Применение кишечной палочки в биотехнологии
Кишечная палочка (лат. Escherichia coli, E. coli, по имени Теодора Эшериха) – грамотрицательная палочковидная бактерия, широко встречается в нижней части кишечника теплокровных организмов.E. coli – грамотрицательная бактерия, факультативный анаэроб, не образует эндоспор. Клетки палочковидные, со слегка закруглёнными концами, размером 0,4-0,8 х 1-3 мкм, объём клетки составляет около 0,6-0,7 мmі. Штаммы, имеющие жгутики, способны передвигаться. Жгутики расположены перитрихально. Протопласт E. coli одет в муреиновый мешок, прилегающий к внешней мембране. E. coli относится к микроорганизмам, не обладающим физиологической компетентностью к поглощению экзогенной ДНК.
Кишечная палочка может жить на разных субстратах. В анаэробных условиях E. coli образует в качестве продукта жизнедеятельности лактат, сукцинат, этанол, ацетат и углекислый газ. Часто при этом образуется молекулярный водород, который мешает образованию указанных выше метаболитов, поэтому E. coli часто сосуществует с микроорганизмами, потребляющими водород – например, с метаногенами или бактериями, восстанавливающими сульфат.
Оптимальный рост достигается культурами E. coli при температуре 37 °C, некоторые штаммы могут делиться при температурах до 49 °C. Рост может стимулироваться аэробным или анаэробным дыханием, различными парами окислителей и восстановителей, в том числе, окислением пирувата, формиата, водорода, аминокислот, а также восстановлением кислорода, нитрата, диметилсульфоксида и триметиламин N-оксида.
E. coli играет важную роль в современной промышленной микробиологии и биологической инженерии. Работа Стенли Нормана Коэна и Герберта Бойера на E. coli, с использованием плазмид и эндонуклеаз рестрикции для создания рекомбинантной ДНК, находится у истоков современной биотехнологии. Усовершенствование методов получения сферопластов E. coli и их трансфекции позволили достичь достаточно высокой эффективности трансформации молекулами ДНК различных фагов.
Кишечную палочку считают универсальным организмом для синтеза чужеродных белков. В E. coli исследователи вводят гены при помощи плазмид, что позволяет осуществлять биосинтез белков для промышленной ферментации. Также разработаны системы для синтеза в E. coli рекомбинантных белков. Одним из первых примеров использования технологии рекомбинантных ДНК является синтез аналога инсулина человека. Модифицированные E. coli используют при разработке вакцин, синтеза иммобилизованных ферментов и решения других задач. Однако, в организмеE. coli невозможно получать некоторые крупные белковые комплексы, содержащие дисульфидные связи, в частности, белки, для проявления биологической активности которых требуется посттрансляционная модификация.
Чужеродные гены клонируют в так называемых челночных векторах. Эти вектора с одинаковым успехом реплицируются в клетках нескольких хозяев, в данном случае, в клетках E. coli. Векторы были получены комбинацией in vitro фрагментов этих плазмид.
Для конструирования рекомбинантной ДНК, содержащей в своем составе ген, который должен экспрессироваться, придерживаются следующей стратегии. Синтезируют к ДНК или из клонотеки выделяют клетки, несущие фрагмент генома с нужным геном, и клонируют их в соответствующем векторе. Фрагменты геномной ДНК подвергают модификации – удаляют из них некодирующие области и участки соседних генов. Часто для проведения этой операции необходимо секвенирование данного фрагмента ДНК. Затем конструируются промежуточные рекомбинантные ДНК, в которых ген помещается под контроль бактериальных регуляторных элементов (промотор, оператор, точка связывания с рибосомами). Эти регуляторные элементы выделяют из гибридных плазмид, сконструированных специально как источники регуляторных элементов. Полученная конструкция встраивается в подходящий вектор, например, pBR 322, и ген экспрессируется в бактериальной клетке.
Однако удобнее встраивать ген в специальный вектор для экспрессии, который уже содержит регуляторные элементы, обеспечивающие активную экспрессию после введения рекомбинантной плазмиды в бактериальную клетку. К таким эффективным регуляторным участкам относится, например, сильный промотор гена бэта-лактамазы (ген устойчивости к пенициллину, входящий в состав плазмиды pBR 322). Ряд генов, в том числе и ген инсулина, встраивали в сайт рестрикции Pst I, который расположен в структурной части гена. Промотор этого гена обеспечивает эффективную транскрипцию, которая продолжается до тех пор, пока РНК-полимераза не дойдет до сигнала терминации встроенного гена.
В качестве примера маркирования вектора могут служит первые эксперименты с E. coli, а точнее с одной из ее плазмид рBR322, проведенные Гилбертом для получения инсулина. Плазмида pBR322 содержит 2 гена, которые определяют устойчивость к ампициллину и тетрациклину. Рестриктаза PstI расщепляет плазмиду в средней части гена, кодирующего фермент устойчивости к ампициллину. После расщепления плазмиды на ее концы с помощью концевой трансферазы надстраивали последовательность из четырех нуклеотидов с остатками гуанина. Затем, как обычно, с помощью лигаз “вшивали” ген проинсулина, получая рекомбинантную ДНК. Встроенный в плазмиду фрагмент ДНК нарушал синтез фермента, разрушающего ампициллин, но ген, обеспечивающий устойчивость к тетрациклину, оставался активным. Трансформированные таким образом клетки E. coli синтезировали гибридный белок, содержащий последовательности пенициллазы и проинсулина, поэтому биологически активный инсулин получали путем отщепления пенициллазы и среднего сегмента проинсулина.
С другой стороны, если фрагмент чужеродной ДНК встраивается в один из генов устойчивости, то последний инактивируется. Следовательно, успешное встраивание фрагмента чужеродной ДНК в один из этих генов легко детектировать по исчезновению у бактерий устойчивости к данному антибиотику.
Источник
ESCHERICHIA COLI КАК МОДЕЛЬНЫЙ ОБЪЕКТ В БИОЛОГИИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МЕДИЦИНЕ
- Авторы
- Файлы работы
- Сертификаты
Кайсаров И.Д. 1, Борейко А.С. 1, Николаев В.А. 1, Казакова М.С. 1, Поляков Н.К. 1
1Волгоградский государственный медицинский университет
Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке “Файлы работы” в формате PDF
Кишечная палочка (лат. Escherichia coli) — вид грамотрицательных факультативно-анаэробных подвижных палочковидных бактерий. E. coli является обитателем нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека.
Вид кишечная палочка (лат. E. coli) включён в род эшерихии (лат. Escherichia), семейство энтеробактерии (лат. Enterobacteriaceae), порядок энтеробактерии (лат. Enterobacteriales), класс гамма-протеобактерии (лат. γ-proteobacteria), тип протеобактерии (лат. Proteobacteria), царство бактерии. (Гусев М.В., Минеева Л.А., “Микробиология” 2003)
Развитие методов молекулярной биологии и генетики, направленных на изучение механизмов наследственности и изменчивости живых организмов, вызвало потребность в подходящих для решения таких задач модельных объектах. Все объекты генетических исследований, служащие моделями для изучения основных закономерностей наследственности и изменчивости, должны отвечать определённым требованиям: доступность; простота культивирования; высокая интенсивность роста клеточной культуры; короткий репродуктивный период. Среди прокариотов всем этим требованиям лучше всех отвечает кишечная палочка, что делает данный вид бактерий классическим объектом для молекулярно-генетических исследований. (Коничев А.С., Севастьянова Г.А. “Молекулярная биология” 2005)
Изучение E. coli также сыграло важную роль в развитии современной промышленной микробиологии и биоинженерии. Работа Стенли Нормана Коэна и Герберта Бойера на E. coli, с использованием плазмид и эндонуклеаз рестрикции для создания рекомбинантной ДНК, стала одной из фундаментальных для современной биотехнологии. Впервые технология рекомбинантных ДНК была успешно применена с целью синтеза аналога инсулина человека колонией кишечной палочки. (Тимощенко Л.В., Чубик М.В., “Основы микробиологии и биотехнологии” 2009)
Большой интерес к E. coli как к модельному объекту возник в конце XX столетия и поддерживается в настоящее время по причине незаменимости данного вида бактерий в широком спектре исследований. На сегодняшний день E. coli является одним из наиболее часто использующихся биообъектов научных и клинических исследований. Модифицированные штаммы E. coli используются при разработке вакцин, синтеза биологически активных веществ, и решения других задач. (Бирюков В.В. “Основы промышленной биотехнологии” 2004)
Список литературы:
Гусев М.В., Минеева Л.А., Микробиология, 4-е изд., стер. – М.: Академия, 2003. — 464 с.
Коничев А.С., Севастьянова Г.А., Молекулярная биология, М.: Издательский центр “Академия”, 2-е изд., 2005. – 400 с.
Тимощенко Л.В., Чубик М.В., Основы микробиологии и биотехнологии: учебное пособие Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 194 с.
Бирюков В.В., Основы промышленной биотехнологии, Издательство: «КолосС», 2004.- 296 с.
Просмотров работы: 728
Код для цитирования:
Источник
Скромная бактерия за полстолетия с момента ее открытия в конце XIX в. стала настоящей волшебной палочкой для молекулярной биологии. Сейчас результаты опытов с ее использованием занимают главы и тома профессиональных и популярных изданий. Конечно, в нашем путеводителе по модельным организмам E. coli должна была занять свое почетное место.

Двенадцать модельных организмов
Привет! Меня зовут Сергей Мошковский. Дорогая редакция «Биомолекулы», выпустив настенный календарь о модельных организмах на 2020 год, заказала было мне лонгрид, который должен был, как суровый конвой, сопровождать календарь на сайте. Минутная слабость — сколько их было в жизни! — и я уже соглашаюсь. Но как писать? Ведь о каждой модельной скотинке, нарисованной на календаре, — как и о нескольких десятках не поместившихся туда, — написаны тома научной и даже популярной литературы. Придется писать не по-журналистски, из головы — как бы не вышло чего-то вроде поэмы «Москва — Петушки», где вместо станций — модельные организмы. Я и еще несколько авторов представляем вам на суд собранье пестрых глав — они будут выходить в течение всего 2020 года. Читатель, прости! Ты знаешь, кого за это винить!
Escherichia и Eschrichtius — Болезнь путешественников — Главная модельная бактерия — Учебник молекулярной генетики — Невезение с CRISPR/Cas
Кишечная палочка — один из первых мемов, с которым сталкиваются дети при знакомстве с биологией (рис. 1а). Запоминающееся, простое и забавное название. Помню, как узнал в детстве, что эта палочка может быть опасной — кто-то мучился животом, а родители сказали, что, наверное, кишечная палочка! Позже, уже в старшей школе, я узнал латинское название этой бактерии, и оно меня удивило, оказавшись каким-то не очень латинским. Оказывается, австрийский педиатр Теодор Эшерих (рис. 1б), который впервые выделил эту палочку из содержимого кишечника в 1885 году, вначале назвал ее благозвучно — Bacterium coli, что означает просто «кишечная бактерия». После ожидаемого пересмотра классификации бактерий род переименовали в честь первооткрывателя. По анекдотическому совпадению очень созвучно — Eschrichtius — называется одно из самых крупных существ на земле — серый кит (рис. 1в). Правда, этого гиганта так назвали в честь другого ученого — датского зоолога Даниэля Эшрихта, работавшего на полвека раньше (рис. 1г). В этом плане другой важной палочке — сенной — повезло больше, поскольку она до сих пор называется Bacillus subtilis, что в переводе — тонкая палочка.

Рисунок 1а. Escherichia длиной 2 мкм

Рисунок 1б. Теодор Эшерих (1857–1911)

Рисунок 1в. Eschrichtius длиной 14 метров

Рисунок 1г. Даниэль Фредрик Эшрихт (1798–1863)
Кишечная палочка живет… правильно, в кишечнике человека, составляя по численности не более 0,1% нормальной микрофлоры. Как и многие микроорганизмы, эта грамотрицательная палочка очень изменчива и из дружественного — комменсального — компонента микрофлоры кишечника зачастую превращается во вредный — патогенный. Практически каждый сталкивался с «колийной» инфекцией. Например, именно эшерихия вызывает большинство случаев диареи путешественников. В приморских районах местные жители иммунны к штаммам кишечной палочки, населяющим источники воды, поэтому от них страдают туристы. Одним из параметров качества питьевой воды считается косвенный показатель содержания в ней клеток кишечной палочки — так называемый коли-титр. Как и многие патогенные бактерии, кишечная палочка охотно приобретает свойства множественной устойчивости к антибиотикам . Так, в мире растет число случаев возвратного цистита [1] — воспаления мочевого пузыря — и других инфекций, вызванных мультирезистентными штаммами E. coli.
Зачем же такую опасную бактерию сделали модельной? Дело в том, что в условиях культивирования кишечная палочка часто теряет патогенность, становится неспособной жить в естественных для себя условиях (то есть одомашнивается). И этим свойством в 1940-е годы воспользовались микробиологи, проведя с лабораторными штаммами E. coli (например, со знаменитым штаммом К12) много прорывных для науки экспериментов.
Так, манипулируя мутированными штаммами кишечной палочки, которые уже научились получать при помощи облучения, Джошуа Ледерберг и Эдуард Лаури Тейтем в 1947 году обнаружили способность разных штаммов обмениваться генетическим материалом и спасать друг друга от образовавшихся дефектов, проявлявшихся в неспособности расти на минимальной питательной среде. Так был открыт процесс конъюгации бактерий, который затем послужил важным инструментом для картирования бактериального генома . Ведь тогда это можно было делать только косвенными, микробиологическими методами — сама природа генетического кода была неизвестна.
С начала 1950-х годов исследования по молекулярной генетике с использованием кишечной палочки и ее вирусов в качестве основного инструмента росли как снежный ком. Не будет преувеличением сказать, что к 70-м годам E. coli написала учебник молекулярной генетики! Вспомним открытие генетического кода, в котором участвовало несколько коллективов физиков и молекулярных биологов, в том числе Френсис Крик, Георгий Гамов и другие выдающиеся люди того времени [6]. Основные эксперименты по расшифровке кода велись на бесклеточных лизатах кишечной палочки.
Одновременно (или вскоре после этого) с помощью штаммов эшерихии были заложены основы современной молекулярной биологии. Французы Франсуа Жакоб и Жак Моно на примере лактозного оперона — серии генов E. coli, кодирующих каскад расщепления сахара лактозы, — раскрыли механизмы регуляции генной экспрессии — «самовыражения» генетического материала в виде работы белков, в данном случае — ферментов. На материале кишечной палочки описаны все процессы передачи информации в клетке: так называемые матричные процессы — репликация ДНК, транскрипция и трансляция. Я помню, как в университете на микробиологии нам раздали учебники Стента и Кэлиндара по молекулярной генетике, издания, кажется, 1981 года. Вначале было непонятно, почему это нужно для микробиологии, а потом оказалось, что материал учебника — кстати, очень непростой для восприятия второкурсника — на две трети описывает эксперименты, проведенные на кишечной палочке и ее вирусах.
Позднее обнаружилось, что E. coli хорошо подходит для зародившейся в 1960–1970-е годы биотехнологии [7]. Бактерия хорошо переносит введение в свою клетку гетерологичных (то есть чужеродных) генов и во многих случаях способна синтезировать их продукты без вреда для себя. Белки, полученные таким способом, стали называть рекомбинантными, и теперь они широко используются в медицине и других практических задачах.
Кишечная палочка — возможно, самый исследованный организм с точки зрения молекулярной биологии. Тем не менее у элементов ее генома до сих пор обнаруживают новые свойства. Это одновременно плохо (как же мало мы знаем!) и хорошо (будет чем заняться!). Совсем недавно на защите диссертации я услышал о том, как у одной из генных кассет эшерихии, участвующей в каскаде переработки сульфолипидов, также обнаружена и лактазная активность [8]. До этого такая активность была известна только у знаменитого лактозного оперона Жакоба и Моно, описанного в 1961 году!
Кажется, что E. coli — модельный организм без недостатков. Тем не менее биотехнологам не повезло, что у этой бактерии от природы нет системы бактериального иммунитета CRISPR/Cas [9], о которой я уже упоминал в эссе о бактериофаге лямбда [3]. Именно поэтому эту систему, ныне незаменимую в генной инженерии, открыли относительно поздно.
Кишечная палочка-выручалочка — это здорово (рис. 2). Но теперь пора переместиться в мир ядерных организмов. Удобным инструментом для молекулярной биологии и генетики эукариот оказались одноклеточные грибы — дрожжи — и гаплоидный плесневый гриб — нейроспора. Как они дошли до такой одноклеточной и гаплоидной жизни и что было открыто с их помощью — читайте в следующем материале нашего путеводителя по модельным организмам через месяц.

Рисунок 2. Кишечная палочка Escherichia coli как герой календаря «Биомолекулы». Этот календарь мы сделали в 2019 году и даже провели на него весьма успешный краудфандинг. На тех, кто успел приобрести календарь, палочка уже взирает со стенки, ну а с прочими мы делимся хайрезом этого листа — скачивайте, печатайте и вешайте на стенку! Ну а кто все же хочет приобрести бумажный экземпляр — приглашаем в интернет-магазин «Планеты.ру»!
Благодарность
Автор благодарит своего друга — биоинформатика Анну Казнадзей (ИППИ РАН) за ее увлекательный рассказ о новом «лактозном опероне» кишечной палочки, в открытии которого она участвовала.
- Florian Hitzenbichler, Michaela Simon, Thomas Holzmann, Michael Iberer, Markus Zimmermann, et. al.. (2018). Antibiotic resistance in E. coli isolates from patients with urinary tract infections presenting to the emergency department. Infection. 46, 325-331;
- Антибиотики и антибиотикорезистентность: от древности до наших дней;
- Модельные организмы: фаг лямбда;
- 12 методов в картинках: генная инженерия. Часть I, историческая;
- Молекулярная биология;
- У истоков генетического кода: родственные души;
- Биотехнология. Генная инженерия;
- Anna Kaznadzey, Pavel Shelyakin, Evgeniya Belousova, Aleksandra Eremina, Uliana Shvyreva, et. al.. (2018). The genes of the sulphoquinovose catabolism in Escherichia coli are also associated with a previously unknown pathway of lactose degradation. Sci Rep. 8;
- CRISPR-системы: иммунизация прокариот.
Источник
Escherichia coli (; commonly abbreviated E. coli) is a Gram-negative gammaproteobacterium commonly found in the lower intestine of warm-blooded organisms (endotherms). The descendants of two isolates, K-12 and B strain, are used routinely in molecular biology as both a tool and a model organism.
Diversity[edit]
Escherichia coli is one of the most diverse bacterial species, with several pathogenic strains with different symptoms and with only 20% of the genome common to all strains.[1] Furthermore, from the evolutionary point of view, the members of genus Shigella (dysenteriae, flexneri, boydii, sonnei) are actually E. coli strains “in disguise” (i.e. E. coli is paraphyletic to the genus).[2]
History[edit]
In 1885, Theodor Escherich, a German pediatrician, first discovered this species in the feces of healthy individuals and called it Bacterium coli commune because it is found in the colon and early classifications of Prokaryotes placed these in a handful of genera based on their shape and motility (at that time Ernst Haeckel’s classification of Bacteria in the kingdom Monera was in place[3]).[4]
Following a revision of Bacteria it was reclassified as Bacillus coli by Migula in 1895[5] and later reclassified as Escherichia coli.[6]
Due to its ease of culture and fast doubling, it was used in the early microbiology experiments; however, bacteria were considered primitive and pre-cellular and received little attention before 1944, when Avery, Macleod and McCarty demonstrated that DNA was the genetic material using Salmonella typhimurium, following which Escherichia coli was used for linkage mapping studies.[7]
Strains[edit]
Four of the many E. coli strains (K-12, B, C, and W) are thought of as model organism strains. These are classified in Risk Group 1 in biosafety guidelines.
Escherich’s isolate[edit]
The first isolate of Escherich was deposited in NCTC in 1920 by the Lister Institute in London (NCTC 86[1]).[8]
K-12[edit]
A strain was isolated from a stool sample of a patient convalescent from diphtheria and was labelled K-12 (not an antigen) in 1922 at Stanford University.[9] This isolate was used in 1940s by Charles E. Clifton to study nitrogen metabolism, who deposited it in ATCC (strain ATCC 10798) and lent it to Edward Tatum for his tryptophan biosynthesis experiments,[10] despite its idiosyncrasies due to the F+ λ+ phenotype.[7]
In the course of the passages it lost its O antigen[7] and in 1953 was cured first of its lambda phage (strain W1485 by UV by Joshua Lederberg and colleagues) and then in 1985 of the F plasmid by acridine orange curing.[citation needed] Strains derived from MG1655 include DH1, parent of DH5α and in turn of DH10B (rebranded as TOP10 by Invitrogen[11]).[12]
An alternative lineage from W1485 is that of W2637 (which contains an inversion rrnD-rrnE), which in turn resulted in W3110.[8]
Due to the lack of specific record-keeping, the “pedigree” of strains was not available and had to be inferred by consulting lab-book and records in order to set up the E. coli Genetic Stock Centre at Yale by Barbara Bachmann.[9] The different strains have been derived through treating E. coli K-12 with agents such as nitrogen mustard, ultra-violet radiation, X-ray etc. An extensive list of Escherichia coli K-12 strain derivatives and their individual construction, genotypes, phenotypes, plasmids and phage information can be viewed at Ecoliwiki.
B strain[edit]
A second common laboratory strain is the B strain, whose history is less straightforward and the first naming of the strain as E. coli B was by Delbrück and Luria in 1942 in their study of bacteriophages T1 and T7.[13] The original E. coli B strain, known then as Bacillus coli, originated from Félix d’Herelle from the Institut Pasteur in
Paris around 1918 who studied bacteriophages,[14] who claimed that it originated from Collection of the Institut Pasteur,[15] but no strains of that period exist.[8] The strain of d’Herelle was passed to Jules Bordet, Director of the Institut Pasteur du Brabant in Bruxelles[16] and his student André Gratia.[17] The former passed the strain to Ann Kuttner (“the Bact. coli obtained
from Dr. Bordet”)[18] and in turn to Eugène Wollman (B. coli Bordet),[19] whose son deposited it in 1963 (CIP 63.70) as “strain BAM” (B American), while André Gratia passed the strain to Martha Wollstein, a researcher at Rockefeller, who refers to the strain as “Brussels strain of Bacillus coli” in 1921,[20] who in turn passed it to Jacques Bronfenbrenner (B. coli P.C.), who passed it to Delbrück and Luria.[8][13]
This strain gave rise to several other strains, such as REL606 and BL21.[8]
C strain[edit]
E. coli C is morphologically distinct from other E. coli strains; it is more spherical in shape and has a distinct distribution of its nucleoid.[21]
W strain[edit]
The W strain was isolated from the soil near Rutgers University by Selman Waksman.[22]
Role in biotechnology[edit]
Because of its long history of laboratory culture and ease of manipulation, E. coli also plays an important role in modern biological engineering and industrial microbiology.[23] The work of Stanley Norman Cohen and Herbert Boyer in E. coli, using plasmids and restriction enzymes to create recombinant DNA, became a foundation of biotechnology.[24]
Considered a very versatile host for the production of heterologous proteins,[25] researchers can introduce genes into the microbes using plasmids, allowing for the mass production of proteins in industrial fermentation processes. Genetic systems have also been developed which allow the production of recombinant proteins using E. coli. One of the first useful applications of recombinant DNA technology was the manipulation of E. coli to produce human insulin.[26] Modified E. coli have been used in vaccine development, bioremediation, and production of immobilised enzymes.[25]
E. coli have been used successfully to produce proteins previously thought difficult or impossible in E. coli, such as those containing multiple disulfide bonds or those requiring post-translational modification for stability or function. The cellular environment of E. coli is normally too reducing for disulphide bonds to form, proteins with disulphide bonds therefore may be secreted to its periplasmic space, however, mutants in which the reduction of both thioredoxins and glutathione is impaired also allow disulphide bonded proteins to be produced in the cytoplasm of E. coli.[27] It has also been used to produce proteins with various post-translational modifications, including glycoproteins by using the N-linked glycosylation system of Campylobacter jejuni engineered into E. coli.[28][29] Efforts are currently under way to expand this technology to produce complex glycosylations.[30][31]
Studies are also being performed into programming E. coli to potentially solve complicated mathematics problems such as the Hamiltonian path problem.[32]
Model organism[edit]
E. coli is frequently used as a model organism in microbiology studies. Cultivated strains (e.g. E. coli K-12) are well-adapted to the laboratory environment, and, unlike wild type strains, have lost their ability to thrive in the intestine. Many lab strains lose their ability to form biofilms.[33][34] These features protect wild type strains from antibodies and other chemical attacks, but require a large expenditure of energy and material resources.
In 1946, Joshua Lederberg and Edward Tatum first described the phenomenon known as bacterial conjugation using E. coli as a model bacterium,[35] and it remains a primary model to study conjugation.[36]E. coli was an integral part of the first experiments to understand phage genetics,[37] and early researchers, such as Seymour Benzer, used E. coli and phage T4 to understand the topography of gene structure.[38] Prior to Benzer’s research, it was not known whether the gene was a linear structure, or if it had a branching pattern.
E. coli was one of the first organisms to have its genome sequenced; the complete genome of E. coli K-12 was published by Science in 1997.[39]
Lenski’s long-term evolution experiment[edit]
The long-term evolution experiments using E. coli, begun by Richard Lenski in 1988, have allowed direct observation of major evolutionary shifts in the laboratory.[40] In this experiment, one population of E. coli unexpectedly evolved the ability to aerobically metabolize citrate. This capacity is extremely rare in E. coli. As the inability to grow aerobically is normally used as a diagnostic criterion with which to differentiate E. coli from other, closely related bacteria such as Salmonella, this innovation may mark a speciation event observed in the lab.
References[edit]
- ^ Lukjancenko, O.; Wassenaar, T.M.; Ussery, D.W. (2010). “Comparison of 61 sequenced Escherichia coli genomes”. Microb. Ecol. 60 (4): 708–720. doi:10.1007/s00248-010-9717-3. PMC 2974192. PMID 20623278.
- ^ Lan, R.; Reeves, P.R. (2002). “Escherichia coli in disguise: molecular origins of Shigella”. Microbes Infect. 4 (11): 1125–1132. doi:10.1016/S1286-4579(02)01637-4. PMID 12361912.
- ^ Haeckel, Ernst (1867). Generelle Morphologie der Organismen. Reimer, Berlin. ISBN 978-1-144-00186-3.
- ^ Escherich T (1885). “Die Darmbakterien des Neugeborenen und Säuglinge”. Fortschr. Med. 3: 515–522.
- ^ 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.
- ^ CASTELLANI (A.) and CHALMERS (A.J.): Manual of Tropical Medicine, 3rd ed., Williams Wood and Co., New York, 1919.
- ^ a b c Lederber, J. 2004 E. coli K-12. Microbiology today 31:116
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ E. coli genotypes – OpenWetWare
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ D’Herelle F (1918). “Sur le rôle du microbe filtrant bactériophage dans la dysenterie bacillaire”. Comptes Rendus Acad. Sci. 167: 970–972.
- ^ 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.
- ^ Bordet J.; Ciuca M. (1920). “Le bactériophage de d’Herelle, sa production et son interprétation”. Comptes Rendus Soc. Biol. 83: 1296–1298.
- ^ Gratia A.; Jaumain D. (1921). “Dualité du principe lytique du colibacille et du staphylococque”. Comptes Rendus Soc. Biol. 84: 882–884.
- ^ 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.
- ^ Wollman E (1925). “Recherches sur la bactériophagie (phénomène de Twort-d’Hérelle)”. Ann. Inst. Pasteur. 39: 789–832.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Russo E (January 2003). “The birth of biotechnology”. Nature. 421 (6921): 456–7. Bibcode:2003Natur.421..456R. doi:10.1038/nj6921-456a. PMID 12540923.
- ^ 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.
- ^ Tof, Ilanit (1994). “Recombinant DNA Technology in the Synthesis of Human Insulin”. Little Tree Pty. Ltd. Retrieved 2007-11-30.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ “E. coli can solve math problems”. The Deccan Chronicle. July 26, 2009. Retrieved July 26, 2009.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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
- ^ 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.
- ^ “The Phage Course – Origins”. Cold Spring Harbor Laboratory. 2006. Archived from the original on September 16, 2006. Retrieved 2007-12-03.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Bob Holmes (June 9, 2008). “Bacteria make major evolutionary shift in the lab”. New Scientist. Archived from the original on August 28, 2008.
Источник