Биологические наноструктуры

Модельные объекты молекулярной биотехнологии

9. Модельные объекты молекулярной биологии.

10.Escherichiacoli и Saccharomycescerevisiae как основныебиоагенты в разработках молекулярно-генетических исследований.

Помимо E. coli, в молекулярной биотехнологии используют множество других микроорганизмов (табл. 2.1). Их можно разделить на две группы: микроорганизмы как источники специфических генов и микроорганизмы, созданные генноинженерными методами для решения определенных задач. К специфическим генам относится, например, ген, кодирующий термостабильную ДНК-полимеразу, которая используется в широко применяемой полимеразной цепной реакции (ПЦР). Этот ген был выделен из термофильных бактерий и клонирован вE. coli. Ко второй группе микроорганизмов относятся, например, различные штаммыCorynebacterium glutamicum, которые были генетически модифицированы с целью повышения продукции промышленно важных аминокислот.

E . coli и S . cerevisiae как основные биоагенты в разработках молекулярно-генетических исследований

Saccharomycescerevisiae

Дрожжи Saccharomyces cerevisiae — это непатогенные одноклеточные микроорганизмы с диаметром клетки примерно 5 мкм, которые во многих отношениях представляют собой эукариотический аналогE. coli. Их генетика, молекулярная биология и метаболизм детально изучены.S. cerevisiae размножаются почкованием и хорошо растут на такой же простой среде, как иЕ. coli. Их способность к превращению сахара в этанол и углекислый газ издавна использовалась для изготовления алкогольных напитков и хлеба. В настоящее время ежегодно во всем мире расходуется более

1 млн. тонн S. cerevisiae. ДрожжиS. cerevisiae представляют также большой научный интерес. В частности, они являются наиболее удобной моделью для исследования других эукариот, в том числе человека, поскольку многие гены, ответственные за регуляцию клеточного деленияS. cerevisiae, сходны с таковыми у человека. Это открытие способствовало идентификации и характеристике генов человека, отвечающих за развитие новообразований. Широко используемая генетическая система дрожжей (искусственная хромосома) является непременным участником всех исследований по изучению ДНК человека. В 19% г. была определена полная нуклеотидная последовательность всего набора хромосомS. cerevisiae, что еще более повысило ценность этого микроорганизма для научных исследований. Такая работа на эукариотах была выполнена впервые.

Синтезированный бактериальной клеткой эукариотический белок часто приходится подвергать ферментативной модификации, присоединяя к белковой молекуле низкомолекулярные соединения — во многих случаях это необходимо для правильного функционирования белка. К сожалению, E. coli и другие прокариоты не способны осуществлять эти модификации, поэтому для получения полноценных эукариотических белков используютS. cerevisiae, а также другие виды дрожжей:Kluyveromyces lactis, Saccharomyces diastaticus, Schizisaccharomyces pombe,Yarrowia lipolytica, Pichia postons, Hansenula pofymorpha. Наиболее эффективными продуцентами полноценных рекомбинантных белков являютсяP. pastoris и H. polymorpha.

Escherichia coli – один из наиболее изученных организмов. За последние пятьдесят лет удалось получить исчерпывающую информацию о генетике, молекулярной биологии, биохимии, физиологии и общей биологии Escherichia coli. Это грамотрицательная, подвижная полочка длиной менее 10 мкм. Средой ее обитания является кишечник человека и животных, но она также может обитать в почве и в воде. Обычно, кишечная палочка не патогенна, но при определенных условиях может вызывать заболевание человека и животных.

Благодаря способности размножаться простым делением на средах, содержащих только ионы Na, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺,NH₄⁺, Cl^-, HPO₄^2- и SO₄^2-, микроэлементы и источник углерода (например, глюкозу), E.coli стала излюбленным объектом научных исследований.

Эшерихий - факультативные анаэробы, хорошо растут на обычных простых и синтетических питательных средах при температуре от 15 до 46°С. Оптимальная температура для роста - 37-38°С. Хорошо растут при рН среды, близком к нейтральной реакции (7,2-7,4). На плотных питательных средахЕ. coliобразуют круглые выпуклые колонии средней величины, влажные, с гладкой блестящей поверхностью с ровным краем (S-форма) или плоские, сухие со слегка волнистым краем и шероховатой поверхностью (R-форма). В жидких средах эшерихий растут в виде интенсивного равномерного помутнения среды, образуя осадок, иногда пленку на поверхности или кольца на стенке пробирки. Осадок разбивается при встряхивании, образуя гомогенную взвесь. На селективно-дифференциальной среде Эндо лактозоположительные штаммы образуют колонии малиново-красного цвета с металлическим блеском или без него. На агаре Левина (среда с эозином и метиленовым синим) - колонии темно-фиолетового цвета. Бактерии, не ферментирующие или замедленно ферментирующие лактозу, на среде Эндо формируют сероватые колонии и светло-розовые - на агаре Левина.

На Сорбитол агаре абсолютное большинство эшерихий образуют колонии красного цвета как на среде Эндо. Исключением являются бактерии серовара О157:Н7, не изменяющие цвет среды и образующие сероватые колонии.

Модификация хроматина

Комплекс белков с ядерной ДНК клеток называют хроматином.

Гистоны - белки с молекулярной массой 11-21 кД, содержащие много остатков аргинина и лизина. Благодаря положительному заряду гистоны образуют ионные связи с отрицательно заряженными фосфатными группами, расположенными на внешней стороне двойной спирали ДНК.

Существует 5 типов гистонов. Четыре гистона Н2А, Н2В, НЗ и Н4 образуют октамерный белковый комплекс (Н2А, Н2В, НЗ, Н4)₂, который называют "нуклеосомный кор" (от англ. nucleosome core). Молекула ДНК "накручивается" на поверхность гистонового октамера, совершая 1,75 оборота (около 146 пар нуклеотидов). Такой комплекс гистоновых белков с ДНК служит основной структурной единицей хроматина, её называют "нуклеосома". ДНК, связывающую нуклеосомные частицы, называют линкерной ДНК. В среднем линкерная ДНК составляет 60 пар нуклеотидных остатков. Молекулы гистона H1 связываются с ДНК в межнуклеосомных участках (линкерных последовательностях) и защищают эти участки от действия нуклеаз (рис. 4-8).

Рис. 4-8. Структура нуклеосом. Восемь молекул гистонов (Н2А, Н2В, НЗ, Н4)₂ составляют ядро нуклеосомы, вокруг которого ДНК образует примерно 1,75 витка.

 

⇐ Предыдущая19202122232425262728

Поделиться: