Geneticky modifikované kmeny hrají klíčovou roli v molekulárním výzkumu a biotechnologiích. Tyto kmeny jsou vytvářeny pomocí specifických mikroorganismů jako základu prostřednictvím metod, jako je mutační šlechtění a genetické inženýrství. Výzkum se zaměřuje na tři hlavní oblasti: vývoj podpůrných technologií pro tvorbu kmenů, výzkum systémové biologie a mikrobiální genetiky a návrh a rekonstrukce metabolických drah [1].
V průmyslovém kvašení jsou vysoce kvalitní geneticky upravené kmeny nezbytné. Například Corynebacterium glutamicum má významnou hodnotu v průmyslu fermentace aminokyselin. Výzkumníci se zabývali přípravou kompetentních buněk, optimalizací procesu elektroporace a transformací dráhy syntézy buněčné stěny [2].
V molekulární biologii jsou geneticky upravené kmeny, zejména kompetentní buňky, zásadní pro efektivní absorpci fragmentů nahé DNA, jako jsou plazmidy. Tyto buňky se běžně používají v experimentech, jako je klonování DNA, konstrukce plazmidů a exprese proteinů. Zlepšení výkonu těchto bakteriálních kmenů zahrnuje několik strategií, jako je zvýšení účinnosti transformace, snížení degradace DNA, rychlá proliferace a vysoká replikační kapacita, mechanismy stresové odpovědi, zvýšení specificity, udržování a replikace plazmidů a metabolické inženýrství [3].
E. coli je široce používaným hostitelem pro klonování, expresi a manipulaci s DNA v molekulární biologii. Vývoj kompetentních kmenů E. coli, schopných přijímat exogenní DNA, je základem těchto postupů. Většina běžných laboratorních kmenů E. coli pochází ze dvou samostatných izolátů, kmene K-12 a kmene B [4].
MDS42 je zjednodušená verze E. coli vytvořená redukcí genomu, odvozená od dobře prostudovaného, nepatogenního kmene E. coli K-12. Navržen tak, aby odstranil neesenciální geny a genetické elementy zbytečné pro laboratorní růst, má MDS42 zmenšenou velikost genomu, což vede k efektivnějšímu buněčnému metabolismu a snazší genetické manipulaci [5].
Společnost GenScript představila unikátní kmen přizpůsobený pro zvýšení stability poly(A) konců. Kmen GenScript Poly(A) se skládá z geneticky upravených genů a sekvencí, včetně RecA, které mají přímý nebo nepřímý vliv na rekombinaci klonované DNA. V porovnání s plazmidy odvozenými od NEB® Stable Competent E. coli vykazoval kmen GenScript Poly(A) V2/V3 výrazně vyšší úspěšnost (až o 20 % vyšší) jak u první, tak u třetí generace [6].
Vývoj různých hostitelských kmenů E. coli byl motivován potřebou překonat specifické výzvy spojené s různými typy genetického materiálu a aplikací. Pochopením genetických charakteristik každého kmene mohou výzkumníci vybrat nejvhodnějšího hostitele pro své experimenty, a zvýšit tak šance na úspěšné klonování a expresi cílových genů [7].
Geneticky modifikované kmeny jsou mocným nástrojem v molekulárním výzkumu a biotechnologiích. Jejich vývoj a optimalizace umožňují efektivnější a specifičtější manipulaci s DNA, expresi proteinů a průmyslové aplikace. S pokračujícím výzkumem a inovacemi v této oblasti můžeme očekávat další pokroky a objevy, které posunou hranice vědy a techniky.
Odkazy:
[1] The Power of Genetically Engineered Strains in Molecular Research. GenScript. (2023). Retrieved from https://www.genscript.com/the-power-of-genetically-engineered-strains-in-molecular-research.html
[2] Becker, J., & Wittmann, C. (2012). Systems and synthetic metabolic engineering for amino acid production - the heartbeat of industrial strain development. Current Opinion in Biotechnology, 23(5), 718-726. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2011.12.025
[3] Casali, N. (2003). Escherichia coli Host Strains. In E. coli Plasmid Vectors (pp. 27-48). Humana Press. https://doi.org/10.1385/1-59259-409-3:27
[4] Daegelen, P., Studier, F. W., Lenski, R. E., Cure, S., & Kim, J. F. (2009). Tracing Ancestors and Relatives of Escherichia coli B, and the Derivation of B Strains REL606 and BL21(DE3). Journal of Molecular Biology, 394(4), 634-643. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2009.09.022
[5] Pósfai, G., Plunkett, G., Fehér, T., Frisch, D., Keil, G. M., Umenhoffer, K., Kolisnychenko, V., Stahl, B., Sharma, S. S., de Arruda, M., Burland, V., Harcum, S. W., & Blattner, F. R. (2006). Emergent Properties of Reduced-Genome Escherichia coli. Science, 312(5776), 1044-1046. https://doi.org/10.1126/science.1126439
[6] GenScript Poly(A) Competent E. coli. GenScript. (n.d.). Retrieved from https://www.genscript.com/poly-a-competent-e-coli.html
[7] Rosano, G. L., & Ceccarelli, E. A. (2014). Recombinant protein expression in Escherichia coli: advances and challenges. Frontiers in Microbiology, 5. https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00172
