Hej! Jeg tror, vi har mødtes før...
Jeg er E.coli
Gør dig klar til at dykke ned i en verden, du ikke kan se med det blotte øje - hvor livet fungerer i mikroskopisk skala, men alligevel med massiv indflydelse. Mød E. coli, en lille, men mægtig cellefabrik, der vokser, tilpasser sig og endda hjælper med at forme verden omkring dig. Scroll nærmere og afdæk den utrolige historie om denne ofte misforståede mikrobe.
E. coli er en af de mest studerede organismer inden for videnskab. Forskere bruger denne mikrobe i laboratorier til at forstå genetik, cellefunktion og endda til at udvikle nye lægemidler, erstatninger for skadelige kemikalier, alternativer til plast og andre helt nye produkter!
E. coli er meget lille. Så lille, at en vandflaske kan rumme milliarder af dem! Du skal forstørre E. coli 100 gange og så ser du den som en lille gennemsigtig stang.
E. coli er ca. 2 mikrometer lang og 0,5 mikrometer bred. For perspektiv er et menneskehår 75 mikrometer, en rød blodcelle er 3,5 gange større end E. coli og en støvmide er 100 gange større. Alligevel kan du få plads til 5.000 influenzavirus inde i en E. coli og det er dobbelt så stort som andre almindelige bakterier.
Lodret live-visning af en E. coli flydende kultur (x100 forstørrelse). Kilde: Cristina Bulancea og Marwan Kaufman
Agarplade med et medlem af Actinomycetota familie. Forstørrelse: 1X. Kredit: Pep Charusanti
Vi kan lære E. coli at gøre mange nye ting
Forskere har studeret E. coli i årtier for at afsløre alle dens hemmeligheder. De har lært, at de kan tvinge den til at producere visse produkter ved at blokere noget af dens normale aktivitet. Eller de kan producere noget nyt ved at koble to forskellige aktiviteter eller endda tilføje nye DNA-sekvenser til E. coli, så den kan læse og producere nye produkter. Alle disse typer metoder kaldes syntetisk biologi, for nu gør bakterierne noget, som de normalt ikke ville.
Andre måder er at fodre den nye ting, ændre dens levevilkår (ilt, temperatur, pH) eller sætte det sammen med andre mikroorganismer.
Cellefabrikken
E. coli kan replikere hele sit genom hvert 20. minut, og det kan lave flere kopier på samme tid. Dette gør den til den hurtigst udviklende mikrobe, der skaber nye funktionaliteter, hver gang den duplikerer - og fungerer som en fantastisk fabrik til at producere molekyler.
E. coli kan replikere sig selv eksponentielt, det betyder, at den duplikerer sig selv hvert 20. minut. Efter 3 timer er E. coli gået fra 5 til 500.
E. coli replikerer og tilpasser sig så hurtigt, at der i løbet af få dage, når man tilpasser sig et nyt miljø, nye varianter af E. coli med en eller to enkle ændringer i dets DNA kan det se ud og vokse på helt forskellige måder. Når vi gør det i laboratoriet kaldes det Adaptive Laboratory Evolution (ALE) af mikroorganismer.
Du forstår nok pointen. E. coli kan simpelthen fortsætte og fortsætte. Og da vi kan udnytte dette til at producere næsten alt, er det en fantastisk allieret at skabe en mere bæredygtig planet. Når alt kommer til alt ønsker E. coli også at fortsætte med at leve på jorden, ligesom os.
E. coli er super alsidig, den kan vokse med og uden ilt, i suspension (væsker), på faste ting og ved forskellige temperaturer og pH.
Det kan endda spise en lang række ting fra sukker til organiske syrer.
Genteknologi
Du har måske før set tegninger af en bakterie som et tomt rundt element med DNA flydende indeni. I virkeligheden er indersiden af en E. coli, og andre bakterier, fuldt pakket med millioner af proteiner, der hver udfører noget nyt hele tiden.
Det er kun fordi det er en højt organiseret og specialiseret celle, at alle processer kan finde sted på samme tid.
Velkommen indenfor i
E. coli-bakterien!
I nogle tilfælde er der uden for den ydre membran et skjold lavet af polysaccharider for at hjælpe gramnegative bakterier med at tørre ud eller undgå værtens immunsystem. Det kan også forårsage sygdom, så det er til stede i mange patogener. Kapslen går tabt under laboratoriedyrkning.
Et hårlignende overflademolekyle, der findes på den ydre membran, de omgiver ofte cellen og kan have forskellige funktionelle roller for at hjælpe celler med at reagere på deres ydre miljø. De er afgørende for bevægelighed, for at binde bakterierne til overflader og overføre DNA mellem bakterier.
Specialiserede proteiner, der specifikt genkender et bestemt molekyle (næringsstoffer, neurotransmittere, ioner, hormoner osv.). De er indlejret i membraner for at signalere udefra til indersiden. De er afgørende for cellernes metabolisme og aktivitet.
Struktur mellem plasmamembranen og kapslen i en Gram-positiv bakterie som E. coli. Det er primært lavet af polysaccharider (store sukkerkæder), der er bundet sammen af usædvanlige peptider (lavet af D-aminosyrer). Disse strukturer kaldes peptidoglycaner. Antibiotikumet penicillin ødelægger denne væg og dræber bakterierne.
Cytoplasmatisk membran, indre membran. Dette er en tynd struktur, der indeholder cytoplasma og organeller i en celle. Dens funktion er at beskytte dem mod det ydre miljø. Det er lavet af et lipid-dobbeltlag af kolesterol, phospholipider og andre lipider. Det har proteiner (som kanaler og receptorer) indlejret for at lette cellens funktion.
En molekylær maskine, der findes i alle levende celler, der læser messenger-RNA (mRNA) sekvenser og samler aminosyrer til proteiner.
Proteinkompleks ansvarlig for nedbrydning af proteiner. Proteinerne, der er ansvarlige for at gøre dette, kaldes proteaser. E. coli proteasom er lavet af to ringe, der hver består af 6 identiske proteiner.
Forkortelse for deoxyribonukleinsyre - molekylet, der findes i celler, der styrer strukturen, udseendet og formålet med hver celle og overfører denne information under reproduktion til dens datterceller.
Enhver af en stor gruppe kemikalier, der er en nødvendig del af cellerne i alle levende ting.
Alt materiale i en celle omsluttet af plasmamembranen eller cellemembranen, undtagen kernen.
Et lille, cirkulært dobbeltstrenget DNA-molekyle, der findes bortset fra kromosomalt DNA og kan replikere separat. De koder ofte for antibiotikaresistens, sygdom, alternative metaboliske veje eller molekyler og bioremediering.
Hovedbestanddel af cytoplasma. Det er en gelignende struktur, hvor cellens strukturer, organeller og proteiner findes. Den er lavet af 80% vand.
Videnskaben
bag gendiversitet
Konjugering
E. coli, og bakterier generelt, kan have plasmider eller små DNA-sekvenser i deres cytoplasma.
Dette kan deles med andre bakterier direkte gennem celle-til-celle-kontakt, dette er kendt som bakteriel køn eller bakteriel konjugation.
Processen omfatter flere trin:
- Donoren E. coli A forlænger en af sine pilus og søger efter andre bakterier.
- Pilum A fastgøres til en modtager E. coli pilum B og bringer de to celler sammen og danner en bro.
- Plasmidet skæres, så DNA'et lineariseres, og en af DNA'ets strenge overføres derefter til modtageren E. coli B gennem pilumbroen forbliver den anden DNA-streng i donoren E. coli.
- Begge celler danner en komplementær DNA-streng for at producere et dobbeltstrenget cirkulært plasmid.
- Begge celler har nu det samme plasmid.
Dette er en type vandret genoverførsel, den mekanisme, hvormed en bakterie får nyt genetisk materiale fra sit miljø.
Transformation
Transformation er en anden type vandret genoverførsel. Det er når bakterier tager nyt genetisk materiale fra deres omgivelser, dette kan være et plasmid af et fragment af DNA. Trinene involverer:
- Et plasmid eller DNA-fragment binder sig til en tunnellignende receptor på E. coli overflade.
- Plasmidet lineariseres derefter og kommer ind gennem kanalen.
- Inde i kanalen går en af DNA-strengene tabt.
- Inde i E. coli en komplementær DNA-streng fremstilles.
- Det nye dobbeltstrengede DNA cirkuleres for at danne et nyt plasmid.
Mutation og sletning
En anden almindelig måde for E. coli og andre bakterier at ændre deres genom på er gennem mutationer.
Mutationer er tilfældige ændringer i DNA-sekvensen af en mikrobes genom. Disse ændringer kan opstå under DNA-replikation eller af omgivelserne f.eks. af stråling eller kemikaliepåvirkning. Mutationer kan føre til nye karakteristika, der kan gøre det nemmere for bakterien at overleve.
En type mutation består i, at et enkelt bogstav (nukleotid) af instruktionerne (DNA-sekvens) ændres til en andet, hvorved formularen/opsætningen [obs. skråstreg] af det protein, den fremstiller, ændres. Dette kaldes punktmutation og involverer flere trin:
- DNA'ets dobbeltstreng åbnes for at blive kopieret, en proces kaldet replikation, og et af de originale nukleotider (A, C, G eller T) erstattes med et andet (for eksempel C til T).
- Dette betyder, at når den nye komplementære DNA-streng er lavet, vil den have et nukleotid anderledes end modercellens DNA.
- Dattercellen (afkom) vil derfra adskille sig fra modercellen. Dattercellen kan have fået evner, der gør den stærkere, men den kan også være blevet svagere og have mindre chance for overlevelse. Det hele afhænger af, hvordan ændringen påvirkede kodningen i DNA'et.
Man kan også mutere et helt codon (tre nukleotider ændres sammen), eller DNA'et kan miste et vist antal nukleotider gennem deletion. Alle disse ændringer påvirker måden, den* bygger proteiner [OBS tjek op på agens], hvilket er afgørende for vækst og overlevelse af E. coli-bakterien — det kan både være for det bedre og for det værre.
Bliv ved med
at være nysgerrig
På trods af alt det vi allerede har fundet ud af, er der stadig meget mere at udforske. Naturen har uendeligt mange muligheder skjult i sin kode, der venter på at blive afsløret af nysgerrige personer som dig.
Hvad hvis du bliver den, der laver det næste store gennembrud — eventuelt en måde at bekæmpe sygdomme på, skabe bæredygtige materialer på eller rense planeten på? Selv de mindste opdagelser kan føre til de største ændringer.
Forbliv nysgerrig, udforsk verden, og hvem ved? Måske opstår helt ny viden [OBS. opstår viden, eller bliver vi bare klogere på verden?] i fremtiden på grund af dig.
Fik du alt med?
0 pointer
Hvilket af følgende er sandt om E. coli i den menneskelige tarm?
Hvilke cellestrukturer har E. coli?
DNA, cellevæg, proteasom, ribosomer, plasmamembran, kapsel, lysosomer, cytosol
Kapsel, ribosomer, DNA, cellevæg, proteasomer, cytoskelet. Golgi
Ribosomer, plasmamembran, DNA, cellevæg, kapsel, proteasomer, cytoplasma, proteiner, cytosol
Ribosomer, proteiner, DNA, cellevæg, plasmamembran, endosomer, cytosol
Hvorfor er E. coli en perfekt fabrik?
Den formerer sig og udvikler sig hurtigt, den er nem at dyrke, og den kan konstrueres til at producere mange forskellige ting
Det gør os ikke syge; det producerer naturligvis alt, hvad vi har brug for, og vokser hurtigt
Det er ikke en god fabrik, fordi det gør os syge
Det kan dyrkes let, hurtigt, og dets genom ændrer sig aldrig
Hvilket beskriver bedst måden E. coli replikerer sit genom på?
Det er langsomt, muterer aldrig og producerer få datterceller
Det er hurtigt, producerer en enkelt kopi af sit genom hvert 20. minut
Det er hurtigt og meget præcist og introducerer aldrig mutationer, når det replikerer dets genom
Dens vækst er eksponentiel og laver flere kopier af dets genom på samme tid. Disse kopier inkluderer fejl (mutationer)