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Escherichia coli comme organisme modèle

Escherichia coli est un bacille gram négatif en forme de tige (de bacille) qui est fréquemment employé comme organisme modèle. Les facteurs tels que sa capacité de se développer rapides utilisant des medias et la disponibilité bon marché des outils moléculaires pour exécuter des manipulations génétiques sont favorables pour l'usage d'Escherichia coli comme organisme modèle en génétique moléculaire.

coliCrédits d'image : martynowi.cz/Shutterstock.com

Ces outils comprennent les plasmides, qui sont des éclats d'ADN extrachromosomique qui ont la capacité de s'entretenir des phénotypes variés à Escherichia coli. Son utilisation comme organisme modèle est utilisée dans le bureau d'études métabolique, où le métabolisme d'Escherichia coli est manipulé pour fabriquer les produits spécifiques.

Quel est Escherichia coli ?

Escherichia coli est une bactérie en forme de tige gramnégative qui est en général environ 1µm long et 0.35µm larges. Il peut survivre avec ou sans l'oxygène et est ainsi « un aérobie facultatif ». Tandis qu'il peut se développer rapide sans former des blocs dans medias chimiquement définis peu coûteux variés, il n'est pas en général tolérant aux températures très élevées ou basses ou à l'acidité/à alcalinité extrêmes.  

Son potentiel pour l'accroissement rapide, le nombre de techniques moléculaires pour des manipulations génétiques procurables, et une bonne quantité de la connaissance au sujet de sa génétique signifie qu'il a la souplesse d'utilisation à utiliser de plusieurs manières. En outre, les répliques d'Escherichia coli principalement asexuel, signifiant que des modifications apportées au génome sont mises à jour et des effets vus dans ces mutants sont ainsi reproductibles. Ces facteurs effectuent à Escherichia coli un bon organisme modèle pour la génétique moléculaire.

Quelles découvertes ont été effectuées utilisant Escherichia coli comme organisme modèle ?

Plusieurs introduisent des découvertes dans le domaine de la biologie moléculaire, y compris la génétique moléculaire, ont été réalisés utilisant Escherichia coli comme organisme modèle. Ceci comprend une compréhension de code génétique, les mécanismes de la réplication de l'ADN, la découverte des systèmes génétiques d'operon, et la création d'un organisme génétiquement modifié.

Le génome d'Escherichia coli

Les tensions d'Escherichia coli manifestent la variation de leur capacité pathogène, des tensions qui n'entraînent pas les maladies à ceux qui entraînent des infections sévères, telles que la tension enterohemorrhagic O157 : H7. C'est évident dans les variations vues en génomes d'Escherichia coli ; les études ont trouvé cette similitude entre les génomes des tensions K-12 (une tension de laboratoire), O157 d'Escherichia coli : H7 et CFT073 (une tension uropathogenic) est seulement 39%.

Il y a 16.000 gènes trouvés dans toutes les tensions d'Escherichia coli, qui est son carter-génome. Cependant, le génome de faisceau d'Escherichia coli (c.-à-d. gènes actuels dans toutes les tensions) est moins de 20% des 16.000 gènes dans le carter-génome.

Le reste du génome est ainsi « le génome flexible » ; ceci comprend des prophages, des éléments transposables et des gènes annexes, et ils peuvent être acquis horizontalement. Ces gènes peuvent s'entretenir des phénotypes variés à Escherichia coli, tel qu'avoir un métabolisme plus flexible. Cette capacité d'Escherichia coli de comporter des éléments dans le génome flexible le rend favorable à l'utilisation comme organisme modèle.

Escherichia coli et son utilisation comme organisme modèle dans le bureau d'études métabolique

Il y a une demande croissante en source viable des essences et des produits chimiques. Ceci peut potentiellement être réalisé à l'aide des sources renouvelables telles que la biomasse et les eaux usées comme source commençante.

Puisqu'il y a des outils procurables pour manipuler le génome d'Escherichia coli, c'est un bon candidat comme organisme modèle pour le bureau d'études métabolique ; c'est où Escherichia coli est génétiquement manipulé de sorte qu'il devienne capable de produire les produits chimiques désirés à partir des sources variées pendant l'accroissement.

Des techniques modernes peuvent être appliquées pour optimiser la production des produits chimiques conçus ; ceci comprend l'intégration de la biologie de systèmes avec le bureau d'études métabolique. Par exemple, l'analyse des protéines produites par une tension d'Escherichia coli, ou son protéome, peut être employée comme guide.

Dans une étude, une approche de protéomique a été employée pour évaluer que des protéines de membrane d'Escherichia coli ont été liée à la tolérance et au transport de phénylpropanoïde, et a ainsi activé l'identification des protéines cibles potentielles qui peuvent être utilisées dans le bureau d'études métabolique.

Plasmides ; augmentation du potentiel d'Escherichia coli comme organisme modèle

Les plasmides sont des fragments d'ADN séparé du chromosome, qui peut se reproduire. Les composantes principales des plasmides comprennent l'origine de la réplication et d'une borne de choix telle qu'une résistance aux antibiotiques de entretien de gène. Ces plasmides peuvent être manipulés, ainsi un phénotype neuf peut être entretenu aux tensions d'Escherichia coli par la constitution de ces plasmides modifiés.

Comment les plasmides peuvent-ils être employés pour concevoir une tension d'Escherichia coli ?

Les plasmides peuvent jouer un rôle en améliorant une tension d'Escherichia coli aux yeux du bureau d'études métabolique. Une étude par Rodriguez et Cie. a employé un plasmide modifié pour étudier la production de shikimate dans Escherichia coli.

Shikimate est un produit qui est formé comme partie de la voie acide aminée aromatique de biosynthèse. Shikimate est également le produit de départ pour la production d'une demande de règlement de grippe, pour cette raison il y a intérêt en trouvant des moyens efficaces de le produire.

Rodrigues et Cie. ont modifié une tension d'Escherichia coli à employer comme organisme modèle qui peut produire le shikimate pour étudier comment ceci affecte le métabolisme général d'Escherichia coli. Ils ont mis un plasmide dans une tension d'Escherichia coli qui lui a donné la capacité d'employer le glucose pour produire des montants élevés de shikimate.

Ils ont constaté que la tension modifiée d'Escherichia coli a utilisé plus de glucose, mais son accroissement n'était pas affecté. L'analyse approfondie a prouvé que l'augmentation des voies réduites oxydantes de production de shikimate et de fermentation, indiquant qu'il y a une variation dans le métabolisme général provoqué par la production du shikimate.

Sources

Blount, Z.D. (2015) l'histoire naturelle des organismes modèles : Le potentiel inépuisé d'Escherichia coli. eLife DOI : 10.7554/eLife.05826

Idalia, V. - M.N., et Bernardo, F. (2017) Escherichia coli en tant qu'un organisme modèle et son application en biotechnologie. Escherichia coli - progrès récents sur la physiologie, la pathogénie et les applications biotechnologiques DOI : 10.5772/67306

Adamczyk, P.A., et Reed, J.L. (2017) Escherichia coli comme organisme modèle pour le bureau d'études métabolique de systèmes. Opinion actuelle dans la biologie de systèmes. https://doi.org/10.1016/j.coisb.2017.11.001

Rodriguez, 2017) gènes biosynthétiques Plasmide-codés d'A. et autres (allègent les désavantages métaboliques tout en augmentant la conversion de glucose en shikimate dans une tension conçue d'Escherichia coli. Biotechnologie et bio-ingénierie

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Last Updated: May 28, 2020

Dr. Maho Yokoyama

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Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama is a researcher and science writer. She was awarded her Ph.D. from the University of Bath, UK, following a thesis in the field of Microbiology, where she applied functional genomics to Staphylococcus aureus . During her doctoral studies, Maho collaborated with other academics on several papers and even published some of her own work in peer-reviewed scientific journals. She also presented her work at academic conferences around the world.

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