211service.com
Valgomųjų bakterijų inžinerija
Probiotikai – sritis, kuria siekiama naudoti valgomąsias bakterijas žmonių sveikatai gerinti, netrukus gali įvykti metamorfozė. MIT ir Caltech studentai naudoja sintetinės biologijos metodus, kad sukurtų bakterijas, kurios kovoja su ertmėmis, gamina vitaminus ir gydo laktozės netoleravimą. Tarptautinės genetiškai modifikuotos mašinos (iGEM) konkurse MIT. Nauji tyrimai gali padėti pigiau gaminti vaistus ar pagerinti mitybą besivystančiame pasaulyje.
Apnašas naikinančios klaidos: MIT studentai kuria bakteriją Lactobacillus bulgaricus (čia parodyta ruda spalva), randama jogurte, kad būtų išvengta ertmių.
Sintetinė biologija yra siekis sukurti ir sukurti naujus organizmus, atliekančius naudingas funkcijas. Daugybė šios srities tyrimų buvo sutelkti į bakterijų naudojimą gamykloje: viena iš pirmųjų jos sėkmių buvo mikrobų, gaminančių vaistus nuo maliarijos, sukūrimas. Kituose tyrimuose buvo tiriamos tikslinės pristatymo priemonės, pvz., mikrobai, sukurti taip, kad vaistai patektų į konkrečią kūno dalį. Tačiau nauji projektai yra bandymai padidinti valgomųjų bakterijų naudą sveikatai.
Šie projektai remiasi tuo, kad mūsų kūnus jau kolonizuoja milijardai bakterijų. Jei tikrai norite pritaikyti bakterijas žmogui, pagalvokite apie tai, kur jos natūraliai egzistuoja, ir išgyventi žmoguje, vis dar bandydami sukurti naujas funkcijas, sako Christina Smolke, Caltech sintetinės biologijos specialistė, patarianti universiteto komandai.
Pavyzdžiui, mūsų burna yra bakterijų, tiek gerų, tiek blogų, prieglobstis. Dantų apnašoje gyvenančios bakterijos, vadinamos Streptococcus mutans , maitinasi cukrumi ant mūsų dantų ir tada išskiria rūgštis, kurios naikina dantų emalį ir sukelia ėduonies atsiradimą. Norėdami sukurti su ertmėmis kovojančius mikrobus, MIT komanda prasidėjo nuo peptido – trumpo baltymo segmento – kuris, kaip anksčiau buvo įrodyta, neleidžia blogosioms bakterijoms prilipti prie dantų. Komanda sukūrė DNR dalį, kurioje yra ir genas, gaminantis peptidą, ir genas molekuliniam signalui, dėl kurio bakterija jį išskiria.
Kitas žingsnis bus įterpti šią DNR dalį Lactobacillus bulgaricus , jogurte paplitęs mikrobas. Studentai to dar nepadarė, bet sėkmingai į mikrobą įvedė svetimą DNR, kuri paruošia mikrobą tolesnei genų inžinerijai. Turint tai omenyje, tai savaime yra įspūdingas žygdarbis Lactobacillus bulgaricus nėra plačiai naudojamas laboratorijoje, todėl reikia sukurti naujus eksperimentinius metodus.
Jei mikrobą galima sėkmingai sukurti, valgant jogurtą jis nusodintų ant dantų, kur susidarytų apsauginis peptidas. Tai tikriausiai būtų veiksmingiau nei antibakterinis preparatas, kuris naikina viską, sako Chia-Yung Wu, MIT biologijos magistrantas, patariantis komandai. Tai tiesiog nukreipta į kenksmingus dalykus. (Bendra antibiotikų problema yra ta, kad jie naikina ir kenksmingas, ir naudingas bakterijas burnoje ir žarnyne, palikdami atvirą kraštovaizdį blogosioms bakterijoms kolonizuotis.)
Vienas iš pagrindinių sintetinės biologijos projektų yra bandymas sukurti didžiulį, viešai prieinamą dalių sąrašą, genų sekų katalogą ir gautų baltymų funkcijas. MIT komanda neketina kurti produkto komerciniam naudojimui, tačiau jos sukurtos biologinės dalys vieną dieną gali būti panaudotos kitoms reikmėms – pagerinti jogurto maistinę vertę, pavyzdžiui, naudojant bakterijas, gaminančias tam tikro tipo vitaminą. . Komanda, kurią sudaro studentai Sara Mouradian ir Derekas Ju, jau deponavo sukurtas dalis centrinėje MIT saugykloje, vadinamoje Standartinių biologinių dalių registras . Registro išplėtimas yra vienas iš svarbiausių konkurso aspektų. Šiais metais kiekvienai komandai išsiuntėme po 2 000 DNR dalių ir gauname 1 500 naujų dalių. Randy'is Retbergas , iGEM direktorius ir pagrindinis MIT mokslininkas.
The Caltech komanda sutelktas į žarnyno mikrobus, siekiant sukurti mikrobinį laktozės netoleravimo sprendimą. Užuot vartoję kasdienį vitaminą, galite gerti kai kuriuos žarnyno mikrobus ir laikyti savaitei ar mėnesiui arba tiek, kiek ilgai mikrobų išliks, sako komandai patariantis Caltech absolventas Joshas Micheneris.
Žmonės, kurie toleruoja pieno produktus, natūraliai išskiria laktazę – fermentą, kuris skaido laktozę, piene esantį cukrų. Tada skilimo produktai, įskaitant gliukozę, absorbuojami į kraują iš plonosios žarnos. Žmonėms, netoleruojantiems laktozės, cukrus patenka į storąją žarną, kur galiausiai jį metabolizuoja bakterijų grandinė. Proceso metu mikrobai gamina vandenilio ir metano dujas, kurios yra sutrikimo simptomų – pykinimo, pilvo pūtimo, dujų ir viduriavimo – kaltininkai.
Galimos laktazės tabletės, padedančios žmonėms virškinti pieno produktus, tačiau Caltech studentai norėjo nuolatinio sprendimo. Jie pradėjo nuo padermės E. coli Vokietijoje dažnai naudojamas kaip probiotikas. Padermė, vadinama Nissle 1917, iš pradžių buvo išskirta iš Pirmojo pasaulinio karo kareivių, kurie buvo atsparūs ekstremaliam virškinimo trakto virusui, kuris perėjo per armijos stovyklą, sako Micheneris.
Studentai prie Nissle bakterijos pridėjo tris biologines dalis: geną, gaminantį fermentą laktazę, receptorių, atpažįstantį laktozę, ir jutiklį, dėl kurio ląstelė plyšta esant tam tikrai laktozės koncentracijai. Naudojant šią sistemą, bakterijos žarnyne nuolat gamintų laktazę. Kai bakterijos išoriniame paviršiuje esantys receptoriai susijungia su pakankamu laktozės kiekiu, jie sukels ląstelės sprogimą, išskirdami laktazę į žarnyną, kad suskaidytų cukrų. Studentai iki šiol sukūrė pirmuosius du komponentus, tačiau jiems sunku sukurti, kad mikrobai tinkamai sunaikintų save. Komanda taip pat dirba su valgomuoju mikrobu, kuris gamintų folio rūgštį – vitaminą, svarbų apsisaugoti nuo apsigimimų.
Abi komandos šį savaitgalį MIT konkurse iGEM pristatė savo tyrimus kartu su daugiau nei 70 kitų komandų iš viso pasaulio universitetų. Pastaraisiais metais studentai kūrė viską – nuo bakterijų fotojuostos iki bananais kvepiančių bakterijų ir mažyčių dėžučių iš DNR.