211service.com
Šviesos surinkimo bakterijų inžinerija
Dažniausiai naudojamos laboratorinės bakterijos vadinamos E. coli Remiantis naujais MIT tyrimais, jie gali būti paversti šviesą skinančiais organizmais vienu genetiniu žingsniu. Genetinis patobulinimas leidžia mikroorganizmams, kurie paprastai gauna ląstelių energiją iš cukrų, pereiti prie saulės šviesos dietos. Šios išvados galiausiai galėtų būti panaudotos genetiškai modifikuojant bakterijas, kurios gali efektyviau gaminti biokurą, vaistus ir kitas chemines medžiagas.
Apšviestos bakterijos: E. coli, sukurtos ekspresuoti proteorodopsino baltymą, pavaizduotos aukščiau esant fluorescencinei šviesai. Kai aktyvuojamas tinkamo šviesos bangos ilgio, baltymas maitina ląstelės žvynelinį variklį, leidžiantį jai judėti. Šiuo atveju baltymas sugeria žalią šviesą: kai žalia šviesa apšviečiama bakteriją, ji juda (apatinė eilutė). Kai dega raudona šviesa, ji nejuda (viršutinė eilutė).
Kai kurios bakterijos, pvz., cianobakterijos, cukrui gaminti naudoja fotosintezę, kaip tai daro augalai. Tačiau kiti turi naujai atrastą gebėjimą surinkti šviesą per kitą mechanizmą: naudojant šviesa aktyvuotus baltymus, žinomus kaip proteorodopsinai, kurie yra panašūs į baltymus, esančius mūsų tinklainėje. Kai baltymas prisijungia prie šviesai jautrios molekulės, vadinamos tinklaine, ir patenka į šviesą, jis pumpuoja teigiamo krūvio protonus per ląstelės membraną. Tai sukuria elektrinį gradientą, kuris veikia kaip energijos šaltinis, panašiai kaip baterijų tiekiama įtampa arba elektrovaros jėga.
Pirmą kartą jūros organizmuose aptikti 2000 m., mokslininkai neseniai nustatė, kad proteorodopsino sistemos genai – iš esmės genetinis modulis, apimantis genus, koduojančius tiek baltymus, tiek fermentus, reikalingus tinklainei gaminti – dažnai keičiami tarp skirtingų vandenyno mikroorganizmų. . (Nors paprastai galvojame apie genus, perduodamus iš tėvų palikuonims, mikroorganizmai gali keistis DNR dalimis į šoną.)
Suintriguoti galimybe, kad tik viena DNR dalis iš tikrųjų yra viskas, ko organizmui reikia energijai iš šviesos surinkti, mokslininkai įterpė ją į E. coli . Jie nustatė, kad mikroorganizmai susintetino visus reikalingus komponentus ir surinko juos ląstelės membranoje, naudodami sistemą energijai generuoti. Viskas, ko reikia energijai gauti iš saulės šviesos, yra ta DNR dalis, sakoma Edas Delongas , MIT biologinės inžinerijos profesorius ir tyrimo autorius. Rezultatai buvo paskelbti praėjusią savaitę Nacionalinės mokslų akademijos darbai .
Multimedija
Žiūrėkite vaizdo įrašą apie apšviestą bakteriją.
Išvados turi įtakos tiek jūrų ekologijai, tiek sintetinei biologijai – naujai sričiai, kuria siekiama sukurti ir kurti naujas gyvybės formas, kurios galėtų atlikti naudingas funkcijas. Milžiniški vandenyno genominiai tyrimai parodė, kad rodopsino sistema yra stebėtinai plačiai paplitusi. Tai, kad vieno geno perkėlimas gali sukelti visiškai naują funkciją, padeda paaiškinti, kaip šis genetinis modulis taip plačiai iškeliavo. Tiesą sakant, mikrobams toks modulių keitimas gali būti taisyklė, o ne išimtis. Mikrobiologijoje atsiranda nauja paradigma: [mikroorganizmai] yra daug sklandesni, nei manėme, sakoma. Ford Doolittle , Kanados Lyginamosios genomikos tyrimų katedra Dalhousie universitete, Naujojoje Škotijoje.
Šios išvados ir kiti proteorodopsinų tyrimai gali suteikti biologijos inžinieriams naują įrankį, su kuriuo galima susitvarkyti. Straipsnis, kurį praėjusį mėnesį paskelbė Janas Liphardtas ir kolegos iš Kalifornijos universiteto Berklyje tai parodė E. coli Proteorodopsino siurblys gali lengvai persijungti iš vieno energijos šaltinio į kitą: kai bakterijoms trūksta įprasto energijos tiekimo, jos naudoja šviesos energiją, kad vairuotų savo žiedinį variklį – besisukančią uodegą, kurią bakterijos naudoja plaukdamos. Kuo daugiau šviesos, tuo greičiau veikia variklis.
Iš rodopsino siurblių galiausiai būtų galima sukurti mikrobus, dažniausiai naudojamus vaistams ir kitoms cheminėms medžiagoms gaminti. Šios bakterijų gamyklos kartais pritrūksta energijos. Naudojant šiuos šviesos varomus protonų siurblius, bakterijos gali būti maitinamos šviesa, kad padidėtų jų metabolitų arba farmakologiškai aktyvių medžiagų kiekis. Johnas L. Spudichas , Teksaso universiteto medicinos mokyklos Hiustone mikrobiologijos ir molekulinės genetikos profesorius. Ląstelių energijos padidinimas gali būti ypač naudingas atsižvelgiant į naujausią bakterijų gamybos tendenciją: mikrobų kūrimą biokurui gaminti.
Tai tarsi hibridinio automobilio kūrimas, sako MIT Delongas . Užuot papildę dujas akumuliatoriuje sukaupta energija, ląstelės savo energijos apykaitą gali papildyti šviesa.