Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из Escherichia coli (молекулярная биология) )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Основная статья: кишечная палочка
Колонии E. coli, содержащие флуоресцентную плазмиду pGLO

Кишечной палочки ( / ˌ ɛ ʃ ɪ г ɪ K я ə K oʊ л aɪ / ; обычно сокращенно кишечной палочки ) представляет собойграмотрицательные гамма-протеобактерииобычно находится в нижнемкишечникенатеплокровныхорганизмов (эндотермических). Потомки двух изолятов, штамм К-12 и В, обычно используются в молекулярной биологии как инструмент и как модельный организм.

Разнообразие [ править ]

Основная статья: Escherichia coli § Разнообразие

Escherichia coli - один из самых разнообразных видов бактерий с несколькими патогенными штаммами с разными симптомами и лишь 20% генома, общего для всех штаммов. [1] Кроме того, с эволюционной точки зрения, члены рода Shigella ( дизентерии , Флекснера , boydii , Зонне ) на самом деле являются E. Coli штаммы «в маскировке» (т.е. кишечной палочки является парафилетическими к роду). [2]

История [ править ]

В 1885 году немецкий педиатр Теодор Эшерих впервые обнаружил этот вид в кале здоровых людей и назвал его Bacterium coli commune, потому что он обнаружен в толстой кишке, и ранние классификации прокариот поместили их в несколько родов в зависимости от их формы и формы. подвижность (в это время Эрнст Геккель классификации бактерий в царстве «s Monera был на месте [3] ). [4]

После пересмотра Bacteria он был реклассифицирован как Bacillus coli компанией Migula в 1895 году [5], а затем реклассифицирован как Escherichia coli . [6]

Из-за простоты культивирования и быстрого удвоения он использовался в первых микробиологических экспериментах; однако бактерии считались примитивными и доклеточными и не привлекали к себе особого внимания до 1944 года, когда Эйвери, Маклауд и Маккарти продемонстрировали, что ДНК является генетическим материалом с использованием Salmonella typhimurium , после чего Escherichia coli была использована для исследований по картированию сцепления. [7]

Штаммы [ править ]

Четыре из множества штаммов E. coli (K-12, B, C и W) считаются модельными штаммами организмов. Они отнесены к группе риска 1 в руководствах по биобезопасности.

Изолят Эшериха [ править ]

Первый изолят Escherich был депонирован в NCTC в 1920 году Институтом Листера в Лондоне ( NCTC 86 [1] ). [8]

K-12 [ править ]

Штамм был выделен из образца стула пациента, выздоравливающего от дифтерии, и в 1922 году в Стэнфордском университете был обозначен как K-12 (не антиген). [9] Этот изолят был использован в 1940-х годах Чарльзом Клифтоном для изучения метаболизма азота, который поместил его в АТСС (штамм АТСС 10798 ) и одолжил Эдварду Тейтуму для его экспериментов по биосинтезу триптофана [10], несмотря на его особенности из-за F + λ + фенотип. [7] В ходе пассажей он потерял свой O-антиген [7] и в 1953 г. был вылечен первым от своего лямбда-фага ( штамм W1485 от УФ-излучения Джошуа Ледерберга)и соавторы), а затем в 1985 году плазмиды F путем отверждения акридиновым апельсином. [ необходима цитата ] Штаммы, полученные из MG1655, включают DH1, родительский элемент DH5α и, в свою очередь, DH10B (переименованный в TOP10 компанией Invitrogen [11] ). [12] Альтернативная линия от W1485 - это линия W2637 (которая содержит инверсию rrnD-rrnE), которая, в свою очередь, привела к W3110. [8] Из-за отсутствия конкретных записей, «родословная» штаммов не была доступна, и ее пришлось установить, проконсультировавшись с лабораторной книгой и записями, чтобы создать Центр генетического запаса E. coli в Йельском университете, Барбара. Бахманн . [9]Различные штаммы были получены путем обработки E. coli K-12 такими агентами, как азотистый иприт, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и т. Д. Обширный список производных штамма Escherichia coli K-12 и их индивидуальная конструкция, генотипы, фенотипы , информацию о плазмидах и фагах можно найти на сайте Ecoliwiki .

Штамм B [ править ]

Второй распространенный лабораторный штамм - это штамм B, история которого менее очевидна, и первое название штамма E. coli B было дано Дельбрюком и Лурией в 1942 году в их исследовании бактериофагов T1 и T7. [13] Первоначальный штамм E. coli B, известный тогда как Bacillus coli , произошел от Феликса д'Эрелля из Института Пастера в Париже около 1918 года, который изучал бактериофаги [14], который утверждал, что он произошел из Коллекции Института Пастера. [15], но никаких штаммов того периода не существует. [8] Штамм d'Herelle был передан Жюлю Бордэ, директору Института Пастера дю Брабанта в Брюсселе [16]и его ученик Андре Гратия. [17] Первый передал штамм Анн Каттнер («Бактериальная палочка, полученная от доктора Бордет») [18] и, в свою очередь, Эжену Вольману (B. coli Bordet) [19] , сын которого депонировал его в 1963 году ( CIP 63.70) как «штамм BAM» (B American), в то время как Андре Грация передал штамм Марте Воллштейн, исследователю из Рокфеллера, которая в 1921 году назвала штамм «брюссельским штаммом Bacillus coli » [20], которая, в свою очередь, передал его Жаку Бронфенбреннеру (B. coli PC), который передал его Дельбрюку и Лурии. [8] [13] Этот штамм дал начало нескольким другим штаммам, таким как REL606 и BL21. [8]

Штамм C [ править ]

E. coli C морфологически отличается от других штаммов E. coli ; он более сферический по форме и имеет отчетливое распределение нуклеоида. [21]

Деформация W [ править ]

Штамм W был выделен из почвы недалеко от Университета Рутгерса Селманом Ваксманом . [22]

Роль в биотехнологии [ править ]

Из-за своей долгой истории лабораторного культивирования и простоты манипуляций E. coli также играет важную роль в современной биологической инженерии и промышленной микробиологии . [23] Работа Stanley Norman Cohen и Герберт Бойер в E.coli , с использованием плазмид и ферментов рестрикции , чтобы создать рекомбинантную ДНК , стала основой биотехнологии. [24]

Рассмотренный очень универсальный хост для производства гетерологичных белков , [25] исследователи могут ввести гены в микроб с использованием плазмид, позволяющие для массового производства белков в промышленных ферментационных процессах. Также были разработаны генетические системы, позволяющие производить рекомбинантные белки с использованием E. coli . Одним из первых полезных применений технологии рекомбинантной ДНК было манипулирование E. coli для производства человеческого инсулина . [26] Модифицированная кишечная палочка использовалась при разработке вакцин и биоремедиации., и производство иммобилизованных ферментов . [25]

E. coli успешно использовались для получения белков, которые ранее считались трудными или невозможными для E. coli , например белков, содержащих множественные дисульфидные связи, или белков, требующих посттрансляционной модификации для стабильности или функции. Клеточная среда E. coli обычно слишком восстановительна для образования дисульфидных связей, поэтому белки с дисульфидными связями могут секретироваться в периплазматическое пространство , однако мутанты, у которых нарушено восстановление как тиоредоксинов, так и глутатиона, также позволяют белкам с дисульфидными связями образовываться. вырабатываться в цитоплазме кишечной палочки . [27] Он также использовался для получения белков с различными посттрансляционными модификациями, включая гликопротеины, с использованием системы N-связанного гликозилирования Campylobacter jejuni, сконструированной в E. coli . [28] [29] В настоящее время предпринимаются попытки расширить эту технологию для получения сложных гликозилирований. [30] [31]

Также проводятся исследования по программированию E. coli для решения сложных математических задач, таких как проблема гамильтонова пути . [32]

Модель организма [ править ]

E. coli часто используется в качестве модельного организма в микробиологических исследованиях. Культивированные штаммы (например, E. coli K-12) хорошо адаптированы к лабораторным условиям и, в отличие от штаммов дикого типа , утратили способность расти в кишечнике. Многие лабораторные штаммы теряют способность образовывать биопленки . [33] [34] Эти свойства защищают штаммы дикого типа от антител и других химических атак, но требуют больших затрат энергии и материальных ресурсов.

В 1946 году Джошуа Ледерберг и Эдвард Татум впервые описали феномен, известный как бактериальная конъюгация, используя E. coli в качестве модельной бактерии [35], и он остается основной моделью для изучения конъюгации. [36] E. coli была неотъемлемой частью первых экспериментов по изучению генетики фагов , [37] и ранние исследователи, такие как Сеймур Бензер , использовали E. coli и фаг T4, чтобы понять топографию структуры гена. [38] До исследования Бензера не было известно, является ли ген линейной структурой или имеет паттерн ветвления.

E. coli была одним из первых организмов, чей геном был секвенирован; полный геном E. coli K-12 был опубликован сайтом Science в 1997 году [39].

Долгосрочный эволюционный эксперимент Ленского [ править ]

Основная статья: эксперимент долгосрочной эволюции E. coli

Эксперименты по длительной эволюции с использованием E. coli , начатые Ричардом Ленски в 1988 году, позволили непосредственно наблюдать основные эволюционные сдвиги в лаборатории. [40] В этом эксперименте одна популяция E. coli неожиданно развила способность аэробно метаболизировать цитрат . Эта способность крайне редко встречается у кишечной палочки . Поскольку неспособность к аэробному росту обычно используется в качестве диагностического критерия, с помощью которого можно отличить кишечную палочку от других близкородственных бактерий, таких как сальмонелла , это нововведение может означать событие видообразования, наблюдаемое в лаборатории.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Лукьянченко, О .; Вассенаар, ТМ; Ussery, DW (2010). «Сравнение 61 секвенированного генома Escherichia coli» . Microb. Ecol . 60 (4): 708–720. DOI : 10.1007 / s00248-010-9717-3 . PMC  2974192 . PMID  20623278 .
  2. ^ Lan, R .; Ривз, PR (2002). «Скрытая кишечная палочка: молекулярное происхождение шигелл». Микробы заражают . 4 (11): 1125–1132. DOI : 10.1016 / S1286-4579 (02) 01637-4 . PMID 12361912 . 
  3. ^ Haeckel, Ernst (1867). Generelle Morphologie der Organismen. Reimer, Berlin. ISBN 978-1-144-00186-3.
  4. ^ Escherich T (1885). "Die Darmbakterien des Neugeborenen und Säuglinge". Fortschr. Med. 3: 515–522.
  5. ^ MIGULA (W.): Bacteriaceae (Stabchenbacterien). In: A. ENGLER and K. PRANTL (eds): Die Naturlichen Pfanzenfamilien, W. Engelmann, Leipzig, Teil I, Abteilung Ia, 1895, pp. 20–30.
  6. ^ CASTELLANI (A.) and CHALMERS (A.J.): Manual of Tropical Medicine, 3rd ed., Williams Wood and Co., New York, 1919.
  7. ^ a b c Lederber, J. 2004 E. coli K-12. Microbiology today 31:116
  8. ^ a b c d e Daegelen, P.; Studier, F. W.; Lenski, R. E.; Cure, S.; Kim, J. F. (2009). "Tracing Ancestors and Relatives of Escherichia coli B, and the Derivation of B Strains REL606 and BL21(DE3)". Journal of Molecular Biology. 394 (4): 634–643. doi:10.1016/j.jmb.2009.09.022. PMID 19765591.
  9. ^ a b Bachmann, B. J. (1972). "Pedigrees of some mutant strains of Escherichia coli K-12". Bacteriological Reviews. 36 (4): 525–557. doi:10.1128/mmbr.36.4.525-557.1972. PMC 408331. PMID 4568763.
  10. ^ Tatum E. L.; Lederberg J. (1947). "Gene recombination in the bacterium Escherichia coli". J. Bacteriol. 53: 673–684. doi:10.1128/jb.53.6.673-684.1947.
  11. ^ E. coli genotypes – OpenWetWare
  12. ^ Meselson, M; Yuan, R (1968). "DNA restriction enzyme from E. Coli". Nature. 217 (5134): 1110–4. Bibcode:1968Natur.217.1110M. doi:10.1038/2171110a0. PMID 4868368.
  13. ^ a b Delbrück M.; Luria S. E. (1942). "Interference between bacterial viruses: I. Interference between two bacterial viruses acting upon the same host, and the mechanism of virus growth". Arch. Biochem. 1: 111–141.
  14. ^ D'Herelle F (1918). "Sur le rôle du microbe filtrant bactériophage dans la dysenterie bacillaire". Comptes Rendus Acad. Sci. 167: 970–972.
  15. ^ d'Herelle, F. (1926). In Le bactériophage et son comportement. Monographies de l'Institut Pasteur, Masson et Cie, Libraires de l'Académie de Médecine, 120, Boulevard Saint Germain, Paris-VIe, France.
  16. ^ Bordet J.; Ciuca M. (1920). "Le bactériophage de d'Herelle, sa production et son interprétation". Comptes Rendus Soc. Biol. 83: 1296–1298.
  17. ^ Gratia A.; Jaumain D. (1921). "Dualité du principe lytique du colibacille et du staphylococque". Comptes Rendus Soc. Biol. 84: 882–884.
  18. ^ Kuttner A. G. (1923). "Bacteriophage phenomena". J. Bacteriol. 8 (1): 49–101. doi:10.1128/jb.8.1.49-101.1923. PMC 379003. PMID 16558985.
  19. ^ Wollman E (1925). "Recherches sur la bactériophagie (phénomène de Twort-d'Hérelle)". Ann. Inst. Pasteur. 39: 789–832.
  20. ^ Wollstein M (1921). "Studies on the phenomenon of d'Herelle with Bacillus dysenteriae". J. Exp. Med. 34 (5): 467–476. doi:10.1084/jem.34.5.467. PMC 2128695. PMID 19868572.
  21. ^ Lieb, M.; Weigle, J. J.; Kellenberger, E. (1955). "A study of hybrids between two strains of Escherichia coli". Journal of Bacteriology. 69 (4): 468–471. PMC 357561. PMID 14367303.
  22. ^ Colin T Archer; Jihyun F Kim; Haeyoung Jeong; Jin H Park; Claudia E Vickers; Sang Y Lee; Lars K Nielsen (2011). "The genome sequence of E. coli W (ATCC 9637): comparative genome analysis and an improved genome-scale reconstruction of E. coli". BMC Genomics. 12: 9. doi:10.1186/1471-2164-12-9. PMC 3032704. PMID 21208457.
  23. ^ Lee SY (1996). "High cell-density culture of Escherichia coli". Trends Biotechnol. 14 (3): 98–105. doi:10.1016/0167-7799(96)80930-9. PMID 8867291.
  24. ^ Russo E (January 2003). "The birth of biotechnology". Nature. 421 (6921): 456–7. Bibcode:2003Natur.421..456R. doi:10.1038/nj6921-456a. PMID 12540923.
  25. ^ a b Cornelis P (2000). "Expressing genes in different Escherichia coli compartments". Current Opinion in Biotechnology. 11 (5): 450–4. doi:10.1016/S0958-1669(00)00131-2. PMID 11024362.
  26. ^ Tof, Ilanit (1994). "Recombinant DNA Technology in the Synthesis of Human Insulin". Little Tree Pty. Ltd. Retrieved 2007-11-30.
  27. ^ Paul H. Bessette; Fredrik Åslund; Jon Beckwith; George Georgiou (1999). "Efficient folding of proteins with multiple disulfide bonds in the Escherichia coli cytoplasm". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 96 (24): 13703–8. Bibcode:1999PNAS...9613703B. doi:10.1073/pnas.96.24.13703. PMC 24128. PMID 10570136.
  28. ^ Ihssen J, Kowarik M, Dilettoso S, Tanner C, Wacker M, Thöny-Meyer L (2010). "Production of glycoprotein vaccines in Escherichia coli". Microbial Cell Factories. 9 (61): 494–7. doi:10.1186/1475-2859-9-61. PMC 2927510. PMID 20701771.
  29. ^ Wacker M, Linton D, Hitchen PG, Nita-Lazar M, Haslam SM, North SJ, Panico M, Morris HR, Dell A, Wren BW, Aebi M (2002). "N-linked glycosylation in Campylobacter jejuni and its functional transfer into E. coli". Science. 298 (5599): 1790–1793. Bibcode:2002Sci...298.1790W. doi:10.1126/science.298.5599.1790. PMID 12459590.
  30. ^ Valderrama-Rincon JD, Fisher AC, Merritt JH, Fan YY, Reading CA, Chhiba K, Heiss C, Azadi P, Aebi M, Delisa MP (2012). "An engineered eukaryotic protein glycosylation pathway in Escherichia coli". Nat Chem Biol. 8 (5): 434–6. doi:10.1038/nchembio.921. PMC 3449280. PMID 22446837.
  31. ^ Huang CJ, Lin H, Yang X (2012). "Industrial production of recombinant therapeutics in Escherichia coli and its recent advancements". J Ind Microbiol Biotechnol. 39 (3): 383–99. doi:10.1007/s10295-011-1082-9. PMID 22252444.
  32. ^ "E. coli can solve math problems". The Deccan Chronicle. July 26, 2009. Retrieved July 26, 2009.
  33. ^ Fux CA, Shirtliff M, Stoodley P, Costerton JW (2005). "Can laboratory reference strains mirror "real-world" pathogenesis?". Trends Microbiol. 13 (2): 58–63. doi:10.1016/j.tim.2004.11.001. PMID 15680764.
  34. ^ Vidal O, Longin R, Prigent-Combaret C, Dorel C, Hooreman M, Lejeune P (1998). "Isolation of an Escherichia coli K-12 mutant strain able to form biofilms on inert surfaces: involvement of a new ompR allele that increases curli expression". J. Bacteriol. 180 (9): 2442–9. doi:10.1128/JB.180.9.2442-2449.1998. PMC 107187. PMID 9573197.
  35. ^ Lederberg, Joshua; E.L. Tatum (October 19, 1946). "Gene recombination in E. coli" (PDF). Nature. 158 (4016): 558. Bibcode:1946Natur.158..558L. doi:10.1038/158558a0. PMID 21001945. Source: National Library of Medicine – The Joshua Lederberg Papers
  36. ^ F Xavier Gomis-Rüth; Miquel Coll (December 2006). "Cut and move: protein machinery for DNA processing in bacterial conjugation". Current Opinion in Structural Biology. 16 (6): 744–752. doi:10.1016/j.sbi.2006.10.004. hdl:10261/104348. PMID 17079132.
  37. ^ "The Phage Course – Origins". Cold Spring Harbor Laboratory. 2006. Archived from the original on September 16, 2006. Retrieved 2007-12-03.
  38. ^ Benzer, Seymour (March 1961). "On the topography of the genetic fine structure". PNAS. 47 (3): 403–15. Bibcode:1961PNAS...47..403B. doi:10.1073/pnas.47.3.403. PMC 221592. PMID 16590840.
  39. ^ Frederick R. Blattner; Guy Plunkett III; Craig Bloch; Nicole Perna; Valerie Burland; Monica Riley; Julio Collado-Vides; Jeremy Glasner; Christopher Rode; George Mayhew; Jason Gregor; Nelson Davis; Heather Kirkpatrick; Michael Goeden; Debra Rose; Bob Mau; Ying Shao (September 5, 1997). "The complete genome sequence of Escherichia coli K-12". Science. 277 (5331): 1453–1462. doi:10.1126/science.277.5331.1453. PMID 9278503.
  40. ^ Bob Holmes (June 9, 2008). "Bacteria make major evolutionary shift in the lab". New Scientist. Archived from the original on August 28, 2008.