Как Служебной информации из мира микроорганизмов

Микроорганизмы 'геномов провести большой объем информации, который может быть использован для решения экологических проблем, разработать новые метаболических путей и биокатализаторов, дизайн новых препаратов белка и улучшения процессов брожения. На этом фоне неудивительно, что усилия по борьбе генетического кода из множества организмов от бактерий до эукариот для архей находится на рекордно высоком уровне.

В этом году ученые Института геномных исследований (ТИГР; Rockville, MD; <a target="_blank" href="http://www.tigr.org" rel="nofollow"> www.tigr.org </ >), в сотрудничестве с Корнелл Univ. (Г. Итака, штат Нью-Йорк; <a target="_blank" href="http://www.cornell.edu" rel="nofollow"> www.cornell.edu </ A>) и Институт биотехнологии, техническим Univ. в Берлине (Германия; <a target="_blank" href="http://www.berlin.edu" rel="nofollow"> www.berlin.edu </ A>), последовательный 1600 генов Dehaloccocoides ethenogenes ( D. ethenogenes), бактерия, которая разлагается хлорированных растворителей - основные категории грунтовых вод загрязняющих веществ, которые часто остаются в качестве побочных продуктов химической чистки и промышленного производства (науки, 7 января 2004).

Обнаружен учеными Корнелльского на канализационных очистных сооружений в Итаке, штат Нью-Йорк, микроб является только один известный редуктивно dechlorinate тетрахлорэтилен и трихлорэтилена (TCE), производства этана в качестве побочного продукта. В самом деле, экологической компании используют организма на 17 участков, загрязненных тетра-или трихлорэтилен, чтобы обеспечить полное восстановление.

После изучения генома, ученые обнаружили 19 различных восстановительной dehalogenases (РД), которые являются ферменты, которые позволяют микроба "дышать" хлорированных растворителей. "Те, РД, в сочетании с 5 бактерий в гидрогеназы комплексов и сильно ограниченный репертуар других метаболических режимов, показывают, что D. ethenogenes узкоспециализированный дыхательных путей восстановительного дехлорирования использования водорода в качестве донора электронов", говорит ведущий ученый TIGR Рекха Seshadri.

"Существует свидетельство того, что почвы бактерии могут развиваться эта возможность сравнительно недавно путем приобретения генов в адаптации, связанные с расширением масштабов загрязняющих веществ", Seshadri продолжается. В качестве доказательства Seshadri указывает на то, что около 13,6% генома D. ethenogenes состоит из генов, которые были включены в первоначальный геном, и четыре из генов, RD находятся в таких регионах.

В ближайшее время, информация о РД и регулирования их деятельности могут быть использованы для разработки более эффективных подходов для устранения TCE и токсичные метаболиты, например, винилхлорида, из окружающей среды.

В отличие от ethenogenes Д., промышленного применения aceti Acetobacter (А. aceti) - бактерия, которая преобразует этанола в уксус - были известны на протяжении многих лет. Тем не менее, биохимические особенности, которые позволяют организму процветают в кислой внутренних условий, которые убивают многие другие остаются неизвестными.

В Вашингтоне, Univ. (WU, Санкт-Луис, штат Миссури; <a target="_blank" href="http://www.wuchem.wustl.edu" rel="nofollow"> www.wuchem.wustl.edu </ A>), исследователи проявили интерес к этой ферментов организма и их ответы на высокий уровень кислоты. Сначала они сосредоточились на цитратсинтазы, один из старейших ферментов в клетке и 1, что особенно важно, поскольку он инициирует цикла лимонной кислоты, или цикл Крб в, биохимический путь, который имеет жизненно важное значение для выработки энергии в клетках всех организмов . "Мы обнаружили, что цитратсинтазы А. aceti является более кислотостойкой чем цитратсинтазы организмов, которые не адаптированы к кислой условий жизни, что согласуется с идеей, что белки в aceti А. приспособлены для обработки кислоты", говорит Джозеф Kappock, доцент кафедры химии и руководитель проекта по WU.

Изучение в организме может привести к новым способам лечения таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера и, возможно, катаракты, которая, как полагают, осадок от кислотно-опосредованной развертывания фермента. "Мы хотим выяснить, как эти белки работы, а также разработать общие принципы для описания поведения белков при определенных условиях", Kappock говорит. Эта информация может также быть использована для синтеза более-надежный промышленной продукции фермента.

Биотехнологических потенциальных

Между тем, ученые штата Айова, Univ. (Ames; <a target="_blank" href="http://www.iastate.edu" rel="nofollow"> www.iastate.edu </ A>) имеют постучал геном глубоководной архей Pyrococcus furiosus (П. furiosus), чтобы найти ранее неизвестный источник крайне термостабильные nucleotidyltransferases сахара - ферментов, ответственных за принятие ключевых строительных блоков, необходимых для биосинтеза природных и инженерных углеводов. В соответствии с руководителем группы, а профессор химии Никола Поль генома furiosus П. может быть источником ферментов, с еще большей распущенности углеводного субстрата, чем видел до сих пор с помощью ферментов клонированных из больших геномов, такие, как у большинства бактерий и эукариот.

От генов furiosus П., Пол создал два рекомбинантных nucleotidyltransferases сахара (также известный как pyrophosphorylases УДФГ), или типа биокатализаторов, которые производят сахар доноров, таких, как uridinediphospho-N-ацетилглюкозамина (UDP-G1cNAc), которые используются для гликозилтрансфераз построить углеводного структур. Эксперименты показали пару ферментов, способных синтезировать широкий спектр коммерчески недоступны без природных nucleotidetriphosphate (НПР), сахара, такие как uridinediphospho (UDP) маннозы, в то время как сокращение числа подразделений, необходимых ферментов с бактериального фермента источников фактором в не менее 300.

Ученые также обнаружили, что второй П. furiosus pyrophosphorylase УДФГ может упростить синтез других неестественных версии строительных блоков. "Высокой кинетической компетенции этого фермента с N-ацетилглюкозамина-1-фосфата намекнул, что этот фермент может быть фактически бифункциональных (то есть, способны катализировать как ацилирование глюкозамин-1-фосфата и последующей передачи нуклеотидов)", говорит Поль. "Новый фермент может производить alkynelabeled UDP-G1cNAc в один шаг. Для сравнения, обычные синтеза связанных меченых углеводов потребуется 11 химических шаги с менее чем 15% общего выхода", продолжает она. Помечены результате продукт должен быть полезны в пометки человека и растительных белков, которые были изменены в одной сахар N-ацетилглюкозамина. Этот единственный сахар, как и фосфатной группы, является добавляются и удаляются в ответ на внешних сигналов, таких как стресс или конкретных химических веществ, но, сколько и какие белки проходят эти изменения, пока не известно. Кроме того, поскольку П.

Обращаясь с транспортировкой, растущий спрос на этанол, получаемый из микробной ферментации побудило техники штаммов микроорганизмов, которые могут производить этанол более эффективно. Одним из таких организм бактерии ethanologenic Zymomonas Mobilis (Z Mobilis), которая привлекла внимание в начале развития топливного этанола технологий из-за его способности быстро расти, выдерживать высокие концентрации этанола, и производство этанола в размере, что в 3-5 раз выше, чем у Saccharomyces cerevisiae (С. cerevisiae), организма, который используется в коммерческих целях для производства этанола брожением. Кроме того, выход этанола З. Mobilis 'составляет 97% от теоретического максимума, против 92% для cerevisiae S..

Корейских исследователей уже последовательности генома З. Mobilis, который с тех пор показали отсутствие гена, необходимые для гликолиза, пентозофосфатного пути) на метаболизм глюкозы и ассимиляции (например, дыхание), других сахаров, таких как ксилоза, Главная составляющая сельскохозяйственных отходов. Глобальный анализ экспрессии генома З. Mobilis откроет пути для повышения производительности данного организма.

Например, отсутствуют гены могут быть введены из другого источника. Один организм, который получил интерес в качестве донора Pichia stipitis (П. stipitis) - редкие дрожжи, ферменты, ксилоза непосредственно в этанол. Томас У. Jeffries, исследователь в Институте микробных и биохимических технологий, (Мэдисон, Висконсин; WWW fs.fed.us) вместе с коллегами из Объединенного института генома, в последнее время последовательности генома П. stipitis и вводят гены , что код для ксилозы редуктазы, ксилит дегидрогеназы и D-xylulokinase в S. cerevisiae, организм, который изначально не бродить ксилозы.

Рекомбинантных дрожжей увеличился на аэробно ксилозы в качестве единственного источника углерода, но его способности фермента ксилозы был ограничен. "Он не признает, как ксилоза брожению источника углерода, это вызывало индукцию дыхательных белков цитозоля облегчить окислительно-восстановительных дисбаланс", говорит Джеффрис. Ксилоза брожения была улучшена путем блокирования путей дыхания, но это не позволяло использовать дрожжи ксилозы для роста.

Недавние исследования мутантов рекомбинантных показать cerevisiae С., что ограниченный рост на ксилозы в анаэробных условиях могут быть получены путем непрерывной культуры. "Это одна из основных характеристик клеток метаболически разработаны для промышленной ферментации, говорит Джеффрис, отметив, что скорость поглощения ксилозы мутанта на 50% выше, чем у его родителей.

Воздействие геномных и протеомных технологий по биологии и химической технологии в значительной степени зависит от наличия современных средств анализа данных, такие как микрочипы (например, GeneChip массивы Affymetrix, Санта-Клара, Калифорния; <A HREF = "http://www . affymetrix.com "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.affymetrix.com </ A>), которые измеряют тысячами генов уровня экспрессии в геноме. Полезность микрочипов данных в расследовании гипотез интересов, только так хорошо, как уровень сложности инструментов, используемых для корреляции, организация и статистического анализа.