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Escherichia coli come organismo di modello

Escherichia coli è (bacillo) un batterio gram-negativo a forma di bastoncino che è usato frequentemente come organismo di modello. I fattori quale la sua capacità di svilupparsi veloci facendo uso dei media e della disponibilità economici degli strumenti molecolari per realizzare le manipolazioni genetiche sono favorevoli per utilizzare Escherichia coli come organismo di modello nella genetica molecolare.

coliCrediti di immagine: martynowi.cz/Shutterstock.com

Questi strumenti includono i plasmidi, che sono frammenti di DNA extracromosomico che hanno l'abilità ai fenotipi confer vari ad Escherichia coli. Il suo uso come organismo di modello è utilizzato nell'assistenza tecnica metabolica, dove il metabolismo di Escherichia coli è manipolato per produrre i prodotti specifici.

Che cosa è Escherichia coli?

Escherichia coli è un batterio a forma di bastoncino gram-negativo che è in genere intorno 1µm lungo e 0.35µm ampi. Può da sopravvivere a con o senza ossigeno e così è “un aerobio facoltativo„. Mentre può da svilupparsi veloce senza formare i mucchi in vari media chimicamente definiti economici, non è in genere tollerante a molto massimo o basse temperature o l'acidità/alcalinità estreme.  

Il suo potenziale per la crescita veloce, il numero delle tecniche molecolari per le manipolazioni genetiche disponibili e una buona quantità di conoscenza circa la sua genetica significa che ha la versatilità da utilizzare in molti modi. Inoltre, le repliche di Escherichia coli pricipalmente asessuale, significando che le modifiche apportate al genoma sono mantenute ed effetti veduti in questi mutanti sono così riproducibili. Questi fattori rendono ad Escherichia coli un buon organismo di modello per la genetica molecolare.

Che scoperte sono state fatte facendo uso di Escherichia coli come organismo di modello?

Vari impostano le scoperte nel campo di biologia molecolare, compreso la genetica molecolare, sono stati raggiunti facendo uso di Escherichia coli come organismo di modello. Ciò comprende una comprensione del codice genetico, i meccanismi del replicazione del dna, la scoperta dei sistemi genetici del operon e la creazione di un organismo geneticamente modificato.

Il genoma di Escherichia coli

Gli sforzi di Escherichia coli video la variazione nella loro abilità patogena, dagli sforzi che non causano le malattie a quelle che causano le infezioni severe, quale lo sforzo enterohemorrhagic O157: H7. Ciò è evidente nelle variazioni vedute in genoma di Escherichia coli; gli studi hanno trovato quella similarità fra i genoma degli sforzi K-12 (uno sforzo) del laboratorio, O157 di Escherichia coli: H7 e CFT073 (uno sforzo uropathogenic) è soltanto 39%.

Ci sono 16.000 geni trovati in tutti gli sforzi di Escherichia coli, che è il suo pan-genoma. Tuttavia, il genoma di memoria di Escherichia coli (cioè geni presenti in tutti gli sforzi) è meno di 20% dei 16.000 geni nel pan-genoma.

Il resto del genoma è così “il genoma flessibile„; ciò include i profagi, gli elementi commutabili ed i geni accessori e possono acquistarsi orizzontalmente. Questi geni inscatolano i fenotipi confer vari ad Escherichia coli, come avere un metabolismo più flessibile. Questa capacità di Escherichia coli di comprendere gli elementi nel genoma flessibile lo rende favorevole ad uso come organismo di modello.

Escherichia coli ed il suo uso come organismo di modello nell'assistenza tecnica metabolica

C'è una domanda crescente di una sorgente sostenibile dei combustibili e dei prodotti chimici. Ciò può potenzialmente essere raggiunta usando le sorgenti rinnovabili quali la biomassa e l'acqua di scarico come sorgente cominciante.

Poiché ci sono strumenti disponibili manipolare il genoma di Escherichia coli, è un buon candidato come organismo di modello per assistenza tecnica metabolica; ciò è dove Escherichia coli geneticamente è manipolato in modo che diventi capace da produrre i prodotti chimici desiderati dalle varie sorgenti durante la crescita.

Le tecniche moderne possono applicarsi per ottimizzare la produzione dei prodotti chimici costruiti; ciò comprende l'integrazione di biologia di sistemi con assistenza tecnica metabolica. Per esempio, l'analisi delle proteine prodotte da uno sforzo di Escherichia coli, o dal suo proteome, può essere usata come guida.

In uno studio, un approccio di proteomics è stato usato per valutare che le proteine della membrana di Escherichia coli sono state collegate a tolleranza ed al trasporto del fenilpropanoide e così ha permesso all'identificazione delle proteine bersaglio potenziali che possono essere utilizzate nell'assistenza tecnica metabolica.

Plasmidi; aumento del potenziale di Escherichia coli come organismo di modello

I plasmidi sono frammenti di DNA a parte dal cromosoma, che può ripiegarsi. Le componenti principali dei plasmidi includono l'origine di replicazione e un indicatore di selezione quale una resistenza a antibiotici di conferimento del gene. Questi plasmidi possono essere manipolati, in modo da un nuovo fenotipo può essere conferito agli sforzi di Escherichia coli dall'incorporazione di questi plasmidi modificati.

Come possono i plasmidi essere usati per costruire uno sforzo di Escherichia coli?

I plasmidi possono fare una parte nel miglioramento dello sforzo di Escherichia coli secondo assistenza tecnica metabolica. Uno studio da Rodriguez e dal co. ha usato un plasmide modificato per studiare la produzione dello shikimate in Escherichia coli.

Shikimate è un prodotto che è formato come parte della via aromatica di biosintesi dell'amminoacido. Shikimate è egualmente il prodotto base per la produzione di un trattamento di influenza, quindi c'è interesse nell'individuazione dei modi efficaci di produzione.

Rodrigues e co. ha modificato uno sforzo di Escherichia coli da usare come organismo di modello che può produrre lo shikimate per studiare come questo pregiudica il metabolismo globale di Escherichia coli. Hanno collocato un plasmide in uno sforzo di Escherichia coli che gli ha dato la capacità di usare il glucosio per produrre le quantità elevate di shikimate.

Hanno trovato che lo sforzo modificato di Escherichia coli ha utilizzato più glucosio, ma la sua crescita non era commovente. Ulteriore analisi ha indicato che l'incremento della produzione dello shikimate ha diminuito le vie di fermentazione ed ossidative, indicanti che c'è una variazione nel metabolismo globale causato dalla produzione di shikimate.

Sorgenti

Blount, Z.D. (2015) la storia naturale degli organismi di modello: Il potenziale unexhausted di Escherichia coli. eLife DOI: 10.7554/eLife.05826

Idalia, V. - m. N. e Bernardo, F. (2017) Escherichia coli come un organismo di modello e sua applicazione in biotecnologia. Escherichia coli - avanzamenti recenti su fisiologia, su patogenesi e sulle applicazioni biotecnologiche DOI: 10.5772/67306

Adamczyk, P.A. e Reed, J.L. (2017) Escherichia coli come organismo di modello per assistenza tecnica metabolica dei sistemi. Opinione corrente nella biologia di sistemi. https://doi.org/10.1016/j.coisb.2017.11.001

Rodriguez, 2017) geni biosintetici Plasmide-codificati del A. et al. (allevia gli svantaggi metabolici mentre aumenta la conversione del glucosio a shikimate in uno sforzo costruito di Escherichia coli. Biotecnologia e bioingegneria

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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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