بكتيريا معدلة وراثيا
عودة للموسوعةكانت البكتيريا المعدلة وراثيًا أول الكائنات الحية التي تُعدل في المختبر، وذلك بسبب فهم الوراثة البسيط. تُستخدم هذه الكائنات الآن لأغراض متعددة، وهي مهمة بشكل خاص في إنتاج كميات كبيرة من البروتينات البشرية النقية لاستخدامها في الطب.
نبذة تاريخية
حدث المثال الأول في عام 1978 عندما أخذ هيربرت بوير، الذي يعمل في أحد مختبرات جامعة كاليفورنيا، نسخة من جين الإنسولين البشري وأدخلها في البكتيريا الإشريكية القولونية لإنتاج الإنسولين «البشري» الصناعي. بعد أربع سنوات، وُوفِق عليه من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية.
أبحاث فهمية
كانت البكتيريا أول الكائنات الحية التي تُعدَّل وراثيًا في المختبر، وذلك بسبب السهولة النسبية لتعديل الكروموسومات الخاصة بها. هذه السهولة جعلت منها أدوات مهمة لإنشاء كائنات حية أخرى معدلة وراثيًا. يمكن إضافة الجينات وغيرها من المعلومات الوراثية من مجموعة واسعة من الكائنات الحية إلى البلازميد وإدخالها في البكتيريا لتخزينها وتعديلها. البكتيريا رخيصة الثمن وسهلة النمو، ونسيلية، وتتكاثر بسرعة، وهي سهلة نسبيًا للتحويل، ويمكن تخزينها عند -80 درجة مئوية إلى ما لا نهاية تقريبًا. بمجرد عزل الجين، يمكن تخزينه داخل البكتيريا، ما يوفر إمدادات غير محدودة للبحث. إذا العدد الكبير من البلازميدات المخصصة يجعل التلاعب بالحمض النووي المُستخرج من البكتيريا سهلًا نسبيًا.
إن سهولة استخدامها جعلت منها أدوات جيدة للفهماء الذين يبحثون في دراسة وظيفة الجينات وتطورها. تُجرى معظم عمليات معالجة الحمض النووي داخل البلازميدات البكتيرية قبل نقلها إلى مضيف آخر. البكتيريا هي أبسط نموذج حي ويأتي معظم فهمنا المبكر لفهم الأحياء الجزيئي من دراسة الإشريكية القولونية. يمكن للعالِم بسهولة التلاعب بالجينات ودمجها في البكتيريا لإنشاء بروتينات جديدة أومتبترة ومراقبة تأثير ذلك على الأنظمة الجزيئية المتنوعة. دمج الباحثون بين الجينات من البكتيريا والعتائق، الأمر الذي أدى إلى ظهور رؤى حول الكيفية التي تباينت بها هاتان الجينتان في الماضي. وفي مجال فهم الأحياء الهجريبي، استُخدمت لاختبار مختلف الأساليب الهجريبية، من توليف الجينوم إلى تكوين نيوكليوتيدات جديدة.
الغذاء
استُخدمت البكتيريا في إنتاج الغذاء لفترة طويلة، وطُورَت سلالات محددة واختِيرت لهذا العمل على نطاق صناعي. يمكن استخدامها لإنتاج الإنزيمات والأحماض الأمينية والنكهات والمركبات الأخرى المستخدمة في إنتاج الغذاء. مع ظهور الهندسة الوراثية، يمكن بسهولة إدخال تغييرات وراثية جديدة في هذه البكتيريا. معظم البكتيريا المنتجة للغذاء هي بكتيريا حمض اللبنيك (الملبنيات)، وهذا هوالمكان الذي مضىت إليه غالبية الأبحاث في البكتيريا المنتجة للهندسة الوراثية. ومن الممكن تعديل البكتيريا بحيث تعمل على نحوأكثر كفاءة، والحد من إنتاج المنتجات الثانوية السامة، وزيادة الناتج، وخلق مركبات محسنة، وإزالة الروابط غير الضرورية. تضم المنتجات الغذائية من البكتيريا المعدلة وراثياً ألفا-أميليز، الذي يحول النشا إلى سكريات بسيطة، وكيموسين، الذي يخثر بروتين الحليب لصنع الجبن، وإستيراز البكتين، الذي يحسن من صفاء عصير الفاكهة.
في البيرة (شراب الشعير)
تُستخدم الخميرة في البيرة لإعطائها محتوى كحوليًا، وكذلك لإضافة نكهة إلى البيرة. تضيف الخميرة أكثر من 500 نكهة ورائحة إلى البيرة. تُعدل الخميرة وراثيًا لجعل المحتوى الكحولي أعلى، وجعل النكهات أقوى، وللحصول على نكهات أكثر قوة. هناك حدود للتغيرات التي يمكن لمصنعي البيرة إجراءها على الميكروبات (الفطريات والبكتيريا على حد سواء)، والتغييرات الوحيدة التي يمكنهم إجراؤها حاليًا هي بتر أجزاء من الحمض النووي للميكروبات أوتشجيع الميكروب على إنشاء المزيد من الجينات المفضلة للتخمير. الهدف العام لمجتمع التخمير هوالقدرة على التحكم بشكل يومي بكامل جينات ميكروبات التخمير المحددة. هذا من شأنه حتى يسمح لهم بعمل تعديلات طفيفة على جينات الميكروبات.
في الجبن
الكيموسين هوإنزيم موجود في معدة العجل. هذا يساعد العجل على تحطيم الحليب لهضمه. الكيموسين ضروري لصنع الجبن، فهويحول الحليب إلى جبن. توصل الفهماء إلى طريقة لتغيير الخميرة لإنتاج إنزيمات الكيموسين لصنع الجبن. هذه العملية أكثر فاعلية لأنه كان يجب ذبح العجول سابقًا من أجل استخراج الكيموسين من البطانة الداخلية للمعدة. كما يوفر هذا طريقة نباتية ودية لصنع الجبن. ويعتمد على كيفية قيام البكتريا بهذه العملية.
في المجال الصناعي
تُستخدم البكتيريا المعدلة وراثيًا لإنتاج كميات كبيرة من البروتينات للاستخدام الصناعي. بشكل عام البكتيريا تنموإلى حجم كبير قبل حتى يُدخل الجين المسؤول عن تشفير البروتين. ثم تُستخرج البكتيريا ويُنقى البروتين المرغوب منها. يعني ازدياد تكلفة الاستخراج والتنقية حتى المنتجات عالية القيمة فقط تُنتَج على نطاق صناعي.
إنتاج الأدوية
غالبية المنتجات الصناعية من البكتيريا هي بروتينات بشرية للاستخدام في الطب. الكثير من هذه البروتينات يستحيل أويصعب الحصول عليها عن طريق الأساليب الطبيعية، وهي أقل عرضة للتلوث بالعوامل المسقمة، ما يجعلها أكثر أمانًا. قبل منتجات البروتين المعاد هجريبه، حُصل على الكثير من العلاجات من الجثث أوسوائل الجسم الأخرى التي يُتبرع بها ولكنها يمكن حتى تنقل أمراض. في الواقع، أدى نقل نواتج الدم في السابق إلى عدوى غير مقصودة بالهيموفيليا للمصابين بفيروس نقص المناعة البشرية أوالتهاب الكبد الفيروسي ج؛ وبالمثل، فإن العلاج بهرمون النموالبشري المستمد من الغدد النخامية أدى إلى تفشي سقم كروتزفيلد جاكوب.
كان أول استخدام طبي للبكتيريا المعدلة وراثيًا، لإنتاج بروتين الإنسولين لعلاج سقم السكري. تضم الأدوية الأخرى المُنتَجة عوامل التخثر لعلاج الهيموفيليا، وهرمون النموالبشري لعلاج أشكال مختلفة من التقزم، والإنترفيرون لعلاج بعض أنواع السرطان، والإريثروبويتين لسقمى فقر الدم، ومنشط بلازمينوجين النسيجي الذي يحل جلطات الدم. في مجالات خارج الطب، استُخدمت لإنتاج الوقود الحيوي. هناك اهتمام في تطوير نظام التعبير خارج الخلية داخل البكتيريا لخفض التكاليف وجعل إنتاج المزيد من المنتجات اقتصاديًا.
في مجال الزراعة
تُستخدم البكتيريا لأكثر من قرن في الزراعة. طُعمت المحاصيل باستخدام ريزوبيا (ومؤخرًا إيزوسبريلم) لزيادة إنتاجها أوللسماح بزراعتها خارج موطنها الأصلي. يمكن حتى يساعد تطبيق البكتيريا المقاومة للآفات وأنواع البكتيريا الأخرى على حماية المحاصيل من الإصابة بالحشرات والأمراض النباتية. مع التقدم في الهندسة الوراثية، تم التلاعب بهذه البكتيريا لزيادة الكفاءة وتوسيع نطاق المضيف. كما أُضيفت علامات للمساعدة في تتبع انتشار البكتيريا. كما عُدلت البكتيريا التي تستعمر بشكل طبيعي محاصيل معينة، في بعض الحالات للتعبير عن الجينات المسؤولة عن مقاومة الآفات. تتسبب سلالات البكتيريا الزائفة إلى ضرر الصقيع عن طريق تحويل الماء إلى بلورات جليد من حولها. وأدى ذلك إلى تطور بكتيريا إنقاص الجليد، التي أزالت الجينات التي تشكل الجليد. عند تطبيقها على المحاصيل، فبإمكانها منافسة بكتيريا زيادة الجليد وإضفاء بعض المقاومة للصقيع.
المراجع
- ^ Melo EO, Canavessi AM, Franco MM, Rumpf R (2007). "Animal transgenesis: state of the art and applications" (PDF). Journal of Applied Genetics. 48 (1): 47–61. doi:10.1007/BF03194657. PMID 17272861. مؤرشف من الأصل (PDF) في 27 سبتمبر 2009.
- ^ Leader B, Baca QJ, Golan DE (January 2008). "Protein therapeutics: a summary and pharmacological classification". Nature Reviews. Drug Discovery. 7 (1): 21–39. doi:10.1038/nrd2399. PMID 18097458.
- ^ Melo EO, Canavessi AM, Franco MM, Rumpf R (2007). "Animal transgenesis: state of the art and applications" (PDF). Journal of Applied Genetics. 48 (1): 47–61. doi:10.1007/BF03194657. PMID 17272861. مؤرشف من الأصل (PDF) في 27 سبتمبر 2009.
- ^ Fan M, Tsai J, Chen B, Fan K, LaBaer J (March 2005). "A central repository for published plasmids". Science. 307 (5717): 1877. doi:10.1126/science.307.5717.1877a. PMID 15790830.
- ^ "Rediscovering Biology - Online Textbook: Unit 13 Genetically Modified Organisms". www.learner.org. مؤرشف من الأصل في 25 ديسمبر 2018. اطلع عليه بتاريخ 18 أغسطس 2017.
- ^ Cooper GM (2000). "Cells As Experimental Models". The Cell: A Molecular Approach. 2nd Edition. مؤرشف من الأصل في 24 يناير 2020.
- ^ Patel P (June 2018). "Microbe Mystery". Scientific American. 319 (1): 18. doi:10.1038/scientificamerican0718-18a. PMID 29924081.
- ^ Arpino JA, Hancock EJ, Anderson J, Barahona M, Stan GB, Papachristodoulou A, Polizzi K (July 2013). "Tuning the dials of Synthetic Biology". Microbiology. 159 (Pt 7): 1236–53. doi:10.1099/mic.0.067975-0. PMC 3749727. PMID 23704788.
- ^ Pollack A (7 May 2014). "Researchers Report Breakthrough in Creating Artificial Genetic Code". نيويورك تايمز. مؤرشف من الأصل في 25 ديسمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 07 مايو2014.
- ^ Malyshev DA, Dhami K, Lavergne T, Chen T, Dai N, Foster JM, Corrêa IR, Romesberg FE (May 2014). "A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet". Nature. 509 (7500): 385–8. Bibcode:2014Natur.509..385M. doi:10.1038/nature13314. PMC 4058825. PMID 24805238.
- ^ Panesar, Pamit et al. (2010) Enzymes in Food Processing: Fundamentals and Potential Applications, Chapter 10, I K International Publishing House, (ردمك 978-93-80026-33-6)
- ^ Kärenlampi SO, von Wright AJ (2016-01-01). Encyclopedia of Food and Health. صفحات 211–216. doi:10.1016/B978-0-12-384947-2.00356-1. ISBN .
- ^ Herkewitz, William (2014-07-17). "Better Beer from Genetically Engineered Yeast". Popular Mechanics (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 04 نوفمبر 2014. اطلع عليه بتاريخ 23 نوفمبر 2019.
- ^ Bonham, Kevin. "Do GMO Opponents Have a Problem with Cheese?". Scientific American Blog Network (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 05 يناير 2019. اطلع عليه بتاريخ 23 نوفمبر 2019.
- ^ Zhou Y, Lu Z, Wang X, Selvaraj JN, Zhang G (February 2018). "Genetic engineering modification and fermentation optimization for extracellular production of recombinant proteins using Escherichia coli". Applied Microbiology and Biotechnology. 102 (4): 1545–1556. doi:10.1007/s00253-017-8700-z. PMID 29270732.
- ^ Jumba M (2009). Genetically Modified Organisms the Mystery Unraveled. Durham: Eloquent Books. صفحات 51–54. ISBN .
- ^ Foster PR (October 2000). "Prions and blood products". Annals of Medicine. 32 (7): 501–13. doi:10.3109/07853890009002026. PMID 11087171.
- ^ Leader B, Baca QJ, Golan DE (January 2008). "Protein therapeutics: a summary and pharmacological classification". Nature Reviews. Drug Discovery. 7 (1): 21–39. doi:10.1038/nrd2399. PMID 18097458.
- ^ Key NS, Negrier C (August 2007). "Coagulation factor concentrates: past, present, and future". Lancet. 370 (9585): 439–48. doi:10.1016/S0140-6736(07)61199-4. PMID 17679021.
- ^ Pipe SW (May 2008). "Recombinant clotting factors". Thrombosis and Haemostasis. 99 (5): 840–50. doi:10.1160/TH07-10-0593. PMID 18449413.
- ^ Walsh G (April 2005). "Therapeutic insulins and their large-scale manufacture". Applied Microbiology and Biotechnology. 67 (2): 151–9. doi:10.1007/s00253-004-1809-x. PMID 15580495.
- ^ Bryant J, Baxter L, Cave CB, Milne R (July 2007). Bryant J (المحرر). "Recombinant growth hormone for idiopathic short stature in children and adolescents" (PDF). The Cochrane Database of Systematic Reviews (3): CD004440. doi:10.1002/14651858.CD004440.pub2. PMID 17636758. مؤرشف من الأصل (PDF) في 28 أبريل 2019.
- ^ Baxter L, Bryant J, Cave CB, Milne R (January 2007). Bryant J (المحرر). "Recombinant growth hormone for children and adolescents with Turner syndrome" (PDF). The Cochrane Database of Systematic Reviews (1): CD003887. doi:10.1002/14651858.CD003887.pub2. PMID 17253498. مؤرشف من الأصل (PDF) في 28 أبريل 2019.
- ^ Summers, Rebecca (24 April 2013) "Bacteria churn out first ever petrol-like biofuel" New Scientist, Retrieved 27 April 2013 نسخة محفوظة ثلاثة يوليو2015 على مسقط واي باك مشين.
- ^ Reardon S (June 2018). "Genetically modified bacteria enlisted in fight against disease". Nature. 558 (7711): 497–498. doi:10.1038/d41586-018-05476-4. PMID 29946090.
- ^ Braat H, Rottiers P, Hommes DW, Huyghebaert N, Remaut E, Remon JP, van Deventer SJ, Neirynck S, Peppelenbosch MP, Steidler L (June 2006). "A phase I trial with transgenic bacteria expressing interleukin-10 in Crohn's disease". Clinical Gastroenterology and Hepatology. 4 (6): 754–9. doi:10.1016/j.cgh.2006.03.028. PMID 16716759.
- ^ Hillman JD, Mo J, McDonell E, Cvitkovitch D, Hillman CH (May 2007). "Modification of an effector strain for replacement therapy of dental caries to enable clinical safety trials". Journal of Applied Microbiology. 102 (5): 1209–19. doi:10.1111/j.1365-2672.2007.03316.x. PMID 17448156.
- ^ Hillman JD (August 2002). "Genetically modified Streptococcus mutans for the prevention of dental caries". Antonie van Leeuwenhoek. 82 (1–4): 361–6. doi:10.1023/A:1020695902160. PMID 12369203.
التصنيفات: بكتيريا, كائنات معدلة وراثيا, صفحات بها مراجع بالإنجليزية (en), قالب أرشيف الإنترنت بوصلات واي باك, بوابة بكتيريا/مقالات متعلقة, بوابة علم الأحياء/مقالات متعلقة, بوابة طب/مقالات متعلقة, جميع المقالات التي تستخدم شريط بوابات
