Молекулалық биологиядағы ішек таяқшасы - Escherichia coli in molecular biology

Негізгі мақала: Ішек таяқшасы
E. coli құрамында люминесцентті колониялар pGLO плазмида

Ішек таяқшасы (/ˌɛʃɪˈрɪкменəˈкoʊлaɪ/; әдетте қысқартылған E. coli) Бұл Грам теріс гаммапротеобактерия әдетте төменгі бөлігінде кездеседі ішек туралы жылы қанды организмдер (эндотермалар). Екі изоляттың ұрпақтары, К-12 және В штамдары молекулалық биологияда әрі құрал, әрі үлгі организм ретінде үнемі қолданылады.

Әртүрлілік

Негізгі мақала: Ішек таяқшасы § әртүрлілік

Ішек таяқшасы әр түрлі белгілері бар бірнеше патогендік штамдары бар және геномының тек 20% барлық штамдарға ортақ бактериалды түрлердің бірі.[1] Сонымен қатар, эволюциялық тұрғыдан алғанда, тұқымдастар Шигелла (дизентериялар, flexneri, бойдии, sonnei) шын мәнінде E. coli штамдар «бүркеніп» (яғни E. coli болып табылады парафилетикалық тұқымға).[2]

Тарих

1885 жылы, Теодор Эшерих, неміс педиатры, бұл түрді сау адамдардың нәжісінен алғаш тауып, оны атады Бактерия коли коммунасы өйткені бұл ішекте және прокариоттардың ерте жіктелуінде кездеседі, оларды пішіні мен қозғалғыштығына байланысты бірнеше тұқымдастарға орналастырады (сол кезде) Эрнст Геккель Патшалықтағы бактериялардың жіктелуі Монера орнында болды[3]).[4]

Бактерияларды қайта қарағаннан кейін ол қайта жіктелді Таяқша таяқшасы арқылы Мигула 1895 ж[5] және кейінірек ретінде жіктелді Ішек таяқшасы.[6]

Өсірудің ыңғайлылығына және тез екі еселенуіне байланысты ол алғашқы микробиология эксперименттерінде қолданылды; дегенмен, бактериялар қарабайыр және жасушаға дейінгі болып саналды және 1944 жылға дейін Эвери, Маклеод және Маккарти ДНҚ-ны қолданатын генетикалық материал екенін дәлелдегенге дейін аз көңіл бөлді. Сальмонелла тифимурийі, содан кейін Ішек таяқшасы байланыстыру картографиясын зерттеу үшін қолданылды.[7]

Штамдар

Көптің төртеуі E. coli штамдар (K-12, B, C, W) организмнің типтік штамдары ретінде қарастырылады. Олар биоқауіпсіздік бойынша нұсқаулықта 1-тәуекел тобына жатқызылған.

Эшерихтің оқшаулануы

Эшерихтің алғашқы изолятын NCTC-ге 1920 жылы Лондондағы Листер Институтымен қойды (NCTC 86[1] ).[8]

K-12

Дифтериядан сауыққан науқастың нәжіс үлгісінен штам бөлініп алынды және 1922 жылы Стэнфорд университетінде K-12 (антиген емес) деп белгіленді.[9] Бұл изолят 1940 жылдары қолданылған Чарльз Э. Клифтон азоттың метаболизмін зерттеу, оны кім АТЦК-ға (штаммға) жинады ATCC 10798 ) және оны триптофан биосинтезінің эксперименттері үшін Эдвард Татумға берді,[10] F + λ + фенотипіне байланысты идиосинкразияларға қарамастан.[7]Өтулер барысында ол өзінің антигенін жоғалтты[7] және 1953 жылы оның лямбда фагынан бірінші емделді (штамм W1485 ультрафиолет арқылы Джошуа Ледерберг және одан әрі 1985 жылы акридинді апельсинмен емдеу арқылы F плазмида.[дәйексөз қажет ] MG1655 алынған штамдарға DH5α, DH5α ата-анасы және DH10B кезегінде DH1 жатады (инвитрогеннің TOP10 ретінде өзгертілген)[11]).[12]W1485-тен шығатын альтернатива - W2637 (онда rrnD-rrnE инверсиясы бар), ол W3110 пайда болды.[8]Белгілі бір есепке алудың болмауына байланысты штаммдардың «асыл тұқымы» қол жетімді болмады және оны Йельдегі E. coli генетикалық қор орталығын құру үшін зертханалық кітап пен жазбалардан кеңес алу керек болды. Барбара Бахман.[9] E. coli K-12 азот қыша, ультра күлгін сәуле, рентген және т.б заттармен өңдеу арқылы әртүрлі штамдар алынды. Ішек таяқшасы К-12 штамдарының туындылары және олардың жеке құрылысы, генотиптер, фенотиптер, плазмидалар және фагтар туралы ақпаратты мына жерден қарауға болады. Ecoliwiki.

B штаммы

Екінші жалпы зертханалық штамм - бұл B штаммы, оның тарихы онша қарапайым емес және штамның алғашқы атауы E. coli Б 1942 жылы Т1 және Т7 бактериофагтарын зерттеу кезінде Дельбрюк пен Лурия болды.[13] Түпнұсқа E. coli B штаммы, сол кезде белгілі Таяқша таяқшасы, бактериофагтарды зерттеген 1918 жылы Париждегі Пастер институтынан Félix d'Herelle-ден шыққан,[14] ол институт Пастер жиынтығынан шыққан деп мәлімдеген,[15] бірақ сол кезеңнің штамдары жоқ.[8] D'Herelle штаммы Брюссельдегі Пастер дю Брабант институтының директоры Жюль Бордетке берілді.[16] және оның оқушысы Андре Гратия.[17] Біріншісі штаммды Анн Куттнерге тапсырды («доктор Бордеттен алынған бактери. Коли»)[18] және өз кезегінде Евген Вулманға (B. coli Bordet),[19] оның ұлы оны 1963 жылы (CIP 63.70) «штамм BAM» деп атады (американдық B), ал Андре Гратия штаммды Рокфеллердің зерттеушісі Марта Воллстайнға берді, ол штамды «Брюссель штаммы» деп атайды. Таяқша таяқшасы«1921 жылы,[20] ол өз кезегінде оны Жак Бронфенбреннерге (B. coli P.C.) тапсырды, ол оны Дельбрюк пен Лурияға берді.[8][13]Бұл штамм REL606 және BL21 сияқты тағы бірнеше штамдарды тудырды.[8]

C штаммы

E. coli С морфологиялық жағынан басқаларынан ерекшеленеді E. coli штамдар; ол пішіні жағынан шар тәріздес және оның нуклеоидының нақты таралуы бар.[21]

Штамм

W штаммы Ратгерс университетінің маңындағы топырақтан оқшауланған Селман Уаксман.[22]

Биотехнологиядағы рөлі

Зертханалық мәдениеттің ұзақ тарихына және манипуляцияны жеңілдетуге байланысты, E. coli қазіргі кезде де маңызды рөл атқарады биологиялық инженерия және өндірістік микробиология.[23] Жұмысы Стэнли Норман Коэн және Герберт Бойер жылы E. coli, қолдану плазмидалар және шектеу ферменттері құру рекомбинантты ДНҚ, биотехнологияның негізі болды.[24]

Өндірісі үшін өте жан-жақты хост болып саналады гетерологиялық белоктар,[25] зерттеушілер гендерді плазмидалар көмегімен микробтарға енгізе алады, бұл ақуыздардың жаппай өндірілуіне мүмкіндік береді өндірістік ашыту процестер. Өндіруге мүмкіндік беретін генетикалық жүйелер де жасалды рекомбинантты белоктар қолдану E. coli. Рекомбинантты ДНҚ технологиясының алғашқы пайдалы қолданбаларының бірі манипуляция болды E. coli адамды шығару инсулин.[26] Өзгертілді E. coli ішінде қолданылған вакцина даму, биоремедиация, және иммобилизацияланған өндіріс ферменттер.[25]

E. coli бұрын қиын немесе мүмкін емес деп ойлаған ақуыздарды шығару үшін сәтті қолданылды E. coli, мысалы, бірнеше дисульфидті байланыстар немесе талап етушілер аудармадан кейінгі модификация тұрақтылық немесе функция үшін. Ұялы ортасы E. coli әдетте дисульфидті байланыстың түзілуіне өте азаяды, дисульфидті байланысы бар ақуыздар оған бөлінуі мүмкін периплазмалық кеңістік сонымен қатар тиоредоксиндердің де, глутатионның да тотықсыздануы бұзылған мутанттар цитоплазмасында дисульфидпен байланысқан ақуыздардың пайда болуына мүмкіндік береді. E. coli.[27] Ол сондай-ақ N-байланыстырылған гликозилдену жүйесін қолдану арқылы гликопротеиндерді қоса, әр түрлі пост-трансляциялық модификациялары бар ақуыздар алу үшін қолданылған. Campylobacter jejuni ішіне жасалды E. coli.[28][29] Қазіргі уақытта күрделі гликозиляцияларды алу үшін осы технологияны кеңейту бойынша жұмыстар жүргізілуде.[30][31]

Бағдарламалауға қатысты зерттеулер де жүргізілуде E. coli сияқты күрделі математикалық мәселелерді шешуге мүмкіндік береді Гамильтондық жол мәселесі.[32]

Үлгі ағза

E. coli а ретінде жиі қолданылады модель организм жылы микробиология зерттеу. Өсірілген штамдар (мысалы, E. coli К-12) зертханалық ортаға жақсы бейімделген, және басқаша жабайы түрі штамдар, ішекте өсу қабілетін жоғалтты. Көптеген зертханалық штамдар қалыптастыру қабілетін жоғалтады биофильмдер.[33][34] Бұл ерекшеліктер жабайы типтегі штамдарды қорғайды антиденелер және басқа химиялық шабуылдар, бірақ энергия мен материалдық ресурстарға үлкен шығындар қажет.

1946 жылы, Джошуа Ледерберг және Эдвард Татум ретінде белгілі құбылысты алдымен сипаттады бактериялық конъюгация қолдану E. coli үлгі бактерия ретінде,[35] және конъюгацияны зерттеудің негізгі моделі болып қала береді.[36] E. coli түсінуге арналған алғашқы эксперименттердің ажырамас бөлігі болды фаг генетика,[37] сияқты алғашқы зерттеушілер Сеймур ұқсас, қолданылған E. coli және ген құрылымының топографиясын түсіну үшін T4 фазасы.[38] Бензердің зерттеулеріне дейін геннің сызықтық құрылым екендігі немесе оның тармақталған өрнегі бар-жоғы белгісіз еді.

E. coli геномын ретке келтірген алғашқы организмдердің бірі болды; толық геномы E. coli K-12 жариялады Ғылым 1997 жылы.[39]

Ленскийдің ұзақ мерзімді эволюциялық тәжірибесі

Негізгі мақала: E. coli ұзақ мерзімді эволюциялық эксперимент

Қолдану арқылы ұзақ мерзімді эволюциялық тәжірибелер E. coli, бастаған Ричард Ленский 1988 жылы зертханадағы негізгі эволюциялық ауысуларды тікелей бақылауға мүмкіндік берді.[40] Бұл экспериментте бір популяция E. coli күтпеген жерден аэробты метаболиздену қабілеті дамыды цитрат. Бұл сыйымдылық өте сирек кездеседі E. coli. Әдетте аэробты өсудің мүмкін еместігі саралауға болатын диагностикалық критерий ретінде қолданылады E. coli сияқты басқа жақын бактериялардан Сальмонелла, бұл жаңалық а спецификация зертханада байқалған оқиға.

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Лукжанценко, О .; Вассенаар, Т.М .; Ussery, D.W. (2010). «Ішек таяқшасының 61 тізбектелген геномын салыстыру». Микроб. Экол. 60 (4): 708–720. дои:10.1007 / s00248-010-9717-3. PMC  2974192. PMID  20623278.
  2. ^ Лан, Р .; Ривз, П.Р. (2002). «Escherichia coli бүркемеленген: шигелланың молекулалық шығу тегі». Микробтар жұқтырады. 4 (11): 1125–1132. дои:10.1016 / S1286-4579 (02) 01637-4. PMID  12361912.
  3. ^ Геккель, Эрнст (1867). Generelle Morphologie der Organismen. Реймер, Берлин. ISBN  978-1-144-00186-3.
  4. ^ Эшерих Т (1885). «Die Darmbakterien des Neugeborenen und Säuglinge». Фортшр. Мед. 3: 515–522.
  5. ^ МИГУЛА (В.): бактериялар (Stabchenbacterien). In: A. ENGLER және K. PRANTL (редакциялары): Die Naturlichen Pfanzenfamilien, В.Энгельманн, Лейпциг, Тейл I, Abteilung Ia, 1895, 20-30 бб.
  6. ^ CASTELLANI (A.) және CHALMERS (A.J.): Тропикалық медицинаның нұсқаулығы, 3-ші басылым, Williams Wood and Co., Нью-Йорк, 1919.
  7. ^ а б c Lederber, J. 2004 E. coli K-12. Микробиология бүгін 31: 116
  8. ^ а б c г. e Дегелен, П .; Студиер, Ф. В .; Ленский, Р.Е .; Емдеу, С .; Ким, Дж.Ф. (2009). «Escherichia coli B-нің ата-бабасы мен туыстарын іздеу және B штаммдарының REL606 және BL21 (DE3) туындылары». Молекулалық биология журналы. 394 (4): 634–643. дои:10.1016 / j.jmb.2009.09.022. PMID  19765591.
  9. ^ а б Бахман, Дж. Дж. (1972). «Escherichia coli K-12 мутантты штамдарының тұқымдары». Бактериологиялық шолулар. 36 (4): 525–557. дои:10.1128 / ммбр.36.4.525-557.1972. PMC  408331. PMID  4568763.
  10. ^ Tatum E. L .; Ледерберг Дж. (1947). «Escherichia coli бактериясындағы гендердің рекомбинациясы». Бактериол. 53: 673–684. дои:10.1128 / jb.53.6.673-684.1947.
  11. ^ E. coli генотиптері - OpenWetWare
  12. ^ Меселсон, М; Юань, Р (1968). «E. Coli-ден ДНҚ-рестрикция ферменті». Табиғат. 217 (5134): 1110–4. Бибкод:1968 ж.200.11. дои:10.1038 / 2171110a0. PMID  4868368.
  13. ^ а б Дельбрюк М .; Luria S. E. (1942). «Бактериялық вирустардың араласуы: I. Бір иеге әсер ететін екі бактериялық вирустың араласуы және вирустың өсу механизмі». Арка. Биохимия. 1: 111–141.
  14. ^ D'Herelle F (1918). «Sur le rôle du microbe filtrant bactériophage dans la dysenterie bacillaire». Comptes Rendus Acad. Ғылыми. 167: 970–972.
  15. ^ d'Herelle, F. (1926). Le bactériophage et son comportement. Монастыриялар de l'Institut Paster, Masson et Cie, Libraires de l'Académie de Médecine, 120, Сен-Жермен бульвары, Париж-VIe, Франция.
  16. ^ Бордет Дж .; Сиука М. (1920). «Le bactériophage de d'Herelle, sa production et son interprétation». Comptes Rendus Soc. Биол. 83: 1296–1298.
  17. ^ Гратия А .; Джамейн Д. (1921). «Dualité du principe lytique du colibacille et du staphylococque». Comptes Rendus Soc. Биол. 84: 882–884.
  18. ^ Куттнер А.Г. (1923). «Бактериофаг құбылыстары». Бактериол. 8 (1): 49–101. дои:10.1128 / jb.8.1.49-101.1923. PMC  379003. PMID  16558985.
  19. ^ Wollman E (1925). «Recherches sur la bactériophagie (phénomène de Twort-d'Hérelle)». Энн. Инст. Пастер. 39: 789–832.
  20. ^ Воллштейн М (1921). «D'Herelle феноменін Bacillus dysenteriae-мен зерттеу». J. Exp. Мед. 34 (5): 467–476. дои:10.1084 / jem.34.5.467. PMC  2128695. PMID  19868572.
  21. ^ Либ М .; Вейгл, Дж. Дж .; Келленбергер, Е. (1955). «Екі ішек таяқшасы арасындағы будандарды зерттеу». Бактериология журналы. 69 (4): 468–471. PMC  357561. PMID  14367303.
  22. ^ Колин Т Арчер; Джихён Ф Ким; Хэён Чжон; Jin H Park; Клаудия Е Викерс; Санг Ы Ли; Ларс К Нильсен (2011). «E. coli W геномының реттілігі (ATCC 9637): салыстырмалы геномды талдау және E. coli-дің геномды масштабты жақсартуы». BMC Genomics. 12: 9. дои:10.1186/1471-2164-12-9. PMC  3032704. PMID  21208457.
  23. ^ Ли SY (1996). «Ішек таяқшасының жасушалық тығыздығы жоғары дақыл». Трендтер Биотехнол. 14 (3): 98–105. дои:10.1016/0167-7799(96)80930-9. PMID  8867291.
  24. ^ Russo E (қаңтар 2003). «Биотехнологияның тууы». Табиғат. 421 (6921): 456–7. Бибкод:2003 ж. 421..456R. дои:10.1038 / nj6921-456a. PMID  12540923.
  25. ^ а б Cornelis P (2000). «Әр түрлі ішек таяқшалары бөлімдеріндегі гендерді экспрессиялау». Биотехнологиядағы қазіргі пікір. 11 (5): 450–4. дои:10.1016 / S0958-1669 (00) 00131-2. PMID  11024362.
  26. ^ Tof, Ilanit (1994). «Адам инсулинін синтездеудегі рекомбинантты ДНҚ технологиясы». Little Tree Pty. Ltd. Алынған 2007-11-30.
  27. ^ Пол Х.Бессетт; Фредрик Аслунд; Джон Беквит; Джордж Джорджио (1999). «Escherichia coli цитоплазмасында дисульфидті байланысы бар ақуыздарды тиімді бүктеу». Proc. Натл. Акад. Ғылыми. АҚШ. 96 (24): 13703–8. Бибкод:1999 PNAS ... 9613703B. дои:10.1073 / pnas.96.24.13703. PMC  24128. PMID  10570136.
  28. ^ Ихсен Дж, Коварик М, Дилеттозо С, Таннер С, Ваккер М, Тони-Мейер Л (2010). «Ішек таяқшасында гликопротеиндік вакциналар өндірісі». Микробты жасуша фабрикалары. 9 (61): 494–7. дои:10.1186/1475-2859-9-61. PMC  2927510. PMID  20701771.
  29. ^ Wacker M, Linton D, Hitchen PG, Nita-Lazar M, Haslam SM, North SJ, Panico M, Morris HR, Dell A, Wren BW, Aebi M (2002). «Campylobacter jejuni ішіндегі N-байланысқан гликозилдену және оның E. coli ішіне функционалды ауысуы». Ғылым. 298 (5599): 1790–1793. Бибкод:2002Sci ... 298.1790W. дои:10.1126 / ғылым.298.5599.1790. PMID  12459590.
  30. ^ Valderrama-Rincon JD, Fisher AC, Merritt JH, Fan YY, Reading CA, Chhiba K, Heiss C, Azadi P, Aebi M, Delisa MP (2012). «Ішек таяқшасындағы эукариоттық протеиннің гликозилдену жолдары». Nat Chem Biol. 8 (5): 434–6. дои:10.1038 / nchembio.921. PMC  3449280. PMID  22446837.
  31. ^ Huang CJ, Lin H, Yang X (2012). «Ішек таяқшасындағы рекомбинантты терапевттердің өнеркәсіптік өндірісі және оның соңғы жетістіктері». J Ind Microbiol Biotechnol. 39 (3): 383–99. дои:10.1007 / s10295-011-1082-9. PMID  22252444.
  32. ^ «E. coli математикалық есептерді шығара алады». Декан шежіресі. 2009 жылғы 26 шілде. Алынған 26 шілде, 2009.
  33. ^ Fux CA, Shirtliff M, Stoodley P, Costerton JW (2005). «Зертханалық сілтеме штамдары» шынайы «патогенезді көрсете ала ма?». Микробиолдың тенденциялары. 13 (2): 58–63. дои:10.1016 / j.tim.2004.11.001. PMID  15680764.
  34. ^ Vidal O, Longin R, Prigent-Combaret C, Dorel C, Hoememan M, Lejeune P (1998). «Инертті беттерде биофильмдер түзуге қабілетті ішек таяқшасы К-12 мутант штамын оқшаулау: бұйра экспрессиясын арттыратын жаңа ompR аллелінің қатысуы». Бактериол. 180 (9): 2442–9. дои:10.1128 / JB.180.9.2442-2449.1998 ж. PMC  107187. PMID  9573197.
  35. ^ Ледерберг, Джошуа; Е.Л. Татум (1946 ж. 19 қазан). «E. coli ішіндегі гендердің рекомбинациясы» (PDF). Табиғат. 158 (4016): 558. Бибкод:1946 ж.158..558L. дои:10.1038 / 158558a0. PMID  21001945. Ақпарат көзі: Ұлттық медицина кітапханасы - Джошуа Ледербергтің қағаздары
  36. ^ F Ксавье Гомис-Рют; Микел Колл (желтоқсан 2006). «Кесу және жылжыту: бактериялық конъюгациядағы ДНҚ-ны өңдеуге арналған ақуыз аппаратурасы». Құрылымдық биологиядағы қазіргі пікір. 16 (6): 744–752. дои:10.1016 / j.sbi.2006.10.004. hdl:10261/104348. PMID  17079132.
  37. ^ «Фаг курсы - шығу тегі». Суық көктем айлағының зертханасы. 2006. мұрағатталған түпнұсқа 2006 жылғы 16 қыркүйекте. Алынған 2007-12-03.
  38. ^ Benzer, Сеймур (1961 ж. Наурыз). «Генетикалық ұсақ құрылым топографиясы туралы». PNAS. 47 (3): 403–15. Бибкод:1961 PNAS ... 47..403B. дои:10.1073 / pnas.47.3.403. PMC  221592. PMID  16590840.
  39. ^ Блаттнер Фредерик; Гай Плункетт III; Крейг Блох; Николь Перна; Валери Бурланд; Моника Райли; Хулио Колладо-Видс; Джереми Глазнер; Кристофер Роде; Джордж Мэйхью; Джейсон Грегор; Нельсон Дэвис; Хизер Киркпатрик; Майкл Гоеден; Дебра Роуз; Боб Мау; Ин Шао (1997 жылғы 5 қыркүйек). «Escherichia coli K-12 геномының толық тізбегі». Ғылым. 277 (5331): 1453–1462. дои:10.1126 / ғылым.277.5331.1453. PMID  9278503.
  40. ^ Боб Холмс (9.06.2008). «Бактериялар зертханада үлкен эволюциялық өзгеріс жасайды». Жаңа ғалым. Архивтелген түпнұсқа 2008 жылғы 28 тамызда.