Поиск по сайту
Главная книга сайта Форнит: «Мировоззрение».
Другие книги: «Познай себя», «Основы адаптологии» и «Вне привычного».
Короткий адрес страницы: fornit.ru/2041
Содержание журнала Достижения науки, техники и культуры
Ссылка на первоисточник статьи: http://elementy.ru/news/430238.

После удаления 15% генов бактерии становятся совсем ручными

Автор: Александр Марков
Кишечная палочка Escherichia coli — излюбленный объект генных инженеров, давно используемый в качестве универсальной биохимической фабрики. Внедряя в геном бактерии различные чужеродные гены, ученые заставляют ее производить разнообразные вещества, применяемые в медицине и химической промышленности, — от простейших аминокислот до сложных биополимеров. У бактерии, однако, есть свои методы борьбы с чужеродным генетическим материалом. После долгих лет работы генные инженеры наконец вывели породу кишечной палочки, практически лишенную способности сопротивляться их манипуляциям. Для этого у бактерий было удалено 15% генома.
Геном различных «пород» (штаммов) E.coli содержит от 4,6 до 5,6 миллионов пар нуклеотидов и порядка 4400–5500 генов. Далеко не все они жизненно необходимы, особенно если речь идет о лабораторных культурах, развивающихся в стабильных благоприятных условиях и не подверженных многочисленным тревогам и опасностям «вольной жизни». Избыточность генома становится очевидна уже при простом сравнении разных штаммов между собой: многие гены, имеющиеся у одних штаммов, отсутствуют у других, и это нисколько не отражается на их жизнеспособности.
Поскольку E.coli давно уже стала не только модельным объектом для биологов, но и важнейшим «средством производства» в фармакологической и химической промышленности, оптимизация ее генома является важнейшей задачей — даже не столько научной, сколько коммерческой.
Многострадальная кишечная палочка, в отличие от обычного химического завода или, скажем, компьютера, все-таки является живым существом, которое возникло естественным путем в ходе эволюции. Поэтому ей присущи кое-какие непременные атрибуты живого, симпатичные биологу, но неприемлемые для промышленника: некоторое несовершенство, иррациональность, неадекватность реакций и непредсказуемость поступков.
Особенно много проблем для генных инженеров создают многочисленные мобильные генетические элементы — подвижные участки генома, способные перемещаться с места на место. Внедрившись в регуляторную область какого-нибудь гена, мобильный элемент может резко снизить или, наоборот, увеличить его активность, а то и вовсе отключить. В стрессовых условиях мобильные элементы активизируются, что приводит к вспышкам мутагенеза (это — нормальная защитно-приспособительная реакция микроорганизмов на стресс). В результате с большим трудом выведенные «промышленные» штаммы могут быть безнадежно испорчены. Обычно внедрение чужеродных генов снижает конкурентоспособность бактерий, поэтому вновь возникающие мутанты, успешно избавившиеся от навязанного им чуждого генетического материала (те, кому удалось испортить, отключить или вовсе выкинуть из генома чужие гены), быстро вытесняют своих искусственно модифицированных собратьев.
Большая группа ученых из США, Германии и Венгрии в течение многих лет занималась искусственной оптимизацией генома E.coli, удаляя из него «всё лишнее». Работа увенчалась успехом, о чем исследователи сообщили в последнем номере Science. «Лишние» гены выявлялись разными способами. Во-первых, удалению подлежали гены, имеющиеся только у некоторых, но не у всех известных штаммов. Во-вторых, безжалостно удалялись все мобильные генетические элементы и повторяющиеся последовательности (повторы в нуклеотидных последовательностях ДНК опасны тем, что могут слипаться друг с другом, образуя петли, что провоцирует спонтанные геномные перестройки). Удалялись также все гены, необходимые для контролируемых геномных перестроек — например, для обмена генетическим материалом с другими бактериями. На выброс шли и гены, участвующие в образовании всяких внешних придатков, таких как жгутики — органы передвижения. Промышленным штаммам E.coli двигаться вовсе не обязательно. После каждой очередной «ампутации» бактерий тестировали на стандартных лабораторных средах, следя за тем, чтобы не снизилась жизнеспособность.
В итоге удалось получить несколько линий с радикально сокращенным геномом (в общей сложности удалили 14-15% генома, сократив его размер до 3,9 миллионов пар нуклеотидов). Некоторые мобильные элементы успели за время работ размножиться и перепрыгнуть на новые места, так что их пришлось удалять повторно. Но в конечном счете результат превзошел все ожидания. Удалось полностью очистить геном кишечной палочки от мобильных элементов, что привело к радикальному снижению мутагенеза и повышению стабильности генома. В оптимизированную кишечную палочку стали последовательно внедрять различные используемые в промышленности генные конструкции, и оказалось, что стабильность «трансплантантов» резко возросла.
Умение приспосабливаться к изменению условий среды у «оптимизированной» бактерии, естественно, сильно снизилось. Ведь мутагенез, опосредованный мобильными элементами, — одно из основных средств адаптации у бактерий. Например, нормальная E.coli, выращиваемая в среде, где единственным доступным источником углерода является салицин, быстро приспосабливается к этим условиям благодаря возникающим «полезным» мутациям. В большинстве случаев это происходит за счет активизации оперона bgl, что обеспечивается внедрением мобильного элемента в промоторную область оперона. У «оптимизированной» E.coli шансы приспособиться к этим условиям оказались в 10-12 раз ниже, причем во всех случаях, когда адаптация все-таки произошла, это было осуществлено за счет иных мутаций, не связанных с мобильными элементами.
Однако способность адаптироваться к изменению условий не входит в число качеств, необходимых «живой биохимической фабрике». Можно ожидать, что широкое использование в биотехнологическом производстве новых штаммов кишечной палочки, избавленных от «всего лишнего», даст заметный экономический эффект. Не исключено, что данное достижение — лишь один из первых шагов на пути создания искусственных живых существ (или биороботов), геномы которых будут полностью проектироваться человеком.
Источник: György Pósfai et al. Emergent Properties of Reduced-Genome Escherichia coli // Science. 2006. V. 312. P. 1044-1046.

Оценить статью >> пока еще нет оценок, ваша может стать первой :)

   
Архив новостей
Анонсы новостей сайтов-участников    http://www.scorcher.ru/xml/news.rss - что это?
Критерии полноты и верности теории
Об эффективности системного мышления: Критерии полноты и верности теории.
11-12-2017г.

Книга «Мировоззрение»
Обобщены мировоззренческие материалы сайта Форнит в виде электронной Достижения и недостатки при Путине.
03-11-2017г.

Системное мышление и формализация
В статье показано, что такое системная модель и почему не системное исследование дает бессмысленные результаты:
Системное мышление и формализация.
24-09-2017г.

О демократии и либерализме
Надеюсь, что статья не будет красной тряпкой для верных Идее либералов и демократов, а послужит поводом для переосмысления многих интересных социальных проблем: О демократии и либерализме.
12-09-2017г.

Смерть и адаптивность
Более общим, чем естественный отбор, для личности является понятие своевременности и своеместности существования - хронотоп личности:
Смерть и адаптивность.
12-07-2017г.

Дети и политика
Что вырастит из ребенка: носитель чужих идей (робот), просто проживающее свою жизнь быдло или самобытный человек, сформировавший свое личное мнение по самым важным именно для себя вопросам: Дети и политика.
18-06-2017г.

Эвристика вероятности
Сегодня существуют методы, позволяющие даже в случае минимального жизненного опыта оценивать, насколько вероятно, что вам врут партнеры и близкие, насколько уверенно можно допускать зависимость между явлениями, в том числе, казалось бы, совершенно не связанными: Эвристика вероятности.


27-05-2017г.

Модели понимания и зависимость
В статье рассмотрена особенность субъективных моделей, негативная для адекватности понимания - зависимые состояния: Модели понимания и зависимость.
16-05-2017г.

Ненависть к несправделивости
Ненависть настолько сильное чувство и настолько имеет далеко идущие последствия, что стоит разобраться в этом психическом явлении: Ненависть к несправделивости.
19-04-2017г.

Яндекс.Метрика
 посетителейзаходов
сегодня:22
вчера:11
Всего:237298