بهره‌گیری از قدرت تکامل در بیوتکنولوژی با استفاده از روش تکامل سازشی آزمایشگاهی (ALE= Adaptive Laboratory Evolution)

نویسندگان
نوروز بگ اوغلی
حمید مقیمی
دانشگاه تهران، پردیس علوم، دانشکده زیست‌شناسی، بخش زیست‌فناوری میکروبی
چکیده
تکامل سازشی آزمایشگاهی به دلیل سادگی و تاثیرگذاری بالا برای بهبود بخشی به ویژگی­های سویه­های مهم صنعتی از جمله مصرف منبع کربن، مقاومت به شرایط نامناسب محیطی و مقاومت به مهارکننده های شیمیایی استفاده می شود. عدم نیاز به دانستن اساس ژنتیکی فنوتیپ های مورد نظر این روش را به یک روش قدرتمند برای توسعه­ی سویه­های میکروبی، حتی وقتی اطلاعات بسیار اندکی در مورد ژنتیک آنها وجود دارد، تبدیل کرده است. گر چه روش­های انجام ALE سال­های متمادی همچنان ثابت باقی مانده است ولی پیشرفت­های جدید با افزایش سرعت تکامل و تسهیل آنالیز نوید بخش بهبود فرآیند تکامل آزمایشگاهی سویه­های جهش یافته است. هدف این مقاله­ی معرفی و بررسی پیشرفت­های اخیر در زمینه تکامل سازشی آزمایشگاهی و بررسی چگونگی بهره­گیری از آن در اهداف زیست­فناورانه است.

کلیدواژه‌ها

  1. Beaumont, H. J., Gallie, J., Kost, C., Ferguson, G. C., & Rainey, P. B. (2009). Experimental evolution of bet hedging. Nature, 462(7269), 90-93.
  2. Bennett, A. F., Dao, K. M., & Lenski, R. E. (1990). Rapid evolution in response to high-temperature selection. Nature, 346(6279), 79-81.
  3. Bennett, A. F., & Hughes, B. S. (2009). Microbial experimental evolution. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 297(1), R17-R25.
  4. Çakar, Z. P., Turanlı-Yıldız, B., Alkım, C., & Yılmaz, Ü. (2012). Evolutionary engineering of Saccharomyces cerevisiae for improved industrially important properties. FEMS yeast research, 12(2), 171-182.
  5. Conrad, T. M., Lewis, N. E., & Palsson, B. Ø. (2011). Microbial laboratory evolution in the era of genome‐scale science. Molecular systems biology, 7(1), 509.
  6. Dragosits, M., & Mattanovich, D. (2013). Adaptive laboratory evolution–principles and applications for biotechnology. Microbial cell factories, 12(1), 64.
  7. Fong, S. S., Burgard, A. P., Herring, C. D., Knight, E. M., Blattner, F. R., Maranas, C. D., & Palsson, B. O. (2005). In silico design and adaptive evolution of Escherichia coli for production of lactic acid. Biotechnology and bioengineering, 91(5), 643-648.
  8. Hu, H., & Wood, T. K. (2010). An evolved Escherichia coli strain for producing hydrogen and ethanol from glycerol. Biochemical and biophysical research communications, 391(1), 1033-1038.
  9. Kao, K. C., & Sherlock, G. (2008). Molecular characterization of clonal interference during adaptive evolution in asexual populations of Saccharomyces cerevisiae. Nature genetics, 40(12), 1499-1504.
  10. Kwon, Y.-D., Kim, S., Lee, S. Y., & Kim, P. (2011). Long-term continuous adaptation of Escherichia coli to high succinate stress and transcriptome analysis of the tolerant strain. Journal of bioscience and bioengineering, 111(1), 26-30.
  11. Lenski, R. E., Mongold, J. A., Sniegowski, P. D., Travisano, M., Vasi, F., Gerrish, P. J., & Schmidt, T. M. (1998). Evolution of competitive fitness in experimental populations of E. coli: what makes one genotype a better competitor than another? Antonie Van Leeuwenhoek, 73(1), 35-47.
  12. Martinez, A., Grabar, T., Shanmugam, K., Yomano, L., York, S., & Ingram, L. (2007). Low salt medium for lactate and ethanol production by recombinant Escherichia coli B. Biotechnology letters, 29(3), 397-404.
  13. Nielsen, J. (1998). Metabolic engineering: techniques for analysis of targets for genetic manipulations. Biotechnology and bioengineering, 58(2‐3), 125-132.
  14. Palsson, B. Ø. (2015). Systems biology: constraint-based reconstruction and analysis: Cambridge University Press.
  15. Paquin, C. E., & Adams, J. (1983). Relative fitness can decrease in evolving asexual populations of S. cerevisiae. Nature, 306(5941), 368-371.
  16. Park, J. H., Lee, K. H., Kim, T. Y., & Lee, S. Y. (2007). Metabolic engineering of Escherichia coli for the production of L-valine based on transcriptome analysis and in silico gene knockout simulation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 104(19), 7797-7802.
  17. Portnoy, V. A., Bezdan, D., & Zengler, K. (2011). Adaptive laboratory evolution—harnessing the power of biology for metabolic engineering. Current opinion in biotechnology, 22(4), 590-594.
  18. Portnoy, V. A., Herrgård, M. J., & Palsson, B. Ø. (2008). Aerobic fermentation of D-glucose by an evolved cytochrome oxidase-deficient Escherichia coli strain. Applied and environmental microbiology, 74(24), 7561-7569.
  19. Portnoy, V. A., Scott, D. A., Lewis, N. E., Tarasova, Y., Osterman, A. L., & Palsson, B. Ø. (2010). Deletion of genes encoding cytochrome oxidases and quinol monooxygenase blocks the aerobic-anaerobic shift in Escherichia coli K-12 MG1655. Applied and environmental microbiology, 76(19), 6529-6540.
  20. Schmid, A., Dordick, J., Hauer, B., Kiener, A., Wubbolts, M., & Witholt, B. (2001). Industrial biocatalysis today and tomorrow. Nature, 409(6817), 258-268.
  21. Shui, Z.-X., Qin, H., Wu, B., Ruan, Z.-y., Wang, L.-s., Tan, F.-R., . . . Hu, G.-Q. (2015). Adaptive laboratory evolution of ethanologenic Zymomonas mobilis strain tolerant to furfural and acetic acid inhibitors. Applied Microbiology and Biotechnology, 99(13), 5739-5748.
  22. Takemoto, K., Nacher, J. C., & Akutsu, T. (2007). Correlation between structure and temperature in prokaryotic metabolic networks. BMC bioinformatics, 8(1), 303.
  23. Toprak, E., Veres, A., Yildiz, S., Pedraza, J. M., Chait, R., Paulsson, J., & Kishony, R. (2013). Building a morbidostat: an automated continuous-culture device for studying bacterial drug resistance under dynamically sustained drug inhibition. Nature protocols, 8(3), 555-567.
  24. Tremblay, P. L., Summers, Z. M., Glaven, R. H., Nevin, K. P., Zengler, K., Barrett, C. L., . . . Lovley, D. R. (2011). A c‐type cytochrome and a transcriptional regulator responsible for enhanced extracellular electron transfer in Geobacter sulfurreducens revealed by adaptive evolution. Environmental microbiology, 13(1), 13-23.
  25. Wollner, A., Krzeminski, K., Nelson, W., & Cell, J. (1992). Microbial competition: Escherichia coli mutants that take over stationary phase cultures. Biol, 116, 889.
مجله زیست شناسی ایران
دوره 2، شماره 3.4
1397
صفحه 92-99

  • تاریخ دریافت 02 آذر 1396
  • تاریخ بازنگری 02 مرداد 1398
  • تاریخ پذیرش 02 مرداد 1398