Strona główna > biologia, ewolucja, medycyna > Ewolucja w jogurcie

Ewolucja w jogurcie

Sierpień 22, 2008 Dodaj komentarz Go to comments
Streptococcus thermophilus

Streptococcus thermophilus

Zainteresowanie tym, czy Actimel szkodzi, jest nadal całkiem spore. A skoro już ciekawi dowiedzą się, że nie szkodzi (no, dobra, można się przyczepić, że ma sporo cukru…), może będą chętni do przeczytania o genetyce bakterii jogurtowych.

Dzięki fermentacji mlekowej przeprowadzanej przez różne mikroby z mleka można otrzymać zsiadłe mleko, kefir, jogurt, mleko acidofilne itp. Np. kefir powstaje dzięki  bakteriom Streptococcus lactis, S. cremonis, i Lactobacillus, oraz drożdżom Pluiveromyces fragilis (taka mieszanka określana jest jako grzybek kefirowy), natomiast jogurt dzięki bakteriom Streptococcus thermophilus i Lactobacillus bulgaricus. Smak jogurtu zawdzięczamy związkom wytworzonym przez bakterie w procesie fermentacji laktozy. Są to m. in. kwas mlekowy, aldehyd octowy i acetoina. Ich ilość zależy od proporcji i jakości szczepów bakterii jogurtowych. Związki te powodują, że kwasowość mleka rośnie, przez co wytrąca się kazeina. S. thermophilus i L. bulgaricus blisko ze sobą współpracują (protokooperacja) – związki produkowane przez S. thermophilus, takie jak kwas mrówkowy czy kwas pirogronowy, stymulują wzrost  L. bulgaricus. On z kolei wytwarza aminokwasy, które stymulują wzrost S. thermophilus.

Fermentacja mlekowa to niezły sposób na przedłużenie trwałości tego napoju, zatem nic dziwnego, że ludzie wykorzystują ją od bardzo dawna. Nic dziwnego, że postanowili zbadać genomy bakterii, które ją przeprowadzają. Genom bakterii jogurtowej Streptococcus salivarius subsp. thermophilus (w skrócie S. thermophilus) zsekwencjonowano w 2004 (Bolotin i in 2004), a genom Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (w skrócie L. bulgaricus) dwa lata później (van de Guchte i in. 2006).

Pierwsza praca opisuje wyizolowane z dwóch różnych jogurtów szczepy S. thermophilus, których genomy mają wielkość ok. 1,8 mln par zasad. Występuje u niego znacznie więcej pseudogenów, niż u innych Streptococcus. Po genach można rozpoznać, że ta bakteria z cukrów najbardziej lubi laktozę.  Może się pochwalić białkiem transportującym laktozę, które nie występuje u jego krewniaków, ale wśród niefunkcjonalnych pseudogenów jest wiele związanych z metabolizmem i transportem różnych innych węglowodanów. Kiedy porówna się go z jego patogennymi krewnymi, np. S. pneumoniae i S. pyogenes, okazuje się, że S. thermophilus utracił wiele genów związanych ze zjadliwością, nie ma też genów zapewniających oporność na antybiotyki. W porównaniu z patogenami ma też stabilniejszy genom. Zachował natomiast geny homologiczne do tych, które u patogennych streptokoków są odpowiedzialne za wytwarzanie otoczki polisacharydowej. Ta otoczka umożliwia bakteriom uniknięcie zjedzenia przez komórki układu odpornościowego gospodarza. Natomiast homologi tych genów u S. thermophilus są zaangażowane w produkcję polisacharydów wpływających na konsystencję jogurtu.

Lactobacillus bulgaricus

Lactobacillus bulgaricus

Druga praca opisuje, jak naukowcy zsekwencjonowali genom szczepu L. bulgaricus ATCC11842, ktory wyizolowano z bułgarskiego jogurtu w 1919 r i porownali go z genomami dwoch jego bliskich krewniaków L. acidophilus i L. johnsonii. Genom L. bulgaricus ma 1,8 mln par zasad. Zawiera więcej zasad GC (49.7%) niż genomy L. acidophilus i L. johnsonii (ok. 35%), a spowodowane jest to faktem, że G i C występują u niego znacznie częściej na trzeciej pozycji kodonu (tam, gdzie ma to najmniejszy wpływ na to, jaki aminokwas oznacza dany kodon) – u L. bulgaricus GC występują tam w 65% przypadków, w porównaniu z ok. 25% u L. acidophilus i L. johnsonii. Tylko 3/4 DNA tej bakterii to sekwencje kodujące, z czego 1/4 wydaje się być unikalna dla tego gatunku. Do tego w genomie L. bulgaricus jest pełno pseudogenów (około 500 w porównaniu do 1500 genów kodujących białka). Porównanie z innymi gatunkami Lactobacillus pokazuje też, że w przeciwieństwie do nich L. bulgaricus ma komplet genów związanych z biosyntezą kwasu foliowego, nasyconych kwasów tłuszczowych, puryn i pirymidyn. Natomiast wiele genów zaangażowanych w metabolizm i transport niektórych węglowodanów, np. sacharozy czy maltozy, zniknęło lub utraciło funkcjonalność (i stało się pseudogenami). Niefunkcjonalny jest też gen kodujący represor laktozowy LacR, białko „zatrzymujące” transkrypcję enzymów potrzebnych do rozkładania laktozy (opis operonu laktozowego u E. coli można znaleźć w wikipedii). Oznacza to, że L. bulgaricus przystosował się do stałej obecności laktozy, i nie umie już wykorzystywać paru innych cukrów. Brakuje mu również  genów zaangażowanych w biosyntezę niektórych aminokwasów. Widać wystarcza mu proteaza przyczepiona do ściany komórkowej, która tnie białka mleka. Wygląda więc na to, że L. bulgaricus traci wszystko, co w tak bogatym w laktozę i inne skladniki mleku nie znajduje już zastosowania.

Kiedy porówna się genomy oby bakterii jogurtowych, widać, że ściśle ze sobą współpracują. S. thermophilus nie ma proteazy na ścianie komórkowej, która mogłaby ciąć kazeinę, musiał więc zachować większość genów potrzebnych do biosyntezy aminokwasów. Potrafi też – w przeciwieństwie do L. bulgaricus – produkować kwas p-aminobenzoesowy, który obie bakterie umieją przekształcać w kwas foliowy. Poza tym L. bulgaricus ma działającą dekarboksylazę ornitynową, która przekształca ornitynę w putresynę, ale nie ma genów kodujących białka zaangażowane w biosyntezę ornityny, a u S. thermophilus jest na odwrót, wygląda więc na to, że dopiero razem te bakterie są w stanie stworzyć pełen szlak biochemiczny. Ponadto te bakterie lubią się tak bardzo, że wymieniają się genami – w genomie S. thermophilus są fragmenty pochodzące z Lactobacillus, uzyskane przez transfer poziomy.

Zatem zaglądając do kubka z jogurtem można niemalże przyłapać ewolucję na gorącym uczynku – u bakterii rozpieszczonych bogatym w pożywienie środowiskiem dostępnym im od kilku tysięcy lat niektóre geny przestają być używane, więc nic nie stoi na przeszkodzie gromadzeniu się w nich mutacji do tego stopnia, że tracą funkcjonalność.

Na marginesie warto dodać, że bakterie kwasu mlekowego, do których należą S. thermophilus i L. bulgaricus, przydają się nie tylko w kuchni. Obecnie trwają prace nad wykorzystaniem ich do podawania leków pacjentom. Przeprowadzono już badania, w których kilku osobom z chorobą Leśniowskiego-Crohna podawano Lactococcus lactis (znany z serów i maślanki) zmodyfikowany genetycznie tak, aby produkował  interleukinę 10. Na razie taki sposób terapii wygląda obiecująco, oby kolejne fazy badań klinicznych okazały się sukcesem.

Kategorie:biologia, ewolucja, medycyna Tags: ,
  1. Brak komentarzy.
  1. No trackbacks yet.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

%d bloggers like this: