Transformacja bakteryjna

Na początku XX wieku brytyjski bakteriolog Frederick Griffith pracował nad bakterią wywołującą zapalenie płuc Streptococcus pneumoniae. Przeprowadził prosty eksperyment z użyciem dwóch różnych szczepów. Jeden szczep jest znany jako szczep S ze względu na ochronną kapsułkę, która sprawia, że tworzone przez nią kolonie lub grudki wydają się gładkie, a także sprawiają, że są zjadliwe lub szkodliwe. Drugi był szczep R, wersja bakterii pozbawiona ochronnej kapsułki, co nadawało koloniom szorstki wygląd i sprawiało, że nie były zjadliwe.

Po pierwsze, Griffith wziął niektóre bakterie szczepu S i podgrzał je, wytwarzając zabitą termicznie wersję szczepu S. Następnie zebrał kilka myszy i podzielił je na cztery grupy. Pierwszej grupie wstrzyknął zjadliwy szczep S, a drugiej niezjadliwy szczep R. Podał trzeciej grupie zabity termicznie szczep S, a na koniec połączył ze sobą zabity termicznie szczep S i szczep R i wstrzyknął tę mieszankę do czwartej grupy. Zgodnie z oczekiwaniami myszy w pierwszej grupie zmarły, a te w drugiej i trzeciej grupie przeżyły. Ale ku zaskoczeniu Griffitha, myszy z ostatniej grupy również zdechły.

Kiedy opublikował swoje badania w 1928 roku, nazwał ten tajemniczy proces transformacją, ponieważ spekulował na temat obecności ukrytej zasady transformacji, która pozwoliła wcześniej niezjadliwemu szczepowi stać się śmiertelnym. Później, w 1943 roku, Avert, MacLeod i McCarty poinformowali, że tą zasadą transformacji był prawdopodobnie kwas dezoksyrybonukleinowy lub DNA, o którym teraz wiemy, że jest materiałem dziedzicznym. Zasadniczo to, co wydarzyło się w eksperymencie Griffitha, polegało na tym, że kiedy bakterie zostały połączone, część DNA wyciekła z zabitego termicznie szczepu S do komórek szczepu R, przekształcając te niezjadliwe bakterie i przekazując informację, aby stworzyć kapsułkę ochronną, zamieniając szczep R w zjadliwy, teraz zdolny do zabicia zwierząt w czwartej grupie.

Naukowcy opracowali znacznie prostszy sposób badania transformacji bakteryjnej, wykorzystując bakterie E. coli i małe, okrągłe pętle DNA zwane plazmidami. Zwykle plazmid używany w eksperymentach transformacyjnych zawiera gen o specjalnej funkcji, takiej jak oporność na antybiotyki. Bakterie E. coli są doskonałym obiektem transformacji, ponieważ mogą wykazywać właściwość zwaną kompetencją, zdolnością do pobierania DNA ze środowiska. Zasadniczo oznacza to, że w pewnych warunkach środowiskowych, takich jak szok chemiczny lub elektryczny lub cieplny, ściana komórkowa E. coli może stać się tymczasowo przepuszczalna i umożliwić pobieranie DNA ze środowiska. Gdy plazmid znajdzie się wewnątrz E. coli, może albo przebywać w cytoplazmie nowej komórki gospodarza i być replikowany i wyrażany przez pokolenia wraz z genomem, albo może w pełni włączyć się do genomu gospodarza. Jeśli bakterie stracą plazmid w dowolnym momencie, komórka straci również swoją oporność na antybiotyki, dlatego naukowcy hodują bakterie w pożywce zawierającej antybiotyk, aby upewnić się, że jedynymi ocalałymi są te zawierające plazmid, który jest przedmiotem zainteresowania.

W tym laboratorium nauczysz się, jak przekształcać komórki E. coli w plazmid zawierający gen oporności na antybiotyki, jednocześnie ćwicząc sterylne techniki mikrobiologiczne.