COLLEGE PARK, Maryland .-- En los estudios que podría ser vital para
los científicos un campo en expansión de la biotecnología industrial, en
el Centro de Investigación Biosystems están aprendiendo a censurar
qué tipo de bacteria E. coli se 'hablan' sobre.
Cruz Parlante de célula a célula por laboratorio E. coli
cepas de ingeniería para producir antibióticos, polímeros industriales
u otros productos en recipientes de fermentación pueden llevar al estrés
en la cultura y severamente límite de salida del producto. Pero los científicos
con CBR y socios han comenzado a descifrar y anulación
estrés "hablar" entre las células de E. coli recombinante. CBR es parte de
la Universidad de Maryland Biotechnology Institute (UMBI).
En experimentos de fermentación separados con cepas de E. coli que producen dos productos modelo importante - la interleucina-2 o organofosforado hidrolasa - el equipo de aumento de la producción de productos de tres a cuatro veces. El primer producto es un fármaco importante en la prevención del cáncer y el VIH. Este último es un agente desintoxicante para agentes nerviosos de guerra biológica.
Los científicos consiguen mayores rendimientos de ambos productos por cualquiera de los cultivos bacterianos acondicionado con altos niveles de moléculas de una vía de señalización llamado AI-2, o mediante corte y empalme del gen Luxs para la señalización del quórum en la E. coli recombinante.
"Esto es muy bueno", dice el líder del equipo William Bentley, profesor de investigación CBR. "Queremos entender lo que son las moléculas receptoras en estas células, para comprender los circuitos de comunicación", añade. Las técnicas experimentales son aplicables a impulsar la producción de muchos otros productos de cultivos de E. coli. Sin embargo, los investigadores dicen que sólo están empezando a comprender y controlar el sistema de circuitos de comunicaciones de E. coli y otras células bacterianas.
E. coli es una bacteria entérica común que es uno de los microbios más altamente estudiado, con su genoma y fisiología básica conocida. También es uno de los vehículos más fáciles para la ingeniería genética y un caballo de batalla para la ingeniería metabólica, una rama emergente de la industria
biotecnología. Ingenieros metabólicos estudiar las interacciones de moléculas biológicas con el fin de mejorar la fabricación de productos de células y proteínas de valor terapéutico e industrial.
En CBR, Bentley encabeza uno de los pocos laboratorios de ingeniería metabólica se centraron en no patógena E. coli detección de quórum. "En primer lugar, aprendimos que cuando crezcas E. coli en un fermentador, el producto resultante por célula se reduce a un tercio de lo que era (en el banco de laboratorio), pero todavía se producen más células. ¿Por qué no hacen tanto a alta densidad celular como de baja densidad celular? Decidimos mirar qué cambios están ocurriendo ".
El equipo también incluye a Matthew P. DeLisa, ex integrante de laboratorio de Bentley y actualmente con la Universidad de Cornell; y James J. Valdés, EE.UU. Soldado y Comando Química Biológica, Aberdeen Proving Grounds, Md.
Los científicos han sabido de química cruzada de conversación entre las células de las bacterias a partir de 1970. A través de dicha comunicación, bacterias medir su propio densidad de población y responden al alterar la expresión de genes específicos como grupo, un proceso conocido como quorum sensing. En los microbios marinos, las moléculas de detección de quórum aceleran la reproducción para formar películas bio-fouling que pueden colonizar las superficies de barcos o muelles. Las bacterias patógenas, tales como los que causan el cólera, la salmonella, la enfermedad de Lyme, la tuberculosis y la neumonía, se vuelven virulentos. Y otros como el Ántrax pueden formar esporas cuando alcanzan el quórum, o hacen antibióticos para combatir microbios vecinos.
Pero los estudios de célula a célula de 'hablar' en E. coli, tan importantes para la biotecnología industrial, se han quedado atrás un poco. Científicos de la Universidad de Princeton descubrieron moléculas de señalización en
E. coli en 1998.
El equipo de Bentley está investigando E. coli recombinantes en el contexto de "un papel centralizado emergente para la detección de quórum en el que se solapa con las señales de estrés y el hambre", dice. Esta nueva relación entre la detección de quórum, el metabolismo celular y circuitos de respuesta a estrés
plantea la posibilidad de apuntar a vías de quórum para la mejora de la productividad celular.
Ellos observaron que la señalización en E. coli recombinante, disminución de los rendimientos de un producto de proteína deseada. No se había publicado ninguna anteriormente informes de experimentos para utilizar la detección de quórum moléculas de la vía de señalización o los genes para mejorar la producción de proteínas recombinantes en cualquier
sistema de expresión de bacterias.
El equipo comenzó hace dos años por la cartografía de la transcripción del ADN de cuatro genes de quórum reglamentado y 20 genes de estrés de E. coli. Encontraron solapamiento reglamentaria significativa entre varios genes de estrés y de hambre y conocidos genes de quórum-sensing. "Debido a que las señales de detección de quórum convierten genes bacterianos y fuera, descifrar este lenguaje nos permitirá comandar para nuestros propios fines, como el control de la proteína y la ingeniería metabólica, volver a cablear las células, se podría decir, para producir polímeros importantes o tratar de averiguar la coordinación de las vías enzimáticas. Esto es sólo el principio ".
Dicho tratamiento biológico (fermentación) para producir productos es más deseable que el procesamiento industrial tradicional debido a la utilización de los recursos renovables, tales como la bacteria E. coli. Es más eficiente de la energía y el procesamiento más limpio.
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