Wiki FKKT - User contributions [en]

Odstranjevanje težkih kovin s pomočjo bakterijskih eksopolisaharidov: biosinteza, mehanizem in strategije remediacije

2017-03-21T16:55:54Z

Ekoros: /* Viri */

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies]
==Težke kovine==
Pb, Cr, Cd, Ni, Zn, Cu, Hg itd. Nekateri od naštetih elementov so v sledeh esencialni za življenje, vendar imajo v malo večjih količinah (1 mg/L) že toksične učinke. Pri industrijskih procesih se jih uporablja v veliko večjih količinah od praga toksičnosti in njihove ravni se večajo tako v zemlji kot vodnih sistemih. Ker niso biorazgradljive, se dolgo zadržijo v okolju, dobra topnost pa povzroči dobro biodostopnost in posledično nevarnost za zdravje. Povzročijo lahko neravnovesje prostih radikalov in oksidativni stres, zamenjavo kofaktorjev, preluknjanje celične membrane, spremembe ionskih kanalčkov, poškodbe DNA in proteinov ter vezava na pomembne proteine, nalaganje v organih, itn.
Zaenkrat odstranjevanje temelji na koagulaciji, kemični precipitaciji, elektrodializi, nanofiltraciji, reverzni osmozi in drugih, nam bolj tujih tehnikah. Čeprav so učinkovite, so običajno drage zaradi porabe velike količine energije ter reagentov; pri njih pa nastajajo tudi toksični stranski produkti, ki dodatno onesnažujejo okolje.
==Eksopolisaharidi (EPS)==
EPS bakterije proizvajajo za obrambo pred ostrimi pogoji (stradanje, ekstremne temperature in pH). Njegova negativno nabita površina omogoča lovljenje ionov težkih kovin. Prokariontska in evkariontska živa in mrtva biomasa je sposobna privzeti težke kovine in jih tako odstraniti iz okolja na ekološki način. EPS varuje bakterijske celice pred infiltracijo toksičnih kovinskih ionov tako, da jih adsorbira. Na polisaharidno ogrodje se lahko pripnejo stranske verige in funkcionalne skupine. Več kot je negativno nabitih skupin, bolj učinkovito lahko EPS veže težko-kovinske ione. Nekateri ustrezni EPS so alginat, gelan, hialuronan in galaktopol. Mogoče so tudi modifikacije stranskih skupin, vendar je študij na to temo le malo.
==Biosinteza==
Biosinteza EPS ni natančno poznana. Pri sintezi sodeluje veliko encimov, transportnih proteinov in regulatornih molekul. Sinteza poteka preko aktiviranih (fosforiliranih) monomernih sladkornih molekul do UDP- oz. dTDP-glukoze. Glikosiltransferaza nato aktivirane molekule priključi nastajajočemu polisaharidu. Polisaharidi zavzamejo določeno obliko glede na način povezovanja monomerov, ki je odvisna od okoljskih pogojev. Na osnovno verigo se nato prilepijo različne stranske verige, funkcionalne skupine in substituenti, ki niso ogljikovi hidrati.
==Mehanizem odstranjevanja težkih kovin==
Če želimo zmanjšati škodljivost težkih kovin v okolju, jim moramo preprečiti biodostopnost in mobilnost. Celice morajo biti odporne na povišane koncentracije težko-kovinskih ionov v okolju. Sinteza EPS je pogosto odgovor na to.
Za bioremediacijo z mikrobi je pomembna predvsem biosorpcija. Deluje pasivno preko interakcij pozitivno nabitih kovinskih ionov in negativno nabitega EPS ter celične površine. Pri tem so ključne skupne acetamido skupina, aminske, sulfhidralne, hidroksilne in fosfodiestrske skupine, ter fosfati. Imobilizacija ionov poteka preko ionske izmenjave, nastanka kompleksov (keliranje) in precipitacije.
Žive celice pri povišani koncentraciji ionov težko ohranjajo viabilnost. Mrtve celice te omejitve nimajo, zato so shranjevanje, akumulacija in ponovna uporaba bolj učinkoviti ter zahtevajo bolj blage pogoje pH in temperature. Vendar se je v študijah z mrtvo biomaso izkazalo, da je precej manj učinkovita od imobiliziranih živih celic, ponovitve pa je mogoče uspešno izvesti v 5-10 ciklih.
Zaradi raznolikih pogojev, v katerih bi biomasa odstranjevala težko-kovinske ione, si želimo čim večji nabor bakterij, sposobnih sinteze EPS in bioremediacije. Raziskovalne skupine so se osredotočile predvsem na dobro opisane bakterije, morske mikrobe in bakterije s statusom GRAS.
==Zaključek==
Bakterijska biomasa sposobna proizvajati EPS, ki je zanimiv zaradi svoje sposobnosti hitrega, učinkovitega in občutljivega odziva na ione težkih kovin v okolju. Biosorbcija le-teh je kompleksna in ima nepredvidljivo dinamiko. Od okoljskih in fizikalno-kemijskih faktorjev, v katerih EPS nastaja, je odvisna njegova sestava in struktura. Pozitivno nabiti težko-kovinski ioni se ulovijo na negativno nabite stranske skupine EPS. Izkazalo se je, da je mogoče težko-kovinske ione le delno regenerirati iz EPS, ter da je maksimalna koncentracija ionov, ki jo je EPS še sposoben privzeti, relativno nizka. Biosorpcija je bolj ali manj nespecifična. Modifikacije EPS po predvidevanjih povečajo njegov neto negativni naboj, lahko potencialno povečajo selektivnost in ponovno uporabnost, vendar zaenkrat prebojev na tem področju ni bilo. Prav tako so vsi poskusi potekali le v laboratorijskem merilu. Še nobeni skupini ni uspel prehod na industrijski nivo. Mikrobe, namenjene proizvodnji EPS in biorememdiaciji je preprosto pridobivati in nikjer nisem naletela na gensko preminjanje v smeri povečane proizvodnje EPS ali bolj robustnih sevov.
==Viri==
[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Gupta, P. in Diwan, B. "Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies". Biotechnology Reports, 2017]

[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4144270/ Tchounwou, P. B. ''et al''. "Heavy Metals Toxicity and the Environment". Experientia Supplementum, 2012; 101]

Nazaj na stran [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/MBT_seminarji_2017 MBT seminarji]

Odstranjevanje težkih kovin s pomočjo bakterijskih eksopolisaharidov: biosinteza, mehanizem in strategije remediacije

2017-03-21T16:55:36Z

Ekoros:

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies]
==Težke kovine==
Pb, Cr, Cd, Ni, Zn, Cu, Hg itd. Nekateri od naštetih elementov so v sledeh esencialni za življenje, vendar imajo v malo večjih količinah (1 mg/L) že toksične učinke. Pri industrijskih procesih se jih uporablja v veliko večjih količinah od praga toksičnosti in njihove ravni se večajo tako v zemlji kot vodnih sistemih. Ker niso biorazgradljive, se dolgo zadržijo v okolju, dobra topnost pa povzroči dobro biodostopnost in posledično nevarnost za zdravje. Povzročijo lahko neravnovesje prostih radikalov in oksidativni stres, zamenjavo kofaktorjev, preluknjanje celične membrane, spremembe ionskih kanalčkov, poškodbe DNA in proteinov ter vezava na pomembne proteine, nalaganje v organih, itn.
Zaenkrat odstranjevanje temelji na koagulaciji, kemični precipitaciji, elektrodializi, nanofiltraciji, reverzni osmozi in drugih, nam bolj tujih tehnikah. Čeprav so učinkovite, so običajno drage zaradi porabe velike količine energije ter reagentov; pri njih pa nastajajo tudi toksični stranski produkti, ki dodatno onesnažujejo okolje.
==Eksopolisaharidi (EPS)==
EPS bakterije proizvajajo za obrambo pred ostrimi pogoji (stradanje, ekstremne temperature in pH). Njegova negativno nabita površina omogoča lovljenje ionov težkih kovin. Prokariontska in evkariontska živa in mrtva biomasa je sposobna privzeti težke kovine in jih tako odstraniti iz okolja na ekološki način. EPS varuje bakterijske celice pred infiltracijo toksičnih kovinskih ionov tako, da jih adsorbira. Na polisaharidno ogrodje se lahko pripnejo stranske verige in funkcionalne skupine. Več kot je negativno nabitih skupin, bolj učinkovito lahko EPS veže težko-kovinske ione. Nekateri ustrezni EPS so alginat, gelan, hialuronan in galaktopol. Mogoče so tudi modifikacije stranskih skupin, vendar je študij na to temo le malo.
==Biosinteza==
Biosinteza EPS ni natančno poznana. Pri sintezi sodeluje veliko encimov, transportnih proteinov in regulatornih molekul. Sinteza poteka preko aktiviranih (fosforiliranih) monomernih sladkornih molekul do UDP- oz. dTDP-glukoze. Glikosiltransferaza nato aktivirane molekule priključi nastajajočemu polisaharidu. Polisaharidi zavzamejo določeno obliko glede na način povezovanja monomerov, ki je odvisna od okoljskih pogojev. Na osnovno verigo se nato prilepijo različne stranske verige, funkcionalne skupine in substituenti, ki niso ogljikovi hidrati.
==Mehanizem odstranjevanja težkih kovin==
Če želimo zmanjšati škodljivost težkih kovin v okolju, jim moramo preprečiti biodostopnost in mobilnost. Celice morajo biti odporne na povišane koncentracije težko-kovinskih ionov v okolju. Sinteza EPS je pogosto odgovor na to.
Za bioremediacijo z mikrobi je pomembna predvsem biosorpcija. Deluje pasivno preko interakcij pozitivno nabitih kovinskih ionov in negativno nabitega EPS ter celične površine. Pri tem so ključne skupne acetamido skupina, aminske, sulfhidralne, hidroksilne in fosfodiestrske skupine, ter fosfati. Imobilizacija ionov poteka preko ionske izmenjave, nastanka kompleksov (keliranje) in precipitacije.
Žive celice pri povišani koncentraciji ionov težko ohranjajo viabilnost. Mrtve celice te omejitve nimajo, zato so shranjevanje, akumulacija in ponovna uporaba bolj učinkoviti ter zahtevajo bolj blage pogoje pH in temperature. Vendar se je v študijah z mrtvo biomaso izkazalo, da je precej manj učinkovita od imobiliziranih živih celic, ponovitve pa je mogoče uspešno izvesti v 5-10 ciklih.
Zaradi raznolikih pogojev, v katerih bi biomasa odstranjevala težko-kovinske ione, si želimo čim večji nabor bakterij, sposobnih sinteze EPS in bioremediacije. Raziskovalne skupine so se osredotočile predvsem na dobro opisane bakterije, morske mikrobe in bakterije s statusom GRAS.
==Zaključek==
Bakterijska biomasa sposobna proizvajati EPS, ki je zanimiv zaradi svoje sposobnosti hitrega, učinkovitega in občutljivega odziva na ione težkih kovin v okolju. Biosorbcija le-teh je kompleksna in ima nepredvidljivo dinamiko. Od okoljskih in fizikalno-kemijskih faktorjev, v katerih EPS nastaja, je odvisna njegova sestava in struktura. Pozitivno nabiti težko-kovinski ioni se ulovijo na negativno nabite stranske skupine EPS. Izkazalo se je, da je mogoče težko-kovinske ione le delno regenerirati iz EPS, ter da je maksimalna koncentracija ionov, ki jo je EPS še sposoben privzeti, relativno nizka. Biosorpcija je bolj ali manj nespecifična. Modifikacije EPS po predvidevanjih povečajo njegov neto negativni naboj, lahko potencialno povečajo selektivnost in ponovno uporabnost, vendar zaenkrat prebojev na tem področju ni bilo. Prav tako so vsi poskusi potekali le v laboratorijskem merilu. Še nobeni skupini ni uspel prehod na industrijski nivo. Mikrobe, namenjene proizvodnji EPS in biorememdiaciji je preprosto pridobivati in nikjer nisem naletela na gensko preminjanje v smeri povečane proizvodnje EPS ali bolj robustnih sevov.
==Viri==
[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Gupta, P. in Diwan, B. "Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies". Biotechnology Reports, 2017]

[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4144270/ Tchounwou, P. B. et al. "Heavy Metals Toxicity and the Environment". Experientia Supplementum, 2012; 101]

Nazaj na stran [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/MBT_seminarji_2017 MBT seminarji]

Odstranjevanje težkih kovin s pomočjo bakterijskih eksopolisaharidov: biosinteza, mehanizem in strategije remediacije

2017-03-21T16:55:07Z

Ekoros: /* Viri */

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies]
==Težke kovine==
Pb, Cr, Cd, Ni, Zn, Cu, Hg itd. Nekateri od naštetih elementov so v sledeh esencialni za življenje, vendar imajo v malo večjih količinah (1 mg/L) že toksične učinke. Pri industrijskih procesih se jih uporablja v veliko večjih količinah od praga toksičnosti in njihove ravni se večajo tako v zemlji kot vodnih sistemih. Ker niso biorazgradljive, se dolgo zadržijo v okolju, dobra topnost pa povzroči dobro biodostopnost in posledično nevarnost za zdravje. Povzročijo lahko neravnovesje prostih radikalov in oksidativni stres, zamenjavo kofaktorjev, preluknjanje celične membrane, spremembe ionskih kanalčkov, poškodbe DNA in proteinov ter vezava na pomembne proteine, nalaganje v organih, itn.
Zaenkrat odstranjevanje temelji na koagulaciji, kemični precipitaciji, elektrodializi, nanofiltraciji, reverzni osmozi in drugih, nam bolj tujih tehnikah. Čeprav so učinkovite, so običajno drage zaradi porabe velike količine energije ter reagentov; pri njih pa nastajajo tudi toksični stranski produkti, ki dodatno onesnažujejo okolje.
==Eksopolisaharidi (EPS)==
EPS bakterije proizvajajo za obrambo pred ostrimi pogoji (stradanje, ekstremne temperature in pH). Njegova negativno nabita površina omogoča lovljenje ionov težkih kovin. Prokariontska in evkariontska živa in mrtva biomasa je sposobna privzeti težke kovine in jih tako odstraniti iz okolja na ekološki način. EPS varuje bakterijske celice pred infiltracijo toksičnih kovinskih ionov tako, da jih adsorbira. Na polisaharidno ogrodje se lahko pripnejo stranske verige in funkcionalne skupine. Več kot je negativno nabitih skupin, bolj učinkovito lahko EPS veže težko-kovinske ione. Nekateri ustrezni EPS so alginat, gelan, hialuronan in galaktopol. Mogoče so tudi modifikacije stranskih skupin, vendar je študij na to temo le malo.
==Biosinteza==
Biosinteza EPS ni natančno poznana. Pri sintezi sodeluje veliko encimov, transportnih proteinov in regulatornih molekul. Sinteza poteka preko aktiviranih (fosforiliranih) monomernih sladkornih molekul do UDP- oz. dTDP-glukoze. Glikosiltransferaza nato aktivirane molekule priključi nastajajočemu polisaharidu. Polisaharidi zavzamejo določeno obliko glede na način povezovanja monomerov, ki je odvisna od okoljskih pogojev. Na osnovno verigo se nato prilepijo različne stranske verige, funkcionalne skupine in substituenti, ki niso ogljikovi hidrati.
==Mehanizem odstranjevanja težkih kovin==
Če želimo zmanjšati škodljivost težkih kovin v okolju, jim moramo preprečiti biodostopnost in mobilnost. Celice morajo biti odporne na povišane koncentracije težko-kovinskih ionov v okolju. Sinteza EPS je pogosto odgovor na to.
Za bioremediacijo z mikrobi je pomembna predvsem biosorpcija. Deluje pasivno preko interakcij pozitivno nabitih kovinskih ionov in negativno nabitega EPS ter celične površine. Pri tem so ključne skupne acetamido skupina, aminske, sulfhidralne, hidroksilne in fosfodiestrske skupine, ter fosfati. Imobilizacija ionov poteka preko ionske izmenjave, nastanka kompleksov (keliranje) in precipitacije.
Žive celice pri povišani koncentraciji ionov težko ohranjajo viabilnost. Mrtve celice te omejitve nimajo, zato so shranjevanje, akumulacija in ponovna uporaba bolj učinkoviti ter zahtevajo bolj blage pogoje pH in temperature. Vendar se je v študijah z mrtvo biomaso izkazalo, da je precej manj učinkovita od imobiliziranih živih celic, ponovitve pa je mogoče uspešno izvesti v 5-10 ciklih.
Zaradi raznolikih pogojev, v katerih bi biomasa odstranjevala težko-kovinske ione, si želimo čim večji nabor bakterij, sposobnih sinteze EPS in bioremediacije. Raziskovalne skupine so se osredotočile predvsem na dobro opisane bakterije, morske mikrobe in bakterije s statusom GRAS.
==Zaključek==
Bakterijska biomasa sposobna proizvajati EPS, ki je zanimiv zaradi svoje sposobnosti hitrega, učinkovitega in občutljivega odziva na ione težkih kovin v okolju. Biosorbcija le-teh je kompleksna in ima nepredvidljivo dinamiko. Od okoljskih in fizikalno-kemijskih faktorjev, v katerih EPS nastaja, je odvisna njegova sestava in struktura. Pozitivno nabiti težko-kovinski ioni se ulovijo na negativno nabite stranske skupine EPS. Izkazalo se je, da je mogoče težko-kovinske ione le delno regenerirati iz EPS, ter da je maksimalna koncentracija ionov, ki jo je EPS še sposoben privzeti, relativno nizka. Biosorpcija je bolj ali manj nespecifična. Modifikacije EPS po predvidevanjih povečajo njegov neto negativni naboj, lahko potencialno povečajo selektivnost in ponovno uporabnost, vendar zaenkrat prebojev na tem področju ni bilo. Prav tako so vsi poskusi potekali le v laboratorijskem merilu. Še nobeni skupini ni uspel prehod na industrijski nivo. Mikrobe, namenjene proizvodnji EPS in biorememdiaciji je preprosto pridobivati in nikjer nisem naletela na gensko preminjanje v smeri povečane proizvodnje EPS ali bolj robustnih sevov.
==Viri==
[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Gupta, P. in Diwan, B. "Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies". Biotechnology Reports, 2017]

[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4144270/ Tchounwou et al. "Heavy Metals Toxicity and the Environment". Experientia Supplementum, 2012; 101]

Nazaj na stran [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/MBT_seminarji_2017 MBT seminarji]

Odstranjevanje težkih kovin s pomočjo bakterijskih eksopolisaharidov: biosinteza, mehanizem in strategije remediacije

2017-03-21T16:54:53Z

Ekoros:

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies]
==Težke kovine==
Pb, Cr, Cd, Ni, Zn, Cu, Hg itd. Nekateri od naštetih elementov so v sledeh esencialni za življenje, vendar imajo v malo večjih količinah (1 mg/L) že toksične učinke. Pri industrijskih procesih se jih uporablja v veliko večjih količinah od praga toksičnosti in njihove ravni se večajo tako v zemlji kot vodnih sistemih. Ker niso biorazgradljive, se dolgo zadržijo v okolju, dobra topnost pa povzroči dobro biodostopnost in posledično nevarnost za zdravje. Povzročijo lahko neravnovesje prostih radikalov in oksidativni stres, zamenjavo kofaktorjev, preluknjanje celične membrane, spremembe ionskih kanalčkov, poškodbe DNA in proteinov ter vezava na pomembne proteine, nalaganje v organih, itn.
Zaenkrat odstranjevanje temelji na koagulaciji, kemični precipitaciji, elektrodializi, nanofiltraciji, reverzni osmozi in drugih, nam bolj tujih tehnikah. Čeprav so učinkovite, so običajno drage zaradi porabe velike količine energije ter reagentov; pri njih pa nastajajo tudi toksični stranski produkti, ki dodatno onesnažujejo okolje.
==Eksopolisaharidi (EPS)==
EPS bakterije proizvajajo za obrambo pred ostrimi pogoji (stradanje, ekstremne temperature in pH). Njegova negativno nabita površina omogoča lovljenje ionov težkih kovin. Prokariontska in evkariontska živa in mrtva biomasa je sposobna privzeti težke kovine in jih tako odstraniti iz okolja na ekološki način. EPS varuje bakterijske celice pred infiltracijo toksičnih kovinskih ionov tako, da jih adsorbira. Na polisaharidno ogrodje se lahko pripnejo stranske verige in funkcionalne skupine. Več kot je negativno nabitih skupin, bolj učinkovito lahko EPS veže težko-kovinske ione. Nekateri ustrezni EPS so alginat, gelan, hialuronan in galaktopol. Mogoče so tudi modifikacije stranskih skupin, vendar je študij na to temo le malo.
==Biosinteza==
Biosinteza EPS ni natančno poznana. Pri sintezi sodeluje veliko encimov, transportnih proteinov in regulatornih molekul. Sinteza poteka preko aktiviranih (fosforiliranih) monomernih sladkornih molekul do UDP- oz. dTDP-glukoze. Glikosiltransferaza nato aktivirane molekule priključi nastajajočemu polisaharidu. Polisaharidi zavzamejo določeno obliko glede na način povezovanja monomerov, ki je odvisna od okoljskih pogojev. Na osnovno verigo se nato prilepijo različne stranske verige, funkcionalne skupine in substituenti, ki niso ogljikovi hidrati.
==Mehanizem odstranjevanja težkih kovin==
Če želimo zmanjšati škodljivost težkih kovin v okolju, jim moramo preprečiti biodostopnost in mobilnost. Celice morajo biti odporne na povišane koncentracije težko-kovinskih ionov v okolju. Sinteza EPS je pogosto odgovor na to.
Za bioremediacijo z mikrobi je pomembna predvsem biosorpcija. Deluje pasivno preko interakcij pozitivno nabitih kovinskih ionov in negativno nabitega EPS ter celične površine. Pri tem so ključne skupne acetamido skupina, aminske, sulfhidralne, hidroksilne in fosfodiestrske skupine, ter fosfati. Imobilizacija ionov poteka preko ionske izmenjave, nastanka kompleksov (keliranje) in precipitacije.
Žive celice pri povišani koncentraciji ionov težko ohranjajo viabilnost. Mrtve celice te omejitve nimajo, zato so shranjevanje, akumulacija in ponovna uporaba bolj učinkoviti ter zahtevajo bolj blage pogoje pH in temperature. Vendar se je v študijah z mrtvo biomaso izkazalo, da je precej manj učinkovita od imobiliziranih živih celic, ponovitve pa je mogoče uspešno izvesti v 5-10 ciklih.
Zaradi raznolikih pogojev, v katerih bi biomasa odstranjevala težko-kovinske ione, si želimo čim večji nabor bakterij, sposobnih sinteze EPS in bioremediacije. Raziskovalne skupine so se osredotočile predvsem na dobro opisane bakterije, morske mikrobe in bakterije s statusom GRAS.
==Zaključek==
Bakterijska biomasa sposobna proizvajati EPS, ki je zanimiv zaradi svoje sposobnosti hitrega, učinkovitega in občutljivega odziva na ione težkih kovin v okolju. Biosorbcija le-teh je kompleksna in ima nepredvidljivo dinamiko. Od okoljskih in fizikalno-kemijskih faktorjev, v katerih EPS nastaja, je odvisna njegova sestava in struktura. Pozitivno nabiti težko-kovinski ioni se ulovijo na negativno nabite stranske skupine EPS. Izkazalo se je, da je mogoče težko-kovinske ione le delno regenerirati iz EPS, ter da je maksimalna koncentracija ionov, ki jo je EPS še sposoben privzeti, relativno nizka. Biosorpcija je bolj ali manj nespecifična. Modifikacije EPS po predvidevanjih povečajo njegov neto negativni naboj, lahko potencialno povečajo selektivnost in ponovno uporabnost, vendar zaenkrat prebojev na tem področju ni bilo. Prav tako so vsi poskusi potekali le v laboratorijskem merilu. Še nobeni skupini ni uspel prehod na industrijski nivo. Mikrobe, namenjene proizvodnji EPS in biorememdiaciji je preprosto pridobivati in nikjer nisem naletela na gensko preminjanje v smeri povečane proizvodnje EPS ali bolj robustnih sevov.
==Viri==
[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Gupta, P. in Diwan, B. "Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies". Biotechnology Reports, 2017]
[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4144270/ Tchounwou et al. "Heavy Metals Toxicity and the Environment". Experientia Supplementum, 2012; 101]

Nazaj na stran [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/MBT_seminarji_2017 MBT seminarji]

Odstranjevanje težkih kovin s pomočjo bakterijskih eksopolisaharidov: biosinteza, mehanizem in strategije remediacije

2017-03-19T19:44:22Z

Ekoros: /* Viri */

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies]
==Težke kovine==
Pb, Cr, Cd, Ni, Zn, Cu, Hg itd. Nekateri od naštetih elementov so v sledeh esencialni za življenje, vendar imajo v malo večjih količinah (1 mg/L) že toksične učinke. Pri industrijskih procesih se jih uporablja v veliko večjih količinah od praga toksičnosti in njihove ravni se večajo tako v zemlji kot vodnih sistemih. Ker niso biorazgradljive, se dolgo zadržijo v okolju, dobra topnost pa povzroči dobro biodostopnost in posledično nevarnost za zdravje. Povzročijo lahko neravnovesje prostih radikalov in oksidativni stres, zamenjavo kofaktorjev, preluknjanje celične membrane, spremembe ionskih kanalčkov, poškodbe DNA in proteinov ter vezava na pomembne proteine, nalaganje v organih, itn.
Zaenkrat odstranjevanje temelji na koagulaciji, kemični precipitaciji, elektrodializi, nanofiltraciji, reverzni osmozi in drugih, nam bolj tujih tehnikah. Čeprav so učinkovite, so običajno drage zaradi porabe velike količine energije ter reagentov; pri njih pa nastajajo tudi toksični stranski produkti, ki dodatno onesnažujejo okolje.
==Eksopolisaharidi (EPS)==
EPS bakterije proizvajajo za obrambo pred ostrimi pogoji (stradanje, ekstremne temperature in pH). Njegova negativno nabita površina omogoča lovljenje ionov težkih kovin. Prokariontska in evkariontska živa in mrtva biomasa je sposobna privzeti težke kovine in jih tako odstraniti iz okolja na ekološki način. EPS varuje bakterijske celice pred infiltracijo toksičnih kovinskih ionov tako, da jih adsorbira. Na polisaharidno ogrodje se lahko pripnejo stranske verige in funkcionalne skupine. Več kot je negativno nabitih skupin, bolj učinkovito lahko EPS veže težko-kovinske ione. Nekateri ustrezni EPS so alginat, gelan, hialuronan in galaktopol. Mogoče so tudi modifikacije stranskih skupin, vendar je študij na to temo le malo.
==Biosinteza==
Biosinteza EPS ni natančno poznana. Pri sintezi sodeluje veliko encimov, transportnih proteinov in regulatornih molekul. Sinteza poteka preko aktiviranih (fosforiliranih) monomernih sladkornih molekul do UDP- oz. dTDP-glukoze. Glikosiltransferaza nato aktivirane molekule priključi nastajajočemu polisaharidu. Polisaharidi zavzamejo določeno obliko glede na način povezovanja monomerov, ki je odvisna od okoljskih pogojev. Na osnovno verigo se nato prilepijo različne stranske verige, funkcionalne skupine in substituenti, ki niso ogljikovi hidrati.
==Mehanizem odstranjevanja težkih kovin==
Če želimo zmanjšati škodljivost težkih kovin v okolju, jim moramo preprečiti biodostopnost in mobilnost. Celice morajo biti odporne na povišane koncentracije težko-kovinskih ionov v okolju. Sinteza EPS je pogosto odgovor na to.
Za bioremediacijo z mikrobi je pomembna predvsem biosorpcija. Deluje pasivno preko interakcij pozitivno nabitih kovinskih ionov in negativno nabitega EPS ter celične površine. Pri tem so ključne skupne acetamido skupina, aminske, sulfhidralne, hidroksilne in fosfodiestrske skupine, ter fosfati. Imobilizacija ionov poteka preko ionske izmenjave, nastanka kompleksov (keliranje) in precipitacije.
Žive celice pri povišani koncentraciji ionov težko ohranjajo viabilnost. Mrtve celice te omejitve nimajo, zato so shranjevanje, akumulacija in ponovna uporaba bolj učinkoviti ter zahtevajo bolj blage pogoje pH in temperature. Vendar se je v študijah z mrtvo biomaso izkazalo, da je precej manj učinkovita od imobiliziranih živih celic, ponovitve pa je mogoče uspešno izvesti v 5-10 ciklih.
Zaradi raznolikih pogojev, v katerih bi biomasa odstranjevala težko-kovinske ione, si želimo čim večji nabor bakterij, sposobnih sinteze EPS in bioremediacije. Raziskovalne skupine so se osredotočile predvsem na dobro opisane bakterije, morske mikrobe in bakterije s statusom GRAS.
==Zaključek==
Bakterijska biomasa sposobna proizvajati EPS, ki je zanimiv zaradi svoje sposobnosti hitrega, učinkovitega in občutljivega odziva na ione težkih kovin v okolju. Biosorbcija le-teh je kompleksna in ima nepredvidljivo dinamiko. Od okoljskih in fizikalno-kemijskih faktorjev, v katerih EPS nastaja, je odvisna njegova sestava in struktura. Pozitivno nabiti težko-kovinski ioni se ulovijo na negativno nabite stranske skupine EPS. Izkazalo se je, da je mogoče težko-kovinske ione le delno regenerirati iz EPS, ter da je maksimalna koncentracija ionov, ki jo je EPS še sposoben privzeti, relativno nizka. Biosorpcija je bolj ali manj nespecifična. Modifikacije EPS po predvidevanjih povečajo njegov neto negativni naboj, lahko potencialno povečajo selektivnost in ponovno uporabnost, vendar zaenkrat prebojev na tem področju ni bilo. Prav tako so vsi poskusi potekali le v laboratorijskem merilu. Še nobeni skupini ni uspel prehod na industrijski nivo. Mikrobe, namenjene proizvodnji EPS in biorememdiaciji je preprosto pridobivati in nikjer nisem naletela na gensko preminjanje v smeri povečane proizvodnje EPS ali bolj robustnih sevov.
==Viri==
[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Gupta, P. in Diwan, B. "Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies". Biotechnology Reports, 2017]

Nazaj na stran [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/MBT_seminarji_2017 MBT seminarji]

Odstranjevanje težkih kovin s pomočjo bakterijskih eksopolisaharidov: biosinteza, mehanizem in strategije remediacije

2017-03-19T19:35:31Z

Ekoros: /* Viri */

Odstranjevanje težkih kovin s pomočjo bakterijskih eksopolisaharidov: biosinteza, mehanizem in strategije remediacije

2017-03-19T19:35:01Z

Ekoros:

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies]
==Težke kovine==
Pb, Cr, Cd, Ni, Zn, Cu, Hg itd. Nekateri od naštetih elementov so v sledeh esencialni za življenje, vendar imajo v malo večjih količinah (1 mg/L) že toksične učinke. Pri industrijskih procesih se jih uporablja v veliko večjih količinah od praga toksičnosti in njihove ravni se večajo tako v zemlji kot vodnih sistemih. Ker niso biorazgradljive, se dolgo zadržijo v okolju, dobra topnost pa povzroči dobro biodostopnost in posledično nevarnost za zdravje. Povzročijo lahko neravnovesje prostih radikalov in oksidativni stres, zamenjavo kofaktorjev, preluknjanje celične membrane, spremembe ionskih kanalčkov, poškodbe DNA in proteinov ter vezava na pomembne proteine, nalaganje v organih, itn.
Zaenkrat odstranjevanje temelji na koagulaciji, kemični precipitaciji, elektrodializi, nanofiltraciji, reverzni osmozi in drugih, nam bolj tujih tehnikah. Čeprav so učinkovite, so običajno drage zaradi porabe velike količine energije ter reagentov; pri njih pa nastajajo tudi toksični stranski produkti, ki dodatno onesnažujejo okolje.
==Eksopolisaharidi (EPS)==
EPS bakterije proizvajajo za obrambo pred ostrimi pogoji (stradanje, ekstremne temperature in pH). Njegova negativno nabita površina omogoča lovljenje ionov težkih kovin. Prokariontska in evkariontska živa in mrtva biomasa je sposobna privzeti težke kovine in jih tako odstraniti iz okolja na ekološki način. EPS varuje bakterijske celice pred infiltracijo toksičnih kovinskih ionov tako, da jih adsorbira. Na polisaharidno ogrodje se lahko pripnejo stranske verige in funkcionalne skupine. Več kot je negativno nabitih skupin, bolj učinkovito lahko EPS veže težko-kovinske ione. Nekateri ustrezni EPS so alginat, gelan, hialuronan in galaktopol. Mogoče so tudi modifikacije stranskih skupin, vendar je študij na to temo le malo.
==Biosinteza==
Biosinteza EPS ni natančno poznana. Pri sintezi sodeluje veliko encimov, transportnih proteinov in regulatornih molekul. Sinteza poteka preko aktiviranih (fosforiliranih) monomernih sladkornih molekul do UDP- oz. dTDP-glukoze. Glikosiltransferaza nato aktivirane molekule priključi nastajajočemu polisaharidu. Polisaharidi zavzamejo določeno obliko glede na način povezovanja monomerov, ki je odvisna od okoljskih pogojev. Na osnovno verigo se nato prilepijo različne stranske verige, funkcionalne skupine in substituenti, ki niso ogljikovi hidrati.
==Mehanizem odstranjevanja težkih kovin==
Če želimo zmanjšati škodljivost težkih kovin v okolju, jim moramo preprečiti biodostopnost in mobilnost. Celice morajo biti odporne na povišane koncentracije težko-kovinskih ionov v okolju. Sinteza EPS je pogosto odgovor na to.
Za bioremediacijo z mikrobi je pomembna predvsem biosorpcija. Deluje pasivno preko interakcij pozitivno nabitih kovinskih ionov in negativno nabitega EPS ter celične površine. Pri tem so ključne skupne acetamido skupina, aminske, sulfhidralne, hidroksilne in fosfodiestrske skupine, ter fosfati. Imobilizacija ionov poteka preko ionske izmenjave, nastanka kompleksov (keliranje) in precipitacije.
Žive celice pri povišani koncentraciji ionov težko ohranjajo viabilnost. Mrtve celice te omejitve nimajo, zato so shranjevanje, akumulacija in ponovna uporaba bolj učinkoviti ter zahtevajo bolj blage pogoje pH in temperature. Vendar se je v študijah z mrtvo biomaso izkazalo, da je precej manj učinkovita od imobiliziranih živih celic, ponovitve pa je mogoče uspešno izvesti v 5-10 ciklih.
Zaradi raznolikih pogojev, v katerih bi biomasa odstranjevala težko-kovinske ione, si želimo čim večji nabor bakterij, sposobnih sinteze EPS in bioremediacije. Raziskovalne skupine so se osredotočile predvsem na dobro opisane bakterije, morske mikrobe in bakterije s statusom GRAS.
==Zaključek==
Bakterijska biomasa sposobna proizvajati EPS, ki je zanimiv zaradi svoje sposobnosti hitrega, učinkovitega in občutljivega odziva na ione težkih kovin v okolju. Biosorbcija le-teh je kompleksna in ima nepredvidljivo dinamiko. Od okoljskih in fizikalno-kemijskih faktorjev, v katerih EPS nastaja, je odvisna njegova sestava in struktura. Pozitivno nabiti težko-kovinski ioni se ulovijo na negativno nabite stranske skupine EPS. Izkazalo se je, da je mogoče težko-kovinske ione le delno regenerirati iz EPS, ter da je maksimalna koncentracija ionov, ki jo je EPS še sposoben privzeti, relativno nizka. Biosorpcija je bolj ali manj nespecifična. Modifikacije EPS po predvidevanjih povečajo njegov neto negativni naboj, lahko potencialno povečajo selektivnost in ponovno uporabnost, vendar zaenkrat prebojev na tem področju ni bilo. Prav tako so vsi poskusi potekali le v laboratorijskem merilu. Še nobeni skupini ni uspel prehod na industrijski nivo. Mikrobe, namenjene proizvodnji EPS in biorememdiaciji je preprosto pridobivati in nikjer nisem naletela na gensko preminjanje v smeri povečane proizvodnje EPS ali bolj robustnih sevov.
==Viri==
Gupta, P. in Diwan, B. "Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies". Biotechnology Reports, 2017

Odstranjevanje težkih kovin s pomočjo bakterijskih eksopolisaharidov: biosinteza, mehanizem in strategije remediacije

2017-03-19T19:31:32Z

Ekoros: /* Biosinteza */

Odstranjevanje težkih kovin s pomočjo bakterijskih eksopolisaharidov: biosinteza, mehanizem in strategije remediacije

2017-03-19T19:31:21Z

Ekoros: /* =Biosinteza */

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies]
==Težke kovine==
Pb, Cr, Cd, Ni, Zn, Cu, Hg itd. Nekateri od naštetih elementov so v sledeh esencialni za življenje, vendar imajo v malo večjih količinah (1 mg/L) že toksične učinke. Pri industrijskih procesih se jih uporablja v veliko večjih količinah od praga toksičnosti in njihove ravni se večajo tako v zemlji kot vodnih sistemih. Ker niso biorazgradljive, se dolgo zadržijo v okolju, dobra topnost pa povzroči dobro biodostopnost in posledično nevarnost za zdravje. Povzročijo lahko neravnovesje prostih radikalov in oksidativni stres, zamenjavo kofaktorjev, preluknjanje celične membrane, spremembe ionskih kanalčkov, poškodbe DNA in proteinov ter vezava na pomembne proteine, nalaganje v organih, itn.
Zaenkrat odstranjevanje temelji na koagulaciji, kemični precipitaciji, elektrodializi, nanofiltraciji, reverzni osmozi in drugih, nam bolj tujih tehnikah. Čeprav so učinkovite, so običajno drage zaradi porabe velike količine energije ter reagentov; pri njih pa nastajajo tudi toksični stranski produkti, ki dodatno onesnažujejo okolje.
==Eksopolisaharidi (EPS)==
EPS bakterije proizvajajo za obrambo pred ostrimi pogoji (stradanje, ekstremne temperature in pH). Njegova negativno nabita površina omogoča lovljenje ionov težkih kovin. Prokariontska in evkariontska živa in mrtva biomasa je sposobna privzeti težke kovine in jih tako odstraniti iz okolja na ekološki način. EPS varuje bakterijske celice pred infiltracijo toksičnih kovinskih ionov tako, da jih adsorbira. Na polisaharidno ogrodje se lahko pripnejo stranske verige in funkcionalne skupine. Več kot je negativno nabitih skupin, bolj učinkovito lahko EPS veže težko-kovinske ione. Nekateri ustrezni EPS so alginat, gelan, hialuronan in galaktopol. Mogoče so tudi modifikacije stranskih skupin, vendar je študij na to temo le malo.
=Biosinteza=
Biosinteza EPS ni natančno poznana. Pri sintezi sodeluje veliko encimov, transportnih proteinov in regulatornih molekul. Sinteza poteka preko aktiviranih (fosforiliranih) monomernih sladkornih molekul do UDP- oz. dTDP-glukoze. Glikosiltransferaza nato aktivirane molekule priključi nastajajočemu polisaharidu. Polisaharidi zavzamejo določeno obliko glede na način povezovanja monomerov, ki je odvisna od okoljskih pogojev. Na osnovno verigo se nato prilepijo različne stranske verige, funkcionalne skupine in substituenti, ki niso ogljikovi hidrati.
==Mehanizem odstranjevanja težkih kovin==
Če želimo zmanjšati škodljivost težkih kovin v okolju, jim moramo preprečiti biodostopnost in mobilnost. Celice morajo biti odporne na povišane koncentracije težko-kovinskih ionov v okolju. Sinteza EPS je pogosto odgovor na to.
Za bioremediacijo z mikrobi je pomembna predvsem biosorpcija. Deluje pasivno preko interakcij pozitivno nabitih kovinskih ionov in negativno nabitega EPS ter celične površine. Pri tem so ključne skupne acetamido skupina, aminske, sulfhidralne, hidroksilne in fosfodiestrske skupine, ter fosfati. Imobilizacija ionov poteka preko ionske izmenjave, nastanka kompleksov (keliranje) in precipitacije.
Žive celice pri povišani koncentraciji ionov težko ohranjajo viabilnost. Mrtve celice te omejitve nimajo, zato so shranjevanje, akumulacija in ponovna uporaba bolj učinkoviti ter zahtevajo bolj blage pogoje pH in temperature. Vendar se je v študijah z mrtvo biomaso izkazalo, da je precej manj učinkovita od imobiliziranih živih celic, ponovitve pa je mogoče uspešno izvesti v 5-10 ciklih.
Zaradi raznolikih pogojev, v katerih bi biomasa odstranjevala težko-kovinske ione, si želimo čim večji nabor bakterij, sposobnih sinteze EPS in bioremediacije. Raziskovalne skupine so se osredotočile predvsem na dobro opisane bakterije, morske mikrobe in bakterije s statusom GRAS.
==Zaključek==
Bakterijska biomasa sposobna proizvajati EPS, ki je zanimiv zaradi svoje sposobnosti hitrega, učinkovitega in občutljivega odziva na ione težkih kovin v okolju. Biosorbcija le-teh je kompleksna in ima nepredvidljivo dinamiko. Od okoljskih in fizikalno-kemijskih faktorjev, v katerih EPS nastaja, je odvisna njegova sestava in struktura. Pozitivno nabiti težko-kovinski ioni se ulovijo na negativno nabite stranske skupine EPS. Izkazalo se je, da je mogoče težko-kovinske ione le delno regenerirati iz EPS, ter da je maksimalna koncentracija ionov, ki jo je EPS še sposoben privzeti, relativno nizka. Biosorpcija je bolj ali manj nespecifična. Modifikacije EPS po predvidevanjih povečajo njegov neto negativni naboj, lahko potencialno povečajo selektivnost in ponovno uporabnost, vendar zaenkrat prebojev na tem področju ni bilo. Prav tako so vsi poskusi potekali le v laboratorijskem merilu. Še nobeni skupini ni uspel prehod na industrijski nivo. Mikrobe, namenjene proizvodnji EPS in biorememdiaciji je preprosto pridobivati in nikjer nisem naletela na gensko preminjanje v smeri povečane proizvodnje EPS ali bolj robustnih sevov.

Odstranjevanje težkih kovin s pomočjo bakterijskih eksopolisaharidov: biosinteza, mehanizem in strategije remediacije

2017-03-19T19:31:06Z

Ekoros:

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies]
==Težke kovine==
Pb, Cr, Cd, Ni, Zn, Cu, Hg itd. Nekateri od naštetih elementov so v sledeh esencialni za življenje, vendar imajo v malo večjih količinah (1 mg/L) že toksične učinke. Pri industrijskih procesih se jih uporablja v veliko večjih količinah od praga toksičnosti in njihove ravni se večajo tako v zemlji kot vodnih sistemih. Ker niso biorazgradljive, se dolgo zadržijo v okolju, dobra topnost pa povzroči dobro biodostopnost in posledično nevarnost za zdravje. Povzročijo lahko neravnovesje prostih radikalov in oksidativni stres, zamenjavo kofaktorjev, preluknjanje celične membrane, spremembe ionskih kanalčkov, poškodbe DNA in proteinov ter vezava na pomembne proteine, nalaganje v organih, itn.
Zaenkrat odstranjevanje temelji na koagulaciji, kemični precipitaciji, elektrodializi, nanofiltraciji, reverzni osmozi in drugih, nam bolj tujih tehnikah. Čeprav so učinkovite, so običajno drage zaradi porabe velike količine energije ter reagentov; pri njih pa nastajajo tudi toksični stranski produkti, ki dodatno onesnažujejo okolje.
==Eksopolisaharidi (EPS)==
EPS bakterije proizvajajo za obrambo pred ostrimi pogoji (stradanje, ekstremne temperature in pH). Njegova negativno nabita površina omogoča lovljenje ionov težkih kovin. Prokariontska in evkariontska živa in mrtva biomasa je sposobna privzeti težke kovine in jih tako odstraniti iz okolja na ekološki način. EPS varuje bakterijske celice pred infiltracijo toksičnih kovinskih ionov tako, da jih adsorbira. Na polisaharidno ogrodje se lahko pripnejo stranske verige in funkcionalne skupine. Več kot je negativno nabitih skupin, bolj učinkovito lahko EPS veže težko-kovinske ione. Nekateri ustrezni EPS so alginat, gelan, hialuronan in galaktopol. Mogoče so tudi modifikacije stranskih skupin, vendar je študij na to temo le malo.
==Biosinteza=
Biosinteza EPS ni natančno poznana. Pri sintezi sodeluje veliko encimov, transportnih proteinov in regulatornih molekul. Sinteza poteka preko aktiviranih (fosforiliranih) monomernih sladkornih molekul do UDP- oz. dTDP-glukoze. Glikosiltransferaza nato aktivirane molekule priključi nastajajočemu polisaharidu. Polisaharidi zavzamejo določeno obliko glede na način povezovanja monomerov, ki je odvisna od okoljskih pogojev. Na osnovno verigo se nato prilepijo različne stranske verige, funkcionalne skupine in substituenti, ki niso ogljikovi hidrati.
==Mehanizem odstranjevanja težkih kovin==
Če želimo zmanjšati škodljivost težkih kovin v okolju, jim moramo preprečiti biodostopnost in mobilnost. Celice morajo biti odporne na povišane koncentracije težko-kovinskih ionov v okolju. Sinteza EPS je pogosto odgovor na to.
Za bioremediacijo z mikrobi je pomembna predvsem biosorpcija. Deluje pasivno preko interakcij pozitivno nabitih kovinskih ionov in negativno nabitega EPS ter celične površine. Pri tem so ključne skupne acetamido skupina, aminske, sulfhidralne, hidroksilne in fosfodiestrske skupine, ter fosfati. Imobilizacija ionov poteka preko ionske izmenjave, nastanka kompleksov (keliranje) in precipitacije.
Žive celice pri povišani koncentraciji ionov težko ohranjajo viabilnost. Mrtve celice te omejitve nimajo, zato so shranjevanje, akumulacija in ponovna uporaba bolj učinkoviti ter zahtevajo bolj blage pogoje pH in temperature. Vendar se je v študijah z mrtvo biomaso izkazalo, da je precej manj učinkovita od imobiliziranih živih celic, ponovitve pa je mogoče uspešno izvesti v 5-10 ciklih.
Zaradi raznolikih pogojev, v katerih bi biomasa odstranjevala težko-kovinske ione, si želimo čim večji nabor bakterij, sposobnih sinteze EPS in bioremediacije. Raziskovalne skupine so se osredotočile predvsem na dobro opisane bakterije, morske mikrobe in bakterije s statusom GRAS.
==Zaključek==
Bakterijska biomasa sposobna proizvajati EPS, ki je zanimiv zaradi svoje sposobnosti hitrega, učinkovitega in občutljivega odziva na ione težkih kovin v okolju. Biosorbcija le-teh je kompleksna in ima nepredvidljivo dinamiko. Od okoljskih in fizikalno-kemijskih faktorjev, v katerih EPS nastaja, je odvisna njegova sestava in struktura. Pozitivno nabiti težko-kovinski ioni se ulovijo na negativno nabite stranske skupine EPS. Izkazalo se je, da je mogoče težko-kovinske ione le delno regenerirati iz EPS, ter da je maksimalna koncentracija ionov, ki jo je EPS še sposoben privzeti, relativno nizka. Biosorpcija je bolj ali manj nespecifična. Modifikacije EPS po predvidevanjih povečajo njegov neto negativni naboj, lahko potencialno povečajo selektivnost in ponovno uporabnost, vendar zaenkrat prebojev na tem področju ni bilo. Prav tako so vsi poskusi potekali le v laboratorijskem merilu. Še nobeni skupini ni uspel prehod na industrijski nivo. Mikrobe, namenjene proizvodnji EPS in biorememdiaciji je preprosto pridobivati in nikjer nisem naletela na gensko preminjanje v smeri povečane proizvodnje EPS ali bolj robustnih sevov.

MBT seminarji 2017

2017-03-19T18:23:58Z

Ekoros:

'''Seznam seminarjev iz Molekularne biotehnologije v študijskem letu 2016/17'''

Na tej strani je seznam odobrenih člankov za seminar ter povezave do člankov in do povzetkov, ki jih morate objaviti najkasneje do ponedeljka do polnoči v tednu, ko imate seminar (v sredo). Angleški naslov prevedite tudi v slovenščino - to bo naslov povzetka, ki ga objavite na posebni strani, tako kot so to naredili kolegi pred vami (oz. predlani).

Način vnosa:

# The importance of ''Arabidopsis'' glutathione peroxidase 8 for protecting ''Arabidopsis'' plant and ''E. coli'' cells against oxidative stress (A. Gaber; GM Crops & Food 5(1), 2014; http://dx.doi.org/10.4161/gmcr.26979) Pomen glutation peroksidaze 8 iz repnjakovca za zaščito rastline ''Arabidopsis thaliana'' in bakterije ''Escherichia coli'' pred oksidativnim stresom. Janez Novak, 15. marca 2017
(slovenski naslov povežite z novo stranjo, na kateri bo povzetek)

'''Naslovi odobrenih člankov po temah:'''

'''Gensko spremenjene rastline''' (8. marec) 
# Synthesis of bacteriophage lytic proteins against ''Streptococcus pneumoniae'' in the chloroplast of ''Chlamydomonas reinhardtii'' (L. Stoffels ''et al''; Plant Biotechnol. J., 2017; http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.12703/epdf) [[Sinteza bakteriofagnih litičnih proteinov proti Streptococcus pneumoniae v kloroplastih alge Chlamydomonas reinhardtii]]. Eva Vidak, 8. marec 2017
# Bioengineering of the Plant Culture of ''Capsicum frutescens'' with Vanillin Synthase Gene for the Production of Vanillin (M. Jenn Yang Chee ''et al''; Molecular Biotechnology 59(1), 2017; http://link.springer.com/article/10.1007/s12033-016-9986-2) [[Bioinženiring rastlinske kulture Capsicum frutescens z genom za vanilin sintazo za pridobivanje vanilina]]. Mojca Juteršek, 8. marec 2017
# The production of human glucocerebrosidase in glyco-engineered ''Nicotiana benthamiana'' plants (Limkul, J. ''et al''; Plant Biotechnol J., 2016; http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.12529/full) [[Proizvodnja človeške glukocerebrozidaze v rastlini Nicotiana benthamiana s spremenjeno glikozilacijo]]. Vita Vidmar, 8. marec 2017

'''Gensko spremenjene živali''' (15. marec) 
# Evaluation of porcine stem cells competence for somatic cell nuclear transfer and production of cloned animals (J. O. Secher; Animal Reproduction Science, 2017;http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378432016304274) [[Določanje kompetence prašičjih matičnih celic za somatski jedrni prenos in kloniranje živali]]. Jerneja Kocutar, 15. marec 2017
# High-level expression of a novel recombinant human plasminogen activator (rhPA) in the milk of transgenic rabbits and its thrombolytic bioactivity ''in vitro'' (Song, S. ''et al''; Molecular Biology Reports ,2016; https://link-springer-com.nukweb.nuk.uni-lj.si/article/10.1007%2Fs11033-016-4020-0) [[Visoka stopnja izražanja rekombinantnega tkivnega aktivatorja plazminogena v mleku transgenskih zajcev in njegova trombolitična aktivnost in vitro]]. Tjaša Lapanja, 15. marec 2017
# Precision engineering for PRRSV resistance in pigs: Macrophages from genome edited pigs lacking CD163 SRCR5 domain are fully resistant to both PRRSV genotypes while maintaining biological function (C. Burcard ''et al''; PLOS Pathogens 13 (2) 2017; http://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1006206) [[Makrofagi iz gensko spremenjenih prašičev z delecijo domene CD163 SRCR5 odporni na okužbo s PRRSV]]. Urška Černe, 15. marec 2017

'''Okolje''' (22. marec) 
# Decorating outer membrane vesicles with organophosphorus hydrolase and cellulose binding domain for organophosphate pesticide degradation (S. Fu-Hsiang ''et al''; Chemical Engineering Journal, 2017; http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894716312815) Okrasitev veziklov zunanje membrane z organofosforno hidrolazo in celuloza vezavno domeno za razgradnjo organofosfatnih pesticidov. Nina Roštan, 22. marec 2017
# Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies (P. Gupta in B. Diwan; Biotechnology Reports, 2017; http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382) [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Odstranjevanje_te%C5%BEkih_kovin_s_pomo%C4%8Djo_bakterijskih_eksopolisaharidov:_biosinteza%2C_mehanizem_in_strategije_remediacije Odstranjevanje težkih kovin s pomočjo bakterijskih eksopolisaharidov: biosinteza, mehanizem in strategije remediacije]. Eva Korošec, 22. marec 2017
# Disulfide isomerase-like protein AtPDIL1–2 is a good candidate for trichlorophenol phytodetoxification (Peng, R.-H. in sod.; Sci. Rep. 7, 2017; http://www.nature.com/articles/srep40130#s1) [[Disulfid izomerazi podoben protein AtPDIL1-2 kot kandidat za fitodetoksifikacijo 2,4,6-triklorofenola]]. Ana Cirnski, 22. marca 2017

'''Terapevtski proteini''' (29. marec) 
# Production of functional human nerve growth factor from the saliva of transgenic mice by using salivary glands as bioreactors (F. Zeng in sodelavci; Scientific Reports 7(41270), 2017; http://www.nature.com/articles/srep41270) Proizvodnja humanega živčnega rastnega faktorja iz sline transgenskih miši z uporabo žlez slinavk kot bioreaktorjev. Neža Levičnik, 29. marca 2017
# Mechano growth factor-C24E, a potential promoting biochemical factor for ligament tissue engineering (Y. Song in sodelavci; Biochemical Engineering Journal 105(2016) 249-263,2016, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369703X15300681) Mechano rastni faktor-C24E, potencialni promovirajoči biokemijski faktor za inženirstvo tkiva ligamentov. Peter Prezelj, 29. marca 2017
#Domen Klofutar

'''Protitelesa kot terapevtiki''' (5. april) 
# Ema Guštin <3
# Jan Rozman
# Alja Zgonc

'''Diagnostiki''' (12. april) 
# Tjaša Košir
# Petra Vivod
# Marija Kisilak

'''Cepiva''' (19. april) 
#Tomaž Rozmarič
#Amadeja Lapornik
#Mojca Hunski

'''Antibiotiki in LMW učinkovine''' (26. april) 
#Vid Jazbec <3 <3
#Zala Gluhić
#Katja Malovrh

'''Male molekule in polimeri''' (3. maj) 
# Engineering of a microbial coculture of ''Escherichia coli'' strains for the biosynthesis of resveratrol (José M. Camacho-Zaragoza ''et al''; Microbal Cell factories 15(163), 2016; https://microbialcellfactories.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12934-016-0562-z) Inženiring mikrobne kokulture dveh sevov ''Escherichia coli'' za biosintezo resveratrola. Petra Tavčar,3. marec 2017
# Tim Božič
# Tajda Buh

'''Encimi''' (10. maj) 
# Nataša Traven
# Bine Tršavec
#

'''Pretvorba biomase''' (17. maj) 
# Inge Sotlar
# Anja Herceg
# The ''Podospora anserina'' lytic polysaccharide monooxygenase PaLPMO9H catalyzes oxidative cleavage of diverse plant cell wall matrix glycans (M. Fanuel ''et al''; Biotechnology for Biofuels, 2017; https://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-017-0749-5). Anja Tanšek, 17. maj 2017

'''Metabolno inženirstvo''' (24. maj) 
# Barbara Dušak
# Tjaša Grum
# Sara Kimm Fuhrmann

'''Biološki viri energije''' (31. maj) 
# Self-regulated 1-butanol production in ''Escherichia coli'' based on the endogenous fermentative control (RC. Wen, CR. Shen; Biotechnol Biofuels, 2016; http://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-016-0680-1) Samoregulirana proizvodnja 1-butanola v ''Escherichia coli'', ki temelji na endogeni kontroli fermentacije. Barbara Lipovšek, 31. maj 2017
# A Ferrocene-Based Conjugated Oligoelectrolyte Catalyzes Bacterial Electrode Respiration (N. D. Kirchhofer in sodelavci; Chem 2, 240-257, 2017; http://www.cell.com/chem/abstract/S2451-9294(17)30001-3). Konjugirani oligoelektrolit na osnovi ferocena katalizira bakterijsko elektrodno respiracijo. Matic Kovačič, 31. maj 2017
#

'''Novi pristopi v molekularni biotehnologiji''' (6. junij) 
# Matjaž Ivanuša
#
#

Nazaj na predmet [[Molekularna_biotehnologija]].

Odstranjevanje težkih kovin s pomočjo bakterijskih eksopolisaharidov: biosinteza, mehanizem in strategije remediacije

2017-03-19T18:23:02Z

Ekoros: New page: [http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies...

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X16301382 Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies]

2017-bionano-seminar

2017-03-15T20:45:21Z

Ekoros: /* Seznam seminarjev */

= Bionanotehnologija- seminar =
doc. dr. Gregor Gunčar, K2.022

== Seznam seminarjev ==
{| {{table}}
! Ime in priimek !! Datum predstavitve !! Tema seminarja
|-
! Peter Prezelj
| 22.03.17 || opis teme ali naslov
|-
! Boštjan Petrič
| 22.03.17 || Reverzibilno tiskanje s peptidnimi /proteinskimi pigmenti, kovalentno vezanimi na celulozo prek amidne vezi
|-
! Ema Guštin
| 22.03.17 || opis teme ali naslov
|-
! Tjaša Lapanja
| 29.03.17 || opis teme ali naslov
|-
! Maruša Prolič Kalinšek
| 29.03.17 || opis teme ali naslov
|-
! Domen Klofutar
| 29.03.17 || Novi načini prenosa informacij z izrabo kapacitet DNA: Prenos šifrirne in/ali steganografske DNA v ustni votlini preko naravno prisotnih gostiteljev Lactobacillus Casei in Veillonella Parvula
|-
! Simon Bolta
| 05.04.17 || Sinteza inzulina pri sladkornih bolnikih neposredno po povišanju krvnega sladkorja
|-
! Tomaž Rozmarič
| 05.04.17 || opis teme ali naslov
|-
! Urša Kapš
| 05.04.17 || opis teme ali naslov
|-
! Julija Mazej
| 12.04.17 || opis teme ali naslov
|-
! Nataša Žigante
| 12.04.17 || opis teme ali naslov
|-
! Anja Herceg
| 12.04.17 || opis teme ali naslov
|-
! Mirjam Kmetič
| 19.04.17 || Nanoprotistrup na osnovi nanodelcev, ki vsebujejo inhibitor varespladib
|-
! Mojca Kostanjevec
| 19.04.17 || Tarčno zdravljenje epitelijskih tumorjev (cepiva in si-RNA - EpCAM) z uporabo nanodiskov
|-
! Jan Rozman
| 19.04.17 || Sinteza nealergenega rekombinantnega kazeina za jedilno / biorazgradljivo embalažo
|-
! Barbara Dušak
| 03.05.17 || opis teme ali naslov
|-
! Mateja Cigoj
| 03.05.17 || Probiotik z dodatkom nanodelcev za zdravljenje celiakije. Uporaba probiotičnih bakterij, ki izločajo peptidaze za razgradnjo glutena do neimunogenih fragmentov, in nanodelcev, ki vsebujejo modificirane naravne glutenske peptide specifične za HLA-DQ2 receptorje na limfocitih T, ki zavrejo Th1 posredovan avtoimunski odziv na gluten.
|-
! Toni Nagode
| 03.05.17 || opis teme ali naslov
|-
! Tim Božič
| 10.05.17 || opis teme ali naslov
|-
! Darja Božič
| 10.05.17 || opis teme ali naslov
|-
! Petra Tavčar
| 10.05.17 || Odstranjevalec škodljivih E-jev in BPA iz kupljenih pijač na osnovi kovalentno pritrjenih protiteles in aptamerov
|-
! Marjeta Horvat
| 17.05.17 || FeO nanodelci za učinkovitejše odpravljanje zobnega kariesa
|-
! Danijela Jošić
| 17.05.17 || Gensko spremenjen Lactobacillus, ki izloča nanodelce z spermicidnim in protimikrobnim delovanjem za dolgotrajno zaščito pred zanositvijo in spolno prenosljivimi boleznimi.
|-
! Tina Kuhar
| 17.05.17 || Flaška za vodo z bionanosenzorjem za takojšnjo zaznavo kvalitete oziroma pitnosti nalite vode.
|-
! Nika Strašek
| 24.05.17 || Uporabniku dostopen diagnostični test za zaznavo okužbe s boreliozo in klopnim meningitisom
|-
! Eva Vidak
| 24.05.17 || Biosenzor za CO na osnovi transkripcijskega faktorja CooA iz bakterije ''Rhodospirillum rubrum''
|-
! Alja Zgonc
| 24.05.17 || Senzor za zaznavanje miRNA v urinu za diagnozo nevrodegenerativnih bolezni
|-
! Zala Gluhić
| 31.05.17 || Varnejše uživanje alkohola z uporabo odorant-binding proteina LUSH.
|-
! Judita Avbelj
| 31.05.17 || Nanonaprava iz bioloških delov, ki z absorbcijo in razgradnjo delcev iz zraka preprečuje različne alergijske reakcije.
|-
! Vid Jazbec
| 31.05.17 || Gensko spremenjene čebele odporne na insekticide.
|-
! Vita Vidmar
| 07.06.17 || 'Hot start' transglutaminaza za popravljanje razcepljenih lasnih konic
|-
! Luka Kavčič
| 07.06.17 || opis teme ali naslov
|-
! Mojca Juteršek
| 07.06.17 || opis teme ali naslov
|-
! Bojana Lazović
| 07.06.17 || opis teme ali naslov
|-
! Eva Korošec
| 07.06.17 || Tattoo biosenzor za raven alkohola v krvi na osnovi alkohol oksidaze, povezan s pametnim telefonom, računalnikom ali avtomobilskimi ključi.
|-
! Tajda Buh
| 07.06.17 || opis teme ali naslov
|}

== Gradivo za predavanja ==
Gradivo za predavanja najdete v [http://ucilnica.fkkt.uni-lj.si/ spletni učilnici].

==Naloga==
'''Vaša naloga je: '''
Študent pripravi projektno nalogo iz področja Bionanotehnologije. Najpomembnejša je originalna ideja za nek izvedljiv projekt.
Predlagana struktura:
* Uvod
* Predstavitev problema, znanstvena izhodišča, cilji
* Izvedba projekta, metodologija, tehnike, materiali, vprašanja, hipoteze
* Literatura

Za pripravo seminarja velja naslednje: 
* Prva stran seminarja naj vsebuje naslov projekta, avtorje, povzetek (od 130 do 160 besed) in grafični povzetek (čez približno pol strani)
* Seminar pripravite v obliki seminarske naloge (pisava 12, enojni razmak, 2,5 cm robovi). Obseg seminarja naj bo od 2000 do 2500 besed (vključno z literaturo). Seminarska naloga mora vsebovati najmanj tri slike. Slika mora imeti legendo in v besedilu mora biti na ustreznem mestu sklic na sliko. 
* Seminar oddajte do datuma oddaje, ki je naveden v tabeli v elektronski obliki z uporabo [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/ tega obrazca].
* Vsi seminarji so v elektronski obliki dostopni [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/bioseminar/ tukaj].
* Ustna predstavitev sledi na dan, ki je vpisan v tabeli. Za predstavitev je na voljo 25 minut. Recenzenti morajo biti na predstavitvi prisotni.
* Predstavitvi sledi razprava. Recenzenti podajo pripombe k projektu in postavijo po dve vprašanji.
* Na dan predstavitve morate docentu še pred predstavitvijo oddati končno verzijo seminarja v enem izvodu, elektronsko verzijo seminarja in predstavitev pa oddati na strežnik en dan pred predstavitvijo do polnoči.

==Imena datotek==
Prosim vas, da vse datoteke poimenujete po naslednjem receptu:
* 19_nano_Priimek1_Priimek2.doc(x) za seminar, npr. 19_nano_Craik_Venter.docx
* 19_nano_Priimek1_Priimek2.ppt(x) za prezentacijo, npr. 19_nano_Craik_Venter.pptx

==Ocenjevanje seminarjev==
Recenzenti ocenijo seminar tako, da izpolnijo [https://docs.google.com/forms/d/1WdCXoXo1zkRrVlLKIcEV1z_MyhavU-3ERBm9n2oiawI/viewform recenzentsko poročilo] na spletu. Recenzentsko poročilo morate oddati najkasneje do predstavitve seminarja.

== Mnenje o predstavitvi ==
Vsak posameznik '''mora''' oceniti seminar, tako da odda svoje [https://docs.google.com/forms/d/1ToLPn78T9W3G6Hm5hV0mLseFYghiLQMlRPGb0J5zft8/viewform mnenje] najkasneje v sedmih dneh po predstavitvi. Kdor na seminarju ni bil prisoten, mnenja '''ne sme''' oddati.
Na [http://bit.ly/bntmnenja tej strani] lahko preverite, če ste svoje mnenje za določen seminar že oddali in če je bil oddan pravočasno.

==Urejanje spletnih strani na wikiju==
Wiki so razvili zato, da lahko spletne vsebine ureja vsakdo. Ukazi so preprosti, dokler si ne zamislite česa prav posebnega. Vseeno pa je Word v primerjavi z wikijem pravo čudežno orodje... Če imate težave z oblikovanjem besedila, si preberite poglavje o urejanju wiki-strani na Wikipediji ([http://en.wikipedia.org/wiki/Help:Editing tule] v angleščini in [http://sl.wikipedia.org/wiki/Wikipedija:Urejanje_strani tu] v slovenščini). Pomaga tudi, če pogledate, kako je zapisana kakšna stran, ki se vam zdi v redu: kliknite na zavihek 'Uredite stran' in si poglejte, kako so vpisane povezave, kako nov odstavek in podobno. ''Na koncu seveda pod oknom za urejanje kliknite na 'Prekliči'.''

==Citiranje virov==
Citiranje je možno po več shemah, važno je, da se držite ene same. V seminarskih nalogah in diplomskih nalogah FKKT uprabljajte shemo citiranja, ki je pobarvana zeleno.
Temeljno načelo je, da je treba vir navesti na tak način, da ga je mogoče nedvoumno poiskati.
Za citate v naravoslovju je najpogostejše citiranje po pravilniku ISO 690. [http://www.zveza-zotks.si/gzm/dokumenti/literatura.html Pravila], ki upoštevajo omenjeni standard, so pripravili pri ZTKS. Sicer pa ima vsaka revija lahko svoj način citiranja, ki ga je treba pri pisanju članka upoštevati. 
'''Citiranje knjig:''' 
Priimek, I. ''Naslov''. Kraj: Založba, letnica. 
Priimek, I. ''Naslov: podnaslov''. Izdaja. Kraj: Založba, letnica. Zbirka, številka. ISBN. 

Boyer, R. ''Temelji biokemije''. Ljubljana: Študentska založba, 2005. 
Glick BR in Pasternak JJ. ''Molecular biotechnology: principles and applications of recombinant DNA''. 3. izdaja. Washington: ASM Press, 2003. ISBN 1-55581-269-4. 
Če so avtorji trije, je beseda in med drugim in tretjim avtorjem. Če so avtorji več kot trije, napišemo samo prvega in dopišemo ''et al''. (in drugi, po latinsko). Vse, kar je latinsko, pišemo poševno (npr. tudi imena rastlin in živali, pojme ''in vivo'', ''in vitro'' ipd.).

'''Citiranje člankov:''' 
Priimek, I. Naslov. ''Naslov revije'', letnica, letnik, številka, strani. 
Lartigue, C., Glass, J. I., Alperovich, N., Pieper, R., Parmar, P. P., Hutchison III, C. A., Smith, H. O. in Venter, J. C.
Genome transplantation in bacteria: changing one species to another. ''Science'', 2007, 317, str. 632-638.

Alternativni način citiranja (predvsem v družboslovju) je po pravilih APA, kjer članke citirajo takole: 
Priimek, I. (letnica, številka). Naslov. Naslov revije, strani. 
Lartigue C. ''et al.'' (2007, 317) Genome transplantation in bacteria: changing one species to another. ''Science'', 632-638.

Revija Science uporablja skrajšani zapis: 
C. Lartigue ''et al''. Science 317, 632 (2007) 

V diplomah na FKKT je treba navesti vire tako, da izpišete tudi naslov citiranega dela in strani od-do (ne samo začetne). Navesti morate tudi vse avtorje dela, razen v primeru, ko jih je 10 ali več. Takrat navedite le prvih devet, za ostale pa uporabite okrajšavo in sod. (in sodelavci). Pred zadnjim avtorjem naj bo vedno besedica "in".

'''Citiranje spletnih virov:''' 
Priimek, I. ''Naslov dokumenta''. Izdaja. Kraj: Založnik, letnica. Datum zadnjega popravljanja. [Datum citiranja.] spletni naslov 
strangeguitars. ''On the brink of artificial life''. 6. 10. 2007. [citirano 13. 11. 2007] http://www.metafilter.com/65331/On-the-brink-of-artificial-life 
Navedemo čim več podatkov; pogosto vseh iz pravila ne boste našli.

2017-bionano-seminar

2017-03-14T19:34:05Z

Ekoros: /* Seznam seminarjev */

= Bionanotehnologija- seminar =
doc. dr. Gregor Gunčar, K2.022

== Seznam seminarjev ==
{| {{table}}
! Ime in priimek !! Datum predstavitve
|-
| Peter Prezelj || 22.03.17
|-
| Boštjan Petrič || 22.03.17
|-
| Anja Herceg || 22.03.17
|-
| Tjaša Lapanja || 29.03.17
|-
| Maruša Prolič Kalinšek || 29.03.17
|-
| Domen Klofutar || 29.03.17
|-
| Simon Bolta || 05.04.17
|-
| Tomaž Rozmarič || 05.04.17
|-
| Urša Kapš || 05.04.17
|-
| Julija Mazej || 12.04.17
|-
| Nataša Žigante || 12.04.17
|-
| Ema Guštin || 12.04.17
|-
| Mirjam Kmetič || 19.04.17
|-
| Mojca Kostanjevec || 19.04.17
|-
| Jan Rozman || 19.04.17
|-
| Barbara Dušak || 03.05.17
|-
| Mateja Cigoj || 03.05.17
|-
| Toni Nagode || 03.05.17
|-
| Tim Božič || 10.05.17
|-
| Darja Božič || 10.05.17
|-
| Petra Tavčar || 10.05.17
|-
| Marjeta Horvat || 17.05.17
|-
| Danijela Jošić || 17.05.17
|-
| Tina Kuhar || 17.05.17
|-
| Nika Strašek || 24.05.17
|-
| Eva Vidak || 24.05.17
|-
| Alja Zgonc || 24.05.17
|-
| Zala Gluhić || 31.05.17
|-
| Judita Avbelj || 31.05.17
|-
| Vid Jazbec || 31.05.17
|-
| Vita Vidmar || 07.06.17
|-
| Luka Kavčič || 07.06.17
|-
| Mojca Juteršek || 07.06.17
|-
| Bojana Lazović || 07.06.17
|-
| Eva Korošec || 07.06.17
|-
| Tajda Buh || 07.06.17
|}

== Gradivo za predavanja ==
Gradivo za predavanja najdete v [http://ucilnica.fkkt.uni-lj.si/ spletni učilnici].

==Naloga==
'''Vaša naloga je: '''
Študent pripravi projektno nalogo iz področja Bionanotehnologije. Najpomembnejša je originalna ideja za nek izvedljiv projekt.
Predlagana struktura:
* Uvod
* Predstavitev problema, znanstvena izhodišča, cilji
* Izvedba projekta, metodologija, tehnike, materiali, vprašanja, hipoteze
* Literatura

Za pripravo seminarja velja naslednje: 
* Prva stran seminarja naj vsebuje naslov projekta, avtorje, povzetek (od 130 do 160 besed) in grafični povzetek (čez približno pol strani)
* Seminar pripravite v obliki seminarske naloge (pisava 12, enojni razmak, 2,5 cm robovi). Obseg seminarja naj bo od 2000 do 2500 besed (vključno z literaturo). Seminarska naloga mora vsebovati najmanj tri slike. Slika mora imeti legendo in v besedilu mora biti na ustreznem mestu sklic na sliko. 
* Seminar oddajte do datuma oddaje, ki je naveden v tabeli v elektronski obliki z uporabo [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/ tega obrazca].
* Vsi seminarji so v elektronski obliki dostopni [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/bioseminar/ tukaj].
* Ustna predstavitev sledi na dan, ki je vpisan v tabeli. Za predstavitev je na voljo 25 minut. Recenzenti morajo biti na predstavitvi prisotni.
* Predstavitvi sledi razprava. Recenzenti podajo pripombe k projektu in postavijo po dve vprašanji.
* Na dan predstavitve morate docentu še pred predstavitvijo oddati končno verzijo seminarja v enem izvodu, elektronsko verzijo seminarja in predstavitev pa oddati na strežnik en dan pred predstavitvijo do polnoči.

==Imena datotek==
Prosim vas, da vse datoteke poimenujete po naslednjem receptu:
* 19_nano_Priimek1_Priimek2.doc(x) za seminar, npr. 19_nano_Craik_Venter.docx
* 19_nano_Priimek1_Priimek2.ppt(x) za prezentacijo, npr. 19_nano_Craik_Venter.pptx

==Ocenjevanje seminarjev==
Recenzenti ocenijo seminar tako, da izpolnijo [https://docs.google.com/forms/d/1WdCXoXo1zkRrVlLKIcEV1z_MyhavU-3ERBm9n2oiawI/viewform recenzentsko poročilo] na spletu. Recenzentsko poročilo morate oddati najkasneje do predstavitve seminarja.

== Mnenje o predstavitvi ==
Vsak posameznik '''mora''' oceniti seminar, tako da odda svoje [https://docs.google.com/forms/d/1ToLPn78T9W3G6Hm5hV0mLseFYghiLQMlRPGb0J5zft8/viewform mnenje] najkasneje v sedmih dneh po predstavitvi. Kdor na seminarju ni bil prisoten, mnenja '''ne sme''' oddati.
Na [http://bit.ly/bntmnenja tej strani] lahko preverite, če ste svoje mnenje za določen seminar že oddali in če je bil oddan pravočasno.

==Urejanje spletnih strani na wikiju==
Wiki so razvili zato, da lahko spletne vsebine ureja vsakdo. Ukazi so preprosti, dokler si ne zamislite česa prav posebnega. Vseeno pa je Word v primerjavi z wikijem pravo čudežno orodje... Če imate težave z oblikovanjem besedila, si preberite poglavje o urejanju wiki-strani na Wikipediji ([http://en.wikipedia.org/wiki/Help:Editing tule] v angleščini in [http://sl.wikipedia.org/wiki/Wikipedija:Urejanje_strani tu] v slovenščini). Pomaga tudi, če pogledate, kako je zapisana kakšna stran, ki se vam zdi v redu: kliknite na zavihek 'Uredite stran' in si poglejte, kako so vpisane povezave, kako nov odstavek in podobno. ''Na koncu seveda pod oknom za urejanje kliknite na 'Prekliči'.''

==Citiranje virov==
Citiranje je možno po več shemah, važno je, da se držite ene same. V seminarskih nalogah in diplomskih nalogah FKKT uprabljajte shemo citiranja, ki je pobarvana zeleno.
Temeljno načelo je, da je treba vir navesti na tak način, da ga je mogoče nedvoumno poiskati.
Za citate v naravoslovju je najpogostejše citiranje po pravilniku ISO 690. [http://www.zveza-zotks.si/gzm/dokumenti/literatura.html Pravila], ki upoštevajo omenjeni standard, so pripravili pri ZTKS. Sicer pa ima vsaka revija lahko svoj način citiranja, ki ga je treba pri pisanju članka upoštevati. 
'''Citiranje knjig:''' 
Priimek, I. ''Naslov''. Kraj: Založba, letnica. 
Priimek, I. ''Naslov: podnaslov''. Izdaja. Kraj: Založba, letnica. Zbirka, številka. ISBN. 

Boyer, R. ''Temelji biokemije''. Ljubljana: Študentska založba, 2005. 
Glick BR in Pasternak JJ. ''Molecular biotechnology: principles and applications of recombinant DNA''. 3. izdaja. Washington: ASM Press, 2003. ISBN 1-55581-269-4. 
Če so avtorji trije, je beseda in med drugim in tretjim avtorjem. Če so avtorji več kot trije, napišemo samo prvega in dopišemo ''et al''. (in drugi, po latinsko). Vse, kar je latinsko, pišemo poševno (npr. tudi imena rastlin in živali, pojme ''in vivo'', ''in vitro'' ipd.).

'''Citiranje člankov:''' 
Priimek, I. Naslov. ''Naslov revije'', letnica, letnik, številka, strani. 
Lartigue, C., Glass, J. I., Alperovich, N., Pieper, R., Parmar, P. P., Hutchison III, C. A., Smith, H. O. in Venter, J. C.
Genome transplantation in bacteria: changing one species to another. ''Science'', 2007, 317, str. 632-638.

Alternativni način citiranja (predvsem v družboslovju) je po pravilih APA, kjer članke citirajo takole: 
Priimek, I. (letnica, številka). Naslov. Naslov revije, strani. 
Lartigue C. ''et al.'' (2007, 317) Genome transplantation in bacteria: changing one species to another. ''Science'', 632-638.

Revija Science uporablja skrajšani zapis: 
C. Lartigue ''et al''. Science 317, 632 (2007) 

V diplomah na FKKT je treba navesti vire tako, da izpišete tudi naslov citiranega dela in strani od-do (ne samo začetne). Navesti morate tudi vse avtorje dela, razen v primeru, ko jih je 10 ali več. Takrat navedite le prvih devet, za ostale pa uporabite okrajšavo in sod. (in sodelavci). Pred zadnjim avtorjem naj bo vedno besedica "in".

'''Citiranje spletnih virov:''' 
Priimek, I. ''Naslov dokumenta''. Izdaja. Kraj: Založnik, letnica. Datum zadnjega popravljanja. [Datum citiranja.] spletni naslov 
strangeguitars. ''On the brink of artificial life''. 6. 10. 2007. [citirano 13. 11. 2007] http://www.metafilter.com/65331/On-the-brink-of-artificial-life 
Navedemo čim več podatkov; pogosto vseh iz pravila ne boste našli.

2017-bionano-seminar

2017-03-14T19:31:24Z

Ekoros: /* Seznam seminarjev */

= Bionanotehnologija- seminar =
doc. dr. Gregor Gunčar, K2.022

== Seznam seminarjev ==
{| {{table}}
! Ime in priimek !! Datum predstavitve
|-
| Peter Prezelj || 22.03.17
|-
| Boštjan Petrič || 22.03.17
|-
| Anja Herceg || 22.03.17
|-
| Tjaša Lapanja || 29.03.17
|-
| Maruša Prolič Kalinšek || 29.03.17
|-
| Domen Klofutar || 29.03.17
|-
| Simon Bolta || 05.04.17
|-
| Tomaž Rozmarič || 05.04.17
|-
| Urša Kapš || 05.04.17
|-
| Julija Mazej || 12.04.17
|-
| Nataša Žigante || 12.04.17
|-
| Ema Guštin || 12.04.17
|-
| Mirjam Kmetič || 19.04.17
|-
| Mojca Kostanjevec || 19.04.17
|-
| Jan Rozman || 19.04.17
|-
| Barbara Dušak || 03.05.17
|-
| Mateja Cigoj || 03.05.17
|-
| Toni Nagode || 03.05.17
|-
| Tim Božič || 10.05.17
|-
| Darja Božič || 10.05.17
|-
| Petra Tavčar || 10.05.17
|-
| Marjeta Horvat || 17.05.17
|-
| Danijela Jošić || 17.05.17
|-
| Tina Kuhar || 17.05.17
|-
| Nika Strašek || 24.05.17
|-
| Eva Vidak || 24.05.17
|-
| Alja Zgonc || 24.05.17
|-
| Zala Gluhić || 31.05.17
|-
| Judita Avbelj || 31.05.17
|-
| Vid Jazbec || 31.05.17
|-
| Vita Vidmar || 07.06.17
|-
| Luka Kavčič || 07.06.17
|-
| Mojca Juteršek || 07.06.17
|-
| Bojana Lazović || 07.06.17
|-
| Eva Korošec || 07.06.17 Vodoodporen papir za strastne bralce, pomembne dokumente in denar.
|-
| Tajda Buh || 07.06.17
|}

== Gradivo za predavanja ==
Gradivo za predavanja najdete v [http://ucilnica.fkkt.uni-lj.si/ spletni učilnici].

==Naloga==
'''Vaša naloga je: '''
Študent pripravi projektno nalogo iz področja Bionanotehnologije. Najpomembnejša je originalna ideja za nek izvedljiv projekt.
Predlagana struktura:
* Uvod
* Predstavitev problema, znanstvena izhodišča, cilji
* Izvedba projekta, metodologija, tehnike, materiali, vprašanja, hipoteze
* Literatura

Za pripravo seminarja velja naslednje: 
* Prva stran seminarja naj vsebuje naslov projekta, avtorje, povzetek (od 130 do 160 besed) in grafični povzetek (čez približno pol strani)
* Seminar pripravite v obliki seminarske naloge (pisava 12, enojni razmak, 2,5 cm robovi). Obseg seminarja naj bo od 2000 do 2500 besed (vključno z literaturo). Seminarska naloga mora vsebovati najmanj tri slike. Slika mora imeti legendo in v besedilu mora biti na ustreznem mestu sklic na sliko. 
* Seminar oddajte do datuma oddaje, ki je naveden v tabeli v elektronski obliki z uporabo [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/ tega obrazca].
* Vsi seminarji so v elektronski obliki dostopni [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/bioseminar/ tukaj].
* Ustna predstavitev sledi na dan, ki je vpisan v tabeli. Za predstavitev je na voljo 25 minut. Recenzenti morajo biti na predstavitvi prisotni.
* Predstavitvi sledi razprava. Recenzenti podajo pripombe k projektu in postavijo po dve vprašanji.
* Na dan predstavitve morate docentu še pred predstavitvijo oddati končno verzijo seminarja v enem izvodu, elektronsko verzijo seminarja in predstavitev pa oddati na strežnik en dan pred predstavitvijo do polnoči.

==Imena datotek==
Prosim vas, da vse datoteke poimenujete po naslednjem receptu:
* 19_nano_Priimek1_Priimek2.doc(x) za seminar, npr. 19_nano_Craik_Venter.docx
* 19_nano_Priimek1_Priimek2.ppt(x) za prezentacijo, npr. 19_nano_Craik_Venter.pptx

==Ocenjevanje seminarjev==
Recenzenti ocenijo seminar tako, da izpolnijo [https://docs.google.com/forms/d/1WdCXoXo1zkRrVlLKIcEV1z_MyhavU-3ERBm9n2oiawI/viewform recenzentsko poročilo] na spletu. Recenzentsko poročilo morate oddati najkasneje do predstavitve seminarja.

== Mnenje o predstavitvi ==
Vsak posameznik '''mora''' oceniti seminar, tako da odda svoje [https://docs.google.com/forms/d/1ToLPn78T9W3G6Hm5hV0mLseFYghiLQMlRPGb0J5zft8/viewform mnenje] najkasneje v sedmih dneh po predstavitvi. Kdor na seminarju ni bil prisoten, mnenja '''ne sme''' oddati.
Na [http://bit.ly/bntmnenja tej strani] lahko preverite, če ste svoje mnenje za določen seminar že oddali in če je bil oddan pravočasno.

==Urejanje spletnih strani na wikiju==
Wiki so razvili zato, da lahko spletne vsebine ureja vsakdo. Ukazi so preprosti, dokler si ne zamislite česa prav posebnega. Vseeno pa je Word v primerjavi z wikijem pravo čudežno orodje... Če imate težave z oblikovanjem besedila, si preberite poglavje o urejanju wiki-strani na Wikipediji ([http://en.wikipedia.org/wiki/Help:Editing tule] v angleščini in [http://sl.wikipedia.org/wiki/Wikipedija:Urejanje_strani tu] v slovenščini). Pomaga tudi, če pogledate, kako je zapisana kakšna stran, ki se vam zdi v redu: kliknite na zavihek 'Uredite stran' in si poglejte, kako so vpisane povezave, kako nov odstavek in podobno. ''Na koncu seveda pod oknom za urejanje kliknite na 'Prekliči'.''

==Citiranje virov==
Citiranje je možno po več shemah, važno je, da se držite ene same. V seminarskih nalogah in diplomskih nalogah FKKT uprabljajte shemo citiranja, ki je pobarvana zeleno.
Temeljno načelo je, da je treba vir navesti na tak način, da ga je mogoče nedvoumno poiskati.
Za citate v naravoslovju je najpogostejše citiranje po pravilniku ISO 690. [http://www.zveza-zotks.si/gzm/dokumenti/literatura.html Pravila], ki upoštevajo omenjeni standard, so pripravili pri ZTKS. Sicer pa ima vsaka revija lahko svoj način citiranja, ki ga je treba pri pisanju članka upoštevati. 
'''Citiranje knjig:''' 
Priimek, I. ''Naslov''. Kraj: Založba, letnica. 
Priimek, I. ''Naslov: podnaslov''. Izdaja. Kraj: Založba, letnica. Zbirka, številka. ISBN. 

Boyer, R. ''Temelji biokemije''. Ljubljana: Študentska založba, 2005. 
Glick BR in Pasternak JJ. ''Molecular biotechnology: principles and applications of recombinant DNA''. 3. izdaja. Washington: ASM Press, 2003. ISBN 1-55581-269-4. 
Če so avtorji trije, je beseda in med drugim in tretjim avtorjem. Če so avtorji več kot trije, napišemo samo prvega in dopišemo ''et al''. (in drugi, po latinsko). Vse, kar je latinsko, pišemo poševno (npr. tudi imena rastlin in živali, pojme ''in vivo'', ''in vitro'' ipd.).

'''Citiranje člankov:''' 
Priimek, I. Naslov. ''Naslov revije'', letnica, letnik, številka, strani. 
Lartigue, C., Glass, J. I., Alperovich, N., Pieper, R., Parmar, P. P., Hutchison III, C. A., Smith, H. O. in Venter, J. C.
Genome transplantation in bacteria: changing one species to another. ''Science'', 2007, 317, str. 632-638.

Alternativni način citiranja (predvsem v družboslovju) je po pravilih APA, kjer članke citirajo takole: 
Priimek, I. (letnica, številka). Naslov. Naslov revije, strani. 
Lartigue C. ''et al.'' (2007, 317) Genome transplantation in bacteria: changing one species to another. ''Science'', 632-638.

Revija Science uporablja skrajšani zapis: 
C. Lartigue ''et al''. Science 317, 632 (2007) 

V diplomah na FKKT je treba navesti vire tako, da izpišete tudi naslov citiranega dela in strani od-do (ne samo začetne). Navesti morate tudi vse avtorje dela, razen v primeru, ko jih je 10 ali več. Takrat navedite le prvih devet, za ostale pa uporabite okrajšavo in sod. (in sodelavci). Pred zadnjim avtorjem naj bo vedno besedica "in".

'''Citiranje spletnih virov:''' 
Priimek, I. ''Naslov dokumenta''. Izdaja. Kraj: Založnik, letnica. Datum zadnjega popravljanja. [Datum citiranja.] spletni naslov 
strangeguitars. ''On the brink of artificial life''. 6. 10. 2007. [citirano 13. 11. 2007] http://www.metafilter.com/65331/On-the-brink-of-artificial-life 
Navedemo čim več podatkov; pogosto vseh iz pravila ne boste našli.

MBT seminarji 2017

2017-02-28T21:14:25Z

Ekoros:

MBT seminarji 2017

2017-02-28T21:13:59Z

Ekoros:

Emergentne lastnosti zmanjšanega genoma E. coli

2017-01-10T10:16:35Z

Ekoros: /* 3.1 Težave */

[http://web.mit.edu/kdrinkwa/Public/sbwg/sbwg-papers/posfai_reducedecoli.pdf Emergent Properties of Reduced-Genome ''Escherichia coli'']

Skupina raziskovalcev iz Evrope in ZDA je s pomočjo sintezne biologije zmanjšala genom ''Escherichie coli'' K-12 z uporabo natančnih načrtovanih delecij. Pripravili so več sevov z multiplimi delecijskimi mesti (ang. multiple deletion sites - MDS) in nekateri od njih so imeli genom zmanjšan tudi do 15%. Določili so neesencialne gene in zaporedja za eliminacijo, kljub temu pa so ohranili dobre profile rasti ter proizvodnje proteinov. Zmanjšanje genoma je vodilo tudi do nekaterih nepredvidenih izboljšav, npr. do povečane učinkovitosti elektroporacije ter večjo stabilnost rekombinantnih genov in plazmidov, ki so bili v drugih sevih nestabilni. Za stabilizacijo sevov z MDS so odstranili zaporedja za transpozicijo.
==1 Uvod==

===1.1 Zasnova===

''Escherichia coli'' je eden najbolje analiziranih in razumljenih organizmov na svetu in je posledično prva izbira za genetske, biokemijske in metabolne raziskave. Komercialno se najpogosteje uporablja za pridobivanje metabolitov kot so aminokisline in proteini za terapevtsko ali komercialno rabo. Vse pogosteje se uporablja tudi za pridobivanje DNA za gensko terapijo, DNA vakcin in interferenčne RNA. ''E. coli'' se v naravi nahaja v prebavilih živali. Skupina je zato predvidevala, da je nekaj delov njenega genoma, ki omogoča življenje v takem okolju, nepotrebnih za določene aplikacije; morda celo nezaželenih. Namen je bil ustvariti gensko stabilen genom, kot nekakšen prazen list, ki bi mu lahko druge skupine nato poljubno dodajali izbrane gene.
Redukcija genoma lahko izboljša metabolno učinkovitost in zmanjša število odvečnih genov npr. mobilnih DNA elementov, ki vplivajo na rekombinacijo preko transpozicije in horizontalnega prenosa genov. Mednje spadajo insercijske sekvence (IS), transpozaze, intergraze, defektni fagi in druge. Mnoga zaporedja omogočajo preoblikovanje genoma brez transpozaz. Ker so želeli pridobiti stabilen genom, so morali ta zaporedja odstraniti.

===1.2 Zakaj bi reducirali genom?===

Odstranitev nekaterih notranjih struktur, kot so fimbrije, bi omogočilo boljši dostop DNA k polarizirani membrani. Odstranitev neznane deoksiribonukleaze ali restrikcijskega sistema ali sistema privzema DNA bi lahko znatno spremenila hitrost transformacije. Odsotnost mnogih membranskih proteinov in regulatornih faktorjev ter flagelarnih struktur bi spremenila sestavo membrane in morda zmanjšala občutljivost na polarizacijo. Po drugi strani bi odsotnost nekaterih signalnih poti in regulatornih vezij pomenilo zmanjšano metabolno breme za bakterijo in povečano produkcijo želenega rekombinantnega proteina. Obnašanje sistema z zmanjšanim genomom je bolj preprosto opisati z računalniškimi modeli in bolj natančno lahko predvidimo spremembe ali odzive glede na spreminjanje parametrov. Odstranjevanje insercijskih sekvenc (IS) zmanjša število mutacij. Bakterije z zmanjšanimi genomi bi naj bile bolj robustne in odpornejše na stres, kar pride posebej prav v biotehnoloških aplikacijah. Vendar pa imajo ''E. coli'' sevi z zmanjšanimi genomi slabšo sposobnost ohranjanja tuje DNA.

==2 Delecije==

===2.1 Določanje genov za odstranitev===

Skupina je morala odstraniti točno določene gene, da spremembe ne bi vplivale na rast in razmnoževanje celic. Uporabili so serijo primerjav genomskih zaporedij, da bi določili tista, ki so prisotna v K-12 sevu, ne pa tudi drugih sevih ''E. coli''. Analiza je pokazala skoraj 100 možnih delov genoma za delecije, ki so obsegali približno 20% celotne velikosti genoma. Najprej je skupina odstranila velike otoke z IS in posamezne gene z elementi IS. Nato so se lotili še odstranjevanja drugih neesencialnih genov, ki so jih predhodno določili. Ustvarili so seve z multiplimi delecijskimi mesti (ang. multiple deletion sites - MDS)

===2.2 Metode delecije===

Delecije so temeljile na sistemu rekombinacije, posredovane z bakteriofagom lambda red. To je sistem, ki se pogosto uporablja za tarčno preurejanje genoma ''E. coli'', katerega delovanje še danes ni popolnoma pojasnjeno. Temelji na popravljanju dvojnega preloma DNA s homologno rekombinacijo. Najprej so na sevu ''MDS12'' opravili t.i. »delecije brez brazgotin«, kjer so poleg tarčnega dela zaporedja odstranili tudi markerje, uporabljene v konstrukciji. Nato so testirali robustnost sevov v minimalnem mediju. Delecije so nato postopoma združili v en sev. Na tak način so se izognili kopičenju točkovnih mutacij. Mesta delecij so potrdili s pomočjo hibridizacije na DNA mikromrežo.

==3 Rezultati==

Sevi z reduciranim genomom so rasli z zelo podobnimi hitrostmi kot starševski sev. Opazili so, da je elektroporacija pri MDS sevih uspešnejša kot pri kontrolnem sevu. Uspešnost je bila pri sevu ''MDS42'' za dve velikostni stopnji višja od starševskega seva in primerljiva s sevom ''DH10B'', ki velja za najuspešnejšega pri elektroporaciji.

V različnih bioprocesih z dohranjevanjem so MDS sevi rasli do visokih gostot. Izražanje rekombinantnih proteinov so testirali z modelnim proteinom kloramfenikol acetiltransferazo. Izražanje je bilo primerljivo starševskemu sevu. Uspešno so izrazili tudi metil transferazo. Tako so dokazali, da so ti sevi primerni tudi za pridobivanje rekombinantnih proteinov v večjem merilu.

===3.1 Težave===

Sev ''MDS39'' so načrtovali tako, da so odstranili vse IS. Pregledali so ga s hibridizacijo na DNA mikromreže, ki so vsebovale IS elemente, fage in plazmide, ki jih ni v K-12. Ugotovili so, da se je pet kopij IS preneslo na nove lokacije. V kasnejših sevih so jih sicer odstranili s specifičnimi delecijami. Transpozicije IS je med eksperimentalnim procesom težko slediti. Skupina je ugotovila, da se IS v zmanjšan genom pogosto prenesejo iz plazmidne DNA.

Za dokaz, da so MDS sevi brez mutacij, ki jih inducirajo IS, so raziskali, ali bakterije lahko rastejo na salicinu kot edinem viru ogljika. Za metabolizem salicina je potreben aktiven ''bgl'' operon (beta-glukozidni operon), kar se večinoma zgodi z insercijo IS v promotorsko regijo. Celice so kultivirali na minimalnem gojišču s salicinom kot edinim virom ogljika. Adaptacijske mutacije so zaznali pri manj kot 8% bakterij v eksperimentu. S ciklično reakcijo s polimerazo (PCR) so potrdili, da v sevih niso prisotne mutacije, odvisne od IS, ter da je število ostalih mutacij med primerjanimi sevi zelo podobno.

Čemu sploh služijo IS sekvence? Tuji geni se v ''E. coli'' pogosto ne obdržijo. Avtorji trdijo, da IS mutageneza zagotavlja zaščito pred izražanjem genov, ki se skozi evolucijo v nekaj generacijah izgubijo.

===3.2 Končni rezultat===

Ko je skupini uspelo razrešiti vse težave, so končali s več stabilnimi sevi, katerih genom so zmanjšali za največ 15,2% celotne velikosti genoma K-12, brez da bi poslabšali njihove fiziološke lastnosti. Po pričakovanjih so morali odstraniti vse transpozicijske elemente, niso pa predvideli povečane dovzetnosti za elektroporacijo ali povečane stabilnosti prej nestabilnih plazmidov.

==4 Pogled na reduciran genom danes==

Pristop minimalnega genoma želi določiti najmanjše število genetskih elementov, ki zadoščajo za sestavljanje prosto živečega celičnega organizma. Tak modelni organizem bi nam lahko pomagal razumeti prve žive organizme, ki so se pojavili na Zemlji, morda pa tudi razvoj najstarejših genomov ter razumevanje poteka zgodnje evolucije. Prvič so se zamisli o minimalnih genomih začele pojavljati okoli leta 2000, ko se je začelo število objavljenih genomov večati in so se začele razvijati tehnike anotacije, ter natančnejše tehnike za urejanje genomov. Vendar smo šele nedavno odkrili tehnike, za katere lahko trdimo, da so natančne in zelo zanesljive pri načrtovanem urejanju genoma. Nekaj virusnih in bakterijskih sintetičnih genomov je bilo že ustvarjenih. Bolje od ''E. coli'' se na zmanjšanje genoma odzovejo bakterije rodu ''Mycoplasma'' in lahko se zgodi, da bodo ''E. coli'' v nekaterih aplikacijah nadomestile. Vedno več se na tem področju raziskuje tudi ''Bacillus subtilis''.

Zakaj torej nad 440 citatov? Ta eksperiment je služil kot temelj za večino nadaljnjih raziskav obsežnejših delecij, zmanjševanja genoma, proizvodnji umetnih kromosomov in sintetičnih genomov. Še v letu 2016 je bil citiran šestnajstkrat.

==Zaključek==

Skupini je uspelo doseči zastavljeni cilj – ustvariti poenostavljene, vendar stabilne genome, brez da bi zmanjšali njihove fiziološke sposobnosti. Odstranili so mesta za insercijske sekvence, ki so odgovorna za večji del mutageneze. Nenačrtovano so z zmanjšanjem genoma dosegli tudi večjo dovzetnost za elektroporacijo. Sevi z zmanjšanim genomom omogočajo preprostejše načrtovanje sprememb in manipulacijo genoma. Praviloma so zmanjšani genomi bolj odporni na stres. Njihov cilj ni bil zmanjšati genom na minimalno velikost oz. narediti sintetični genom. Na teh področjih so se bolje odrezale mikoplazme in ''Bacillus subtilis''. Sevi z zmanjšanimi genomi (vendar ne sevi, ki jih je razvila ta skupina) se že uporabljajo v različnih bioprocesih in dajejo vzpodbudne rezultate. V prihodnosti nam bodo zmanjšani in minimalni genomi morda pomagali razumeti potek zgodnje evolucije ter razvoj življenja na Zemlji.

==Viri==

# [http://web.mit.edu/kdrinkwa/Public/sbwg/sbwg-papers/posfai_reducedecoli.pdf Posfai, G. et al. Emergent Properties of Reduced-Genome Echerichia coli. Science, 2006, 312, str. 1044-1048.]
# [http://www.ipef.br/melhoramento/genoma/pdfs/mushegian2000.pdf Mushegian, A. The minimal genome concept. Current Opinion in Genetics & Development, 2000, 9, str. 709-714.]
# [https://www.researchgate.net/publication/308393046_The_quest_for_the_minimal_bacterial_genome Martinez-Garcia, E. The quest for the minimal bacterial genome. Current Opinion in biotechnology, 2016, 42, str. 216-224.]
# [http://www.genetics.org/content/186/3/791 Mosberg, J.A., Lajoie, M. J., Church, G. M. Lambda Red Recombineering in Escherichia coli Occurs Through a Fully Single-Stranded Intermediate. Genetics, 2010, 186, str. 791-799.]

Emergentne lastnosti zmanjšanega genoma E. coli

2017-01-10T10:14:50Z

Ekoros: /* 2.2 Metode delecije */

[http://web.mit.edu/kdrinkwa/Public/sbwg/sbwg-papers/posfai_reducedecoli.pdf Emergent Properties of Reduced-Genome ''Escherichia coli'']

Skupina raziskovalcev iz Evrope in ZDA je s pomočjo sintezne biologije zmanjšala genom ''Escherichie coli'' K-12 z uporabo natančnih načrtovanih delecij. Pripravili so več sevov z multiplimi delecijskimi mesti (ang. multiple deletion sites - MDS) in nekateri od njih so imeli genom zmanjšan tudi do 15%. Določili so neesencialne gene in zaporedja za eliminacijo, kljub temu pa so ohranili dobre profile rasti ter proizvodnje proteinov. Zmanjšanje genoma je vodilo tudi do nekaterih nepredvidenih izboljšav, npr. do povečane učinkovitosti elektroporacije ter večjo stabilnost rekombinantnih genov in plazmidov, ki so bili v drugih sevih nestabilni. Za stabilizacijo sevov z MDS so odstranili zaporedja za transpozicijo.
==1 Uvod==

===1.1 Zasnova===

''Escherichia coli'' je eden najbolje analiziranih in razumljenih organizmov na svetu in je posledično prva izbira za genetske, biokemijske in metabolne raziskave. Komercialno se najpogosteje uporablja za pridobivanje metabolitov kot so aminokisline in proteini za terapevtsko ali komercialno rabo. Vse pogosteje se uporablja tudi za pridobivanje DNA za gensko terapijo, DNA vakcin in interferenčne RNA. ''E. coli'' se v naravi nahaja v prebavilih živali. Skupina je zato predvidevala, da je nekaj delov njenega genoma, ki omogoča življenje v takem okolju, nepotrebnih za določene aplikacije; morda celo nezaželenih. Namen je bil ustvariti gensko stabilen genom, kot nekakšen prazen list, ki bi mu lahko druge skupine nato poljubno dodajali izbrane gene.
Redukcija genoma lahko izboljša metabolno učinkovitost in zmanjša število odvečnih genov npr. mobilnih DNA elementov, ki vplivajo na rekombinacijo preko transpozicije in horizontalnega prenosa genov. Mednje spadajo insercijske sekvence (IS), transpozaze, intergraze, defektni fagi in druge. Mnoga zaporedja omogočajo preoblikovanje genoma brez transpozaz. Ker so želeli pridobiti stabilen genom, so morali ta zaporedja odstraniti.

===1.2 Zakaj bi reducirali genom?===

Odstranitev nekaterih notranjih struktur, kot so fimbrije, bi omogočilo boljši dostop DNA k polarizirani membrani. Odstranitev neznane deoksiribonukleaze ali restrikcijskega sistema ali sistema privzema DNA bi lahko znatno spremenila hitrost transformacije. Odsotnost mnogih membranskih proteinov in regulatornih faktorjev ter flagelarnih struktur bi spremenila sestavo membrane in morda zmanjšala občutljivost na polarizacijo. Po drugi strani bi odsotnost nekaterih signalnih poti in regulatornih vezij pomenilo zmanjšano metabolno breme za bakterijo in povečano produkcijo želenega rekombinantnega proteina. Obnašanje sistema z zmanjšanim genomom je bolj preprosto opisati z računalniškimi modeli in bolj natančno lahko predvidimo spremembe ali odzive glede na spreminjanje parametrov. Odstranjevanje insercijskih sekvenc (IS) zmanjša število mutacij. Bakterije z zmanjšanimi genomi bi naj bile bolj robustne in odpornejše na stres, kar pride posebej prav v biotehnoloških aplikacijah. Vendar pa imajo ''E. coli'' sevi z zmanjšanimi genomi slabšo sposobnost ohranjanja tuje DNA.

==2 Delecije==

===2.1 Določanje genov za odstranitev===

Skupina je morala odstraniti točno določene gene, da spremembe ne bi vplivale na rast in razmnoževanje celic. Uporabili so serijo primerjav genomskih zaporedij, da bi določili tista, ki so prisotna v K-12 sevu, ne pa tudi drugih sevih ''E. coli''. Analiza je pokazala skoraj 100 možnih delov genoma za delecije, ki so obsegali približno 20% celotne velikosti genoma. Najprej je skupina odstranila velike otoke z IS in posamezne gene z elementi IS. Nato so se lotili še odstranjevanja drugih neesencialnih genov, ki so jih predhodno določili. Ustvarili so seve z multiplimi delecijskimi mesti (ang. multiple deletion sites - MDS)

===2.2 Metode delecije===

Delecije so temeljile na sistemu rekombinacije, posredovane z bakteriofagom lambda red. To je sistem, ki se pogosto uporablja za tarčno preurejanje genoma ''E. coli'', katerega delovanje še danes ni popolnoma pojasnjeno. Temelji na popravljanju dvojnega preloma DNA s homologno rekombinacijo. Najprej so na sevu ''MDS12'' opravili t.i. »delecije brez brazgotin«, kjer so poleg tarčnega dela zaporedja odstranili tudi markerje, uporabljene v konstrukciji. Nato so testirali robustnost sevov v minimalnem mediju. Delecije so nato postopoma združili v en sev. Na tak način so se izognili kopičenju točkovnih mutacij. Mesta delecij so potrdili s pomočjo hibridizacije na DNA mikromrežo.

==3 Rezultati==

Sevi z reduciranim genomom so rasli z zelo podobnimi hitrostmi kot starševski sev. Opazili so, da je elektroporacija pri MDS sevih uspešnejša kot pri kontrolnem sevu. Uspešnost je bila pri sevu ''MDS42'' za dve velikostni stopnji višja od starševskega seva in primerljiva s sevom ''DH10B'', ki velja za najuspešnejšega pri elektroporaciji.

V različnih bioprocesih z dohranjevanjem so MDS sevi rasli do visokih gostot. Izražanje rekombinantnih proteinov so testirali z modelnim proteinom kloramfenikol acetiltransferazo. Izražanje je bilo primerljivo starševskemu sevu. Uspešno so izrazili tudi metil transferazo. Tako so dokazali, da so ti sevi primerni tudi za pridobivanje rekombinantnih proteinov v večjem merilu.

===3.1 Težave===

Sev ''MDS39'' so načrtovali tako, da so odstranili vse IS. Pregledali so ga s hibridizacijo na DNA mikromreže, ki so vsebovale IS elemente, fage in plazmide, ki jih ni v K-12. Ugotovili so, da se je pet kopij IS preneslo na nove lokacije. V kasnejših sevih so jih sicer odstranili s specifičnimi delecijami. Transpozicije IS je med eksperimentalnim procesom težko slediti. Skupina je ugotovila, da se IS v zmanjšan genom pogosto prenesejo iz plazmidne DNA.

Za dokaz, da so MDS sevi brez mutacij, ki jih inducirajo IS, so raziskali, ali bakterije lahko rastejo na salicinu kot edinem viru ogljika. Za metabolizem salicina je potreben aktiven ''bgl'' operon, kar se večinoma zgodi z insercijo IS v promotorsko regijo. To se je v eksperimentu zgodilo pri manj kot 8% bakterij. S ciklično reakcijo s polimerazo (PCR) so potrdili, da v sevih niso prisotne mutacije, odvisne od IS, ter da je število ostalih mutacij med primerjanimi sevi zelo podobno.

Čemu sploh služijo IS sekvence? Tuji geni se v ''E. coli'' pogosto ne obdržijo. Avtorji trdijo, da IS mutageneza zagotavlja zaščito pred izražanjem genov, ki se skozi evolucijo v nekaj generacijah izgubijo.

===3.2 Končni rezultat===

Ko je skupini uspelo razrešiti vse težave, so končali s več stabilnimi sevi, katerih genom so zmanjšali za največ 15,2% celotne velikosti genoma K-12, brez da bi poslabšali njihove fiziološke lastnosti. Po pričakovanjih so morali odstraniti vse transpozicijske elemente, niso pa predvideli povečane dovzetnosti za elektroporacijo ali povečane stabilnosti prej nestabilnih plazmidov.

==4 Pogled na reduciran genom danes==

Pristop minimalnega genoma želi določiti najmanjše število genetskih elementov, ki zadoščajo za sestavljanje prosto živečega celičnega organizma. Tak modelni organizem bi nam lahko pomagal razumeti prve žive organizme, ki so se pojavili na Zemlji, morda pa tudi razvoj najstarejših genomov ter razumevanje poteka zgodnje evolucije. Prvič so se zamisli o minimalnih genomih začele pojavljati okoli leta 2000, ko se je začelo število objavljenih genomov večati in so se začele razvijati tehnike anotacije, ter natančnejše tehnike za urejanje genomov. Vendar smo šele nedavno odkrili tehnike, za katere lahko trdimo, da so natančne in zelo zanesljive pri načrtovanem urejanju genoma. Nekaj virusnih in bakterijskih sintetičnih genomov je bilo že ustvarjenih. Bolje od ''E. coli'' se na zmanjšanje genoma odzovejo bakterije rodu ''Mycoplasma'' in lahko se zgodi, da bodo ''E. coli'' v nekaterih aplikacijah nadomestile. Vedno več se na tem področju raziskuje tudi ''Bacillus subtilis''.

Zakaj torej nad 440 citatov? Ta eksperiment je služil kot temelj za večino nadaljnjih raziskav obsežnejših delecij, zmanjševanja genoma, proizvodnji umetnih kromosomov in sintetičnih genomov. Še v letu 2016 je bil citiran šestnajstkrat.

==Zaključek==

Skupini je uspelo doseči zastavljeni cilj – ustvariti poenostavljene, vendar stabilne genome, brez da bi zmanjšali njihove fiziološke sposobnosti. Odstranili so mesta za insercijske sekvence, ki so odgovorna za večji del mutageneze. Nenačrtovano so z zmanjšanjem genoma dosegli tudi večjo dovzetnost za elektroporacijo. Sevi z zmanjšanim genomom omogočajo preprostejše načrtovanje sprememb in manipulacijo genoma. Praviloma so zmanjšani genomi bolj odporni na stres. Njihov cilj ni bil zmanjšati genom na minimalno velikost oz. narediti sintetični genom. Na teh področjih so se bolje odrezale mikoplazme in ''Bacillus subtilis''. Sevi z zmanjšanimi genomi (vendar ne sevi, ki jih je razvila ta skupina) se že uporabljajo v različnih bioprocesih in dajejo vzpodbudne rezultate. V prihodnosti nam bodo zmanjšani in minimalni genomi morda pomagali razumeti potek zgodnje evolucije ter razvoj življenja na Zemlji.

==Viri==

# [http://web.mit.edu/kdrinkwa/Public/sbwg/sbwg-papers/posfai_reducedecoli.pdf Posfai, G. et al. Emergent Properties of Reduced-Genome Echerichia coli. Science, 2006, 312, str. 1044-1048.]
# [http://www.ipef.br/melhoramento/genoma/pdfs/mushegian2000.pdf Mushegian, A. The minimal genome concept. Current Opinion in Genetics & Development, 2000, 9, str. 709-714.]
# [https://www.researchgate.net/publication/308393046_The_quest_for_the_minimal_bacterial_genome Martinez-Garcia, E. The quest for the minimal bacterial genome. Current Opinion in biotechnology, 2016, 42, str. 216-224.]
# [http://www.genetics.org/content/186/3/791 Mosberg, J.A., Lajoie, M. J., Church, G. M. Lambda Red Recombineering in Escherichia coli Occurs Through a Fully Single-Stranded Intermediate. Genetics, 2010, 186, str. 791-799.]

Emergentne lastnosti zmanjšanega genoma E. coli

2017-01-09T14:44:10Z

Ekoros: /* 1.2 Zakaj bi reducirali genom? */

[http://web.mit.edu/kdrinkwa/Public/sbwg/sbwg-papers/posfai_reducedecoli.pdf Emergent Properties of Reduced-Genome ''Escherichia coli'']

Skupina raziskovalcev iz Evrope in ZDA je s pomočjo sintezne biologije zmanjšala genom ''Escherichie coli'' K-12 z uporabo natančnih načrtovanih delecij. Pripravili so več sevov z multiplimi delecijskimi mesti (ang. multiple deletion sites - MDS) in nekateri od njih so imeli genom zmanjšan tudi do 15%. Določili so neesencialne gene in zaporedja za eliminacijo, kljub temu pa so ohranili dobre profile rasti ter proizvodnje proteinov. Zmanjšanje genoma je vodilo tudi do nekaterih nepredvidenih izboljšav, npr. do povečane učinkovitosti elektroporacije ter večjo stabilnost rekombinantnih genov in plazmidov, ki so bili v drugih sevih nestabilni. Za stabilizacijo sevov z MDS so odstranili zaporedja za transpozicijo.
==1 Uvod==

===1.1 Zasnova===

''Escherichia coli'' je eden najbolje analiziranih in razumljenih organizmov na svetu in je posledično prva izbira za genetske, biokemijske in metabolne raziskave. Komercialno se najpogosteje uporablja za pridobivanje metabolitov kot so aminokisline in proteini za terapevtsko ali komercialno rabo. Vse pogosteje se uporablja tudi za pridobivanje DNA za gensko terapijo, DNA vakcin in interferenčne RNA. ''E. coli'' se v naravi nahaja v prebavilih živali. Skupina je zato predvidevala, da je nekaj delov njenega genoma, ki omogoča življenje v takem okolju, nepotrebnih za določene aplikacije; morda celo nezaželenih. Namen je bil ustvariti gensko stabilen genom, kot nekakšen prazen list, ki bi mu lahko druge skupine nato poljubno dodajali izbrane gene.
Redukcija genoma lahko izboljša metabolno učinkovitost in zmanjša število odvečnih genov npr. mobilnih DNA elementov, ki vplivajo na rekombinacijo preko transpozicije in horizontalnega prenosa genov. Mednje spadajo insercijske sekvence (IS), transpozaze, intergraze, defektni fagi in druge. Mnoga zaporedja omogočajo preoblikovanje genoma brez transpozaz. Ker so želeli pridobiti stabilen genom, so morali ta zaporedja odstraniti.

===1.2 Zakaj bi reducirali genom?===

Odstranitev nekaterih notranjih struktur, kot so fimbrije, bi omogočilo boljši dostop DNA k polarizirani membrani. Odstranitev neznane deoksiribonukleaze ali restrikcijskega sistema ali sistema privzema DNA bi lahko znatno spremenila hitrost transformacije. Odsotnost mnogih membranskih proteinov in regulatornih faktorjev ter flagelarnih struktur bi spremenila sestavo membrane in morda zmanjšala občutljivost na polarizacijo. Po drugi strani bi odsotnost nekaterih signalnih poti in regulatornih vezij pomenilo zmanjšano metabolno breme za bakterijo in povečano produkcijo želenega rekombinantnega proteina. Obnašanje sistema z zmanjšanim genomom je bolj preprosto opisati z računalniškimi modeli in bolj natančno lahko predvidimo spremembe ali odzive glede na spreminjanje parametrov. Odstranjevanje insercijskih sekvenc (IS) zmanjša število mutacij. Bakterije z zmanjšanimi genomi bi naj bile bolj robustne in odpornejše na stres, kar pride posebej prav v biotehnoloških aplikacijah. Vendar pa imajo ''E. coli'' sevi z zmanjšanimi genomi slabšo sposobnost ohranjanja tuje DNA.

==2 Delecije==

===2.1 Določanje genov za odstranitev===

Skupina je morala odstraniti točno določene gene, da spremembe ne bi vplivale na rast in razmnoževanje celic. Uporabili so serijo primerjav genomskih zaporedij, da bi določili tista, ki so prisotna v K-12 sevu, ne pa tudi drugih sevih ''E. coli''. Analiza je pokazala skoraj 100 možnih delov genoma za delecije, ki so obsegali približno 20% celotne velikosti genoma. Najprej je skupina odstranila velike otoke z IS in posamezne gene z elementi IS. Nato so se lotili še odstranjevanja drugih neesencialnih genov, ki so jih predhodno določili. Ustvarili so seve z multiplimi delecijskimi mesti (ang. multiple deletion sites - MDS)

===2.2 Metode delecije===

Delecije so temeljile na sistemu rekombinacije, posredovane z lambda red fagom. To je sistem, ki se pogosto uporablja za tarčno preurejanje genoma ''E. coli'', katerega delovanje še danes ni popolnoma pojasnjeno. Najprej so na sevu ''MDS12'' opravili t.i. »delecije brez brazgotin«, kjer so poleg tarčnega dela zaporedja odstranili tudi markerje, uporabljene v konstrukciji. Nato so testirali robustnost sevov v minimalnem mediju. Delecije so nato postopoma združili v en sev. Na tak način so se izognili kopičenju točkovnih mutacij. Mesta delecij so potrdili s pomočjo hibridizacije na DNA mikromrežo.

==3 Rezultati==

Sevi z reduciranim genomom so rasli z zelo podobnimi hitrostmi kot starševski sev. Opazili so, da je elektroporacija pri MDS sevih uspešnejša kot pri kontrolnem sevu. Uspešnost je bila pri sevu ''MDS42'' za dve velikostni stopnji višja od starševskega seva in primerljiva s sevom ''DH10B'', ki velja za najuspešnejšega pri elektroporaciji.

V različnih bioprocesih z dohranjevanjem so MDS sevi rasli do visokih gostot. Izražanje rekombinantnih proteinov so testirali z modelnim proteinom kloramfenikol acetiltransferazo. Izražanje je bilo primerljivo starševskemu sevu. Uspešno so izrazili tudi metil transferazo. Tako so dokazali, da so ti sevi primerni tudi za pridobivanje rekombinantnih proteinov v večjem merilu.

===3.1 Težave===

Sev ''MDS39'' so načrtovali tako, da so odstranili vse IS. Pregledali so ga s hibridizacijo na DNA mikromreže, ki so vsebovale IS elemente, fage in plazmide, ki jih ni v K-12. Ugotovili so, da se je pet kopij IS preneslo na nove lokacije. V kasnejših sevih so jih sicer odstranili s specifičnimi delecijami. Transpozicije IS je med eksperimentalnim procesom težko slediti. Skupina je ugotovila, da se IS v zmanjšan genom pogosto prenesejo iz plazmidne DNA.

Za dokaz, da so MDS sevi brez mutacij, ki jih inducirajo IS, so raziskali, ali bakterije lahko rastejo na salicinu kot edinem viru ogljika. Za metabolizem salicina je potreben aktiven ''bgl'' operon, kar se večinoma zgodi z insercijo IS v promotorsko regijo. To se je v eksperimentu zgodilo pri manj kot 8% bakterij. S ciklično reakcijo s polimerazo (PCR) so potrdili, da v sevih niso prisotne mutacije, odvisne od IS, ter da je število ostalih mutacij med primerjanimi sevi zelo podobno.

Čemu sploh služijo IS sekvence? Tuji geni se v ''E. coli'' pogosto ne obdržijo. Avtorji trdijo, da IS mutageneza zagotavlja zaščito pred izražanjem genov, ki se skozi evolucijo v nekaj generacijah izgubijo.

===3.2 Končni rezultat===

Ko je skupini uspelo razrešiti vse težave, so končali s več stabilnimi sevi, katerih genom so zmanjšali za največ 15,2% celotne velikosti genoma K-12, brez da bi poslabšali njihove fiziološke lastnosti. Po pričakovanjih so morali odstraniti vse transpozicijske elemente, niso pa predvideli povečane dovzetnosti za elektroporacijo ali povečane stabilnosti prej nestabilnih plazmidov.

==4 Pogled na reduciran genom danes==

Pristop minimalnega genoma želi določiti najmanjše število genetskih elementov, ki zadoščajo za sestavljanje prosto živečega celičnega organizma. Tak modelni organizem bi nam lahko pomagal razumeti prve žive organizme, ki so se pojavili na Zemlji, morda pa tudi razvoj najstarejših genomov ter razumevanje poteka zgodnje evolucije. Prvič so se zamisli o minimalnih genomih začele pojavljati okoli leta 2000, ko se je začelo število objavljenih genomov večati in so se začele razvijati tehnike anotacije, ter natančnejše tehnike za urejanje genomov. Vendar smo šele nedavno odkrili tehnike, za katere lahko trdimo, da so natančne in zelo zanesljive pri načrtovanem urejanju genoma. Nekaj virusnih in bakterijskih sintetičnih genomov je bilo že ustvarjenih. Bolje od ''E. coli'' se na zmanjšanje genoma odzovejo bakterije rodu ''Mycoplasma'' in lahko se zgodi, da bodo ''E. coli'' v nekaterih aplikacijah nadomestile. Vedno več se na tem področju raziskuje tudi ''Bacillus subtilis''.

Zakaj torej nad 440 citatov? Ta eksperiment je služil kot temelj za večino nadaljnjih raziskav obsežnejših delecij, zmanjševanja genoma, proizvodnji umetnih kromosomov in sintetičnih genomov. Še v letu 2016 je bil citiran šestnajstkrat.

==Zaključek==

Skupini je uspelo doseči zastavljeni cilj – ustvariti poenostavljene, vendar stabilne genome, brez da bi zmanjšali njihove fiziološke sposobnosti. Odstranili so mesta za insercijske sekvence, ki so odgovorna za večji del mutageneze. Nenačrtovano so z zmanjšanjem genoma dosegli tudi večjo dovzetnost za elektroporacijo. Sevi z zmanjšanim genomom omogočajo preprostejše načrtovanje sprememb in manipulacijo genoma. Praviloma so zmanjšani genomi bolj odporni na stres. Njihov cilj ni bil zmanjšati genom na minimalno velikost oz. narediti sintetični genom. Na teh področjih so se bolje odrezale mikoplazme in ''Bacillus subtilis''. Sevi z zmanjšanimi genomi (vendar ne sevi, ki jih je razvila ta skupina) se že uporabljajo v različnih bioprocesih in dajejo vzpodbudne rezultate. V prihodnosti nam bodo zmanjšani in minimalni genomi morda pomagali razumeti potek zgodnje evolucije ter razvoj življenja na Zemlji.

==Viri==

# [http://web.mit.edu/kdrinkwa/Public/sbwg/sbwg-papers/posfai_reducedecoli.pdf Posfai, G. et al. Emergent Properties of Reduced-Genome Echerichia coli. Science, 2006, 312, str. 1044-1048.]
# [http://www.ipef.br/melhoramento/genoma/pdfs/mushegian2000.pdf Mushegian, A. The minimal genome concept. Current Opinion in Genetics & Development, 2000, 9, str. 709-714.]
# [https://www.researchgate.net/publication/308393046_The_quest_for_the_minimal_bacterial_genome Martinez-Garcia, E. The quest for the minimal bacterial genome. Current Opinion in biotechnology, 2016, 42, str. 216-224.]
# [http://www.genetics.org/content/186/3/791 Mosberg, J.A., Lajoie, M. J., Church, G. M. Lambda Red Recombineering in Escherichia coli Occurs Through a Fully Single-Stranded Intermediate. Genetics, 2010, 186, str. 791-799.]

Emergentne lastnosti zmanjšanega genoma E. coli

2017-01-09T14:40:15Z

Ekoros: New page: [http://web.mit.edu/kdrinkwa/Public/sbwg/sbwg-papers/posfai_reducedecoli.pdf Emergent Properties of Reduced-Genome ''Escherichia coli''] Skupina raziskovalcev iz Evrope in ZDA je s pomoč...

[http://web.mit.edu/kdrinkwa/Public/sbwg/sbwg-papers/posfai_reducedecoli.pdf Emergent Properties of Reduced-Genome ''Escherichia coli'']

Skupina raziskovalcev iz Evrope in ZDA je s pomočjo sintezne biologije zmanjšala genom ''Escherichie coli'' K-12 z uporabo natančnih načrtovanih delecij. Pripravili so več sevov z multiplimi delecijskimi mesti (ang. multiple deletion sites - MDS) in nekateri od njih so imeli genom zmanjšan tudi do 15%. Določili so neesencialne gene in zaporedja za eliminacijo, kljub temu pa so ohranili dobre profile rasti ter proizvodnje proteinov. Zmanjšanje genoma je vodilo tudi do nekaterih nepredvidenih izboljšav, npr. do povečane učinkovitosti elektroporacije ter večjo stabilnost rekombinantnih genov in plazmidov, ki so bili v drugih sevih nestabilni. Za stabilizacijo sevov z MDS so odstranili zaporedja za transpozicijo.
==1 Uvod==

===1.1 Zasnova===

''Escherichia coli'' je eden najbolje analiziranih in razumljenih organizmov na svetu in je posledično prva izbira za genetske, biokemijske in metabolne raziskave. Komercialno se najpogosteje uporablja za pridobivanje metabolitov kot so aminokisline in proteini za terapevtsko ali komercialno rabo. Vse pogosteje se uporablja tudi za pridobivanje DNA za gensko terapijo, DNA vakcin in interferenčne RNA. ''E. coli'' se v naravi nahaja v prebavilih živali. Skupina je zato predvidevala, da je nekaj delov njenega genoma, ki omogoča življenje v takem okolju, nepotrebnih za določene aplikacije; morda celo nezaželenih. Namen je bil ustvariti gensko stabilen genom, kot nekakšen prazen list, ki bi mu lahko druge skupine nato poljubno dodajali izbrane gene.
Redukcija genoma lahko izboljša metabolno učinkovitost in zmanjša število odvečnih genov npr. mobilnih DNA elementov, ki vplivajo na rekombinacijo preko transpozicije in horizontalnega prenosa genov. Mednje spadajo insercijske sekvence (IS), transpozaze, intergraze, defektni fagi in druge. Mnoga zaporedja omogočajo preoblikovanje genoma brez transpozaz. Ker so želeli pridobiti stabilen genom, so morali ta zaporedja odstraniti.

===1.2 Zakaj bi reducirali genom?===

Odstranitev nekaterih notranjih struktur, kot so fimbrije, bi omogočilo boljši dostop DNA k polarizirani membrani. Odstranitev neznane deoksiribonukleaze ali restrikcijskega sistema ali sistema privzema DNA bi lahko znatno spremenila hitrost transformacije. Odsotnost mnogih membranskih proteinov in regulatornih faktorjev ter flagelarnih struktur bi spremenila sestavo membrane in morda zmanjšala občutljivost na polarizacijo. Po drugi strani bi odsotnost nekaterih signalnih poti in regulatornih vezij pomenilo zmanjšano metabolno breme za bakterijo in povečano produkcijo želenega rekombinantnega proteina. Obnašanje sistema z zmanjšanim genomom je bolj preprosto opisati z računalniškimi modeli in bolj natančno lahko predvidimo spremembe ali odzive glede na spreminjanje parametrov. Odstranjevanje insercijskih sekvenc (IS) zmanjša število mutacij. Bakterije z zmanjšanimi genomi bi naj bile bolj robustne in odpornejše na stres, kar pride posebej prav v biotehnoloških aplikacijah. Vendar pa imajo E. coli sevi z zmanjšanimi genomi slabšo sposobnost ohranjanja tuje DNA.

==2 Delecije==

===2.1 Določanje genov za odstranitev===

Skupina je morala odstraniti točno določene gene, da spremembe ne bi vplivale na rast in razmnoževanje celic. Uporabili so serijo primerjav genomskih zaporedij, da bi določili tista, ki so prisotna v K-12 sevu, ne pa tudi drugih sevih ''E. coli''. Analiza je pokazala skoraj 100 možnih delov genoma za delecije, ki so obsegali približno 20% celotne velikosti genoma. Najprej je skupina odstranila velike otoke z IS in posamezne gene z elementi IS. Nato so se lotili še odstranjevanja drugih neesencialnih genov, ki so jih predhodno določili. Ustvarili so seve z multiplimi delecijskimi mesti (ang. multiple deletion sites - MDS)

===2.2 Metode delecije===

Delecije so temeljile na sistemu rekombinacije, posredovane z lambda red fagom. To je sistem, ki se pogosto uporablja za tarčno preurejanje genoma ''E. coli'', katerega delovanje še danes ni popolnoma pojasnjeno. Najprej so na sevu ''MDS12'' opravili t.i. »delecije brez brazgotin«, kjer so poleg tarčnega dela zaporedja odstranili tudi markerje, uporabljene v konstrukciji. Nato so testirali robustnost sevov v minimalnem mediju. Delecije so nato postopoma združili v en sev. Na tak način so se izognili kopičenju točkovnih mutacij. Mesta delecij so potrdili s pomočjo hibridizacije na DNA mikromrežo.

==3 Rezultati==

Sevi z reduciranim genomom so rasli z zelo podobnimi hitrostmi kot starševski sev. Opazili so, da je elektroporacija pri MDS sevih uspešnejša kot pri kontrolnem sevu. Uspešnost je bila pri sevu ''MDS42'' za dve velikostni stopnji višja od starševskega seva in primerljiva s sevom ''DH10B'', ki velja za najuspešnejšega pri elektroporaciji.

V različnih bioprocesih z dohranjevanjem so MDS sevi rasli do visokih gostot. Izražanje rekombinantnih proteinov so testirali z modelnim proteinom kloramfenikol acetiltransferazo. Izražanje je bilo primerljivo starševskemu sevu. Uspešno so izrazili tudi metil transferazo. Tako so dokazali, da so ti sevi primerni tudi za pridobivanje rekombinantnih proteinov v večjem merilu.

===3.1 Težave===

Sev ''MDS39'' so načrtovali tako, da so odstranili vse IS. Pregledali so ga s hibridizacijo na DNA mikromreže, ki so vsebovale IS elemente, fage in plazmide, ki jih ni v K-12. Ugotovili so, da se je pet kopij IS preneslo na nove lokacije. V kasnejših sevih so jih sicer odstranili s specifičnimi delecijami. Transpozicije IS je med eksperimentalnim procesom težko slediti. Skupina je ugotovila, da se IS v zmanjšan genom pogosto prenesejo iz plazmidne DNA.

Za dokaz, da so MDS sevi brez mutacij, ki jih inducirajo IS, so raziskali, ali bakterije lahko rastejo na salicinu kot edinem viru ogljika. Za metabolizem salicina je potreben aktiven ''bgl'' operon, kar se večinoma zgodi z insercijo IS v promotorsko regijo. To se je v eksperimentu zgodilo pri manj kot 8% bakterij. S ciklično reakcijo s polimerazo (PCR) so potrdili, da v sevih niso prisotne mutacije, odvisne od IS, ter da je število ostalih mutacij med primerjanimi sevi zelo podobno.

Čemu sploh služijo IS sekvence? Tuji geni se v ''E. coli'' pogosto ne obdržijo. Avtorji trdijo, da IS mutageneza zagotavlja zaščito pred izražanjem genov, ki se skozi evolucijo v nekaj generacijah izgubijo.

===3.2 Končni rezultat===

Ko je skupini uspelo razrešiti vse težave, so končali s več stabilnimi sevi, katerih genom so zmanjšali za največ 15,2% celotne velikosti genoma K-12, brez da bi poslabšali njihove fiziološke lastnosti. Po pričakovanjih so morali odstraniti vse transpozicijske elemente, niso pa predvideli povečane dovzetnosti za elektroporacijo ali povečane stabilnosti prej nestabilnih plazmidov.

==4 Pogled na reduciran genom danes==

Pristop minimalnega genoma želi določiti najmanjše število genetskih elementov, ki zadoščajo za sestavljanje prosto živečega celičnega organizma. Tak modelni organizem bi nam lahko pomagal razumeti prve žive organizme, ki so se pojavili na Zemlji, morda pa tudi razvoj najstarejših genomov ter razumevanje poteka zgodnje evolucije. Prvič so se zamisli o minimalnih genomih začele pojavljati okoli leta 2000, ko se je začelo število objavljenih genomov večati in so se začele razvijati tehnike anotacije, ter natančnejše tehnike za urejanje genomov. Vendar smo šele nedavno odkrili tehnike, za katere lahko trdimo, da so natančne in zelo zanesljive pri načrtovanem urejanju genoma. Nekaj virusnih in bakterijskih sintetičnih genomov je bilo že ustvarjenih. Bolje od ''E. coli'' se na zmanjšanje genoma odzovejo bakterije rodu ''Mycoplasma'' in lahko se zgodi, da bodo ''E. coli'' v nekaterih aplikacijah nadomestile. Vedno več se na tem področju raziskuje tudi ''Bacillus subtilis''.

Zakaj torej nad 440 citatov? Ta eksperiment je služil kot temelj za večino nadaljnjih raziskav obsežnejših delecij, zmanjševanja genoma, proizvodnji umetnih kromosomov in sintetičnih genomov. Še v letu 2016 je bil citiran šestnajstkrat.

==Zaključek==

Skupini je uspelo doseči zastavljeni cilj – ustvariti poenostavljene, vendar stabilne genome, brez da bi zmanjšali njihove fiziološke sposobnosti. Odstranili so mesta za insercijske sekvence, ki so odgovorna za večji del mutageneze. Nenačrtovano so z zmanjšanjem genoma dosegli tudi večjo dovzetnost za elektroporacijo. Sevi z zmanjšanim genomom omogočajo preprostejše načrtovanje sprememb in manipulacijo genoma. Praviloma so zmanjšani genomi bolj odporni na stres. Njihov cilj ni bil zmanjšati genom na minimalno velikost oz. narediti sintetični genom. Na teh področjih so se bolje odrezale mikoplazme in ''Bacillus subtilis''. Sevi z zmanjšanimi genomi (vendar ne sevi, ki jih je razvila ta skupina) se že uporabljajo v različnih bioprocesih in dajejo vzpodbudne rezultate. V prihodnosti nam bodo zmanjšani in minimalni genomi morda pomagali razumeti potek zgodnje evolucije ter razvoj življenja na Zemlji.

==Viri==

# [http://web.mit.edu/kdrinkwa/Public/sbwg/sbwg-papers/posfai_reducedecoli.pdf Posfai, G. et al. Emergent Properties of Reduced-Genome Echerichia coli. Science, 2006, 312, str. 1044-1048.]
# [http://www.ipef.br/melhoramento/genoma/pdfs/mushegian2000.pdf Mushegian, A. The minimal genome concept. Current Opinion in Genetics & Development, 2000, 9, str. 709-714.]
# [https://www.researchgate.net/publication/308393046_The_quest_for_the_minimal_bacterial_genome Martinez-Garcia, E. The quest for the minimal bacterial genome. Current Opinion in biotechnology, 2016, 42, str. 216-224.]
# [http://www.genetics.org/content/186/3/791 Mosberg, J.A., Lajoie, M. J., Church, G. M. Lambda Red Recombineering in Escherichia coli Occurs Through a Fully Single-Stranded Intermediate. Genetics, 2010, 186, str. 791-799.]

Seminarji SB 2016/17

2017-01-09T14:39:46Z

Ekoros:

V študijskem letu 2016/17 študentje predstavljajo naslednje teme:

RAZISKOVALNI ČLANKI 
(Vpišite naslov seminarja v slovenščini in ga povežite z novo stranjo, kjer bo povzetek. Na tej novi strani naj bo pod naslovom povezava do izhodiščnega članka na spletu.)
# [[Učinkovito ciljanje izraženih in utišanih genov v človeških zarodnih in induciranih pluripotentnih celicah z nukleazami z motivi cinkovih prstov]]. Angelika Vižintin (22. 11. 2016)
# [[Izdelava sintetičnega genoma s pristopom sestavljanja celotnega genoma: Bakteriofag φX174 iz sintetičnih oligonukleotidov]]. Darja Božič (22.11.2016)
# [[Modeliranje sintetične večcelične ure: Represilatorji, sklopljeni z zaznavanjem celične gostote]]. Vita Vidmar (22. 11. 2016)
# [[Začetki uporabe CRISPR-Cas9 sistema]]. Tomaž Rozmarič (6.12.2016)
# [[Robusten oscilator sinteznih genov z različnimi nastavitvami periode]]. Domen Klofutar (13.12.2016)
# [[Sestavljanje TALEN-ov z metodo FLASH za visoko zmogljivostno urejanje genomov]]. Petra Tavčar (13.12.2016)
# [[Procesiranje celičnih informacij s sintetičnimi RNA napravami]]. Tim Božič (20.12.2016)
# [[Usklajeno delovanje sinteznobioloških ur z zaznavanjem celične gostote]]. Luka Kavčič (20.12.2016)
# [[Časovni in prostorski nadzor celičnega signaliziranja prek s svetlobo sprožene interakcije proteinov]]. Boštjan Petrič (3. 1. 2017)
# [[Programiranje celic s ponavljajočim večmestnim modeliranjem genoma in pospešeno evolucijo]] Jan Rozman (3. 1. 2017)
# [[Emergentne lastnosti zmanjšanega genoma E. coli]]. Eva Korošec (10. 1. 2017)
NAGRAJENI ŠTUDENTSKI PROJEKTI 
(Vpišite naslov seminarja v slovenščini in ga povežite z novo stranjo, kjer bo povzetek. Na tej novi strani naj bo pod naslovom povezava do wiki strani študentske ekipe, katere projekt opisujete.)
#[[Mezenhimske matične celice nove generacije]]. Danijela Jošić (22.11.2016)
#[http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Bakterije%2C_ki_kelirajo_bakrove_ione%2C_v_boju_proti_Wilsonovi_bolezni Bakterije, ki kelirajo bakrove ione, v boju proti Wilsonovi bolezni. Simon Bolta (22. 11. 2016)]
#[["Training protein" - PETaze]]. Urša Kapš (29.11.2016)
#[[Plasticure: rešitev za učinkovitejšo razgradnjo plastike]]. Marjeta Horvat (29. 11. 2016)
#[[Quantifly]]. Ema Guštin (29. 11. 2016)
#[[Ecolibrium – razvoj ogrodja za inženiring mešanih kultur]]. Mojca Juteršek (29. 11. 2016)
#[[BeeT Beehave]]. Maja Svetličič (29.11.2016)
#[[BiotINK - nov pristop k biotiskanju tkiva]]. Mateja Cigoj (6. 12. 2016)
#[[InstaCHLAM – orodje za inženiring kloroplastov]]. Alja Zgonc (6. 12. 2016)
#[[Mos(kit)o]]. Judita Avbelj (6. 12. 2016)
#[[BioSynthAge - Kvalitetno staranje]]. Tina Kuhar (6.12.2016)
#[[PC SQUAD-Inženiring novih sistemov tarčne dostave zdravil]]. Tajda Buh (13.12.2016)
#[[Biomaterial za privzemanje urana iz okolja - "žetveni stroj" urana]]. Anja Herceg (13.12.2016)
#[[Biosenzor etilena]]. Toni Nagode (13.12.2016)
#[[aSTARice – biosinteza astaksantina v rižu]]. Eva Vidak (20. 12. 2016)
#[[PANTIDE - nov kmetijski sistem, ki ciljano uničuje določene škodljivce]]. Mirjam Kmetič (20.12.2016)
#[[Razvoj novega dostavnega sistema za gensko zdravljenje cistične fibroze]]. Bojana Lazović (20.12.2016)
#[[Z majhnimi molekulami regulirani ogrodni proteini]]. Mojca Kostanjevec (3. 1. 2017)
#[[Biobalon]] Iza Ogris (3. 1. 2017)
#[[Proizvodnja bioloških leč in laserjev za izboljšave v mikroskopiji]]. Julija Mazej (3. 1. 2017)
Povzetki v slovenščini naj imajo 1200-1500 besed (viri v to vsoto ne štejejo). Predstavitev seminarja naj bo dolga 12 minut (10-14). Sledila bo razprava, ki praviloma ne bo daljša od 5 minut.

Seminarji SB 2016/17

2017-01-09T14:39:04Z

Ekoros:

V študijskem letu 2016/17 študentje predstavljajo naslednje teme:

RAZISKOVALNI ČLANKI 
(Vpišite naslov seminarja v slovenščini in ga povežite z novo stranjo, kjer bo povzetek. Na tej novi strani naj bo pod naslovom povezava do izhodiščnega članka na spletu.)
# [[Učinkovito ciljanje izraženih in utišanih genov v človeških zarodnih in induciranih pluripotentnih celicah z nukleazami z motivi cinkovih prstov]]. Angelika Vižintin (22. 11. 2016)
# [[Izdelava sintetičnega genoma s pristopom sestavljanja celotnega genoma: Bakteriofag φX174 iz sintetičnih oligonukleotidov]]. Darja Božič (22.11.2016)
# [[Modeliranje sintetične večcelične ure: Represilatorji, sklopljeni z zaznavanjem celične gostote]]. Vita Vidmar (22. 11. 2016)
# [[Začetki uporabe CRISPR-Cas9 sistema]]. Tomaž Rozmarič (6.12.2016)
# [[Robusten oscilator sinteznih genov z različnimi nastavitvami periode]]. Domen Klofutar (13.12.2016)
# [[Sestavljanje TALEN-ov z metodo FLASH za visoko zmogljivostno urejanje genomov]]. Petra Tavčar (13.12.2016)
# [[Procesiranje celičnih informacij s sintetičnimi RNA napravami]]. Tim Božič (20.12.2016)
# [[Usklajeno delovanje sinteznobioloških ur z zaznavanjem celične gostote]]. Luka Kavčič (20.12.2016)
# [[Časovni in prostorski nadzor celičnega signaliziranja prek s svetlobo sprožene interakcije proteinov]]. Boštjan Petrič (3. 1. 2017)
# [[Programiranje celic s ponavljajočim večmestnim modeliranjem genoma in pospešeno evolucijo]] Jan Rozman (3. 1. 2017)
NAGRAJENI ŠTUDENTSKI PROJEKTI 
(Vpišite naslov seminarja v slovenščini in ga povežite z novo stranjo, kjer bo povzetek. Na tej novi strani naj bo pod naslovom povezava do wiki strani študentske ekipe, katere projekt opisujete.)
#[[Mezenhimske matične celice nove generacije]]. Danijela Jošić (22.11.2016)
#[http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Bakterije%2C_ki_kelirajo_bakrove_ione%2C_v_boju_proti_Wilsonovi_bolezni Bakterije, ki kelirajo bakrove ione, v boju proti Wilsonovi bolezni. Simon Bolta (22. 11. 2016)]
#[["Training protein" - PETaze]]. Urša Kapš (29.11.2016)
#[[Plasticure: rešitev za učinkovitejšo razgradnjo plastike]]. Marjeta Horvat (29. 11. 2016)
#[[Quantifly]]. Ema Guštin (29. 11. 2016)
#[[Ecolibrium – razvoj ogrodja za inženiring mešanih kultur]]. Mojca Juteršek (29. 11. 2016)
#[[BeeT Beehave]]. Maja Svetličič (29.11.2016)
#[[BiotINK - nov pristop k biotiskanju tkiva]]. Mateja Cigoj (6. 12. 2016)
#[[InstaCHLAM – orodje za inženiring kloroplastov]]. Alja Zgonc (6. 12. 2016)
#[[Mos(kit)o]]. Judita Avbelj (6. 12. 2016)
#[[BioSynthAge - Kvalitetno staranje]]. Tina Kuhar (6.12.2016)
#[[PC SQUAD-Inženiring novih sistemov tarčne dostave zdravil]]. Tajda Buh (13.12.2016)
#[[Biomaterial za privzemanje urana iz okolja - "žetveni stroj" urana]]. Anja Herceg (13.12.2016)
#[[Biosenzor etilena]]. Toni Nagode (13.12.2016)
#[[aSTARice – biosinteza astaksantina v rižu]]. Eva Vidak (20. 12. 2016)
#[[PANTIDE - nov kmetijski sistem, ki ciljano uničuje določene škodljivce]]. Mirjam Kmetič (20.12.2016)
#[[Razvoj novega dostavnega sistema za gensko zdravljenje cistične fibroze]]. Bojana Lazović (20.12.2016)
#[[Z majhnimi molekulami regulirani ogrodni proteini]]. Mojca Kostanjevec (3. 1. 2017)
#[[Biobalon]] Iza Ogris (3. 1. 2017)
#[[Proizvodnja bioloških leč in laserjev za izboljšave v mikroskopiji]]. Julija Mazej (3. 1. 2017)
#[[Emergentne lastnosti zmanjšanega genoma E. coli]]. Eva Korošec (10. 1. 2017)
Povzetki v slovenščini naj imajo 1200-1500 besed (viri v to vsoto ne štejejo). Predstavitev seminarja naj bo dolga 12 minut (10-14). Sledila bo razprava, ki praviloma ne bo daljša od 5 minut.

Učinkovito ciljanje izraženih in utišanih genov v človeških zarodnih in induciranih pluripotentnih celicah z nukleazami z motivi cinkovih prstov

2017-01-09T14:08:44Z

Ekoros: /* Uvod */

[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4142824/ Efficient targeting of expressed and silent genes in human ESCs and iPSCs using zinc-finger nucleases]

Ameriški raziskovalci in raziskovalke so zasnovali več nukleaz z motivi cinkovih prstov, s katerimi so gensko spremenili človeške embrionalne in inducirane pluripotentne celice. Ena genska sprememba je bila, da so v lokus ''OCT4'' v embrionalnih celicah vstavili reporterski gen, da so lahko spremljali izražanje proteina OCT4. Druga genska sprememba embrionalnih celic pa je bila vstavitev trasgenov v lokus ''AAVS1''. Tretja sprememba pa je bilo ciljanje gena ''PITX3'', ki se v embrionalnih in induciranih človeških pluripotentnih celicah ne izraža.

== Uvod ==

=== Matične celice ===

Matične celice so celice z neomejenim potencialom za delitev in z zmožnostjo diferenciacije v različne tipe celic. Glede na njihovo zmožnost za diferenciacijo jih razdelimo v različne tipe: totipotentne, pluripotentne, multipotentne, oligopotentne in unipotentne celice. Celice v najzgodnejših fazah embrionalnega razvoja so totipotentne, kar pomeni, da se lahko razvijejo v katerikoli tip celic, tudi v trofoblast, zunanji celični sloj blastociste. Tekom embrionalnega razvoja pa potencial za diferenciacijo pada. Celice notranje mase embria so pluripotentne, kar pomeni, da se lahko razvijejo v vse tri klične plasti (endoderm, mezoderm in ektoderm), ne pa tudi v trofoblast. Ob rojstvu pa imamo le še multipotentne, oligopotentne in unipotentne celice, ki imajo zmožnost diferenciacije le v določene celične tipe ali v primeru unipotentnih celic le v eno celično vrsto.

Dolgo časa je veljalo, da diferenciranih celic ni mogoče spremeniti nazaj v manj diferencirane. Leta 2006 pa sta japonska raziskovalca iznašla način, kako že diferencirane lahko vrnemo nekaj korakov nazaj v pluripotentne celice tako, da v njih vsilimo izražanje določenih genov, ki se izražajo v celicah v zgodnejših stopnjah embrionalnega razvoja. Take celice imenujemo inducirane pluripotentne celice, za to odkritje pa je bila podeljena tudi Nobelova nagrada.

V namen raziskovanja in kasnješe morebitne uporabe pluripotentnih (tako embrionalnih kot induciranih) celic, jih je potrebno tudi gensko spreminjati. Za to pa seveda potrebujemo ustrezne metode. Opisan članek je bil objavljen leta 2009 in takrat še ni bilo na voljo metod za učinkovito gensko spreminjanje človeških pluripotentnih matičnih celic. Metode so temljile predvsem na homologni rekombinaciji med odsekom genoma in vstavljeno DNA, ki ima podobno zaporedje. Homologna rekombinacija je namreč vrsta genetske rekombinacije, pri kateri se izmenja nukleotidno zaporedje med dvema podobnima ali enakima molekulama DNA, kar se dogaja tudi v naravi, na primer ob popravljanju poškodb na DNA. Vendar je gensko spreminjanje človeških pluripotentnih celic, ki temlji le na homologni rekombinaciji, težavno in velikokrat neuspešno.

=== Nukleaze z motivi cinkovih prstov ===

Avtorji in avtorice članka so zato v ta namen preiskusili nukleaze z motivi cinkovih prstov. To so proteini, ki imajo ločeno DNA vezavno in DNA cepitveno domeno. Cepitvena domena izvira iz restrikcijskega encima FokI in kadar je encim v dimerni obliki, je aktiven in nespecifično cepi molekulo DNA. DNA vezavna domena pa je sestavljena iz cinkovih prstov, to so približno 30 aminokislinskih ostankov veliki motivi, ki se vežejo na specifično zaporedje treh nukleotidov v DNA. Različni cinkovi prsti se vežejo na različna trinukleotidna zaporedja, zato je moč sestaviti tak protein, ki se bo vezal na neko želeno nukleotidno zaporedje. Da pa pride do cepitve DNA, se mora v neporedno bližino vezati še en protein z motivi cinkovih prstov in nukleazo FokI, saj je kot že prej omenjeno ta aktivna le v dimerni obliki. To pa nam sedaj omogoča, da z načrtovanjem ustreznih nukleaz z motivi cinkovih prstov ustvarimo zlom obeh verig DNA na točno določenem mestu.

Ker je zlom obeh verig DNA za celico usoden, obstaja več načinov, kako ga lahko celica popravi. En način popravljanja, ki pa je podvrženo napakam, je združevanje nehomolognih koncev. Pogosto se pri ponovnem združevanju prekinjenih koncev verig DNA pojavljajo delecije, insercije ali substitucije okoli mesta zloma.

Drug način popravila zloma obeh verig pa je holomogna rekombinacijo, če se v bližini nahaja homologna molekula DNA. V naravi je to lahko drug kromosom iz istega para, v laboratoriju pa lahko homologno DNA vnesemo v celico na plazmidu in med homologne konce lahko tudi ustavimo kakšen odsek DNA, na primer zapis za kakšen gen.

Verjetnost homologne rekombinacije se zelo poveča v primeru zloma obeh verig DNA, kar izkoriščamo za gensko spreminjanje celic. Na specifičnem mestu lahko z nukleazami z motivi cinkovih prstov način ustvarimo zlom obeh verig DNA ter v celico na plazmidu vstavimo še donorsko DNA, ki vsebuje homologne konce in med njimi še naš želeni odsek, ki ga želimo vstaviti. Podobno lahko na ta način ustvarjamo tudi delecije ali zamenjave določenega odseka DNA.

== Rezultati ==

Načrt za nukleaze z motivi cinkovih prstov so naredili iz arhiva že validiranih modulov. V inducirane pluripotentne človeške celice in linijo BG01 človeških embrionalnih matičnih celic so z elektroporacijo vstavili 40 µg donorskega plazmida in 5 µg vsakega plazmida z zapisom za nukleaze z motivi cinkovih prstov.

=== OCT4 ===

OCT4 ima ključno vlogo pri samoobnavljanje nediferenciranih embrionalnih celic in izražanje tega proteina je zato tudi pokazatelj, da je celica v pluripotentnem stanju. Lokus ''OCT4'' so izbrali tudi zato, ker je to eden od redkih genov v človeških embrionalnih celicah, ki je bil že prej uspešno ciljan za genske spremembe. Z nukleazami z motivi cinkovih prstov, ki se vežejo na mesto prvega introna gena ''OCT4'', so želeli vstaviti konstrukt, ki vsebuje zapis za eGFP in za puromicin N-acetil-transferazo. V primeru uspešne ustavitve se v celicah izražata dva proteina pod ''OCT4'' promotorjem, in sicer fuzijski protein sestavljen iz prvih 132 aminokislinskih ostankov človeškega OCT4 in eGFP ter protein puromicin N-acetil-transferaza. eGFP je kratica za izboljšan zeleni florescirajoči protein, s pomočjo katerega lahko spremljamo izražanje genov pod ''OCT4'' promotorjem. Puromicin N-acetil-transferaza pa celice naredi odporne proti antibiotiku puromicinu, kar pomeni, da celice, ki izražajo ta gen, lahko preživijo v gojišču, kjer je prisoten puromicin.

Po elektroporaciji so celice gojili v gojišču s puromicinom. V celicah, ki so zrasle v gojišču s puromicinom, so testirali, če se je zapis za eGFP vstavil na želeno mesto tako, da so po prenosu po Southernu za hibridizacijo uporabili sondo, ki se prilega tako na del ''OCT4'' kot na del eGFP. Pri 40 od 42 celicah se je insercija zgodila na želenem mestu. V ostalih celicah se je insercija zgodila na drugem mestu znotraj ''OCT4'' lokusa ali drugje v genomu. S prenosom western in detekcijo fuzijskega proteina s protitelesi proti OCT4 in eGFP so dokazali, da se ta tudi izraža. Ko so embrionalne matične celice diferencirali v fibroblaste, pa niso več mogli detektirati fuzijskega proteina in celice so ponovno postale občutljive na puromicin, kar dokazuje, da se geni pod promotorjem ''OCT4'' res izražajo le v pluripotentnih celicah.

=== AAVS1 ===

Na lokusu ''AAVS1'' se nahaja gen ''PPP1R12C'', ki je stalno izražen v vseh celicah. Pokazano je bilo, da je v tem lokusu možno doseči dolgoročno stabilno izražanje transgenov v več celičnih tipih, vključno s človeškimi embrionalnimi matičnimi celicami. Raziskovalna skupina je v prvem intronu gena PPP1R12C s pomočjo nukleaz z motivi cinkovih prstov vstavila gen za odpornost proti puromicinu, v enem primeru pod promotorjem gena PPP1R12C, v drugem primeru pa pod fosfoglicerolkinaznim (PGK) promotorjem. S slednjim so želeli pokazati, da je s to metodo možno vstavljati v embrionalne človeške celice tudi gene pod eksogenimi promotorji. V obeh primerih so po elektroporaciji dobili približno 50 % celic odpornih proti puromicinu in s prenosom po Southernu so dokazali, da se je insercija zgodila na želenem mestu v enem ali obeh alelih ter da ni prišlo do naključnih insercij na drugih mestih v genomu.

Nato so v lokus ''AAVS1'' s pomočjo nukleaz z motivi cinkovih prstov ustavili še gen za eGFP pod promotorjem ''CMV'' in tetraciklinskim odzivnim elementom. Po dodatku doksociklina se je izražanje eGFP znatno povečalo, s čimer so pokazali, da je v lokus ''AAVS1'' s pomočjo nukleaz z motivi cinkovih prstov mogoče vstaviti tudi inducibilne genetske kasete.

=== PITX3 ===

PITC3 je transkripcijski faktor, ki se izraža v določenih diferenciranih celicah kot so npr. dopaminergični nevroni, vendar se ne izraža v človeških embronalnih matičnih in induciranih pluripotenitnih celicah. Raziskovalci in raziskovalke so preverili, ali lahko z nukleazami z motivi cinkovih prstov ciljajo tudi neizražene gene. Naredili so take nukleaze z motivi cinkovih prstov, ki bi naj ustvarile zlom obeh verig DNA v prvem eksonu ''PITX3''. Na mesto prekinitve so želeli vstaviti reporter eGFP s sledečim poliadenilacijskim signalom in gen za odpornost proti puromicinu pod promotorjem PGK. Uspešnost genske spremembe je bila 11% za embrionalne in 8% za inducirane pluripotentne celice, kar so označili za relativno visoko upoštevajoč dejstvo, da so kaseto vstavljali v gen, ki se ne izraža v teh celicah.

Vse gensko spremenjene celice so ohranile pluripotentnost, kar so doazali s prisotnostjo markerjev za pluripotentnost in ker so bile zmožne tvorbe teratomov (tumorjev iz kličnih celic)

== Zaključek ==

Zaključili so, da ima gensko spreminjanje z uporabo nukleaz z motivi cinkovih prstov velik potencial za raziskave embrionalnih in induciranih pluripotentnih celic. Zaključek moramo razumeti v kontekstu leta 2009, ko v človeških matičnih celicah še niso bile v uporabi druge metode za urejanje genoma, npr. CRISPR/Cas.

== Viri ==

# [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4142824/#R10 Hockemeyer, Dirk et al. “Highly Efficient Gene Targeting of Expressed and Silent Genes in Human ESCs and iPSCs Using Zinc Finger Nucleases.” Nature biotechnology 27.9 (2009): 851–857. PMC. Web. 21 Nov. 2016.]
# [http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2006.07.024 Takahashi, Kazutoshi et al. "Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors" Cell 126.4 (2006): 663-676. Cell. Web. 21 Nov. 2016.]
# [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3176093/ Carroll, Dana. “Genome Engineering With Zinc-Finger Nucleases.” Ed. L. M. Wahl. Genetics 188.4 (2011): 773–782. PMC. Web. 21 Nov. 2016.]