211service.com
Se bakterier udvikle sig i laboratoriet
Ved at bruge hurtige nye DNA-sekventeringsteknologier fulgte forskere fra University of California-San Diego evolutionære ændringer i E coli dyrket under stressede forhold. De var i stand til at identificere, hvilke gener der muterede, hvornår og hvad virkningerne var på bakteriernes vækst. Forskerne siger, at teknikken, kaldet eksperimentel evolution, vil hjælpe dem, der forsøger at lære, hvordan man gensplejser bakterier til at udskille høje koncentrationer af ethanol og andre nyttige kemikalier (se Bakteriefabrikker).
Bakterier som f.eks E coli udvikler sig relativt hurtigt: de deler sig hurtigt og sjusket og videregiver fejlfyldte kopier af deres genetiske information til næste generation. Ved hjælp af ny mikroarray-teknologi studerede Bernhard Palsson, professor i bioteknik, og hans kolleger denne hurtige udvikling over meget korte tidsskalaer på et højt detaljeringsniveau.
Fremskridtet kunne være særligt nyttigt for syntetiske biologer, der omkonstruerer bakterier for at give dem nye funktioner. Denne tilgang vil give os ny indsigt i [organismers] adaptive respons på syntetiske dele, der indsættes, såsom nye gener eller netværk af gener, siger James Collins , professor i biomedicinsk teknik ved Boston University. Forskere sætter sådanne nye dele i for bedre at kontrollere mikrobernes syntese af en bestemt forbindelse, der er nyttig for mennesker. (For eksempel har forskere konstrueret gær, der producerer et malariamiddel; se Billigere malariamidler.)
I et sæt eksperimenter leverede Palsson og hans kolleger E coli kun med glycerol, som mikroberne ikke omsætter særlig godt, til ernæring. Cellerne voksede langsomt i starten, men efter 20 dage voksede de 150 procent hurtigere, og efter 44 dage trivedes de. Dem, der var mere egnede til miljøet, overtog kulturen, siger Christopher Herring, der arbejdede med forskningen som postdoc i Palssons laboratorium. Der var dramatiske ændringer i, hvor [godt] cellerne voksede på kort tid.
Eksperimentel evolution kan vise sig at være et stærkt værktøj for forskere, der arbejder med metabolisk ingeniørarbejde, siger Herring. De genetiske netværk af stofskifte er komplekse og omfatter elementer, som forskere ville have svært ved at forudsige. Sild siger, at eksperimentel evolution kan vise forbindelser mellem forskellige fysiologiske systemer [som vi] ikke kendte til før. Herring er nu forsker ved Cambridge, MA-baseret Mascoma , som håber at designe mikroorganismer, der effektivt omdanner biomasse til ethanol (se Redesigning Life to Make Ethanol).
Collins siger, at metabolisk teknik ofte udføres irrationelt. Når forskere introducerer nye dele til bakterier eller gær, ved de ikke, om andre mutationer er blevet introduceret, endsige hvordan andre veje kan være involveret. Komparativ genomsekventering kunne give denne form for information, hvilket gør det muligt for forskere bedre at forudsige virkningerne af gensplejsede ændringer og hurtigt at identificere, hvilke ændringer der fører til gunstige egenskaber.
Gregory Stephanopoulos , en kemiingeniør ved MIT og førende inden for stofskifteteknologi, er mere skeptisk over for virkningen af San Diego-tilgangen. At sekventere genomer og analysere dem for at finde relevante mutationer er ikke problemet, siger han. I Palsson og Herrings vækstforsøg var det tydeligt, at E coli som voksede godt, var værd at gensekventere for at finde de relevante mutationer, siger han. Men når man arbejder på et komplekst problem som at forbedre en mikrobes ethanolproduktionseffektivitet, siger han, kan man i nogle tilfælde identificere overlegne stammer, men generelt er det ikke ligetil.
Alligevel siger Stephanopoulos og de andre, at sammenlignende genomsekventering nu kan hjælpe forskere med at tilskrive ændringer i mikrobernes egenskaber (såsom evnen til at trives med glycerol) til ændringer i genotype. Derved kan teknologien hjælpe mikrobiologer og medicinalvirksomheder med at studere, hvordan stammer af antibiotika-resistente bakterier, et stort sundhedsproblem, opstår, og hvilke mutationer der er ansvarlige.