Bakteri mengubah limbah plastik menjadi obat penghilang rasa sakit

Awal tahun ini, cara luar biasa untuk menggunakan pemegang plastik limbah.

Bakteri umum dirancang secara genetik untuk memakan molekul plastik dan kemudian mencernanya untuk menghasilkan obat penghilang rasa sakit sehari -hari, parasetamol.

Mikrobium yang digunakan oleh Stephen Wallace, seorang profesor bioteknologi kimia di University of Edinburgh, adalah Escherichia coli, lebih dikenal sebagai E. coli.

Bakteri berbentuk batang ada di usus manusia dan hewan, dan mungkin lebih akrab dengan kesalahan yang tidak menyenangkan yang bisa sakit.

Profesor Wallace secara otomatis memilihnya karena beberapa strain E. coli yang bukan patogen banyak digunakan di laboratorium biologi dalam bioteknologi dan rekayasa untuk menguji apakah sesuatu dapat bekerja.

E. coli adalah “kuda kerja” utama di pedesaan, kata Profesor Wallace, yang juga merancangnya secara genetik di laboratorium untuk mengubah limbah plastik menjadi rasa vanilla dan limbah Fatberg dari selokan menjadi parfum.

“Jika Anda ingin menunjukkan bahwa sesuatu mungkin terjadi pada biologi, E.Coli adalah tahap alami pertama,” katanya.

Penggunaan mikrobium tidak terbatas pada laboratorium. Secara industri, rute E. coli dirancang secara genetik sebagai pabrik hidup yang menghasilkan berbagai produk farmasi seperti insulin, vital untuk manajemen diabetes, untuk berbagai bahan kimia pada platform yang digunakan untuk membuat bahan bakar dan pelarut.

Tetapi bagaimana E. coli menjadi titik awal untuk bioteknologi, mengapa itu berguna dan apa yang bisa dimiliki masa depannya?

Thomas Silhavy, seorang profesor ahli biologi molekuler di Universitas Princeton, yang telah mempelajari bakteri selama sekitar 50 tahun dan telah mendokumentasikan ceritanya.

Organisme model keluarga lainnya termasuk tikus, lalat buah dan ragi roti. Ragi, seperti E. coli, juga telah menjadi alat yang tak ternilai dalam bioteknologi, baik di laboratorium maupun industri, tetapi memiliki struktur sel yang lebih kompleks dan aplikasi yang berbeda.

E. coli pertama kali diisolasi pada tahun 1885 oleh dokter anak Jerman, Theodor Eschich, mempelajari mikroba usus anak -anak. Tumbuh cepat dan mudah bekerja, para ilmuwan mulai menggunakannya untuk mempelajari biologi bakteri dasar.

Pada tahun 1940 -an, “kebetulan” melambungkannya di masa yang hebat, kata Profesor Silhavy.

Strain E non -Pathogenic digunakan. Coli (K-12) untuk menunjukkan bahwa bakteri tidak harus membelah, tetapi dapat menderita “seks bakteri” di mana mereka berbagi dan menggabungkan kembali gen untuk fitur baru.

Itu adalah penemuan referensi dan E. coli menjadi “organisme favorit semua orang,” menurutnya.

Dia melihat bahwa E. coli terus memainkan peran sentral dalam lebih banyak penemuan dan tonggak sejarah dalam genetika dan biologi molekuler.

Itu digunakan untuk membantu menguraikan kode genetik, dan pada tahun 1970 -an itu menjadi organisme pertama yang dirancang secara genetik ketika DNA asing dimasukkan, yang meletakkan fondasi untuk bioteknologi modern.

Dia juga memecahkan masalah dengan produksi insulin. Insulin ternak dan babi telah digunakan untuk mengobati diabetes, tetapi menyebabkan reaksi alergi pada beberapa pasien.

Tetapi pada tahun 1978 insulin manusia sintetis pertama terjadi melalui E. coli, sebuah terobosan.

Pada tahun 1997, ia menjadi salah satu organisme pertama yang memiliki seluruh genom diurutkan, memfasilitasi pemahaman dan manipulasi.

Adam Feist, seorang profesor di University of California, San Diego, yang mengembangkan mikroba untuk aplikasi industri, mengatakan ia menghargai E. coli atas karakteristiknya yang bermanfaat.

Di luar pengetahuan luas yang terakumulasi tentang genetika mereka dan alat yang difasilitasi oleh insinyur, bakteri tumbuh dengan cepat dan dapat diprediksi dalam berbagai substrat. Ini tidak “rewel” seperti beberapa, Anda dapat membeku dan menghidupkan kembali tanpa masalah, dan itu luar biasa baik untuk menyambut DNA asing.

“Semakin saya bekerja dengan semakin banyak mikroorganisme, semakin saya berterima kasih kepada E. coli yang kuat,” katanya.

Cynthia Collins adalah direktur utama Ginkgo Bioworks, sebuah perusahaan yang membantu perusahaan mengembangkan produk bioteknologi mereka dan membantu mereka menggunakan E. coli secara industri.

Meskipun menu organisme yang tersedia untuk manufaktur skala besar sedikit lebih lebar daripada beberapa dekade, ketika E. coli seringkali merupakan satu -satunya pilihan, itu seringkali bisa menjadi “pilihan yang baik” menurut produk, kata Dr. Collins. (Bahkan dengan bioengineering yang paling intensif, E. coli tidak dapat menghasilkan semuanya).

“Ini sangat ekonomis; Anda dapat banyak memompa,” katanya, mencatat bahwa jika bakteri menghasilkan sesuatu yang beracun bagi sel, toleransi sering dapat dirancang.

Namun, ada orang yang bertanya apakah domain E. coli dapat berarti menemukan solusi bioteknologi terbaik untuk masalah kita.

Paul Jensen, seorang ahli mikrobiologi dan insinyur di Universitas Michigan, mempelajari bakteri yang hidup di mulut. Dia baru -baru ini menganalisis bagaimana sebagian besar bakteri lain terkait dengan E. coli.

Maksudnya adalah bahwa, sementara kami memaksa dengan rekayasa E. coli yang semakin luas untuk melakukan hal -hal yang tidak penting, mungkin ada mikroba lain yang melakukan hal -hal ini secara alami dan lebih baik bahwa mereka tidak memiliki mata dan kami harus mendapat manfaat -karena mereka tidak mencari atau belajar.

Bioprospeksi ke tempat pembuangan sampah, misalnya, dapat muncul mikroba yang sudah mulai makan tidak hanya plastik, tetapi juga semua jenis limbah. Dan mungkin ada bakteri yang melakukan sesuatu, seperti semen atau karet, kami bahkan belum membayangkan. Hanya bakteri yang hidup di mulut kita di luar E. coli untuk toleransi terhadap asam yang ditunjukkannya.

“Kami sangat dalam dengan E. coli sehingga kami tidak cukup menyelidiki,” katanya.

Ada beberapa alternatif bahwa orang bekerja untuk meningkatkan opsi, termasuk Vibrio Natriegens (V. Nat), yang telah mulai mendapatkan perhatian sebagai pesaing potensial E. coli.

V. Nat Pertama terisolasi dari rawa asin di negara bagian Amerika Serikat di Georgia pada 1960-an, tetapi sebagian besar diabaikan dalam koleksi budidaya dan freezer sampai pertengahan 2010-an ketika diakui karena tingkat pertumbuhan yang sangat cepat, Double E. coli, yang bisa menjadi keuntungan industri yang signifikan.

Juga jauh lebih efisien untuk mengasumsikan DNA asing, kata Buz Barstow, seorang insinyur biologis dan lingkungan dari University of Cornell, yang termasuk di antara mereka yang mengembangkan tubuh dan mengatakan bahwa kapasitasnya dibandingkan dengan E. coli seperti “pindah dari kuda ke mobil”.

Mengemudi Fokus V. Nat de Dr Barstow adalah Anda ingin melihat mikroba yang digunakan untuk menghadapi tantangan besar keberlanjutan: dari memproduksi bahan bakar reaksi dari karbon dioksida dan listrik hijau hingga logam penambangan yang langka. “Singkatnya, E. coli tidak akan membawa kita ke salah satu dari penglihatan ini. V. Natriegens bisa,” katanya.

Tahun ini, laboratoriumnya menyiapkan perusahaan, Pasukan Evolusi, yang bekerja pada alat untuk memfasilitasi para peneliti di bidang teknik laboratorium.

V. Nat menawarkan properti yang menarik, mengakui Profesor Feist, tetapi alat genetik yang diperlukan untuk penggunaan luas masih hilang, dan belum harus ditampilkan. “E. coli adalah hal yang sulit untuk diganti,” katanya.