Бактерии

ВВЕДЕНИЕ. В качестве примеров бактерий, имеющих особенно важное биотехнологическое применение, мы рассмотрим следующие: Escherichia coli, Pseudomonas putida, Bacillus subtilis, Streptomyces coelicolor и Corynebacterium glutamicum.

ESCHERICHIA COLI – представитель кишечной флоры млекопитающих и принадлежит к группе энтеробактерий. Палочкообразные клетки имеют жгутики. E. coli – грамотрицательная бактерия, следовательно, под клеточной стенкой располагаются внешняя и внутренняя клеточные мембраны, разделенные периплазматическим пространством. В анаэробных условиях E. coli получает энергию в процессе брожения, а при наличии кислорода – с помощью дыхания. В оптимальных аэробных условиях продолжительность жизненного цикла (время между образованием клетки и ее делением) составляет около 20 мин. Геном

E.coli имеет размер 4,6 млн п.н., и содержание GC-пар 51%. Несмотря на то что геном E. coli полностью секвенирован, и эта бактерия является одним из наиболее хорошо изученных микроорганизмов, в настоящее время известны функции лишь двух третей ее белков. В биотехнологии клетки E. coli используют для экспрессии негликозилированных белков, например инсулина, гормонов роста и фрагментов антител. Дикие штаммы E. coli относятся к «условно патогенным», так как обитают в кишечнике человека, поэтому в лабораторных экспериментах обычно используют ослабленные штаммы E. coli (например, E. coli К12), не представляющие угрозы для исследователей. Эти штаммы соответствуют группе безопасности S1, и их можно культивировать при соблюдении техники безопасности при обычных микробиологических экспериментах. Для клонирования чужеродной ДНК в E. coli используют различные векторы. В качестве примера мы выбрали ВАС-век- тор, который наиболее часто применяют при создании генных библиотек (см. рисунок).

PSEUDOMONAS PUTIDA. Клетки P. putida – прямые палочки с полярными жгутиками. Это аэробные бактерии, обитающие в воде. Клетки не окрашиваются по Граму, т. е. под клеточной стенкой находятся две мембраны, а между ними – периплазматическое пространство. Размер генома P. putida составляет 6,1 млн п.н., содержание GC-пар – 61%. Бактерии P. putida имеют особенно важное значение при биотехнологической очистке окружающей среды, так как они способны разлагать трудноразлагающиеся вещества, в том числе ароматические соединения. Такое свойство обусловлено наличием в клетках бактерии так называемых плазмид деградации.

BACILLUS SUBTILIS (сенная палочка) – аэробная почвенная бактерия. Клетки имеют форму палочек без жгутиков. При неблагоприятных условиях в клетках

B. subtilis формируются споры, устойчивые к изменениям температуры. B. subtilis относится к грамположительным бактериям, следовательно, под клеточной стенкой находится одна клеточная мембрана. Энергию бактерии получают в результате дыхания. В оптимальных условиях продолжительность жизненного цикла составляет около 20 мин. Геном B. subtilis имеет размер 4,2 млн п.н. и к настоящему времени он полностью секвенирован. Содержание оснований G + C составляет 44%. В биотехнологии штаммы B. Subtilis используют прежде всего для получения секретируемых ферментов, например протеаз и амилаз.

STREPTOMYCES COELICOLOR – почвенная бактерия, которая относится к группе актиномицетов. Все представители этой группы имеют хорошо развитый мицелий. На поверхности колоний образуется воздушный мицелий (гифы), а на концах гиф формируются споры (конидии). Актиномицеты относятся к грамположительным бактериям, т. е. под клеточной стенкой находится одна клеточная мембрана. Как и другие представители актиномицетов, S. coelicolor разрушает такие сложные органические соединения, как целлюлоза и хитин. Геном S. coelicolor почти вдвое больше, чем геном E. coli, – 8,7 млн п.н., и для него характерно высокое содержание оснований G + C (72%). Секвенирование генома S. coelicolor завершено. В результате выявлено почти 8000 структурных генов. Вероятно, такой большой геном содержит информацию для осуществления вторичного обмена веществ, например биосинтеза антибиотиков.

CORYNEBACTERIUM GLUTAMICUM принадлежит к группе коринебактерий. Представители этой группы обитают в самых разнообразных средах, и некоторые являются возбудителями болезней (например,

C. diphteriae – возбудитель дифтерии). C. glutamicum – аэробные грамположительные бактерии. Клетки имеют булавовидную форму. Геном C. glutamicum размером 3,1 млн п.н. полностью секвенирован, содержание оснований G + C составляет 56%. Мутантные штаммы C. glutamicum являются важными продуцентами L-глутаминовой кислоты и L-лизина.

СЕКВЕНИРОВАНИЕ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ГЕНОМОВ.

К 2005 г. завершено секвенирование геномов более 200 бактерий. Среди них – многие патогенные бактерии, а также археи.