Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Zbliżają się czasy, kiedy organizmy żywe będzie można składać ze standardowych części. Te, gotowe, będą wyręczały nas w różnych sprawach i wykonywały różne zadania. Brzmi jak fantastyka? Dla zorientowanych w temacie to już nie fantastyka, zwłaszcza kiedy Justin Gallivan z Uniwersytetu Emory w Atlancie zbudował bakterię do sprzątania.

Gallivan zajmuje się tak zwaną biologią syntetyczną: kreowaniem nowych, przydatnych żywych organizmów. Wymaga to połączenia wiedzy i praktyki z kilku dziedzin: biologii, chemii, genetyki, inżynierii materiałowej. Mój cel to przeprogramowanie prostych organizmów, żeby zmusić je do wykonania nowych, przydatnych dla nas rzeczy w sposób celowy i przewidywalny - mówi. - To jest rewolucja, która właśnie zachodzi w biologii. Zaczynamy dopiero rozumieć, jak żywe organizmy działają. Zamiast pytać: jak to działa? Zaczynamy pytać: jak zmienić to działanie?

Jest pytanie, jest odpowiedź - można powiedzieć. Naukowiec z Emory właśnie to zrobił: przekonstruował zwykłą, nieszkodliwą bakterię E. coli tak, aby wedle żądania wyszukiwała i niszczyła cząsteczki atrazyny - wysoce szkodliwego środka chwastobójczego, który wciąż jest używany w USA. W Europie atrazyna została zabroniona ze względu na zwoje uboczne działania, ale tam, gdzie jeszcze jest używana, jej obecność w glebie jest problemem.

Wybór padł na pałeczkę coli, ponieważ jest już dobrze poznana przez naukowców. Znamy jej budowę i zachowanie: zbliża się do rzeczy, które lubi, ucieka od tych, których nie lubi. Komunikuje się z innymi bakteriami. Potrafi wytwarzać złożone związki, szybko się powiela. Można ją nakłonić do zrobienia różnych rzeczy, jeśli się za to odpowiednio zabrać.

„Program" działania bakterii jest oczywiście ukryty w genach, a sterują nim przełączniki RNA, tak zwane ryboprzełączniki (od nazwy kwasu rybonukleinowego). Pierwszym zadaniem była zmiana istniejącego programu, przez „włamanie się" i zainstalowanie własnych, syntetycznych ryboprzełączników, które zmieniły działanie systemu nawigacji E. coli. Od teraz reagowała ona na obecność atrazyny i podążała w jej kierunku.

Ale po wycelowaniu bakterii w cel, trzeba ją jeszcze odpalić. Naukowcy posłużyli się do tego genami konsumpcji pochodzącymi z innej bakterii, które przełożyli, jak klocek z innej układanki, do swojej E. coli. Teraz przerobiona i poskładana przez nich bakteria namierza cząsteczki atrazyny, zbliża się do nich i zjada je, pozostawiając znacznie mniej szkodliwe resztki. W ten sposób sprząta po nas to, czego my sami nie umiemy posprzątać.

Odkrycie to jeden z kolejnych kroków w obiecującym - ale nieznanym - kierunku. Kreowanie nowych organizmów może okazać się zarówno rozwiązaniem licznych problemów naszej cywilizacji, a może okazać się zagrożeniem dla jej istnienia. Ale zapewne stopniowo zadomowi się w naszym życiu i nie będziemy się nawet zbytnio zastanawiać nad tym, co dziś wydaje się takie zdumiewające.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Izraelskim naukowcom udało się stworzyć bakterie Escherichia coli, które żywią się dwutlenkiem węgla a nie cukrami i innymi molekułami organicznymi. To jak metaboliczny przeszczep serca, komentuje biochemik Tobias Erb z Instytutu Mikrobiologii im.Maksa Plancka w Marburgu, który nie był zaangażowany w badania.
      To niezwykle ważna osiągnięcie, gdyż całkowicie zmienia sposób funkcjonowania jednego z najważniejszych organizmów modelowych w biologii. Ponadto w przyszłości można by wykorzystać odżywiające się CO2E. coli do tworzenia organicznych molekuł, które mogłoby być wykorzystywane do produkcji żywności lub jako biopaliwa. Produkcja takich towarów powinna wiązać się z mniejszą emisją węgla do atmosfery, a być może udałoby się też usuwać CO2 z powietrza.
      Rośliny i cyjanobakterie wykorzystują światło do zamiany dwutlenku węgla w przydatne molekuły, takie jak DNA, proteiny czy tłuszcze. Jednak organizmy te trudno jest modyfikować genetycznie, przez co dotychczas nie udało się stworzyć z nich wielkich biologicznych fabryk. E. coli łatwo jest modyfikować, a szybki wzrost tego organizmu oznacza, że można ją równie szybko testować i dostosowywać do naszych potrzeb. Problem jednak w tym, że E. coli żywi się cukrami i emituje CO2.
      Biolog Ron Milo i jego zespół z Instytutu Weizmanna, od dekady pracują nad zmianą diety E. coli. W 2016 roku opracowali bakterię, które żywiła się CO2, jednak dwutlenek węgla stanowił niewielki odsetek jej zapotrzebowania na węgiel.
      Ostatnio Milo wraz z kolegami wykorzystali techniki inżynierii genetycznej oraz ewolucji w laboratorium i stworzyli szczep E. coli, który cały potrzebny węgiel czerpie z dwutlenku węgla. Najpierw naukowcy wyposażyli bakterię w enzymy, które organizmy przeprowadzające fotosyntezę wykorzystują do zamiany CO2 w węgiel organiczny. Dodatkowo E. coli trzeba było wyposażyć w gen, który umożliwiał jej czerpanie energii z mrówczanów. Jednak nawet wówczas bakteria nie chciała rozwijać się bez obecności cukrów. Wówczas naukowcy zaprzęgnęli do pracy ewolucję. Przez rok hodowali kolejne pokolenia E. coli, które przetrzymywano w warunkach 250-krotnie wyższej koncentracji CO2 niż w atmosferze ziemskiej i podawano minimalne ilości cukrów. Po około 200 dniach pojawiły się pierwsze bakterie zdolne do wykorzystania CO2 jako jedynego źródła cukru. Po około 300 dniach bakterie te w warunkach laboratoryjnych namnażały się szybciej, niż bakterie, które nie wykorzystywały dwutlenku węgla.
      Milo mówi, że zmodyfikowane E. coli wciąż mają zdolność wykorzystywania cukrów i, jeśli mogą, to właśnie je preferują. Rozwijają się też wolniej. Standardowe E. coli dwukrotnie zwiększają swoją liczbę co 20 minut, tymczasem u zmodyfikowanych E. coli w atmosferze składającej się z 10% CO2 podział zachodzi co 18 godzin. Ponadto nie są w stanie przetrwać bez cukrów w obecnej atmosferze ziemskiej, w której ilość dwutlenku węgla wynosi 0,041%.
      Izraelczycy pracują teraz nad przyspieszeniem wzrostu bakterii i umożliwieniem im rozwijania się przy niższych stężeniach dwutlenku węgla. Podkreślają, że to na razie wstępne badania i miną całe lata, zanim tak zmodyfikowane E. coli zostaną wykorzystane w roli fabryk.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pierwsze badanie dotyczące tego, co przez 1,5 godz. przed zjedzeniem dzieje się z drugim śniadaniem (a właściwie w jego wnętrzu), objęło ponad 700 należących do przedszkolaków pudełek z wiktuałami. Wykazało ono, że tylko 2% mięs, warzyw i nabiału przechowywano w bezpiecznym zakresie temperatur.
      Byliśmy w szoku, kiedy odkryliśmy, że ponad 90% psujących się produktów […] trzymano w niebezpiecznej temperaturze – opowiada doktorant Fawaz Almansour. Wyniki jego studium ukazały się właśnie w piśmie Pediatrics.
      Według Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorobom, łatwo psujące się towary, które przez ponad 2 godziny znajdowały się w temperaturze 4-60 stopni Celsjusza, nie są już bezpieczne. Mimo że 45% opakowań z drugim śniadaniem zawierało lód, a ok. 12% kanapek schowano do lodówek i tak niemal wszystkie łatwo psujące się produkty "stały się podejrzane". Jak tłumaczy Almansour, nim nadeszła pora posiłku, bakterie powodujące zatrucia pokarmowe, np. pałeczki Salmonelli czy okrężnicy (E. coli), mogły się namnożyć. Doktorant przekonuje, że rodzice najlepiej zrobią, jeśli włożą do pudełka jak najwięcej lodu i poproszą dziecko, by po przyjściu do szkoły od razu schowało przekąskę do lodówki.
      W ramach studium Almansour zajął się drugimi śniadaniami przedszkolaków z 9 miejsc w Teksasie. Badano je w ciągu 3 losowych dni między 9.30 a 11. Spośród 705 tylko 11,8% trzymano w lodówce. Dziewięćdziesiąt jeden procent umieszczono w termoizolacyjnej plastikowej torbie na lunch, jednak te nie utrzymywały właściwej temperatury. Większość psujących się produktów przechowywano w temperaturze bliskiej pokojowej; średnia wynosiła 17,6 st. Celsjusza. Z 1361 psujących się produktów tylko 22 były bezpieczne (trzymano je w temperaturze poniżej 4 st. Celsjusza).
      Amerykanie zauważyli, że nawet włożenie lunchu do lodówki nie gwarantuje sukcesu. Ustalono bowiem, że choć 458 produktów umieszczono w chłodziarce w pojemniku, tylko 4 znalazły się w bezpiecznym zakresie temperatur. Naukowcy uważają, że działo się tak, gdyż przed włożeniem do lodówki jedzenie poleżało trochę na zewnątrz, a później w lodówce torba termoizolacyjna próbowała utrzymać wyższą temperaturę, jaka panowała na zewnątrz.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      By się rozmnażać, wirusy wprowadzają swój materiał genetyczny do komórek atakowanego organizmu. W przebiegu odwiecznej wojny między bakteriami a wirusami te pierwsze wykorzystały metodę przeciwnika, by wykształcić jeden z pierwszych na Ziemi prymitywnych układów odpornościowych.
      Artie McFerrin Texas A&M University wyjaśnia, że wojna bakteryjno-wirusowa toczy się od milionów lat, zaś bakterie rozwinęły antybiotykooporność dzięki wirusowemu DNA, które uległo zmutowaniu.
      Po przebiciu błony komórkowej wirus wprowadza do cytoplazmy swój kwas nukleinowy. Potem następuje przejęcie kontroli nad metabolizmem gospodarza, tak że bakteria pracuje już na użytek wirusa i kopiuje jego materiał genetyczny i białka kapsydu. Z powodu licznych przypadkowych mutacji w chromosomie bakterii wszystko może jednak pójść nie po myśli najeźdźcy. Ponieważ materiał genetyczny wirusa stał się już częścią chromosomu bakterii, także ulega zmutowaniu. W ten sposób bakteria nie tylko nie pada ofiarą swojego naturalnego wroga, ale i radzi sobie lepiej od pobratymców bez obcego kwasu nukleinowego. Zyskuje nowe triki, nowe geny, nowe białka i nowe umiejętności. Odkryliśmy, że z wirusowym DNA schwytanym na miliony lat w chromosomie komórka wytworzyła nowy układ immunologiczny. Pozyskała nowe białka, które pozwoliły odeprzeć napór antybiotyków i innych szkodliwych czynników próbujących ją utlenić, takich jak np. nadtlenek wodoru. Te komórki, które dysponują nowy wirusowym zestawem trików, nie umierają lub nie umierają tak szybko.
      By dojść do takich wniosków, zespół Wooda musiał najpierw przeprowadzić eksperymenty na pewnym szczepie pałeczek okrężnicy (Escherichia coli). Z ich chromosomów usunięto całe wirusowe DNA. Za pomocą "enzymatycznych nożyc" z 9 lokalizacji wycięto w sumie 166 tys. nukleotydów. Okazało się, że po tej operacji znacznie wzrosła wrażliwość bakterii na antybiotyki.
      To konkretne studium dotyczyło E. coli, ale niemal u wszystkich bakterii można znaleźć wirusowy materiał genetyczny, a u niektórych szczepów wirusowe DNA stanowi aż 20% chromosomu. U niektórych bakterii 1/5 chromosomu pochodzi od ich wroga, a do czasu naszego studium ludzie przeważnie nie podejmowali prób badania tych 20%, uznając, że to DNA jest bierne i nieistotne, nie ma więc większego wpływu na komórkę. A jak widać, bez tego typu analiz nie uda się prawdopodobnie opracować skutecznych antybiotyków.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Osoby, które po wypiciu wody skażonej bakteriami E. coli przeszły zapalenie żołądka i jelit (tzw. grypę jelitową), są w przyszłości bardziej narażone na nadciśnienie oraz choroby nerek i serca (British Medical Journal).
      Kanadyjscy badacze z Lawson Health Research Institute i Uniwersytetu Zachodniego Ontario oceniali ryzyko nadciśnienia, upośledzenia czynności nerek i chorób sercowo-naczyniowych w ciągu 8 lat od zakażenia pałeczkami okrężnicy po wypiciu zanieczyszczonej wody. Akademicy skorzystali z danych zgromadzonych w ramach Walkerton Health Study. Jego realizatorzy w pierwszym tego typu badaniu na świecie oceniali długoterminowe skutki zdrowotne zatrucia, do którego doszło w maju 2000 r. w wyniku zanieczyszczenia sieci wodociągowej Escherichia coli O157:H7 - enterohemolitycznym szczepem bakterii Escherichia coli, wywołującym choroby układu pokarmowego i moczowego – oraz bakteriami z rodzaju Campylobacter.
      Uczestnicy studium co roku wypełniali kwestionariusz, przechodzili też badania lekarskie i laboratoryjne. W grupie 1977 dorosłych aż u 54% (1067) wystąpiła ostra biegunka (acute gastroenteritis), a 378 osób skorzystało z porady lekarskiej. Okazało się, że w porównaniu do osób zdrowych lub wykazujących w 2000 r. jedynie lekkie objawy, u jednostek ze zdiagnozowaną ostrą biegunką ryzyko nadciśnienia wzrastało 1,3 razy, upośledzenia filtracji kłębuszkowej – 3,4, a zdarzeń sercowo-naczyniowych, takich jak udar czy zawał – 2,1.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Astronomowie najczęściej koncentrują się na badaniu wielkich i efektownych obiektów: gwiazd, mgławic, planet, czarnych dziur. Nieco w cieniu tych obserwacji prowadzone są badania ciemnej i zimnej części kosmosu, rozproszonej materii, ledwie widocznych chmury pyłu, które emitują niewiele promieniowania.
      W tych miejscach astrochemiczka z Emory University, Susanna Widicus Weaver, zamierza odnaleźć źródło życia: proste organiczne molekuły, cukry i aminokwasy. Na ziemi takie przejściowe związki są nietrwałe, ale w przestrzeni kosmicznej może być inaczej. Pojawiało się już wiele doniesień o prostych związkach organicznych tworzących w mgławicach, więc jest to całkiem prawdopodobne.
      Kłopoty, jakie stoją przed Susanną Weaver są dwojakiego rodzaju. Po pierwsze możliwość przeprowadzenie odpowiednich badań - a obserwacje letniego gazu są trudne; po drugie rozpoznanie tych związków. Drugą trudność badaczka rozwiązuje syntetyzując w laboratorium związki, które spodziewa się znaleźć i rejestrując ich widmo spektralne. Dzięki temu wiadomo, czego szukać. Nieco trudniej jest z obserwacjami, które są wymagające. Zwykle wykorzystuje do tego potężny, ponaddziesięciometrowy radioteleskop w Caltech Submillimeter Observatory położony w wulkanie Mauna Kea na Hawajach. Mimo to, szukanie czegokolwiek w zakresie terahertzowym, jakiego używa teleskop, przypomina wypatrywanie gwiazd w pochmurną noc. Najlepsze efekty dałyby obserwacje w dalekiej podczerwieni, ale taki uniemożliwia ziemska atmosfera, która nie tylko pochłania podczerwień, ale na dodatek produkuje własne, silne zakłócenia.
      W najbliższym czasie jednak się to zmieni. Weaver wygrała grant pozwalający na skorzystanie z 42 godzin obserwacji przy pomocy orbitalnego teleskopu Herschela, zarządzanego przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA). Herschel Space Observatory, wyniesione w zeszłym roku, pracuje właśnie w zakresie dalekiej podczerwieni i jest najdoskonalszym w tej chwili tego typu narzędziem. Żeby otrzymać możliwość skorzystania z kosmicznego teleskopu Susanna Weaver musiała pokonać w drodze konkursu wielu chętnych. Udało się, a liczba 42 godzin to bardzo duży przydział czasu.
      Do tej pory poszukiwanie organicznych cząstek w przestrzeni kosmicznej było ograniczone, ten projekt ma na celu także generalne zorientowanie się w składzie chemicznym obłoków materii. Na celowniku jednak będą głównie takie związki jak kwas octowy, aldehyd glikolowy, metanol, czy mrówczan metylu. Odnalezienie ich w przestrzeni kosmicznej rzuciłoby nowe światło na pochodzenie i możliwości tworzenia się życia.
×
×
  • Create New...