Генетски изменета бактерија

Генетски изменета бактерија ― првиот организам кои бил изменет во лабораторија, поради нивната едноставна генетика. Овие организми сега се користени за неколку намени и се особено важни за производство на големи количини на чисти човечки белковини за употреба во медицината.
1 Историја
Првиот пример со изменета бактерија бил сторен во 1978 година кога Херберт Бојер, работејќи во лабораторијата на Универзитетот во Калифорнија, зел верзија на генот за човечки инсулин и ја вметнал во бактеријата ''Escherichia coli'' за да произведе синтетички „човечки“ инсулин. Четири години подоцна, верзијата била одобрена од Службата за храна и лекови на Соединетите Држави.
2 Истражување
 
Бактериите биле првите организми кои биле генетски изменети во лабораторија, поради релативната леснотија на изменување на нивните хромозоми. Оваа леснотија ги направила важни алатки за создавање на други генетски изменети организми. Гените и другите генетски информации од широк опсег на организми може да бидат додадени во плазмидот и да бидат вметнати во бактериите за складирање и изменување. Бактериите се евтини, лесни за одгледување, да бидат клонирани, брзо се размножуваат, релативно лесно се преобразуваат и може да бидат складираат на -80 °C речиси на неодредено време. Откако генот е изолиран, тој може да биде складиран во бактериите, обезбедувајќи неограничено снабдување за истражување. Големиот број на сопствени плазмиди го прават релативно лесно манипулирањето со ДНК која е отсечена од бактерии.
Нивната леснотија на користење ги направило одлични алатки за научниците кои сакаат да ја проучуваат функцијата и еволуцијата на гените. Повеќето манипулации со ДНК се одвивани во бактериски плазмиди пред да бидат пренесени на друг домаќин. Бактериите се наједноставниот моделен организам и поголемиот дел од нашето рано разбирање на молекуларната биологија доаѓа од проучувањето на ''Escherichia coli''. Научниците можат лесно да манипулираат и комбинираат гени во белковините за да создадат нови или нарушени белковини и да го набљудуваат ефектот што тоа го има на различни молекуларни системи. Истражувачите ги комбинирале гените од бактериите и археите, што довело до сознанија за тоа како овие два биле разликувани во минатото. Во областа на синтетичката биологија, тие биле користени за тестирање на различни синтетички пристапи, од синтетизирање на геноми до создавање на нови нуклеотиди.
3 Храна
Бактериите се користени во производството на храна многу долго време, а за таа работа се развиени и избрани специфични соеви во индустриски размери. Тие може да се користени за производство на ензими, аминокиселини, ароми и други соединенија што се користени во производството на храна. Со доаѓањето на генетското инженерство, лесно може да бидат воведени нови генетски промени во овие бактерии. Повеќето бактерии кои произведуваат храна се млечнокиселински бактерии, и токму тука поминал поголемиот дел од истражувањата за генетски изменети бактерии кои произведуваат храна. Бактериите може да бидат изменети за да работат поефикасно, да го намалат производството на токсични нуспроизводи, да го зголемат производството, да создадат подобрени соединенија и да ги отстранат непотребните биолошки патишта. Прехранбените производи од генетски изменети бактерии се алфа-амилаза, која го претвора скробот во едноставни шеќери, химозин, кој ги згрутчува млечните белковини за правење сирење и пектинестеразата, која ја подобрува бистрината на овошниот сок.
3.1 Во сирењето
Химозинот е ензим кој се произведува во стомакот на младите цицачи преживари за да биде сварено млекото. Варењето на млечните белковини преку ензими е од суштинско значење за производството на сирење. Видовите ''Escherichia coli'' и ''Bacillus subtilis'' можат да бидат генетски конструирани за да синтетизираат и излачуваат химозин, обезбедувајќи поефикасно средство за производство. Употребата на бактерии за синтеза на химозин, исто така, обезбедува вегетаријански метод за правење сирење, бидејќи претходно, младите преживари (обично младенчињата) требале да бидат колени за да биде извлечен ензимот од слузницата на желудникот.
4 Индустриска употреба
Генетски изменетите бактерии се користени за производство на големи количини на белковини за индустриска употреба. Општо земено, бактериите се одгледувани до голем волумен пред да биде активиран генот што ја кодира белковината. Бактериите потоа се собирани и саканата белковина е прочистувана од нив. Високата цена на екстракција и прочистување значело дека само производи со висока вредност се произведени на индустриско ниво.
4.1 Фармацевтско производство
Поголемиот дел од индустриските производи од бактерии, се човечки белковини за употреба во медицината. Многу од овие белковини се невозможни или тешко да бидат добиени преку природни методи и помала е веројатноста да бидат контаминирани со патогени, што ги прави побезбедни. Пред рекомбинантните белковински производи, неколку третмани биле изведени од трупови или други дарувани телесни течности и можеле да пренесат болести. Навистина, трансфузијата на крвни производи претходно довела до ненамерна инфекција на хемофиличарите со ХИВ или хепатит Ц; на сличен начин, третманот со човечки хормон за раст добиен од кадаверните хипофизни жлезди може да доведе до појава на Кројцфелд-Јакобовата болест.
Првата медицинска употреба на генетски изменети бактерии било производство на белковински инсулин за лекување на дијабетес. Други произведени лекови се фактори на згрутчување за лекување од хемофилија, човечки хормон за раст за лекување на различни облици на џуџест раст, интерферон за лекување на некои видови рак, еритропоетин за анемични пациенти и ткивно специфичен плазминоген активатор кој го раствора згрутчувањето на крвта. Надвор од медицината, тие се користени за производство на биогорива. Постои интерес за развој на екстрацелуларен изразувачки систем во рамките на бактериите за да бидат намалени трошоците и да биде направено производството на повеќе производи економично.
5 Здравје
Со поголемо разбирање на улогата што микробиомот ја игра во човековото здравје, постои потенцијал за лекување од болести преку генетско менување на бактериите за да бидат самите терапевтски агенси. Идеите вклучуваат менување на цревните бактерии за да ги уништуваат штетните бактерии или користење на бактерии за замена или зголемување на дефицитарните ензими или белковини. Еден фокус на истражување е да бидат изменети лактобацилите, бактерии кои природно обезбедуваат одредена заштита од ХИВ, со гени кои дополнително ќе ја подобрат оваа заштита. Бактериите кои претежно предизвикуваат кариес се конструирани да повеќе не произведуваат млечна киселина што ги кородира забите. Овие трансгенски бактерии, доколку им се дозволи да ја колонизираат устата на една личност, можеби би можеле да го намалат образување на шуплини. Трансгенските микроби, исто така, биле користени во неодамнешните истражувања за убивање или спречување на тумори и за борба против Кроновата болест.
Ако бактериите не образуваат колонии во пациентот, лицето мора постојано да ги внесува изменетите бактерии за да ги добие потребните дози. Овозможувањето на бактериите да образуваат колонија може да обезбеди подолгорочно решение, но исто така може да предизвика загриженост за безбедноста бидејќи меѓудејствијата помеѓу бактериите и човечкото тело се помалку разбрани отколку со традиционалните лекови.
Еден пример за таков меѓупроизвод, кој создава само краткорочни колонии во гастроинтестиналниот тракт, може да биде ''Lactobacillus Acidophilus'' MPH734. Бактеријата е користена како специфичност во третманот на нетолеранција на лактоза. Оваа генетски изменета верзија на истоимената бактерија, произведува исчезнат ензим наречен лактаза кој е користен за варење на лактозата што се наоѓа во млечните производи или, почесто, во храната подготвена со млечни производи. Краткорочната колонија се индуцира во текот на еднонеделен режим на третман со 21 таблета, по што привремената колонија може да произведе лактаза три месеци или повеќе пред да се отстрани од телото со природни постапки. Режимот на индукција може да биде повторуван онолку често колку што е потребно за да биде одржана заштита од симптомите на нетолеранција на лактоза или да се прекине без никакви последици, освен враќање на првобитните симптоми.
Постои загриженост дека хоризонталниот пренос на гени на други бактерии може да има непознати ефекти. Од 2018 година, во тек се клинички испитувања за тестирање на ефикасноста и безбедноста на овие третмани.
6 Земјоделство
Повеќе од еден век, бактериите се користени во земјоделството. Посевите се инокулирани со ''Rhizobia'' (и од неодамна ''Azospirillum'') за да биде зголемено нивното производство или да биде дозволено да бидат одгледувани надвор од нивното првобитно живеалиште. Примената на ''Bacillus thuringiensis'' и други бактерии може да помогне во заштитата на посевите од наезда од инсекти и растителни болести. Со напредокот во генетското инженерство, овие бактерии се манипулирани за зголемена ефикасност и проширен опсег на домаќини. Додадени биле и маркери за да помогнат во следењето на ширењето на бактериите. Бактериите кои природно колонизираат одредени култури кои исто така биле изменети, во некои случаи за да ги изразат гените со ''Bacillus thuringiensis'' одговорни за отпорноста на штетници. Видовите на бактериите на ''Pseudomonas'' предизвикуваат оштетување од мраз со нуклеирање на водата во ледени кристали околу себе. Ова довечп до развој на минусномразни бактерии, на кои им се отстранети гените за образување мраз. Кога се применувани врз култури, тие можат да се натпреваруваат со плусномразните бактерии и да донесат одредена отпорност кон мразот.
7 Други употреби
Други употреби за генетски изменети бактерии се во биоремедијацијате, каде што бактериите се користат за претворање на загадувачите во помалку токсичен облик. Генетското инженерство може да ги зголеми нивоата на ензимите што се користени за разградување на токсинот или за да ги направи бактериите постабилни во услови на животната средина. Генетски изменетите бактерии се исто така развиени за истекување на бакар од рудата, чистење на загадувањето со жива и откривање на арсен во водата за пиење. Биоуметноста е создадена и со користење на генетски изменети бактерии. Во 1980-тите, уметникот Џо Дејвис и генетичарот Дејна Бојд го претвориле германскиот симбол за женственост (ᛉ) во бинарен код, а потоа во сенвенца на ДНК, која потоа била изразена во ''Escherichia coli''. Чекор понатаму бил сторен кога во 2012 година, кога цела книга била кодирана на ДНК. Сликите се исто така произведени со помош на бактерии преобразувани со флуоресцентни белковини.
8 Генетски изменети производи синтетизирани од бактерии
* Инсулин
* Вакцина против хепатит Б
* Ткивно специфичен плазминоген активатор
* Соматотропин (човечки хормон за раст)
* Минусномразни бактерии
* Интерферон
* Генетски изменета пченка* Земјишно обликување
9 Дополнителна литература
*