معلومة

8.4: نشر الحمض النووي في البكتيريا - علم الأحياء

8.4: نشر الحمض النووي في البكتيريا - علم الأحياء


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.

تكملة

وصف جورج بيدل وإدوارد تاتوم لأول مرة مفهوم أن كل جين يتوافق مع إنزيم في مسار أيضي عن طريق تعريض الخميرة نيوروسبورا كراسا لظروف الطفرات (Beadle & Tatum ، 1941). باتباع هذه الإجراءات ، واصل Joshua Lederberg هذه الدراسات مع Tatum حيث أنتجوا سلالتين متحولة في الإشريكية القولونية. كانت هذه البكتيريا auxotrophs، غير قادرة على توليد بعض العناصر الغذائية الأساسية اللازمة للحفاظ على نموها. تم وصف السلالتين التقى السيرة الذاتية Thr+ ليو+ ثي+ (سلالة أ) و التقى+ السيرة الذاتية+ خلال ليو ثي (سلالة ب). يمكن للسلالة A أن تصنع بشكل كافٍ الأحماض الأمينية ثريونين وليوسين والعامل المساعد ثيامين بينما تكون ناقصة في إنتاج العامل المساعد البيوتين والحمض الأميني ميثيونين بينما كان العكس صحيحًا للسلالة ب. حدث النمو. سمح تكميل الحد الأدنى من الوسائط بالميثيونين والبيوتين بنمو السلالة أ بشكل طبيعي. عندما تم خلط السلالتين معًا وطليهما على وسائط قليلة ، كان هناك نمو للبكتيريا. كانت السلالتان قادرتين على تكملة بعضهما البعض بطريقة ما كما لو حدث تبادل جنسي للمادة الوراثية (Lederberg & Tatum ، 1946).

البكتيريا مجهزة بجميع القدرات اللازمة لتكرار الحمض النووي. تم تكييف الأنواع البكتيرية الشائعة لاستخدامها في المختبر لنقل الحمض النووي ونشره للاستخدامات في التكنولوجيا الحيوية. بالإضافة إلى الحمض النووي الكروموسومي للجينوم البكتيري ، تمتلك البكتيريا أيضًا دنا خارج الصبغيات يسمى البلازميدات. تتكاثر هذه البلازميدات بشكل مستقل عن الكروموسوم البكتيري ويمكن أن تحدث بنسخة عالية. يتم تعديل هذه القطع الدائرية من الحمض النووي في المعامل لتحمل قطع معينة من الحمض النووي بحيث يمكن دراستها أو استخدامها للتعبير عن البروتينات. يمكن أن تحمل البلازميدات بشكل طبيعي سمات مهمة ، بما في ذلك مقاومة المضادات الحيوية. البلازميدات صغيرة نسبيًا ، ويتراوح حجمها من 1000 قاعدة إلى 1000000 قاعدة طويلة (1 كيلو بايت - 1000 كيلو بايت).

عادة ما يوجد الحمض النووي البكتيري بشكل كبير كروموسوم دائري (أحمر). البلازميدات هي قطع من الحمض النووي خارج الصبغيات وتنسخ بشكل مستقل (أزرق).

من خلال عملية تسمى اقتران، يمكن للبكتيريا أن تنقل "جنسيًا" مادة وراثية إلى أخرى عن طريق تمرير البلازميدات من خلال بنية تسمى أ حالة الاقتران.

عملية الاقتران بين متبرع حامل بلازميد ومتلقي بلا بلازميد. يقوم المتبرع بإنشاء قالب اقتران لإنشاء جسر عصاري خلوي مع المتبرع حيث يتم نسخ البلازميد إلى المتلقي من خلال طريقة الدائرة المتدحرجة للنسخ المتماثل. يصبح المتلقي بعد ذلك مؤهلاً للعمل كمتبرع.

ملامح البلازميدات

يشار إلى البلازميدات التي صممها علماء الأحياء لنقل أجزاء من الحمض النووي للدراسة باسم ثلاثة أبعاد لأنهم نقل قطعة من الحمض النووي.

هذه النواقل البلازميدية لها نفس السمات المميزة للبلازميدات التقليدية مع القدرة على التكاثر بشكل مستقل عن الجينوم البكتيري. الميزة التي تسمح لهذه الحمض النووي بالتكاثر تسمى أصل النسخ المتماثل (ori) التي عادة ما تكون غنية بـ A و T. ومع ذلك ، فإن هذه النواقل البلازميدية لها خصائص إضافية تجعل من السهل التعامل معها وتمييزها عن البلازميدات البكتيرية ؛ علامة تحديد وموقع استنساخ متعدد. أ اختيار علامة عادة ما يأتي في شكل جين يشفر المقاومة لمضاد حيوي معين. في البلازميد المصور ، مقاومة الأمبيسلين الممنوحة من جين بيتا لاكتاماز. ال موقع استنساخ متعدد (MCS) ، المعروف أيضًا باسم الرابط المتعدد ، هو الموقع الذي يتم فيه دمج الحمض النووي محل الاهتمام في الناقل. يتم تعريف MCSs من خلال مجموعة من المواقع الفريدة حيث يمكن قطع الحمض النووي نوكليازات تقييد (إعادة). كما يوحي الاسم ، فإن الإنزيمات المقيدة "مقيدة" في قدرتها على قطع أو هضم الحمض النووي. القيد الذي يفيد علماء الأحياء هو عادة متناوب تسلسل الحمض النووي. المتواليات المتناظرة هي نفس التسلسل للأمام وللخلف. بعض الأمثلة على المتناظرات: RACE CAR ، CIVIC ، A MAN A PLAN A CANAL PANAMA. فيما يتعلق بالحمض النووي ، هناك سلسلتان تعملان بشكل معاكس لبعضهما البعض. لذلك ، فإن المكمل العكسي لأحد الخيطين مطابق للآخر.

ايكو ارى يولد نهايات لزجة متماسكة SmaI يولد نهايات حادة

تحلل إنزيمات التقييد روابط فسفودايستر تساهمية للحمض النووي لتترك إما نهايات "لزجة / متماسكة" أو نهايات "غير حادة". هذا التمييز في القطع مهم لأن ايكو ارى يمكن استخدام الطرف اللاصق لمطابقة قطعة من الحمض النووي مقطوعة بنفس الإنزيم من أجل لصقها أو ربطها معًا مرة أخرى. بينما تقطع نوكليازات الحمض النووي ، إنزيمات دمج الجزيئات انضم إليهم مرة أخرى معًا. هضم الحمض النووي مع ايكو ارى يمكن ربطها مرة أخرى مع قطعة أخرى من الحمض النووي المهضوم بها ايكو ارى، ولكن ليس للقطعة المهضومة بها SmaI. قاطع غير حاد آخر هو EcoRV مع تسلسل التعرف على GAT | ATC.

من خلال "قطع ولصق" الحمض النووي في ناقلات ، يمكننا إدخال DNA خارجي أو خارجي في البكتيريا. هذا النوع من الحمض النووي يسمى الآن الحمض النووي معاد التركيب وهو قلب التكنولوجيا الحيوية.

تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف

أسئلة للفكر

1. لماذا تعتقد أن أصول النسخ مكوَّنة من أ و ت؟

2. ما هو الاختلاف في أنواع الروابط التي تربط الخيوط المزدوجة معًا مقابل روابط الفوسفوديستر في العمود الفقري للحمض النووي؟

3. يمكن هضم الحمض النووي مع SmaI أن تكون مرتبطة بالحمض النووي المهضوم به EcoRV?

4. إذا كان الأمر كذلك ، فما هو الإنزيم الذي سيكون قادرًا على هضم هذا الحمض النووي الجديد؟

  • Beadle ، G.W. ؛ تاتوم ، إي إل (1941). "التحكم الجيني في التفاعلات الكيميائية الحيوية في نيوروسبورا". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم. 27 (11): 499-506. دوى: 10.1073 / pnas.27.11.499. PMC 1078370. PMID 16588492
  • ليدربيرج ، تاتوم إل (1946). "إعادة التركيب الجيني في بكتريا قولونية“. طبيعة سجية. 158 (4016): 558. دوى: 10.1038 / 158558a0

8.4: نشر الحمض النووي في البكتيريا - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يجوز إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


ملخص

يتم تكييف التنميط الحراري للبروتينات الإشريكية القولونية لفحص الثبات الحراري للبروتينات في الجسم الحي، مما أسفر عن رؤى حول بنية البروتين المعقدة ، ونشاط البروتين ، وحالة التمثيل الغذائي الخلوي ، والمشاركة المستهدفة للعقار داخل الخلايا ، وتأثيرات الدواء في مجرى النهر.

  • ال بكتريا قولونية البروتين هو أكثر ثباتًا للحرارة من الإنسان ، مع ثبات الحرارة للبروتين اعتمادًا على موقع البروتين دون الخلوي.
  • تذوب الوحدات الفرعية من مجمعات البروتين الموجودة في حجرة واحدة بشكل مشابه ، بينما غالبًا ما تذوب وحدات البروتين التي تمتد عبر الأجزاء التي تغطيها وحداتها الفرعية بطريقة تتناسب مع الموقع.
  • أدت الضربة القاضية لـ tolC إلى زعزعة الاستقرار الحراري لشركائها في التفاعل ، وتقليل تنظيم بورين رئيسي (OmpF) ، وزيادة الإجهاد المحيطي.

تكرار الحمض النووي: البدء في البكتيريا

استرخاء تابع لـ DnaA في منطقة AT-Rich في oriC والبروتينات التي تعدل هذه العملية

منضم إلى oriC ، DnaA ثم يريح المنطقة الغنية AT التي تحمل 13 مترًا بالقرب من الحدود اليسرى. نظرًا لأن DnaA المركب لـ ATPγS فعال مثل DnaA-ATP ، فإن التحلل المائي للنيوكليوتيدات غير مطلوب. ومع ذلك ، فإن DnaA-ADP غير نشط بشكل أساسي. معتبرا أن المجالات الثالث والرابع من Aquifex aeolicus يتجمع الحمض النووي الريبي في خيوط حلزونية في وجود ATP ، في حين أنه يشكل بنية تشبه الحلقة مع ADP ، يغير ATP بين الجزيئات المجاورة لأوليجومير DnaA تشكيل المجال الثالث لمنع ترتيب الحلقة المسطحة. نظرًا لأن الجزء الداخلي من أوليغومر الحمض النووي الريبي هذا يحتوي على أسطح موجبة الشحنة ، فإن النموذج المقترح هو أن واحدًا أو أكثر من البقايا الأساسية ترتبط بالحمض النووي غير المجلف ذي الشحنة السالبة. كدعم ، يؤدي استبدال الألانين عن ليسين 245 الذي يتم وضعه على السطح الداخلي للفتيل إلى عيب محدد في فك اللف. بدائل الألانين للمخلفات الأساسية الأخرى (ليسين 223 ولايسين 243) معيبة أيضًا في فك اللف وفي قلة القلة الذاتية لدعم النموذج الذي يرتبط به أوليغومير DnaA ويثبت المنطقة غير الملتفة من oriC. توقع هذا النموذج هو أن جميع الحمض النووي الريبي الطافر المعيب في قلة القلة الذاتية يجب ألا يكون قادرًا على الاسترخاء oriC. ومع ذلك ، فإن المسوخات التي تحمل بدائل W6A أو R281A تكون ضعيفة في قلة القلة الذاتية ، لكنها تظل نشطة مثل DnaA من النوع البري في oriC الفك.

تحفز HU ، أو DiaA ، أو IHF فك الارتباط المعتمد على DnaA oriC. يرتبط التحفيز بواسطة HU أو DiaA بتفاعلهما مع البقايا في المنطقة الطرفية N (المجال I) من DnaA وقدرتها على تثبيت أوليغومر DnaA عند oriC. كما يُعرف IHF بثني الحمض النووي وأيضًا تحفيز ارتباط DnaA بالمواقع الأضعف في oriC، ثني الحمض النووي بواسطة IHF في موقع IHF في oriC قد يعمل على استقرار أوليغومر الحمض النووي الريبي من خلال تسهيل التفاعل بين جزيئات الحمض النووي الريبي أو فيما بينها. بالمقارنة ، يعيق Fis ارتباط DnaA بالمواقع منخفضة التقارب لمنع فك oriC.

يتم التعبير عن البروتين المرتبط بالحمض النووي من الخلايا المتعطشة (Dps) استجابة للإجهاد التأكسدي ويتراكم في الخلايا المتعطشة. في الجسم الحي، يسبب Dps عمليات بدء أقل تواتراً. من الناحية الكيميائية الحيوية ، يتفاعل هذا البروتين مع المنطقة الطرفية N من الحمض النووي الريبي ، كما يمنع فك اللف oriC. تدعم هذه النتائج نموذجًا يقترح أن Dps يعمل كنقطة تفتيش أثناء الإجهاد التأكسدي لتقليل وتيرة البدء. قد يوفر هذا الحاجز وقتًا للخلايا لإصلاح الضرر التأكسدي للجينوم قبل تكراره.


مراجع

إنرايت ، إم سي.تطور عامل ممرض مقاوم - حالة MRSA. بالعملة. رأي. فارماكول. 3, 474–479 (2003).

Conway، S. P.، Brownlee، K.G، Denton، M. & amp Peckham، D.G. المعالجة بالمضادات الحيوية للكائنات الحية المقاومة للأدوية المتعددة في التليف الكيسي. أكون. J. ريسبير. ميد. 2, 321–332 (2003).

أوستن ، دي جي ، كريستنسون ، كيه جي أندرسون ، آر إم العلاقة بين حجم استهلاك مضادات الميكروبات في المجتمعات البشرية وتواتر المقاومة. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 96, 1152–1156 (1999).

ويجل ، لام وآخرون. التحليل الجيني لعزلة عالية المستوى مقاومة للفانكومايسين المكورات العنقودية الذهبية. علم 302, 1569–1571 (2003).

Thomas، C.M & amp Nielsen، K. M. آليات وحواجز نقل الجينات الأفقي بين البكتيريا. الطبيعة القس. ميكروبيول. 3, 711–721 (2005). تمتلك البكتيريا العديد من آليات تبادل الحمض النووي ، والتي تمت مناقشتها بوضوح ودقة في هذه المراجعة.

Witte، W. العواقب الطبية لاستخدام المضادات الحيوية في الزراعة. علم 279, 996–997 (1998).

Aarestrup، F. M. استخدام العقاقير البيطرية ومقاومة مضادات الميكروبات في البكتيريا من أصل حيواني. كلين الأساسية. فارماكول. توكسيكول. 96, 271–281 (2005).

Salyers ، A. A. ، Gupta ، A. & amp Wang ، Y. البكتيريا المعوية البشرية كمستودعات للجينات المقاومة للمضادات الحيوية. اتجاهات ميكروبيول. 12, 412–416 (2004). تتم مراجعة المجتمع الميكروبي المعقد للأمعاء البشرية والدور الذي تلعبه في نقل الجينات بشكل شامل في هذه المقالة البارزة ، على الرغم من تحديات استخلاص النتائج من مثل هذا النظام البيئي المتنوع.

Levy، S.B & amp O'Brien، T. F. تنبيهات وانعكاسات مقاومة مضادات الميكروبات العالمية. كلين. تصيب. ديس. 41، S219 – S220 (2005). رسالة موجزة لكنها قوية حول الوضع العالمي لمقاومة المضادات الحيوية في مسببات الأمراض.

ديفيز ، ج. أسئلة لم تتم الإجابة عليها بشأن مقاومة المضادات الحيوية. كلين. ميكروبيول. تصيب. 4, 2–3 (1998).

الكلمة الأخيرة لديفيز ، ج. ميكروبز. ممثل EMBO. 8, 616–621 (2007).

Sarmah، A. K.، Meyer، M. & amp Boxall، A.B. منظور عالمي حول استخدام ، مبيعات ، مسارات التعرض ، حدوث ، مصير وتأثيرات المضادات الحيوية البيطرية (VAs) في البيئة. الغلاف الكيميائي 65, 725–759 (2006). مراجعة شاملة للاستخدام الحالي للمضادات الحيوية في الزراعة.

Thiele-Bruhn، S. مركبات المضادات الحيوية الصيدلانية في التربة - مراجعة. J. بلانت نوتر. علوم التربة. 166, 145–167 (2003).

Segura، P. A.، Francois، M.، Gagnon، C. & amp Sauve، S. مراجعة حدوث مضادات العدوى في مياه الصرف الصحي الملوثة والمياه الطبيعية ومياه الشرب. بيئة. منظور الصحة. 117, 675–684 (2009).

Cabello، F. C. الاستخدام المكثف للمضادات الحيوية الوقائية في تربية الأحياء المائية: مشكلة متنامية لصحة الإنسان والحيوان وللبيئة. بيئة. ميكروبيول. 8, 1137–1144 (2006).

رودس ، ج وآخرون. توزيع البلازميدات المقاومة للأوكسي تتراسيكلين بين الأيروموناد في المستشفيات وبيئات تربية الأحياء المائية: تأثير Tn 1721 في نشر محدد مقاومة التتراسيكلين Tet A. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 66, 3883–3890 (2000).

Martin، M.F & amp Liras، P. تنظيم وتعبير الجينات المشاركة في التخليق الحيوي للمضادات الحيوية والمستقلبات الثانوية الأخرى. Annu. القس ميكروبيول. 43, 173–206 (1989).

هوبوود ، د. أ. كيف تضمن البكتيريا المنتجة للمضادات الحيوية مقاومتها الذاتية قبل أن يؤدي التخليق الحيوي للمضادات الحيوية إلى إعاقتها؟ مول. ميكروبيول. 63, 937–940 (2007).

Tahlan، K. et al. بدء تصدير الأكتينورودين في Streptomyces coelicolor. مول. ميكروبيول. 63, 951–961 (2007).

Benveniste، R. & amp Davies، J. Aminoglycoside antibiotic-inactivating enzymes in actinomycetes مماثلة لتلك الموجودة في العزلات السريرية للبكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 70, 2276–2280 (1973). يمكن أن تظهر مسببات الأمراض المقاومة للمضادات الحيوية بسرعة استجابة للعلاج بالمضادات الحيوية ، ولكن غالبًا ما يكون مصدر المقاومة غير معروف. هذا هو أحد التقارير الأولى عن منشأ بعض جينات المقاومة: منتجي المضاد الحيوي.

Hermansson، M.، Jones، G. W. & amp Kjelleberg، S. تردد المضادات الحيوية ومقاومة المعادن الثقيلة ، والتصبغ ، والبلازميدات في بكتيريا واجهة الهواء والماء البحرية. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 53, 2338–2342 (1987).

Piepersberg، W.، Distler، J.، Heinzel، P. & amp Perez-Gonzalez، J. مقاومة المضادات الحيوية عن طريق التعديل: يمكن اشتقاق العديد من جينات المقاومة من جينات التحكم الخلوي في الفطريات الشعاعية. - فرضية. أكتينوميسيتول. 2, 83–98 (1988).

Nies ، D. H. مقاومة المعادن الثقيلة بوساطة التدفق في بدائيات النوى. FEMS ميكروبيول. القس. 27, 313–339 (2003).

Poole ، K. مقاومة مضادات الميكروبات بوساطة التدفق. J. Antimicrob. كيميائي. 56, 20–51 (2005).

Kadavy، D.R، Hornby، J.M، Haverkost، T. & amp Nickerson، K. W. المقاومة الطبيعية للمضادات الحيوية للبكتيريا المعزولة من يرقات ذبابة الزيت ، Helaeomyia Petrolei. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 66, 4615–4619 (2000).

ألين ، هـ.ك.وآخرون. تحتوي الميكروبات المقيمة في المعى المتوسط ​​لعثة الغجر على محددات مقاومة المضادات الحيوية. بيول خلية الحمض النووي. 28, 109–117 (2009).

Groh، J.L، Luo، Q.، Ballard، J.D & amp Krumholz، L.R الجينات التي تعزز اللياقة البيئية Shewanella oneidensis يكشف MR-1 في الرواسب عن قيمة مقاومة المضادات الحيوية. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 73, 492–498 (2007). تلعب جينات مقاومة المضادات الحيوية المزعومة أدوارًا غير مقاومة في الموائل الطبيعية للكائن الحي ، وهذا هو أحد التقارير الأولى لكل من وظائف المقاومة واللياقة لنفس المنتج الجيني.

Martinez ، J.L et al. الدور الوظيفي لمضخات التدفق البكتيرية المتعددة الأدوية في النظم البيئية الجرثومية الطبيعية. FEMS ميكروبيول. القس. 33, 430–449 (2009).

روساس ، آي وآخرون. تلوث براز الغبار الحضري في مدينة مكسيكو: مقاومة المضادات الحيوية وعوامل الضراوة الإشريكية القولونية. كثافة العمليات J. هيغ. بيئة. الصحة 209, 461–470 (2006).

غاندارا ، إيه وآخرون. عزل المكورات العنقودية الذهبية ومقاومة للمضادات الحيوية المكورات العنقودية الذهبية من الهباء الحيوية الداخلية السكنية. بيئة. منظور الصحة. 114, 1859–1864 (2006).

Diaz-Mejia، J. J.، Amabile-Cuevas، C.F، Rosas، I. & amp Souza، V. الإشريكية القولونية يعزل من الأصول السريرية والبيئية. علم الاحياء المجهري 154, 94–102 (2008).

Baquero، F.، Martinez، J.L & amp Canton، R. المضادات الحيوية ومقاومة المضادات الحيوية في البيئات المائية. بالعملة. رأي. التكنولوجيا الحيوية. 19, 260–265 (2008). تبحث هذه المراجعة في مصدر ومصير المضادات الحيوية وجينات المقاومة في البيئات المائية وهي فريدة من نوعها في منظورها المتكامل للاثنين.

Kellogg، C. A. & amp Griffin، D.W. علم الأحياء الهوائية والنقل العالمي لغبار الصحراء. اتجاهات Ecol. Evol. 21, 638–644 (2006).

Gilliver، M.A، Bennett، M.، Begon، M.، Hazel، S.M & amp Hart، C. A. وجدت مقاومة المضادات الحيوية في القوارض البرية. طبيعة سجية 401, 233–234 (1999).

Osterblad، M.، Norrdahl، K.، Korpimaki، E. & amp Huovinen، P. مقاومة المضادات الحيوية. ما مدى برية الثدييات البرية؟ طبيعة سجية 409, 37–38 (2001).

Souza، V.، Rocha، M.، Valera، A. & amp Eguiarte، L.E. التركيب الجيني للمجموعات الطبيعية من الإشريكية القولونية في العوائل البرية في قارات مختلفة. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 65, 3373–3385 (1999).

Rolland، R. M.، Hausfater، G.، Marshall، B. & amp Levy، S.B. البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية في الرئيسيات البرية: زيادة انتشار قرود البابون التي تتغذى على فضلات الإنسان. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 49, 791–794 (1985).

رويجو ، آي بي ، إيزابيري باسوتا ، جي ، جيليسبي ، تي آر أند غولدبرغ ، تي إل. كونسيرف. بيول. 22, 1600–1607 (2008).

كول ، د. وآخرون. الأوز الكندي الذي يعيش بحرية ومقاومة مضادات الميكروبات. إميرج. تصيب. ديس. 11, 935–938 (2005).

Dolejska، M.، Cizek، A. & amp Literak، I. معدل انتشار مرتفع للجينات المقاومة للمضادات الميكروبية والإنتِغِرات في الإشريكية القولونية من طيور النورس سوداء الرأس في جمهورية التشيك. J. أبل. ميكروبيول. 103, 11–19 (2007).

Sjolund ، M. وآخرون. انتشار البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة في القطب الشمالي. إميرج. تصيب. ديس. 14, 70–72 (2008).

سكورنيك ، د. وآخرون. تأثير الجوار البشري على مقاومة مضادات الميكروبات والإنتريغونات في براز الحيوانات الإشريكية القولونية. J. Antimicrob. كيميائي. 57, 1215–1219 (2006).

Guardabassi، L.، Schwarz، S. & amp Lloyd، D.H الحيوانات الأليفة كمستودعات للبكتيريا المقاومة لمضادات الميكروبات. J. Antimicrob. كيميائي. 54, 321–332 (2004).

Walson، J.L، Marshall، B.، Pokhrel، B.M، Kafle، K.K & amp Levy، S.B. حمل البكتيريا البرازية المقاومة للمضادات الحيوية في نيبال يعكس القرب من كاتماندو. J. تصيب. ديس. 184, 1163–1169 (2001). وجدت هذه الدراسة المدعومة جيدًا حول مقاومة المضادات الحيوية في العزلات البكتيرية البشرية أن هناك تدرجًا في مقاومة المضادات الحيوية من مناطق ذات كثافة سكانية عالية إلى منخفضة.

بارتولوني ، إيه وآخرون. انتشار مرتفع للمقاومة المكتسبة لمضادات الميكروبات غير المرتبطة بالاستهلاك المفرط لمضادات الميكروبات. J. تصيب. ديس. 189, 1291–1294 (2004).

باليتشي ، ل. وآخرون. التركيب السكاني والجينات المقاومة في البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية من مجتمع بعيد مع الحد الأدنى من التعرض للمضادات الحيوية. مضاد للميكروبات. وكلاء Chemother. 51, 1179–1184 (2007).

بيكر أوستن ، سي ، رايت ، إم إس ، ستيباناوسكاس ، آر أند مك آرثر ، جي في الاختيار المشترك للمضادات الحيوية ومقاومة المعادن. اتجاهات ميكروبيول. 14, 176–182 (2006).

سميث ، دي إتش آر ، عدوى عامل الإشريكية القولونية مجفف بالتجميد في عام 1946. J. باكتيريول. 94, 2071–2072 (1967).

Hughes، V. M. & amp Datta، N. طبيعة سجية 302, 725–726 (1983). في أحد الفحوصات القليلة للبكتيريا المعزولة قبل استخدام المضادات الحيوية ، أظهر المؤلفون أن البلازميدات المقترنة كانت شائعة بالفعل قبل وأثناء عصر المضادات الحيوية.

Houndt، T. & amp Ochman، H. التحولات طويلة المدى في أنماط مقاومة المضادات الحيوية في البكتيريا المعوية. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 66, 5406–5409 (2000).

Pramer، D. & amp Starkey، R.L. تحلل الستربتومايسين. علم 113, 127 (1951).

Johnsen، J. استخدام بنزيل بنسلين كالكربون والنيتروجين ومصدر الطاقة من قبل أ تألق الزائفة أضنى. قوس. ميكروبيول. 115, 271–275 (1977).

Beckman، W. & amp Lessie، T. G. استجابة Pseudomonas cepacia إلى المضادات الحيوية β-lactam: استخدام البنسلين G كمصدر للكربون. J. باكتيريول. 140, 1126–1128 (1979).

Kameda، Y.، Kimura، Y.، Toyoura، E. & amp Omori، T. طريقة لعزل البكتيريا القادرة على إنتاج حمض 6-أمينوبنسيلانيك من بنزيل بنسلين. طبيعة سجية 191, 1122–1123 (1961).

عبدالملك ، يحيى ، منيب ، ام. ستربتوميسيس ص. من التراب المصري. طبيعة سجية 189, 775–776 (1961). هذا أول تقرير عن بكتيريا "تأكل" مضادًا حيويًا.

Malik، V. S. & amp Vining، L.C. استقلاب الكلورامفينيكول بواسطة الكائن الحي المنتج. علبة. J. ميكروبيول. 16, 173–179 (1970).

Lingens، F. & amp Oltmanns، O. عزل وتوصيف البكتيريا المدمرة للكلورامفينيكول. بيوكيم. بيوفيز. اكتا 130, 336–344 (1966).

Dantas، G.، Sommer، M. O.، Oluwasegun، R.D & amp Church، G.M. البكتيريا تعيش على المضادات الحيوية. علم 320, 100–103 (2008).

D'Costa، ​​V.M، McGrann، K.M، Hughes، D.W & amp Wright، G.D. أخذ عينات من المضاد الحيوي المقاوم. علم 311, 374–377 (2006). اختيار لمضادات حيوية مقاومة ستربتوميسيس ص. من التربة يكشف عن آليات مقاومة متنوعة وجديدة.

ديفيز وجيه داروين والميكروبيوم. ممثل EMBO. 10, 805 (2009).

Ventura، M. et al. علم الجينوم أكتينوباكتيريا: تتبع التاريخ التطوري لشعبة قديمة. ميكروبيول. مول. بيول. القس. 71, 495–548 (2007).

بالتز ، ر. هـ. عصر النهضة في اكتشاف مضادات الجراثيم من الفطريات الشعاعية. بالعملة. رأي. فارماكول. 8, 557–563 (2008).

جونسون ، أ. ب. وآخرون. تجربة تفريغ شرارة ميلر البركانية. علم 322, 404 (2008).

Currie، C.R، Scott، J.A، Summerbell، R.C & amp Malloch، D. يستخدم النمل المزروع للفطريات البكتيريا المنتجة للمضادات الحيوية للسيطرة على طفيليات الحديقة. طبيعة سجية 398, 701–704 (1999).

Cafaro، M.J & amp Currie، C.R. التحليل الوراثي للبكتيريا الخيطية المتبادلة المرتبطة بنمل نمو الفطريات. علبة. J. ميكروبيول. 51, 441–446 (2005).

Neeno-Eckwall، E. C.، Kinkel، L.L & amp Schottel، J.L. المنافسة والمضادات الحيوية في المكافحة البيولوجية لجرب البطاطس. علبة. J. ميكروبيول. 47, 332–340 (2001).

Henke، J.M & amp Bassler، B. L. المشاركات الاجتماعية البكتيرية. اتجاهات خلية بيول. 14, 648–656 (2004).

كرافشينكو ، ف.ف.آخرون. تعديل التعبير الجيني عن طريق تعطيل إشارات NF- B بواسطة جزيء صغير بكتيري. علم 321, 259–263 (2008).

Schertzer، J.W، Boulette، M. L. & amp Whiteley، M. أكثر من مجرد إشارة: خصائص غير مؤشرة لجزيئات استشعار النصاب. اتجاهات ميكروبيول. 17, 189–195 (2009).

Davies ، J. ، Spiegelman ، G.B & amp Yim ، G. عالم تركيزات المضادات الحيوية شبه التثبيطية. بالعملة. رأي. ميكروبيول. 9, 445–453 (2006). تفحص هذه المراجعة الأنشطة المتنوعة المتعلقة بالاستجابة للجرعة للمضادات الحيوية والمثبطات الأخرى وتخلص إلى أن أنشطتها البيولوجية في الطبيعة تختلف اختلافًا كبيرًا عن أنشطتها في التطبيقات العلاجية.

Calabrese، E. J. & amp Baldwin، L. A. تحديد الهرمونات. همم. إكسب. توكسيكول. 21, 91–97 (2002).

Ryan، R.P & amp Dow، J.M. الإشارات المنتشرة والتواصل بين الأنواع في البكتيريا. علم الاحياء المجهري 154, 1845–1858 (2008).

Linares ، J. F. ، Gustafsson ، I. ، Baquero ، F. & amp Martinez ، J.L Antibiotics as intermicrobial signaling agents بدلاً من الأسلحة. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 103, 19484–19489 (2006).

Hall، B.G & amp Barlow، M. تطور سيرين β-lactamases: الماضي والحاضر والمستقبل. مقاومة المخدرات. تحديث. 7, 111–123 (2004).

Waters، B. & amp Davies، J. تباين الأحماض الأمينية في وحدة GyrA الفرعية للبكتيريا التي يحتمل أن تكون مرتبطة بالمقاومة الطبيعية للمضادات الحيوية الفلوروكينولون. مضاد للميكروبات. وكلاء Chemother. 41, 2766–2769 (1997).

Perkins، A. E. & amp Nicholson، W. L. الكشف عن قدرات التمثيل الغذائي الجديدة لـ العصوية الرقيقة باستخدام التنميط الظاهري لمقاومة الريفامبين rpoB المسوخ. J. باكتيريول. 190, 807–814 (2008).

تاماي ، سي وآخرون. تحديد فرط الحساسية للمضادات الحيوية بين 4000 من طفرات الجين المفرد بالضربة القاضية الإشريكية القولونية. J. باكتيريول. 190, 5981–5988 (2008).

Duo، M.، Hou، S. & amp Ren، D. تحديد الإشريكية القولونية الجينات المشاركة في المقاومة الذاتية للأدوية المتعددة. تطبيق ميكروبيول. التكنولوجيا الحيوية. 81, 731–741 (2008).

Breidenstein، E.B، Khaira، B. K.، Wiegand، I.، Overhage، J. & amp Hancock، R. E. الزائفة الزنجارية مكتبة متحولة لحساسية متغيرة. مضاد للميكروبات. وكلاء Chemother. 52, 4486–4491 (2008).

فاجاردو ، إيه وآخرون. المقاومة الجوهرية المهملة لمسببات الأمراض البكتيرية. بلوس واحد 3، e1619 (2008).

Gomez، M.J & amp Neyfakh، A. A. الجينات المشاركة في مقاومة المضادات الحيوية الجوهرية لـ Acinetobacter baylyi. مضاد للميكروبات. وكلاء Chemother. 50, 3562–3567 (2006).

Demaneche ، S. وآخرون. بكتيريا التربة المقاومة للمضادات الحيوية في الحقول النباتية المعدلة وراثيًا. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 105, 3957–3962 (2008).

سونج ، جى إس وآخرون. إزالة الجين الملوث TEM-la β-lactamase من التجاري طق بوليميريز الحمض النووي. J. ميكروبيول. 44, 126–128 (2006).

Guardabassi، L. & amp Agerso، Y. الجينات المتماثلة لمقاومة الجليكوببتيد فان منتشرة في المجتمعات الميكروبية في التربة. FEMS ميكروبيول. بادئة رسالة. 259, 221–225 (2006). هذه الدراسة هي مثال ممتاز لاستخدام PCR للكشف عن الجينات المقاومة للمضادات الحيوية في البيئات المعقدة.

هوير ، هـ وآخرون. جينات مقاومة الجنتاميسين في البكتيريا البيئية: الانتشار والانتقال. FEMS ميكروبيول. ايكول. 42, 289–302 (2002).

Agerso، Y.، Sengelov، G. & amp Jensen، L.B تطوير طريقة سريعة للكشف المباشر عن تيت(M) الجينات في التربة من الأراضي الزراعية الدنماركية. بيئة. كثافة العمليات 30, 117–122 (2004).

لجنة الميتاجينوميات: التحديات والتطبيقات الوظيفية ، المجلس القومي للبحوث. علم الميتاجينوميات الجديد: الكشف عن أسرار كوكبنا الميكروبي (مطبعة الأكاديميات الوطنية ، واشنطن العاصمة ، 2007). يقدم هذا التقرير نظرة عامة شاملة على الطرق المختلفة والتحليلات التي تشمل الميتاجينوميات وتتوقع حول تطبيقاتها المحتملة.

Riesenfeld، C. S.، Goodman، R.M & amp Handelsman، J. تعد بكتيريا التربة غير المستزرعة مستودعًا للجينات الجديدة المقاومة للمضادات الحيوية. بيئة. ميكروبيول. 6, 981–989 (2004). توضح هذه المقالة استخدام الميتاجينوميات الوظيفية لاكتشاف جينات مقاومة المضادات الحيوية للأمينوغليكوزيد في مجتمع ميكروبي في التربة.

Allen، H. K.، Moe، L.A، Rodbumrer، J.، Gaarder، A. & amp Handelsman، J. تكشف الميتاجينوميات الوظيفية عن β-lactamases في تربة نائية في ألاسكا. ISME J. 3, 243–251 (2009).

De Souza، M.J، Nair، S.، Bharathi، P. A.L & amp Chandramohan، D. المعادن والمضادات الحيوية المقاومة في البكتيريا عقلية التغذية من المياه البحرية في أنتاركتيكا. علم السموم البيئية 15, 379–384 (2006).

اللجنة الوطنية لمعايير المختبرات الإكلينيكية. معايير الأداء لاختبار الحساسية للمضادات الميكروبات. الملحق الإعلامي الرابع عشر 96-130 (اللجنة الوطنية لمعايير المختبرات السريرية ، واين ، بنسلفانيا ، 2004).

Chomel ، B. B. ، Belotto ، A. & amp Meslin ، F. X. الحياة البرية ، الحيوانات الأليفة الغريبة ، والأمراض الحيوانية المنشأ الناشئة. إميرج. تصيب. ديس. 13, 6–11 (2007).

بنجيس ، آر جي وآخرون. دور الحياة البرية في ظهور الأمراض الحيوانية المنشأ وعاد ظهورها. القس علوم. تقنية. 23, 497–511 (2004).

Salyers، A. A. & amp Amabile-Cuevas، C.F. لماذا تقاوم الجينات المقاومة للمضادات الحيوية التخلص منها؟ مضاد للميكروبات. وكلاء Chemother. 41, 2321–2325 (1997). بمجرد التأسيس في أحد مسببات الأمراض ، تظل الطفرات والجينات المقاومة للمضادات الحيوية مستقرة بشكل مدهش ، حتى في غياب اختيار المضادات الحيوية. تناقش هذه الورقة جوانب مختلفة من هذا اللغز.

روزنبلات فاريل ، ن. منظر طبيعي لمقاومة المضادات الحيوية. بيئة. منظور الصحة. 117، A244 – A250 (2009).

الأكاديمية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة. مقاومة المضادات الحيوية: منظور بيئي حول مشكلة قديمة (الأكاديمية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة ، واشنطن العاصمة ، 2009).

ستوكس ، إتش دبليو وآخرون. كاسيت الجينات PCR: استعادة مستقلة عن التسلسل لجينات كاملة من الحمض النووي البيئي. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 67, 5240–5246 (2001).

McManus ، P. S. ، Stockwell ، V. O. ، Sundin ، G.W. & amp Jones ، A.L. استخدام المضادات الحيوية في زراعة النباتات. Annu. القس فيتوباثول. 40, 443–465 (2002).

Hughes، P. & amp Heritage، J. in تقييم جودة وسلامة الأعلاف الحيوانية (ed. Jutzi، S.) 129-152 (Food and Agriculture Organization of the United Nations، Rome، 2004).

هيرنانديز سيرانو ، ب. الاستخدام المسؤول للمضادات الحيوية في تربية الأحياء المائية. (منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة ، روما ، 2005).

دين ، دبليو آر ، وأمبير سكوت ، إتش م التآزر العدائي: العملية. والمفارقة في تطوير لوائح زراعية جديدة بشأن مضادات الميكروبات. الزراعية. القيم الإنسانية 22, 479–489 (2005).


DNA miniprep بواسطة Alkaline Lysis (نشاط)

بمجرد إدخال الحمض النووي وحمله في البكتيريا ، نود عزل الحمض النووي مرة أخرى لمزيد من التلاعب. من أجل القيام بذلك ، يتم زراعة البكتيريا التي تحتوي على البلازميد المعني في مزرعة سائلة من مرق غني بالمغذيات مصنوع من مستخلص الخميرة يسمى Luria-Bertani Broth ( رطل ). وتزرع هذه البكتيريا المستنبتة حتى تصبح بتركيز عالٍ خلال الليل. يتم حصادها عن طريق الطرد المركزي ويتم إزالة المرق. يتم تعليق الحبيبات الناتجة من البكتيريا في مخزن مؤقت فسيولوجي يحتوي على مادة مخلبة EDTA. أ خالب هي مادة كيميائية تزيل الكاتيونات ثنائية التكافؤ مثل Ca 2+ أو Mg 2+ من المحلول. هذا مهم لأن الكاتيونات ثنائية التكافؤ ضرورية لكي تكون إنزيمات هضم الحمض النووي نشطة. عن طريق تخليب الأيونات ، فإن الحمض النووي الذي نرغب في تنقيته في النهاية سيكون في مأمن من التدهور.

بعد إعادة تعليق البكتيريا ، يتم خلط محلول قلوي من 0.1N هيدروكسيد الصوديوم في المزيج البكتيري. يحتوي هذا المحلول أيضًا على منظف أيوني يسمى كبريتات دوديسيل الصوديوم ( SDS ) التي تساعد في تغيير طبيعة البروتينات وتعطيل تفاعلاتها مع الحمض النووي. يصبح الخليط لزجًا عندما تنفجر البكتيريا وتتسرب محتوياتها إلى المحلول. يتم بعد ذلك تحييد هذا المحلول الأساسي باستخدام محلول أسيتات البوتاسيوم عند درجة الحموضة 5.5. عندما تختلط المحاليل معًا ، يقترب الأس الهيدروجيني من 7 ويتفاعل البوتاسيوم مع SDS لإحداث ترسيب للحمض النووي والبروتينات الصبغي الجيني. من أجل فصل الراسب عن المحلول ، يتم طرد الخليط بسرعة عالية لتكوير الحمض النووي الجيني والبروتين. ال طاف ، أو الحل ، إلى عمود يحتوي على أ غشاء السيليكا . في ظل ظروف الملح العالية ، يلتصق الحمض النووي بالزجاج أو السيليكا. عن طريق تمرير المحلول عبر هذا العمود ، يتم احتجاز DNA البلازميد الموجود في المادة الطافية على غشاء السيليكا وإزالته من المحلول. يتم استخدام غسالات إضافية لإزالة الملوثات الشاردة وإزالة الملح الزائد. يتم أخيرًا إزالة DNA البلازميد من العمود من خلال شطف بواسطة عازلة منخفضة الملح. هذا المخزن المؤقت منخفض الملح هو Tris pH 8 مع EDTA ( TE ). يمكن تخزين DNA البلازميد بثبات في المخزن المؤقت TE في الثلاجة لفترات طويلة.


ابتكر العلماء بكتيريا باستخدام جينوم اصطناعي. هل هذه حياة اصطناعية؟

في معلم للبيولوجيا التركيبية ، تزدهر مستعمرات الإشريكية القولونية بالحمض النووي الذي شيده البشر ، وليس الطبيعة.

قال الخبراء إن العلماء قد ابتكروا كائنًا حيًا يكون حمضه النووي من صنع الإنسان بالكامل - ربما شكلًا جديدًا من أشكال الحياة ، وعلامة فارقة في مجال البيولوجيا التركيبية.

أفاد باحثون في مختبر مجلس البحوث الطبية للبيولوجيا الجزيئية في بريطانيا يوم الأربعاء أنهم أعادوا كتابة الحمض النووي لبكتيريا Escherichia coli ، لتشكيل جينوم اصطناعي أكبر بأربع مرات وأكثر تعقيدًا من أي جينوم تم إنشاؤه سابقًا.

البكتيريا حية ، على الرغم من أنها تتشكل بشكل غير عادي وتتكاثر ببطء. لكن خلاياها تعمل وفقًا لمجموعة جديدة من القواعد البيولوجية ، وتنتج بروتينات مألوفة برمز جيني معاد تكوينه.

قد يؤدي الإنجاز في يوم من الأيام إلى كائنات حية تنتج أدوية جديدة أو جزيئات قيمة أخرى ، مثل المصانع الحية. قد تقدم هذه البكتيريا الاصطناعية أيضًا أدلة حول كيفية ظهور الشفرة الجينية في التاريخ المبكر للحياة.

قال توم إليس ، مدير مركز البيولوجيا التركيبية في إمبريال كوليدج لندن ، والذي لم يشارك في الدراسة الجديدة: "إنه معلم بارز". "لم يفعل أحد شيئًا مثل ذلك من حيث الحجم أو من حيث عدد التغييرات من قبل."

يتم تفصيل كل جين في جينوم حي في أبجدية من أربع قواعد ، جزيئات تسمى الأدينين ، الثايمين ، الجوانين والسيتوزين (غالبًا ما يتم وصفها فقط بأحرفها الأولى: A ، T ، G ، C). قد يتكون الجين من آلاف القواعد.

تقوم الجينات بتوجيه الخلايا للاختيار من بين 20 من الأحماض الأمينية ، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات ، وخيول العمل لكل خلية. تؤدي البروتينات عددًا كبيرًا من الوظائف في الجسم ، بدءًا من نقل الأكسجين في الدم إلى توليد القوة في عضلاتنا.

قبل تسع سنوات ، بنى الباحثون جينومًا اصطناعيًا يبلغ طوله مليون زوج أساسي. يبلغ طول جينوم الإشريكية القولونية الجديد ، الذي نُشر في مجلة نيتشر ، أربعة ملايين زوج قاعدي ، وكان لابد من بنائه بطرق جديدة تمامًا.

قاد الدراسة الجديدة جيسون تشين ، عالم الأحياء الجزيئية في إم آر سي. المختبر ، الذي أراد أن يفهم سبب ترميز جميع الكائنات الحية للمعلومات الجينية بنفس الطريقة المحيرة.

يتم توجيه إنتاج كل حمض أميني في الخلية من خلال ثلاث قواعد مرتبة في حبلا DNA. يُعرف كل من هذه الثلاثيات باسم كودون. يضمن كودون TCT ، على سبيل المثال ، أن يرتبط حمض أميني يسمى سيرين بنهاية بروتين جديد.

نظرًا لوجود 20 حمضًا أمينيًا فقط ، قد تعتقد أن الجينوم يحتاج فقط إلى 20 كودونًا لصنعها. لكن الشيفرة الجينية مليئة بالزوائد لأسباب لا يفهمها أحد.

يتم ترميز الأحماض الأمينية بـ 61 كودونًا ، وليس 20 كودونًا. إنتاج السيرين ، على سبيل المثال ، تحكمه ستة أكواد مختلفة. (تسمى ثلاثة أكواد أخرى بإيقاف الكودونات تخبر الحمض النووي بمكان إيقاف تكوين الأحماض الأمينية.)

مثل العديد من العلماء ، كان الدكتور تشين مفتونًا بكل هذه الازدواجية. هل كانت كل هذه القطع من الحمض النووي ضرورية للحياة؟

قال الدكتور تشين: "نظرًا لأن الحياة تستخدم 64 كودونًا عالميًا ، لم يكن لدينا إجابة". لذلك شرع في إنشاء كائن حي يمكنه إلقاء بعض الضوء على السؤال.

صورة

بعد بعض التجارب الأولية ، صمم هو وزملاؤه نسخة معدلة من جينوم الإشريكية القولونية على جهاز كمبيوتر يتطلب 61 كودونًا فقط لإنتاج جميع الأحماض الأمينية التي يحتاجها الكائن الحي.

بدلاً من طلب ستة أكواد لصنع سيرين ، استخدم هذا الجينوم أربعة فقط. كان يحتوي على اثنين من أكواد التوقف ، وليس ثلاثة. في الواقع ، عالج الباحثون E. coli DNA كما لو كان ملفًا نصيًا ضخمًا ، يؤدي وظيفة البحث والاستبدال في أكثر من 18000 نقطة.

أصبح لدى الباحثين الآن مخطط لجينوم جديد يبلغ طوله أربعة ملايين زوج قاعدي. تمكنوا من تصنيع الحمض النووي في المختبر ، لكن إدخاله في البكتيريا - استبدال الجينات الاصطناعية بشكل أساسي بتلك التي أحدثها التطور - كان تحديًا شاقًا.

كان الجينوم طويلًا جدًا ومعقدًا للغاية بحيث لا يمكن إجباره على الخلية في محاولة واحدة. وبدلاً من ذلك ، بنى الباحثون شرائح صغيرة وقاموا بتبديلها قطعة قطعة في جينومات الإشريكية القولونية. بحلول الوقت الذي تم فيه الانتهاء ، لم تكن هناك أجزاء طبيعية متبقية.

ومما يبعث على الارتياح أن الإشريكية القولونية المعدلة لم تموت. تنمو البكتيريا بشكل أبطأ من الإشريكية القولونية العادية وتطور خلايا أطول على شكل قضيب. لكنهم ما زالوا على قيد الحياة.

يأمل الدكتور تشين في البناء على هذه التجربة عن طريق إزالة المزيد من الكودونات وضغط الشفرة الجينية إلى أبعد من ذلك. إنه يريد أن يرى كيف يمكن أن تكون الشفرة الجينية مبسطة مع استمرار دعم الحياة.

يعد فريق كامبريدج واحدًا من العديد من السباقات في السنوات الأخيرة لبناء الجينومات الاصطناعية. قائمة الاستخدامات المحتملة طويلة. أحد الاحتمالات الجذابة: قد لا تتمكن الفيروسات من غزو الخلايا المعاد تشفيرها.

تستخدم العديد من الشركات اليوم الميكروبات المعدلة وراثيًا لصنع أدوية مثل الأنسولين أو المواد الكيميائية المفيدة مثل إنزيمات المنظفات. إذا أصاب تفشي فيروسي أحواض التخمير ، فقد تكون النتائج كارثية. قد يكون الميكروب الذي يحتوي على دنا اصطناعي محصنًا ضد مثل هذه الهجمات.

يمكن لإعادة تشفير الحمض النووي أيضًا أن يسمح للعلماء ببرمجة الخلايا المهندسة بحيث لا تعمل جيناتها إذا هربت إلى أنواع أخرى. قال فين ستيرلنغ ، عالم الأحياء الاصطناعية في كلية الطب بجامعة هارفارد ، والذي لم يشارك في الدراسة الجديدة: "إنها تخلق جدارًا ناريًا جينيًا".

يهتم الباحثون أيضًا بإعادة ترميز الحياة لأنها تفتح الفرصة لصنع جزيئات بأنواع جديدة تمامًا من الكيمياء.

بالإضافة إلى الأحماض الأمينية العشرين التي تستخدمها جميع الكائنات الحية ، هناك المئات من الأنواع الأخرى. ستعمل الشفرة الجينية المضغوطة على تحرير الكودونات التي يمكن للعلماء استخدامها لتشفير وحدات البناء الجديدة هذه ، مما يصنع بروتينات جديدة تقوم بمهام جديدة في الجسم.

قدم جيمس كو ، باحث ما بعد الدكتوراه في كلية الطب بجامعة هارفارد ، ملاحظة تحذيرية. لا يزال تكديس القواعد معًا لصنع الجينوم مكلفًا للغاية.

قال الدكتور كو: "إنه أمر مكلف للغاية بالنسبة للمجموعات الأكاديمية لمواصلة المتابعة".

لكن الإشريكية القولونية هي العمود الفقري للبحوث المختبرية ، والآن أصبح من الواضح أنه يمكن تصنيع جينومها. ليس من الصعب تخيل أن الأسعار ستنخفض مع ارتفاع الطلب على الحمض النووي الاصطناعي المخصص. يمكن للباحثين تطبيق طرق الدكتور تشين على الخميرة أو الأنواع الأخرى.


لماذا دراسة البكتيريا مهمة

لقد كنت أفكر كثيرًا مؤخرًا في كيفية تحسن الأدوات التي نستخدمها في عملنا بشكل كبير جدًا في العقود القليلة الماضية وكيف يرجع ذلك في الغالب إلى دراسة الميكروبات التي يتم الاستخفاف بها كثيرًا. بينما يمكن للجميع دراسة البكتيريا التي تسبب أمراضًا مهددة للحياة مثل حمى التيفوئيد والكوليرا ، أعتقد أنه غالبًا ما يكون من الصعب إقناع الناس بقيمة دراسة البكتيريا العادية وأحيانًا الغامضة التي لا تؤثر بشكل مباشر على صحة الإنسان. ومع ذلك ، على مر السنين ، أحدثت هذه الدراسات ثورة في العديد من جوانب حياتنا. They have done so by adapting the biomolecules identified in these studies to produce tools that are now indispensible, not only for researchers like myself who are trying to understand how genes work and what happens to people when these genes go wrong, but also to epidemiologists, doctors, archeologists, historians, forensic scientists, and farmers. In the process, these tools have made the Biotech industry into a multibillion-dollar operation.

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

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يجوز إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


معهد بحوث الخلق

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" الديناصور ريكس 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 تي ريكس fossil is -- well, صغيرة. 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.,علم، المجلد. 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., طبيعة سجية 344:656-8.
4. Cano, S., علم، المجلد. 268 ، لا. 5213, p. 977, Research News, 19 May 1995.


شاهد الفيديو: Lytic v. Lysogenic Cycles of Bacteriophages (ديسمبر 2022).