مهندسی ژنتیک در باکتریهایی از جمله اشرشیا کلی

مهندسی ژنتیک چیست؟

مهندسی ژنتیک به مجموعه‌ای از روش‌ها گفته می‌شود که برای جداسازی، خالص سازی، وارد کردن

و تنظیم بیان یک ژن خاص در یک میزبان کاربرد دارد.
به این روش، که باعث ایجاد یک صفت جدید در موجود یا تولید محصول جدید خواهد شد، مهندسی ژنتیک

گفته می‌شود که کاربردهای بسیار وسیع، در تمام حوزه‌های علمی دارد. اما یکی از کاربردهای متنوع

آن در ژنتیک میکروبی است که در واقع، تلفیق مهندسی ژنتیک و میکروبیولوژی می باشد.

کارایی باکتری اشرشیا کلی در مهندسی ژنتیک و ژنتیک میکروبی

کار در حوزه میکروبیولوژی با مهندسی ژنتیک بسیار گسترده است. مثال معروف از کاربرد آن تولید سویه

‌هایی از باکتری اشرشیا کلی می باشد؛ که توانایی تولید انسولین را دارد.
در فرایند و کارکرد مهندسی ژنتیک، میکروارگانیسم ها مورد توجه محققان و پژوهشگران هستند که در بین

میکروارگانیسم ها به باکتری ای کلای، توجه ویژه‌ای شده است؛ زیرا این باکتری‌ها با توجه به رشد تقریباً

سریع (سرعت رشد تصاعدی)، نیاز به حداقل ها برای رشد؛ مثل زمان، محیط کشت، تغذیه و دما را دارند.
در بحث مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی، از میکروارگانیسم های پروکاریوتی و یوکاریوتی، رده های سلولی

در پستانداران گیاهان و حشرات، خود موجود( گیاه، حشره و جانور) و … ،برای آزمایشات و بررسی روند

کار استفاده می‌شود.
از بین تمامی موارد ذکر شده میکروارگانیسم‌هایی اعم از یوکاریوتی و پروکاریوتی، بیشترین کاربرد را داشته

و همچنین در بین میکروارگانیسم های پروکاریوتی، باکتری ایکلای(اشرشیا کلی) بسیار پر کاربرد و حائز

اهمیت است.
مورد مهمی که در انتخاب موجود و میکروارگانیسم برای کارهای مهندسی مطرح است، همانند سازی

و قابلیت انتقال ژن به نسل بعد می باشد که باکتری ای کولای به دلیل غیر بیماری‌زا بودن، متحرک بودن،

هوازی و بی هوازی اختیاری بودن ، داشتن ویژگی منحصر به فردی به نام تقسیم دوتایی، رشد سریع ،

محیط کشت ساده برای رشد آنها و همچنین در مدت زمان ۲۲ دقیقه به فاز لگاریتمی رشد خود خواهند

رسید ، از این بابت بسیار باکتری انعطاف‌پذیری در کاربردهای زیست فناوری و مهندسی ژنتیک می باشد.
در این حوزه کاری همچنین مزوفیل بودن باکتری (رشد در دمای ۳۷ درجه سانتیگراد) برای آماده‌سازی و

رسیدن هر چه سریعتر به نتیجه مطلوب بسیار مهم است که باکتری اشرشیا کلی دارای این ویژگی نیز

می باشد.

علت استفاده از اشرشیاکلی در مهندسی ژنتیک و سایر حوزه های علمی

ای کلای ژن خاصی ندارد و تفاوت ژنی در سطح گسترده در آن مشاهده نمی شود و محصول خاصی تولید

نمی‌کند اما کارخانه خوبی جهت انجام کارهای مهندسی شده و بیوتکنولوژی می‌باشد.
اولین کاری که در تحقیقات بر روی یک لایه انجام شد، تولید انسولین بود. در دهه های قبل برای تولید انسولین

از موجوداتی مثل؛ اسب، خوک، گوسفند و ….استفاده می‌شد که در نهایت تولید انسولین خوکی باعث ایجاد

واکنش ازدیار حساسیت در انسان شد و به همین دلیل کاندید بعدی برای تولید انسولین، ایکلای بود. ژن

انسولین انسانی را که سه قطعه دارد از انسان جدا و در درون یک وکتور که قابل انتقال به باکتری بود، گذاشتند

و به باکتری وارد کردند ؛ باکتری بعد از دریافت، آن ژن را همانند ژن های خودش رونویسی و شروع به پروتئین

سازی کرد. انسولین گرفته شده از ایکلای خالص سازی شده و به موجودات آزمایشگاهی تزریق شد؛ این

درواقع شروع کار بر روی باکتری اشرشیا کلی بود.

نمونه از کار و تحقیقات بر روی ای کلای در حوزه مهندسی ژنتیک:

باکتری مهندسی شده با ۴ نوع اسید آمینه جدید

ای کلای در صنعت بسیار مطرح است؛ اخیراً باکتری‌های ایکلای مهندسی شده تولید شده‌اند که ۴ نوع است.

آنها آمینه جدید دارند که می توانند پروتئین های جدید تولید کنند ؛ همچنین به ویروس‌ها نیز مقاوم هستند که

در تولید بافت و اعضای بدن انسان به صورت مصنوعی قابل استفاده می‌باشند.

واکسن های مهندسی شده توسط باکتری اشرشیا کلی

گونه ای از باکتری ایکلای تحت عنوان اشرشیا کلی انتروتوکسیژنیک، که رایج ترین عامل باکتریایی ایجاد کننده

اسهال می باشد؛ به دلیل داشتن فاکتورهای کلونیزاسیون، از همین طریق به سطح سلول‌های اپیتلیال روده

متصل می‌شود و با ترشح توکسین ایجاد اسهال خواهد کرد؛ اما برای مقابله با این باکتری، رویکردی جدید

برای پیشگیری از عفونت مطالعه شده است و آن، طراحی و تولید واکسن می باشد. ایکلای باکتری که در

کلونینگ و بیان ژن ها و تولید محصولات نوترکیب بسیار استفاده شده و برای تولید واکسن و زیست پالایی

مهندسی شده‌است. همچنین به عنوان ارگانیسم مدل در پژوهش‌های، ژنتیکی بسیار مطرح است.

باکتری‌های اشرشیا کلی مهندسی شده برای مصرف کربن دی اکسید:

باکتری ای‌.کلای که در حوزه مهندسی ژنتیک به کار می‌رود، یکی از مواردی است که برای تولید کربن

ارگانیک استفاده می شود. تولید ای‌کلای مهندسی شده که به جای مصرف مولکول های ارگانیک و قند

برای رشد، از کربن دی اکسید مصرف می کند.
ابتدا ژنی را که کد کننده آنزیم است، به باکتری وارد می‌شود . این آنزیم موجودات فتوسنتز کننده را قادر

می‌سازد تا کربن دی اکسید را به کربن ارگانیک تبدیل کند. این باکتری در آینده می تواند برای تولید کربن

ارگانیک به منظور سوخت های زیستی یا تولید غذا بسیار حائز اهمیت باشد.
ای‌کلای در حوزه پزشکی، دارویی، بیوتکنولوژی، گیاهی و…. بسیار مورد توجه است.
امروزه با پیشرفت علم و تکنیک های فوق‌العاده از باکتری ای‌کلای، به عنوان دستگاهی برای به نتیجه رسیدن

هرچه بیشتر در تحقیقات استفاده می شود.

باکتری ها به دلیل سیستم هاي انتقال ژن مانند ترانسفورماسیون(transformation)، هم یوغی(conjugation)

و ترانسداکشن(transduction) شانس بیشتری برای مطالعه در این حوزه دارند.
به هر حال باکتری ها به دلیل ویژگی های بارز ذکر شده مرکز توجه در کارهای زیستی و فناوری زیستی می

باشند که در بین آنها باکتری ای‌کولای شاخص است و عملکرد بیشتری دارد.

نویسنده مولود برنجی

ویراستار:زهرا یوسفی