto, v ktorom je požadovaná DNA inkorporovaná do vektora. MCS sú definované súborom jedinečných miest, kde môže byť DNA prerezaná reštrikčné endonukleázy (RE). Ako už názov napovedá, reštrikčné enzýmy sú „obmedzené“ vo svojej schopnosti štiepiť alebo tráviť DNA. Obmedzenie, ktoré je užitočné pre biológov, je zvyčajne palindromický sekvencie DNA. Palindromické sekvencie sú rovnaké sekvencie dopredu a dozadu. Niekoľko príkladov palindromov: RACE CAR, CIVIC, A MAN A PLAN A CANAL PANAMA. Pokiaľ ide o DNA, existujú 2 vlákna, ktoré prebiehajú navzájom antiparalelne. Preto je reverzný komplement jedného vlákna identický s druhým.

EcoRI vytvára lepkavé súdržné konce Smal vytvára tupé konce

Reštrikčné enzýmy hydrolyzujú kovalentné fosfodiesterové väzby DNA a zanechávajú buď „lepkavé/súdržné“ konce alebo „tupé“ konce. Toto rozlíšenie pri rezaní je dôležité, pretože EcoRI lepkavý koniec sa môže použiť na porovnanie kúska DNA vyrezaného rovnakým enzýmom, aby sa zlepili alebo spojili späť dohromady. Zatiaľ čo endonukleázy štiepia DNA, ligázy spojte ich znova dohromady. DNA štiepená s EcoRI môžu byť ligované späť spolu s iným kúskom DNA natrávenej EcoRI, ale nie na kus strávený s Smal. Ďalším tupým rezačom je EcoRV s rozpoznávacou sekvenciou GAT | ATC.

„Narezaním a vložením“ DNA do vektorov môžeme do baktérií vniesť cudziu alebo exogénnu DNA. Tento typ DNA sa teraz nazýva Rekombinantná DNA a je srdcom biotechnológie.

Technológia rekombinantnej DNA

Otázky na zamyslenie

1. Prečo si myslíte, že počiatky replikácie sú tvorené písmenami A a T?

2. Čo sa líši medzi typmi väzieb, ktoré držia dvojité vlákna pohromade, v porovnaní s fosfodiesterovými väzbami hlavného reťazca DNA?

3. Môže byť DNA štiepená Smal ligovať do DNA štiepenej s EcoRV?

4. Ak áno, ktorý enzým bude schopný stráviť túto novú DNA?

  • Beadle, G. W.; Tatum, E. L. (1941). „Genetická kontrola biochemických reakcií v neurospóre“. Zborník Národnej akadémie vied. 27 (11): 499-506. doi:10.1073/pnas.27.11.499. PMC 1078370. PMID 16588492
  • Lederberg J, Tatum EL (1946). „Génová rekombinácia v E. coli“. Príroda. 158 (4016): 558. doi:10.1038/158558a0

8.4: Propagácia DNA v baktériách - Biológia

Všetky články publikované MDPI sú okamžite dostupné na celom svete pod licenciou s otvoreným prístupom. Na opätovné použitie celého alebo časti článku publikovaného spoločnosťou MDPI vrátane obrázkov a tabuliek sa nevyžaduje žiadne špeciálne povolenie. V prípade článkov publikovaných pod licenciou Creative Common CC BY s otvoreným prístupom môže byť akákoľvek časť článku znovu použitá bez povolenia za predpokladu, že pôvodný článok je jasne citovaný.

Feature Papers predstavujú najpokročilejší výskum s významným potenciálom vysokého vplyvu v tejto oblasti. Hlavné články sa predkladajú na individuálne pozvanie alebo odporúčanie vedeckých redaktorov a pred zverejnením prechádzajú odborným posudkom.

Feature Paper môže byť buď originálnym výskumným článkom, podstatnou novou výskumnou štúdiou, ktorá často zahŕňa niekoľko techník alebo prístupov, alebo komplexným prehľadovým dokumentom so stručnými a presnými aktualizáciami o najnovšom pokroku v tejto oblasti, ktorý systematicky zhodnocuje najúžasnejšie vedecké pokroky. literatúre. Tento typ papiera poskytuje výhľad na budúce smerovanie výskumu alebo možné aplikácie.

Články Editor’s Choice sú založené na odporúčaniach vedeckých redaktorov časopisov MDPI z celého sveta. Redaktori vyberajú malý počet článkov nedávno publikovaných v časopise, o ktorých sa domnievajú, že budú pre autorov obzvlášť zaujímavé alebo dôležité v tejto oblasti. Cieľom je poskytnúť prehľad niektorých najzaujímavejších prác publikovaných v rôznych oblastiach výskumu časopisu.


Súhrn

Tepelné profilovanie proteómu je prispôsobené Escherichia coli skúmať termostabilitu proteínov in vivo, poskytujúce pohľad na architektúru proteínového komplexu, proteínovú aktivitu, bunkový metabolický stav, intracelulárne zapojenie cieľového liečiva a následné účinky liečiva.

  • The E. coli proteóm je termostabilnejší ako ľudský, pričom termostabilita proteínu závisí od subcelulárneho umiestnenia proteínu.
  • Podjednotky proteínových komplexov nachádzajúcich sa v jednom kompartmente sa topia podobne, zatiaľ čo proteínové komplexy preklenujúce kompartmenty majú často svoje podjednotky topiace sa miestne.
  • Vyradenie tolC viedlo k tepelnej destabilizácii jeho interakčných partnerov, zníženiu regulácie hlavného porínu (OmpF) a zvýšenému periplazmatickému stresu.

Replikácia DNA: Iniciácia v baktériách

Odvíjanie oblasti bohatého na AT v závislosti od DnaA oriC a proteíny, ktoré modulujú tento proces

Naviazané na oriC , DnaA potom odvíja oblasť bohatú na AT nesúcu 13-méry blízko ľavého okraja. Keďže DnaA v komplexe s ATPγS je rovnako účinná ako DnaA-ATP, nie je potrebná hydrolýza nukleotidov. DnaA-ADP je však v podstate neaktívna. Vzhľadom na to, že domény III a IV Aquifex aeolicus DnaA sa zostavuje do špirálového vlákna v prítomnosti ATP, zatiaľ čo vytvára kruhovú štruktúru s ADP, ATP viazaný medzi susednými molekulami oligoméru DnaA mení konformáciu domény III, aby sa zabránilo usporiadaniu plochého kruhu. Pretože vnútro tohto oligoméru DnaA obsahuje kladne nabité povrchy, navrhovaným modelom je, že jeden alebo viac základných zvyškov sa viaže na negatívne nabitú nenavinutú DNA. Na podporu alanínovej substitúcie za lyzín 245, ktorá je umiestnená na vnútornom povrchu vlákna, vedie k špecifickému defektu v odvíjaní. Alanínové substitúcie iných základných zvyškov (lyzín 223 a lyzín 243) sú tiež defektné pri odvíjaní a autooligomerizácii na podporu modelu, na ktorý sa oligomér DnaA viaže a stabilizuje odvinutú oblasť oriC. Predpoveď tohto modelu je, že všetky mutantné DnaA, ktoré sú defektné v autooligomerizácii, by sa nemali môcť uvoľniť. oriC. Avšak mutanty nesúce substitúcie W6A alebo R281A sú narušené pri autooligomerizácii, napriek tomu zostávajú rovnako aktívne ako DnaA divokého typu v oriC odvíjanie.

HU, DiaA alebo IHF stimulujú odvíjanie závislé od DnaA oriC. Stimulácia pomocou HU alebo DiaA koreluje s ich interakciou so zvyškami v N-terminálnej oblasti (doména I) DnaA a ich schopnosťou stabilizovať oligomér DnaA na oriC. Pretože je známe, že IHF ohýba DNA a tiež stimuluje väzbu DnaA na slabšie miesta v oriC, ohýbanie DNA pomocou IHF na mieste IHF v oriC môže stabilizovať oligomér DnaA uľahčením interakcie medzi molekulami DnaA alebo medzi nimi. Na porovnanie, Fis bráni väzbe DnaA na miesta s nízkou afinitou, aby sa inhibovalo odvíjanie oriC.

Proteín viažuci DNA z vyhladovaných buniek (Dps) je exprimovaný v reakcii na oxidačný stres a akumuluje sa v vyhladovaných bunkách. In vivo, Dps spôsobuje menej časté iniciácie. Biochemicky tento proteín interaguje s N-terminálnou oblasťou DnaA a tiež inhibuje uvoľnenie oriC. Tieto výsledky podporujú model, ktorý navrhuje, že Dps pôsobí ako kontrolný bod počas oxidačného stresu na zníženie frekvencie iniciácie. Tento kontrolný bod môže bunkám poskytnúť čas na opravu oxidačného poškodenia genómu pred jeho duplikáciou.


Referencie

Enright, M. C. Evolúcia rezistentného patogénu – prípad MRSA. Curr. Opin. Pharmacol. 3, 474–479 (2003).

Conway, S. P., Brownlee, K. G., Denton, M. & Peckham, D. G. Antibiotická liečba organizmov rezistentných na viaceré liečivá pri cystickej fibróze. Am. J. Respir. Med. 2, 321–332 (2003).

Austin, D. J., Kristinsson, K. G. & Anderson, R. M. Vzťah medzi objemom antimikrobiálnej spotreby v ľudských komunitách a frekvenciou rezistencie. Proc. Natl Acad. Sci. USA 96, 1152–1156 (1999).

Weigel, L. M. a kol. Genetická analýza vysokoúrovňového izolátu rezistentného na vankomycín Staphylococcus aureus. Veda 302, 1569–1571 (2003).

Thomas, C. M. & Nielsen, K. M. Mechanizmy a bariéry horizontálneho prenosu génov medzi baktériami. Nature Rev. Microbiol. 3, 711–721 (2005). Baktérie majú mnoho mechanizmov výmeny DNA, ktoré sú jasne a dôkladne diskutované v tomto prehľade.

Witte, W. Lekárske dôsledky používania antibiotík v poľnohospodárstve. Veda 279, 996–997 (1998).

Aarestrup, F. M. Používanie veterinárnych liekov a antimikrobiálna rezistencia u baktérií živočíšneho pôvodu. Basic Clin. Pharmacol. Toxicol. 96, 271–281 (2005).

Salyers, A. A., Gupta, A. & Wang, Y. Ľudské črevné baktérie ako zásobníky génov rezistencie na antibiotiká. Trends Microbiol. 12, 412–416 (2004). Komplexná mikrobiálna komunita ľudského čreva a úloha, ktorú zohráva pri prenose génov, sú komplexne preskúmané v tomto výnimočnom článku, a to aj napriek problémom pri vyvodzovaní záverov z takého rozmanitého ekosystému.

Levy, S. B. & O'Brien, T. F. Globálne upozornenia na antimikrobiálnu rezistenciu a dôsledky. Clin. Nakaziť. Dis. 41, S219 – S220 (2005). Stručné, ale silné posolstvo o celosvetovom stave rezistencie patogénov na antibiotiká.

Davies, J. Nezodpovedané otázky týkajúce sa rezistencie na antibiotiká. Clin. Microbiol. Nakaziť. 4, 2–3 (1998).

Davies, J. Posledné slovo majú mikróby. EMBO Rep. 8, 616–621 (2007).

Sarmah, A. K., Meyer, M. T. & Boxall, A. B. Globálny pohľad na použitie, predaj, cesty expozície, výskyt, osud a účinky veterinárnych antibiotík (VA) v životnom prostredí. Chemosféra 65, 725–759 (2006). Dôkladný prehľad súčasného používania antibiotík v poľnohospodárstve.

Thiele-Bruhn, S. Farmaceutické antibiotické zlúčeniny v pôdach - prehľad. J. Plant Nutr. Soil Sci. 166, 145–167 (2003).

Segura, P. A., Francois, M., Gagnon, C. & Sauve, S. Prehľad výskytu antiinfekčných látok v kontaminovaných odpadových vodách a prírodných a pitných vodách. Environ. Zdravotný výhľad. 117, 675–684 (2009).

Cabello, F. C. Intenzívne používanie profylaktických antibiotík v akvakultúre: rastúci problém pre zdravie ľudí a zvierat a pre životné prostredie. Environ. Microbiol. 8, 1137–1144 (2006).

Rhodes, G. a kol. Distribúcia plazmidov rezistencie na oxytetracyklín medzi aeromonádami v nemocničnom prostredí a prostredí akvakultúry: implikácia Tn 1721 pri šírení determinantu tetracyklínovej rezistencie Tet A. Appl. Environ. Microbiol. 66, 3883–3890 (2000).

Martin, M. F. & Liras, P. Organizácia a expresia génov zapojených do biosyntézy antibiotík a iných sekundárnych metabolitov. Annu. Microbiol. 43, 173–206 (1989).

Hopwood, D. A. Ako si baktérie produkujúce antibiotiká zaistia svoju vlastnú odolnosť predtým, ako ich biosyntéza antibiotík vyradí z funkcie? Mol. Microbiol. 63, 937–940 (2007).

Tahlan, K. a kol. Zahájenie exportu aktinorhodin v r Streptomyces coelicolor. Mol. Microbiol. 63, 951–961 (2007).

Benveniste, R. & Davies, J. Aminoglykozidové antibiotiká inaktivujúce enzýmy v aktinomycétach podobné tým, ktoré sú prítomné v klinických izolátoch baktérií rezistentných na antibiotiká. Proc. Natl Acad. Sci. USA 70, 2276–2280 (1973). Patogény rezistentné na antibiotiká sa môžu rýchlo objaviť ako odpoveď na liečbu antibiotikami, ale pôvod rezistencie je často neznámy. Toto je jedna z prvých správ o pôvode niektorých génov rezistencie: výrobcov antibiotika.

Hermansson, M., Jones, G. W. & Kjelleberg, S. Frekvencia rezistencie na antibiotiká a ťažké kovy, pigmentácia a plazmidy v baktériách rozhrania morského vzduchu a vody. Appl. Environ. Microbiol. 53, 2338–2342 (1987).

Piepersberg, W., Distler, J., Heinzel, P. & Perez-Gonzalez, J. Antibiotická rezistencia modifikáciou: mnohé gény rezistencie by mohli byť odvodené z génov bunkovej kontroly v aktinomycétach. – Hypotéza. aktinomycetol. 2, 83–98 (1988).

Nies, D. H. Odolnosť proti ťažkým kovom sprostredkovaná efluxom u prokaryotov. FEMS Microbiol. Rev. 27, 313–339 (2003).

Poole, K. Antimikrobiálna rezistencia sprostredkovaná efluxom. J. Antimicrob. Chemother. 56, 20–51 (2005).

Kadavy, D. R., Hornby, J. M., Haverkost, T. & Nickerson, K. W. Prírodná antibiotická rezistencia baktérií izolovaných z lariev olejnej muchy, Helaeomyia petrolei. Appl. Environ. Microbiol. 66, 4615–4619 (2000).

Allen, H. K. a kol. Rezidentná mikroflóra stredného čreva gypsy mory obsahuje determinanty rezistencie na antibiotiká. DNA Cell Biol. 28, 109–117 (2009).

Groh, J. L., Luo, Q., Ballard, J. D. & Krumholz, L. R. Gény, ktoré zvyšujú ekologickú spôsobilosť Shewanella oneidensis MR-1 v sedimentoch odhaľuje hodnotu antibiotickej rezistencie. Appl. Environ. Microbiol. 73, 492–498 (2007). Takzvané gény rezistencie na antibiotiká zohrávajú v prirodzenom prostredí organizmu nerezistentné úlohy a toto je jedna z prvých správ o funkciách rezistencie a kondície pre rovnaký génový produkt.

Martinez, J. L. a kol. Funkčná úloha bakteriálnych multidrogových efluxných púmp v mikrobiálnych prírodných ekosystémoch. FEMS Microbiol. Rev. 33, 430–449 (2009).

Rosas, I. a kol. Fekálne znečistenie mestským prachom v Mexico City: antibiotická rezistencia a faktory virulencie Escherichia coli. Int. J. Hyg. Environ. Zdravie 209, 461–470 (2006).

Gandara, A. a kol. Izolácia Staphylococcus aureus a odolné voči antibiotikám Staphylococcus aureus z obytných vnútorných bioaerosólov. Environ. Zdravotný výhľad. 114, 1859–1864 (2006).

Diaz-Mejia, J. J., Amabile-Cuevas, C. F., Rosas, I. & Souza, V. Analýza evolučných vzťahov integrónových integráz s dôrazom na prevalenciu integrónov triedy 1 v Escherichia coli izoláty klinického a environmentálneho pôvodu. Mikrobiológia 154, 94–102 (2008).

Baquero, F., Martinez, J. L. & Canton, R. Antibiotiká a antibiotická rezistencia vo vodnom prostredí. Curr. Opin. Biotechnol. 19, 260–265 (2008). Tento prehľad skúma zdroj a osud antibiotík a génov rezistencie vo vodnom prostredí a je jedinečný vo svojej integrovanej perspektíve týchto dvoch.

Kellogg, C. A. & Griffin, D. W. Aerobiológia a globálny transport púštneho prachu. Trends Ecol. Evol. 21, 638–644 (2006).

Gilliver, M. A., Bennett, M., Begon, M., Hazel, S. M. & Hart, C. A. Antibiotická rezistencia nájdená u divokých hlodavcov. Príroda 401, 233–234 (1999).

Osterblad, M., Norrdahl, K., Korpimaki, E. & Huovinen, P. Antibiotická rezistencia. Aké divé sú divé cicavce? Príroda 409, 37–38 (2001).

Souza, V., Rocha, M., Valera, A. & Eguiarte, L. E. Genetická štruktúra prirodzených populácií Escherichia coli u divokých hostiteľov na rôznych kontinentoch. Appl. Environ. Microbiol. 65, 3373–3385 (1999).

Rolland, R. M., Hausfater, G., Marshall, B. & Levy, S. B. Baktérie rezistentné na antibiotiká u divých primátov: zvýšená prevalencia u paviánov kŕmiacich sa ľudským odpadom. Appl. Environ. Microbiol. 49, 791–794 (1985).

Rwego, I. B., Isabirye-Basuta, G., Gillespie, T. R. & Goldberg, T. L. Gastrointestinálny bakteriálny prenos medzi ľuďmi, horskými gorilami a hospodárskymi zvieratami v národnom parku Bwindi Impenetrable, Uganda. Conserv. Biol. 22, 1600–1607 (2008).

Cole, D. a kol. Voľne žijúce kanadské husi a antimikrobiálna rezistencia. Emerg. Nakaziť. Dis. 11, 935–938 (2005).

Dolejská, M., Čížek, A. & Literák, I. Vysoká prevalencia antimikrobiálne rezistentných génov a integrónov v Escherichia coli izoláty z čajok čiernohlavých v Českej republike. J. Appl. Microbiol. 103, 11–19 (2007).

Sjolund, M. a kol. Šírenie multirezistentných baktérií do Arktídy. Emerg. Nakaziť. Dis. 14, 70–72 (2008).

Skurnik, D. a kol. Vplyv ľudskej blízkosti na antimikrobiálnu rezistenciu a integróny vo výkaloch zvierat Escherichia coli. J. Antimicrob. Chemother. 57, 1215–1219 (2006).

Guardabassi, L., Schwarz, S. & Lloyd, D. H. Domáce zvieratá ako rezervoáre baktérií rezistentných na antimikrobiálne látky. J. Antimicrob. Chemother. 54, 321–332 (2004).

Walson, J. L., Marshall, B., Pokhrel, B. M., Kafle, K. K. & Levy, S. B. Prenos fekálnych baktérií odolných voči antibiotikám v Nepále odráža blízkosť Káthmandu. J. Infect. Dis. 184, 1163–1169 (2001). Táto dobre podložená štúdia rezistencie na antibiotiká u ľudských bakteriálnych izolátov zistila, že existuje gradient rezistencie na antibiotiká z oblastí s vysokou až nízkou hustotou ľudskej populácie.

Bartoloni, A. a kol. Vysoká prevalencia získanej antimikrobiálnej rezistencie nesúvisiaca s veľkou konzumáciou antimikrobiálnych látok. J. Infect. Dis. 189, 1291–1294 (2004).

Pallecchi, L. a kol. Štruktúra populácie a gény rezistencie v baktériách rezistentných na antibiotiká zo vzdialenej komunity s minimálnou expozíciou antibiotikám. Antimikrob. Agents Chemother. 51, 1179–1184 (2007).

Baker-Austin, C., Wright, M. S., Stepanauskas, R. & McArthur, J. V. Co-selekcia antibiotickej a kovovej rezistencie. Trends Microbiol. 14, 176–182 (2006).

Smith, D. H. R. faktor infekcie Escherichia coli lyofilizovaný v roku 1946. J. Bacteriol. 94, 2071–2072 (1967).

Hughes, V. M. & Datta, N. Konjugatívne plazmidy v baktériách "preantibiotickej" éry. Príroda 302, 725–726 (1983). V jednom z mála vyšetrení baktérií izolovaných pred použitím antibiotík autori ukazujú, že konjugatívne plazmidy boli skutočne bežné pred, ako aj počas antibiotickej éry.

Houndt, T. & Ochman, H. Dlhodobé posuny vo vzorcoch rezistencie na antibiotiká u črevných baktérií. Appl. Environ. Microbiol. 66, 5406–5409 (2000).

Pramer, D. & Starkey, R.L. Decomposition of streptomycin. Veda 113, 127 (1951).

Johnsen, J. Využitie benzylpenicilínu ako zdroja uhlíka, dusíka a energie a Pseudomonas fluorescens kmeň. Arch. Microbiol. 115, 271–275 (1977).

Beckman, W. & Lessie, T. G. Response of Pseudomonas cepacia na β-laktámové antibiotiká: využitie penicilínu G ako zdroja uhlíka. J. Bacteriol. 140, 1126–1128 (1979).

Kameda, Y., Kimura, Y., Toyoura, E. & Omori, T. Spôsob izolácie baktérií schopných produkovať kyselinu 6-aminopenicilánovú z benzylpenicilínu. Príroda 191, 1122–1123 (1961).

Abd-El-Malek, Y., Monib, M. & Hazem, A. Chloramfenikol, simultánny zdroj uhlíka a dusíka pre Streptomyces sp. z egyptskej pôdy. Príroda 189, 775–776 (1961). Toto je prvá správa o baktérii, ktorá „požiera“ antibiotikum.

Malik, V. S. & Vining, L. C. Metabolizmus chloramfenikolu produkčným organizmom. Môcť. J. Microbiol. 16, 173–179 (1970).

Lingens, F. & Oltmanns, O. Izolácia a charakterizácia baktérie ničiacej chloramfenikol. Biochim. Biophys. Acta 130, 336–344 (1966).

Dantas, G., Sommer, M. O., Oluwasegun, R. D. & Church, G. M. Baktérie živiace sa antibiotikami. Veda 320, 100–103 (2008).

D'Costa, V.M., McGrann, K.M., Hughes, D.W. & Wright, G.D. Vzorkovanie antibiotického rezistomu. Veda 311, 374–377 (2006). Výber pre antibiotikum rezistentné Streptomyces sp. z pôdy odhaľuje rôzne a nové mechanizmy rezistencie.

Davies, J. Darwin a mikrobiómy. EMBO Rep. 10, 805 (2009).

Ventura, M. a kol. Genomika Aktinobaktérie: sledovanie evolučnej histórie starovekého kmeňa. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 71, 495–548 (2007).

Baltz, R. H. Renesancia v antibakteriálnom objave z aktinomycét. Curr. Opin. Pharmacol. 8, 557–563 (2008).

Johnson, A. P. a kol. Millerov experiment so sopečným iskrovým výbojom. Veda 322, 404 (2008).

Currie, C. R., Scott, J. A., Summerbell, R. C. & Malloch, D. Mravce pestujúce huby používajú baktérie produkujúce antibiotiká na kontrolu záhradných parazitov. Príroda 398, 701–704 (1999).

Cafaro, M. J. & Currie, C. R. Fylogenetická analýza vzájomných vláknitých baktérií spojených s mravcami pestujúcimi huby. Môcť. J. Microbiol. 51, 441–446 (2005).

Neeno-Eckwall, E. C., Kinkel, L. L. & Schottel, J. L. Konkurencia a antibióza v biologickej kontrole chrastavitosti zemiakov. Môcť. J. Microbiol. 47, 332–340 (2001).

Henke, J. M. & Bassler, B. L. Bakteriálne sociálne zapojenie. Trends Cell Biol. 14, 648–656 (2004).

Kravčenko, V. V. a kol. Modulácia génovej expresie prostredníctvom narušenia signalizácie NF-KB bakteriálnou malou molekulou. Veda 321, 259–263 (2008).

Schertzer, J. W., Boulette, M. L. & Whiteley, M. Viac ako signál: nesignalizačné vlastnosti molekúl snímajúcich kvórum. Trends Microbiol. 17, 189–195 (2009).

Davies, J., Spiegelman, G. B. & Yim, G. Svet subinhibičných koncentrácií antibiotík. Curr. Opin. Microbiol. 9, 445–453 (2006). Tento prehľad skúma rôzne aktivity antibiotík a iných inhibítorov súvisiace s odpoveďou na dávku a dochádza k záveru, že ich biologické aktivity v prírode sa značne líšia od ich aktivít v terapeutických aplikáciách.

Calabrese, E. J. & Baldwin, L. A. Defining hormesis. Hum. Exp. Toxicol. 21, 91–97 (2002).

Ryan, R. P. & Dow, J. M. Difúzne signály a medzidruhová komunikácia v baktériách. Mikrobiológia 154, 1845–1858 (2008).

Linares, J. F., Gustafsson, I., Baquero, F. & Martinez, J. L. Antibiotiká ako intermikrobiálne signalizačné činidlá namiesto zbraní. Proc. Natl Acad. Sci. USA 103, 19484–19489 (2006).

Hall, B. G. & Barlow, M. Evolúcia serínových β-laktamáz: minulosť, prítomnosť a budúcnosť. Drug Resist. Aktualizovať. 7, 111–123 (2004).

Waters, B. & Davies, J. Aminokyselinová variácia v GyrA podjednotke baktérií potenciálne spojená s prirodzenou rezistenciou voči fluorochinolónovým antibiotikám. Antimikrob. Agents Chemother. 41, 2766–2769 (1997).

Perkins, A. E. & Nicholson, W. L. Odkrývanie nových metabolických schopností Bacillus subtilis pomocou profilovania fenotypu rezistentných na rifampín rpoB mutantov. J. Bacteriol. 190, 807–814 (2008).

Tamae, C. a kol. Stanovenie precitlivenosti na antibiotiká medzi 4 000 mutantmi s knockoutom jediného génu Escherichia coli. J. Bacteriol. 190, 5981–5988 (2008).

Duo, M., Hou, S. & Ren, D. Identifying Escherichia coli gény zapojené do vnútornej rezistencie voči viacerým liečivám. Appl. Microbiol. Biotechnol. 81, 731–741 (2008).

Breidenstein, E. B., Khaira, B. K., Wiegand, I., Overhage, J. & Hancock, R. E. Komplexný ciprofloxacínový rezistóm odhalený skríningom Pseudomonas aeruginosa mutantná knižnica pre zmenenú citlivosť. Antimikrob. Agents Chemother. 52, 4486–4491 (2008).

Fajardo, A. a kol. Zanedbávaný vnútorný odpor bakteriálnych patogénov. PLoS ONE 3e1619 (2008).

Gomez, M. J. & Neyfakh, A. A. Gény zapojené do vnútornej rezistencie na antibiotiká Acinetobacter baylyi. Antimikrob. Agents Chemother. 50, 3562–3567 (2006).

Demaneche, S. a kol. Pôdne baktérie odolné voči antibiotikám na poliach transgénnych rastlín. Proc. Natl Acad. Sci. USA 105, 3957–3962 (2008).

Song, J. S. a kol. Odstránenie kontaminujúceho génu TEM-la β-laktamázy z reklamy Taq DNA polymeráza. J. Microbiol. 44, 126–128 (2006).

Guardabassi, L. & Agerso, Y. Gény homológne ku glykopeptidovej rezistencii vanA sú rozšírené v pôdnych mikrobiálnych spoločenstvách. FEMS Microbiol. Lett. 259, 221–225 (2006). Táto štúdia je vynikajúcim príkladom použitia PCR na detekciu génov rezistencie na antibiotiká v zložitých prostrediach.

Heuer, H. a kol. Gény rezistencie na gentamicín v environmentálnych baktériách: prevalencia a prenos. FEMS Microbiol. Ecol. 42, 289–302 (2002).

Agerso, Y., Sengelov, G. & Jensen, L. B. Vývoj rýchlej metódy na priamu detekciu tet(M) gény v pôde z dánskej poľnohospodárskej pôdy. Environ. Int. 30, 117–122 (2004).

Výbor pre metagenomiku: výzvy a funkčné aplikácie, Národná rada pre výskum. Nová veda o metagenomike: odhaľovanie tajomstiev našej mikrobiálnej planéty (National Academies Press, Washington DC, 2007). Táto správa poskytuje komplexný prehľad rôznych metód a analýz, ktoré zahŕňajú metagenomiku, a špekuluje o ich potenciálnych aplikáciách.

Riesenfeld, C. S., Goodman, R. M. & Handelsman, J. Nekultivované pôdne baktérie sú rezervoárom nových génov rezistencie na antibiotiká. Environ. Microbiol. 6, 981–989 (2004). Tento článok popisuje použitie funkčnej metagenomiky na objavenie génov rezistencie na aminoglykozidové antibiotiká v pôdnej mikrobiálnej komunite.

Allen, H. K., Moe, L. A., Rodbumrer, J., Gaarder, A. & Handelsman, J. Funkčná metagenomika odhaľuje rôzne β-laktamázy v odľahlej aljašskej pôde. ISME J. 3, 243–251 (2009).

De Souza, M. J., Nair, S., Bharathi, P. A. L. & Chandramohan, D. Odolnosť voči kovu a antibiotikám v psychrotrofných baktériách z antarktických morských vôd. Ekotoxikológia 15, 379–384 (2006).

Národný výbor pre klinické laboratórne štandardy. Normy výkonnosti pre testovanie antimikrobiálnej citlivosti. Štrnásty informačný doplnok 96-130 (Národný výbor pre klinické laboratórne štandardy, Wayne, Pennsylvania, 2004).

Chomel, B. B., Belotto, A. & Meslin, F. X. Divoká zver, exotické domáce zvieratá a vznikajúce zoonózy. Emerg. Nakaziť. Dis. 13, 6–11 (2007).

Bengis, R. G. a kol. Úloha voľne žijúcich živočíchov vo vznikajúcich a znovu sa objavujúcich zoonózach. Sci. Tech. 23, 497–511 (2004).

Salyers, A. A. & Amabile-Cuevas, C. F. Prečo sú gény rezistencie na antibiotiká také odolné voči eliminácii? Antimikrob. Agents Chemother. 41, 2321–2325 (1997). Po usadení sa v patogéne zostávajú mutácie a gény rezistencie na antibiotiká prekvapivo stabilné, dokonca aj bez selekcie antibiotikami. Tento článok sa zaoberá rôznymi aspektmi tohto rébusu.

Rosenblatt-Farrell, N. Krajina rezistencie na antibiotiká. Environ. Zdravotný výhľad. 117, A244 – A250 (2009).

Americká akadémia mikrobiológie. Antibiotická rezistencia: ekologický pohľad na starý problém (American Academy of Microbiology, Washington DC, 2009).

Stokes, H. W. a kol. Génová kazetová PCR: sekvenčne nezávislá obnova celých génov z DNA prostredia. Appl. Environ. Microbiol. 67, 5240–5246 (2001).

McManus, P. S., Stockwell, V. O., Sundin, G. W. & Jones, A. L. Použitie antibiotík v rastlinnom poľnohospodárstve. Annu. Phytopathol. 40, 443–465 (2002).

Hughes, P. & Heritage, J. in Hodnotenie kvality a bezpečnosti krmív pre zvieratá (ed. Jutzi, S.) 129–152 (Organizácia OSN pre výživu a poľnohospodárstvo, Rím, 2004).

Hernández Serrano, P. Zodpovedné používanie antibiotík v akvakultúre. (Organizácia OSN pre výživu a poľnohospodárstvo, Rím, 2005).

Dean, W. R. & Scott, H. M. Antagonistická synergia: proces. a paradox vo vývoji nových poľnohospodárskych antimikrobiálnych predpisov. Agric. Ľudské hodnoty 22, 479–489 (2005).


DNA minipreparácia alkalickou lýzou (aktivita)

Akonáhle je DNA zavedená a prenášaná v baktériách, radi by sme DNA znova izolovali na ďalšiu manipuláciu. Aby sa tak stalo, baktérie obsahujúce požadovaný plazmid sa pestujú v tekutej kultúre živnej pôdy bohatej na živiny vyrobenej z kvasnicového extraktu s názvom Luria-Bertani Broth ( LB ). Tieto kultivované baktérie sa kultivujú, kým cez noc nedosiahnu vysokú koncentráciu. Zozbierajú sa odstredením a vývar sa odstráni. Výsledná peleta baktérií sa resuspenduje vo fyziologickom pufri obsahujúcom chelátor EDTA. A chelátor je chemikália, ktorá z roztoku odstraňuje dvojmocné katióny ako Ca 2+ alebo Mg 2+. To je dôležité, pretože dvojmocné katióny sú potrebné na to, aby enzýmy štiepiace DNA boli aktívne. Chelatovaním iónov bude DNA, ktorú chceme nakoniec vyčistiť, bezpečná pred degradáciou.

Po resuspendovaní baktérií sa do bakteriálnej zmesi primieša alkalický roztok 0,1 N NaOH. Tento roztok tiež obsahuje iónový detergent nazývaný dodecylsulfát sodný ( KBÚ ), ktorý pomáha pri denaturácii proteínov a narúša ich interakcie s DNA. Zmes sa stáva viskóznou, keď baktérie prasknú a ich obsah vytečie do roztoku. Tento zásaditý roztok sa potom neutralizuje tlmivým roztokom octanu draselného pri pH 5,5. Keď sa roztoky zmiešajú, pH sa priblíži k 7 a draslík interaguje s SDS, čo spôsobí precipitáciu genómovej chromozomálnej DNA a proteínov. Aby sa zrazenina oddelila od roztoku, zmes sa centrifuguje pri vysokej rýchlosti, aby sa peletovala genómová DNA a proteín. The supernatant alebo roztok sa prenesie do kolóny obsahujúcej a kremičitá membrána . V podmienkach s vysokým obsahom soli DNA adheruje na sklo alebo oxid kremičitý. Prechodom roztoku cez túto kolónu sa plazmidová DNA v supernatante zachytí na silikagélovej membráne a odstráni sa z roztoku. Dodatočné umývanie sa používa na odstránenie túlavých nečistôt a prebytočnej soli. Plazmidová DNA sa nakoniec z kolóny odstráni elúcia pufrom s nízkym obsahom soli. Tento pufor s nízkym obsahom soli je Tris pH 8 s EDTA ( TE ). Plazmidová DNA môže byť stabilne skladovaná v TE pufri v mrazničke počas dlhšej doby.


Vedci vytvorili baktérie so syntetickým genómom. Je toto umelý život?

Ako míľnik pre syntetickú biológiu sa kolóniám E. coli darí vďaka DNA, ktorú od nuly vytvorili ľudia, nie príroda.

Vedci vytvorili živý organizmus, ktorého DNA je úplne vytvorená človekom – možno ide o novú formu života, povedali odborníci, a míľnik v oblasti syntetickej biológie.

Výskumníci z Laboratória molekulárnej biológie Medical Research Council v Británii v stredu oznámili, že prepísali DNA baktérie Escherichia coli, čím vytvorili syntetický genóm štyrikrát väčší a oveľa zložitejší ako ktorýkoľvek predtým vytvorený.

Baktérie sú živé, aj keď majú nezvyčajný tvar a pomaly sa rozmnožujú. Ich bunky však fungujú podľa nového súboru biologických pravidiel a produkujú známe proteíny s rekonštruovaným genetickým kódom.

Tento úspech jedného dňa môže viesť k organizmom, ktoré produkujú nové lieky alebo iné cenné molekuly, ako živé továrne. Tieto syntetické baktérie môžu tiež poskytnúť informácie o tom, ako genetický kód vznikol v ranej histórii života.

„Je to medzník,“ povedal Tom Ellis, riaditeľ Centra pre syntetickú biológiu na Imperial College London, ktorý sa na novej štúdii nezúčastnil. "Nikto predtým neurobil nič podobné, pokiaľ ide o veľkosť alebo počet zmien."

Každý gén v živom genóme je podrobne popísaný v abecede štyroch báz, molekúl nazývaných adenín, tymín, guanín a cytozín (často opísané len ich prvými písmenami: A, T, G, C). Gén môže pozostávať z tisícok báz.

Gény riadia bunky, aby si vybrali spomedzi 20 aminokyselín, stavebných kameňov bielkovín, ťahúňov každej bunky. Proteíny vykonávajú v tele veľké množstvo úloh, od transportu kyslíka v krvi až po vytváranie sily v našich svaloch.

Pred deviatimi rokmi výskumníci vytvorili syntetický genóm, ktorý bol dlhý jeden milión párov báz. Nový genóm E. coli, o ktorom sa píše v časopise Nature, je dlhý štyri milióny párov báz a musel byť skonštruovaný úplne novými metódami.

Novú štúdiu viedol Jason Chin, molekulárny biológ z M.R.C. laboratória, ktorí chceli pochopiť, prečo všetky živé veci kódujú genetickú informáciu rovnakým spôsobom.

Produkcia každej aminokyseliny v bunke je riadená tromi bázami usporiadanými vo vlákne DNA. Každá z týchto trojíc je známa ako kodón. Kodón TCT napríklad zabezpečuje, že aminokyselina nazývaná serín je pripojená na koniec nového proteínu.

Pretože existuje iba 20 aminokyselín, mysleli by ste si, že genóm potrebuje na ich vytvorenie iba 20 kodónov. Ale genetický kód je plný nadbytočnosti z dôvodov, ktorým nikto nerozumie.

Aminokyseliny sú kódované 61 kodónmi, nie 20. Napríklad produkcia serínu je riadená šiestimi rôznymi kodónmi. (Ďalšie tri kodóny sa nazývajú stop kodóny, ktoré hovoria DNA, kde má zastaviť konštrukciu aminokyseliny.)

Tak ako mnohých vedcov, aj Dr. Chin zaujala celá táto duplicita. Boli všetky tieto kúsky DNA nevyhnutné pre život?

"Pretože život všeobecne používa 64 kodónov, naozaj sme nemali odpoveď," povedal Dr. Chin. A tak sa pustil do vytvorenia organizmu, ktorý by mohol vniesť trochu svetla do tejto otázky.

Obrázok

Po niekoľkých predbežných experimentoch on a jeho kolegovia navrhli upravenú verziu genómu E. coli na počítači, ktorý potreboval iba 61 kodónov na produkciu všetkých aminokyselín, ktoré organizmus potrebuje.

Namiesto toho, aby na výrobu serínu bolo potrebných šesť kodónov, tento genóm použil iba štyri. Mal dva stop kodóny, nie tri. V skutočnosti vedci zaobchádzali s DNA E. coli, ako keby to bol obrovský textový súbor, ktorý vykonáva funkciu vyhľadávania a nahradenia na viac ako 18 000 miestach.

Teraz mali výskumníci plán pre nový genóm dlhý štyri milióny párov báz. Dokázali syntetizovať DNA v laboratóriu, ale jej zavedenie do baktérií – v podstate nahradenie syntetických génov génmi vytvorenými evolúciou – bolo skľučujúcou výzvou.

Genóm bol príliš dlhý a príliš komplikovaný na to, aby sa vtlačil do bunky na jeden pokus. Namiesto toho výskumníci postavili malé segmenty a kus po kúsku ich vymenili do genómov E. coli. V čase, keď boli hotové, nezostali žiadne prirodzené segmenty.

Na ich veľkú úľavu zmenená E. coli nezomrela. Baktérie rastú pomalšie ako bežné E. coli a vyvíjajú sa z nich dlhšie bunky v tvare tyčinky. Ale sú veľmi živé.

Dr. Chin dúfa, že sa mu podarí stavať na tomto experimente odstránením ďalších kodónov a ešte väčšou kompresiou genetického kódu. Chce vidieť, aký efektívny môže byť genetický kód a zároveň podporovať život.

Cambridgeský tím je len jedným z mnohých závodov v posledných rokoch v budovaní syntetických genómov. Zoznam možných použití je dlhý. Jedna atraktívna možnosť: Vírusy nemusia byť schopné napadnúť prekódované bunky.

Mnoho spoločností dnes používa geneticky upravené mikróby na výrobu liekov ako inzulín alebo užitočných chemikálií, ako sú detergentné enzýmy. Ak vírusové ohnisko zasiahne fermentačné nádrže, výsledky môžu byť katastrofálne. Mikrób so syntetickou DNA by mohol byť voči takýmto útokom imúnny.

Prekódovanie DNA by tiež mohlo umožniť vedcom naprogramovať upravené bunky tak, aby ich gény nefungovali, ak uniknú do iných druhov. "Vytvára to genetický firewall," povedal Finn Stirling, syntetický biológ z Harvardskej lekárskej fakulty, ktorý sa na novej štúdii nezúčastnil.

Výskumníci sa tiež zaujímajú o prekódovanie života, pretože to otvára príležitosť na vytváranie molekúl pomocou úplne nových druhov chémie.

Okrem 20 aminokyselín, ktoré používa všetko živé, existujú stovky ďalších druhov. Komprimovaný genetický kód uvoľní kodóny, ktoré môžu vedci použiť na kódovanie týchto nových stavebných blokov, čím sa vytvoria nové proteíny, ktoré v tele vykonávajú nové úlohy.

James Kuo, postdoktorandský výskumník na Harvardskej lekárskej fakulte, ponúkol opatrnosť. Spájanie základní na vytvorenie genómov je stále nesmierne nákladné.

"Je to príliš drahé pre akademické skupiny pokračovať v prenasledovaní," povedal Dr. Kuo.

Ale E. coli je ťahúňom laboratórneho výskumu a teraz je jasné, že jej genóm sa dá syntetizovať. Nie je ťažké si predstaviť, že ceny budú klesať, keď budú stúpať požiadavky na zákazkovú, syntetickú DNA. Výskumníci by mohli aplikovať metódy Dr. Chin na kvasinky alebo iné druhy.


Prečo je štúdium baktérií dôležité

Nedávno som veľa premýšľal o tom, ako sa nástroje, ktoré používame pri našej práci, tak dramaticky zlepšili za posledných niekoľko desaťročí a ako je to väčšinou spôsobené často znevažovaným štúdiom mikróbov. Hoci každý môže študovať baktérie, ktoré spôsobujú život ohrozujúce choroby, ako je brušný týfus a cholera, myslím si, že je často ťažšie presvedčiť ľudí o hodnote štúdia obyčajných a niekedy aj nejasných baktérií, ktoré priamo neovplyvňujú ľudské zdravie. V priebehu rokov však takéto štúdie spôsobili revolúciu v mnohých aspektoch nášho života. Urobili to tak, že prispôsobili biomolekuly identifikované v týchto štúdiách, aby vytvorili nástroje, ktoré sú teraz nepostrádateľné nielen pre výskumníkov ako ja, ktorí sa snažia pochopiť, ako gény fungujú a čo sa stane s ľuďmi, keď sa tieto gény pokazia, ale aj pre epidemiológov, lekári, archeológovia, historici, forenzní vedci a farmári. V tomto procese tieto nástroje urobili z biotechnologického priemyslu operáciu v hodnote niekoľkých miliárd dolárov.

Thermophilic bacteria in Yellowstone National Park Photographer unknown 1966

In the 1980s, when I started graduate school, the field of molecular biology was undergoing amazing growth. Three tools that made that growth possible emerged from research on sometimes obscure bacteria: restriction enzymes, which are bacterial proteins able to cut DNA at very specific places T4 DNA ligase, a protein made from a bacterial virus, that can be used to stick pieces of DNA together and plasmids, circles of DNA that replicate in bacteria and that can be made to carry a protein “payload.” Together, these tools enabled researchers to make large amounts of bio-identical versions of human proteins, like insulin and human clotting factor VIII. This advancement transformed the treatment of diseases like diabetes and hemophilia, making medications not only less expensive but also safer, by eliminating the risk associated with using human or animal sources of proteins. The new tools also made possible the initial sequencing of the human genome, the development of new and better vaccines, as well as ways of testing for infectious agents like HIV and Ebola. They have made possible our understanding, at the molecular level, of hundreds of disease-relevant proteins that in turn has enabled rational drug design to improve human health.

The study of bacteria living in the thermal springs of Yellowstone National Park by Thomas Brock and Hudson Freeze in the 1960s enabled the development, decades later by Kary Mullis, of the technique known as the Polymerase Chain Reaction (PCR). This technique, for which Mullis was awarded a Nobel Prize in 1993, can make millions of copies of a DNA sequence from vanishingly small amounts of material. PCR revolutionized disease diagnostics, allowing a more rapid and precise identification of infectious agents than ever before. Rapid identification is often critical in containing the spread of infectious diseases, as recently demonstrated by Julie Segre and Tara Palmore here at the NIH. PCR has contributed to our understanding of human history by making it possible to study DNA from 500 year old human remains found in a British parking lot that turned out to be King Richard III of England, and from a tiny finger bone found in a Siberian cave that turned out to belong to an early relative of humans, a Denisovan girl, who lived around 41,000 years ago. It is used by zoos to reduce the deleterious effects of inbreeding and by courts to establish paternity. It has forever changed forensic science, allowing vital clues to be obtained from crime scenes that would have been inconceivable in the pre-PCR age. It has made whole genome sequencing a reality and kick-started the field of personalized medicine. These developments would have been difficult, if not impossible, to imagine, when the initial work on bacteria was first started decades ago.

And just when you thought that there would be no more surprises, the CRISPR/Cas9 system comes along. CRISPR, or clustered regularly interspaced short palindromic repeats, along with the bacterial protein Cas9, form part of a system that protects bacteria from the viruses that infect them. Labs like those of Jennifer Doudna and Emmanuelle Charpentier, with input from NIH’s own Eugene Koonin, have modified the CRISPR/Cas9 system to make it into a relatively precise tool that can be used to fix mutations in the human genome. (Unlike restriction enzymes that make many thousands of cuts in the human genome, CRISPR/Cas9 can be used to cut at a single user-specified location). This technology may one day be used for improving the quality of life for people with certain genetic disorders. For example, in conjunction with our new-found ability to reprogram adult cells and the emerging field of 3-D organ printing (more about both in a later blog post perhaps), it may one day be possible to carry out transplants using organs generated from the patient’s own cells after CRISPR/Cas9-mediated repair. The beauty of this approach is that it would not require the subsequent life-long immune suppression necessary with allogeneic transplants. While this approach is not quite ready for prime time, many labs, including my own, are putting the CRISPR/Cas9 system to work to study patient cells and animal models of human diseases, because it allows key questions about the mechanisms of disease pathology to be addressed in a much more rapid and specific way than previously possible. And for that we owe a big shout out to all those bacteriologists out there that have made this sort of technology possible.


8.4: Propagating DNA in Bacteria - Biology

Všetky články publikované MDPI sú okamžite dostupné na celom svete pod licenciou s otvoreným prístupom. Na opätovné použitie celého alebo časti článku publikovaného spoločnosťou MDPI vrátane obrázkov a tabuliek sa nevyžaduje žiadne špeciálne povolenie. V prípade článkov publikovaných pod licenciou Creative Common CC BY s otvoreným prístupom môže byť akákoľvek časť článku znovu použitá bez povolenia za predpokladu, že pôvodný článok je jasne citovaný.

Feature Papers predstavujú najpokročilejší výskum s významným potenciálom vysokého vplyvu v tejto oblasti. Hlavné články sa predkladajú na individuálne pozvanie alebo odporúčanie vedeckých redaktorov a pred zverejnením prechádzajú odborným posudkom.

Feature Paper môže byť buď originálnym výskumným článkom, podstatnou novou výskumnou štúdiou, ktorá často zahŕňa niekoľko techník alebo prístupov, alebo komplexným prehľadovým dokumentom so stručnými a presnými aktualizáciami o najnovšom pokroku v tejto oblasti, ktorý systematicky zhodnocuje najúžasnejšie vedecké pokroky. literatúre. Tento typ papiera poskytuje výhľad na budúce smerovanie výskumu alebo možné aplikácie.

Články Editor’s Choice sú založené na odporúčaniach vedeckých redaktorov časopisov MDPI z celého sveta. Redaktori vyberajú malý počet článkov nedávno publikovaných v časopise, o ktorých sa domnievajú, že budú pre autorov obzvlášť zaujímavé alebo dôležité v tejto oblasti. Cieľom je poskytnúť prehľad niektorých najzaujímavejších prác publikovaných v rôznych oblastiach výskumu časopisu.


Inštitút pre výskum tvorby

A recent discovery in the field of paleontology has sent shockwaves through the scientific community. Evolutionist Mary H. Schweitzer of North Carolina State University has discovered flexible blood vessels inside the fossilized thighbone of a "68-70 million year old" Tyrannosaurus rex 1 from the Hell Creek formation in eastern Montana. Further investigation revealed round microscopic structures that look to be cells inside the hollow vessels. Even to the untrained eye, the tissue samples look as if the animal died recently. Fibrous protein material was dissolved with an enzyme called collegenase, indicating that amino acid sequencing could probably be done (amino acids are the building blocks of protein).

Although it is too early to make definite statements regarding this stunning and wholly unexpected find, the evidence seems to indicate the T. rex fossil is -- well, mladý. Young as in just centuries-old, certainly not an age of millions of years. Indeed, Dr. Schweitzer said, "I am quite aware that according to conventional wisdom and models of fossilization, these structures aren't supposed to be there, but there they are. I was pretty shocked." 2

Would evolutionary theory have predicted such an amazing discovery? Absolutely not, soft tissue would have degraded completely many millions of years ago no matter how fortuitous the preservation process. Will evolutionary theory now state -- due to this clear physical evidence -- that it is possible dinosaurs roamed the earth until relatively recent times? No, for evolutionary theory will not allow dinosaurs to exist beyond a certain philosophical/evolutionary period.

This is not the first time that puzzling soft tissue has been unearthed. Nucleic acid (DNA) taken from wet "fossil" magnolia leaves allegedly 17-20 million years old have been discovered. 3 Fragments of genetic material up to 800 base pairs long were recovered -- amazing considering it does not take long for water to degrade DNA. A microbiologist in California dissected a 25-to-40-million-year-old Dominican stingless bee from amber. 4 Spores of bacteria were found inside the insect and actually grew when placed in the proper medium. Dr. Cano, the discoverer, took careful measures to avoid contamination. Analysis of the DNA extracted showed it was very much like the DNA found in bacteria growing in bees today. Just as the creation model predicts, bees have always been bees and bacteria have always been bacteria.

If this is in fact what these various scientific evidences indicate -- soft tissue, bacteria, and DNA ensconced in fossils and amber allegedly millions of years old -- then there needs to be a complete re-evaluation of these evolutionary time spans, especially in light of the advances of the ICR RATE project.

As the great English author Charles Dickens said over a century ago, "these are the best of times" -- for creation science!

_____________________________
1. Schweitzer, M. H., et al.,Veda, zv. 307, no. 5717, pp. 1952-1955, 25 March 2005.
2. Boswell, E., Montana State University News Service, 24 March 2005.
3. Golenberg, E., et al., Príroda 344:656-8.
4. Cano, S., Science, zv. 268, č. 5213, p. 977, Research News, 19 May 1995.


Pozri si video: VÍRUSY (November 2022).