Biotech Cultures/fr
Introduction
Pour les travaux pratiques en biotechnologie, il est nécessaire de disposer de souches bien connues des organismes qui seront utilisés comme plateformes de développement. Il s'agit de souches qui ont une longue histoire d'utilisation fiable et sûre, et pour lesquelles la séquence du génome est connue ou au moins cartographiée avec précision. Il est typique d'utiliser les « organismes modèles » de la science comme plateformes de développement en raison du grand nombre de publications entourant leur utilisation et leur étude.
Dans la plupart des laboratoires, la microbiologie est le domaine d'intérêt, qui comprend les études sur les bactéries et les levures. Cependant, la phytologie est également possible. Cependant, si des manipulations génétiques sont souhaitées, la microbiologie est un élément essentiel, car les bactéries sont utilisées pour transporter et transporter l'ADN dans les opérations de routine avant que l'ADN ne soit récolté pour être utilisé dans les plantes.
L'exemple le plus connu est l'utilisation de la bactérie E.coli dans les laboratoires du monde entier. En raison de sa croissance rapide et de sa facilité de manipulation, la bactérie est devenue la référence en matière de recherche génétique et microbiologique. Le degré de compréhension de la bactérie E.coli signifie qu'il est facile de réaliser des tests précis et vérifiables et de les tester rapidement. Cela signifie également qu'il faut moins d'hypothèses pour développer une « machine biologique » ; si l'on souhaite un système bioluminescent, on peut rechercher dans la biochimie de la bactérie E.coli la préexistence des précurseurs nécessaires ; si elle est présente, le travail peut commencer comme prévu. Dans le cas contraire, des voies alternatives peuvent être introduites pour compenser. Si la même procédure était tentée avec une bactérie sauvage de provenance inconnue, de nombreuses inconnues pourraient paralyser un projet à n'importe quel stade avant son achèvement.
Fonctions et applications
Les microbes sont utilisés pour diverses fonctions dans un laboratoire de génétique ou de biologie moléculaire, et sont utilisés comme une fin en soi dans un laboratoire de microbiologie.
Production de nutriments ou de médicaments
Certaines souches sauvages produisent déjà des antibiotiques qui peuvent convenir à un usage topique ou interne comme médicaments de manière naturelle, mais elles les produisent en mauvaise qualité/quantité et dans des conditions spécialisées qui ajoutent à la tutelle et à la charge pratique de la gestion d'une biopothicairerie .
Pour la production locale et à petite échelle de nutriments ou d’antibiotiques spécialisés, il est plus pratique d’utiliser une souche de laboratoire standardisée qui produit les molécules souhaitées dans des conditions adaptées et en grande quantité/qualité. Par exemple, une culture de Bacillus subtilis pourrait facilement être conçue pour produire de la tétracycline, une autre pour produire des pénicillines et une autre pour produire des antihelminthiques contre les infections par les vers. Avec un ensemble de souches standardisées, il serait possible de suivre exactement la même procédure de production pour chaque médicament selon les besoins.
Amplification de l'ADN
Une étape nécessaire dans la plupart des procédures liées à l'ADN consiste à produire suffisamment d'ADN de départ pour pouvoir travailler dessus, car l'ADN est perdu à chaque étape de la purification et de la manipulation en raison du lavage et de la dilution. En général, cela se fait à l'aide d'un vecteur de clonage plasmidique, dans lequel l'ADN est ligaturé (joint), et d'une bactérie qui hébergera le plasmide. Le plasmide sera copié avec la cellule et peut être extrait sous une forme modérément pure à l'aide d'une miniprep.
Il est aujourd'hui possible d'utiliser la PCR pour amplifier et manipuler l'ADN sans nécessiter techniquement une étape de clonage, mais la stabilité est améliorée en utilisant des bactéries pour la propagation de routine, et le stockage est plus facile si les plasmides sont maintenus de manière stable dans des cellules dormantes ou congelées. L'ADN nu peut être stocké pendant des mois avec une préparation minutieuse, mais l'ADN encapsulé par des bactéries a une durée de conservation potentiellement indéfinie si les cellules sont préparées sous forme de spores.
L'amplification est une étape nécessaire dans la production d'ADN spécialisé pour l'amélioration des cultures, car l'ADN plasmidique ne peut pas être amplifié ou maintenu dans les cellules végétales et doit être préparé à l'avance dans les bactéries avant d'être délivré aux plantes.
Sciences et apprentissage
La résilience ne doit pas se limiter aux nécessités pratiques de la vie. La science fait partie de la société moderne et notre compréhension croissante du monde est globalement une grande force pour le bien. C’est en partie grâce à la compréhension du rôle joué par les microbes dans les cycles des nutriments et des minéraux à travers le monde que nous avons fait de grands progrès dans la recherche sur l’environnement et le changement climatique. La compréhension des microbes qui vivent sur, en nous et autour de nous est essentielle pour poursuivre les progrès dans le domaine des soins de santé.
La science pure ne doit donc pas être ignorée comme voie potentielle de travail dans un laboratoire communautaire. L’enseignement et la diffusion de la méthode scientifique dans les laboratoires communautaires servent non seulement à préserver les connaissances et à renforcer la résilience de l’infrastructure scientifique, mais contribuent également à développer la confiance de la communauté dans la méthode scientifique ; cela signifie que les individus sont mieux équipés pour faire face à la superstition et à la propagande d’inspiration commerciale.
Pour approfondir la compréhension scientifique des espèces naturelles, les souches de laboratoire sont généralement utilisées comme navettes et vecteurs pour l'ADN à étudier. Cela permet d'isoler les fragments ou les constructions d'ADN étudiés de leur contexte d'origine, généralement sur un plasmide en raison de la facilité avec laquelle les plasmides peuvent être séparés des autres ADN contaminants.
Par exemple, si une communauté souhaite étudier l'ADN d'une culture de fermentation traditionnelle, elle peut extraire l'ADN de ses cultures, le briser et lier les fragments dans un plasmide qui confère une résistance à une condition mortelle (le manque de nutrition ou d'antibiotiques sont typiques dans les laboratoires existants). Ce plasmide est ensuite imposé à une culture de bactéries de laboratoire (normalement E.coli, mais voir ci-dessous pour les alternatives), et les colonies survivantes dérivées de cellules uniques sont récupérées. Chaque colonie doit contenir le même plasmide contenant un morceau unique de l'ADN à étudier, et peut être utilisée pour propager de nombreuses copies de ce morceau d'ADN pour une étude ultérieure.
Cultures potentielles
Pour un laboratoire biologique ou une pharmacie communautaire , il existe des pressions et des exigences particulières qui découragent l'adoption d'E.coli ; les conditions de culture et les exigences de stockage nécessitent beaucoup d'énergie et de temps pour être satisfaites sans un apport externe d'ingrédients peu pratiques comme la tryptone et un surplus d'énergie (pour les congélateurs à -80 °C, par exemple). Aussi regrettable que cela soit compte tenu de l'historique d'utilisation sans précédent d'E.coli, il existe des alternatives qui semblent prometteuses pour une utilisation communautaire.
Bacillus subtilis
Bacillus subtilis est un bon candidat pour ce cas d'utilisation. B. subtilis est complètement omniprésent dans les échantillons de sol et de sable naturels et possède un métabolisme polyvalent. Cela signifie que les conditions de culture sont immédiatement moins contraignantes que celles d'E. coli , qui dépend dans une certaine mesure de la nutrition prédigérée dans son environnement intestinal normal ; B. subtilis est couramment cultivé à l'aide de gélose pomme de terre-dextrose et pourrait facilement être cultivé à l'aide d'ingrédients locaux de la même manière. À proprement parler, même le dextrose (glucose) n'est pas nécessaire à la croissance, et n'importe quel bouillon de légumes devrait suffire. Cependant, B. subtilis domestiqué n'a aucun moyen intrinsèque d'empêcher la contamination des cultures. De plus, les souches de laboratoire de B. subtilis ont une très faible vigueur et ne sont pas considérées comme viables en dehors du laboratoire (ce qui peut être considéré comme un avantage dans certaines applications).
La plupart des souches de laboratoire typiques de B. subtilis sont dérivées de B. subtilis 168 , une souche domestiquée très ancienne qui a une longue histoire de mutations induites en laboratoire et d'exposition aux radiations. La souche produit des colonies peu différenciées (faible complexité) et n'est normalement pas capable de se déplacer sur une surface solide comme le font les souches sauvages.
Les manipulations de cette souche sont réalisées à l'aide de plasmides (un petit morceau circulaire d'ADN « facultatif » qui peut être chargé avec l'ADN souhaité), qui peuvent être intégratifs (se joindre au chromosome pour la plupart des parties du cycle cellulaire) ou non intégratifs. Les inquiétudes concernant la stabilité de l'ADN chez B. subtilis ont historiquement limité son utilisation pour le clonage et la conservation de l'ADN. Cependant, cette instabilité est maintenant mieux comprise, et des recherches récentes suggèrent qu'un site de reconnaissance de la topoisomérase dans l'ADN est/était responsable de l'instabilité. Connaître la séquence consensus pour ce site de reconnaissance signifie que l'ADN sur mesure pour Bacillus ne risque pas de souffrir d'instabilité à l'avenir. Des tests seront bientôt effectués par l'auteur actuel sur un plasmide hyperstable et open source pour B. subtilis qui, idéalement, ne nécessitera pas d'antibiotiques pour fonctionner.
Kombucha ( G. xylinus )
Les cultures de kombucha présentent une autre possibilité intéressante. La raison de cette promesse est due à l'existence d'une séquence préliminaire du génome de l'espèce primaire à l'origine du kombucha, Gluconacetobacter xylinus , et en particulier aux conditions de croissance de la culture du kombucha. En raison de la forte acidité du kombucha et des exigences de croissance simples (sucre/glucose et bouillon/thé), il présente une culture facile à cultiver par des individus ou des communautés peu formés ou équipés, et présente une culture potentielle pour une utilisation dans des environnements domestiques (si, par exemple, un kombucha était conçu pour jouer un rôle domestique tel que la production de remèdes courants ou de compléments alimentaires).
Si une « souche de laboratoire » de Kombucha pouvait être conçue, composée de la souche domestiquée dérivée du kombucha de G. xylinus et d'une souche de laboratoire domestiquée de S. cerevisiae (levure de boulanger) ou de S. pombe (levure de fission), ce serait une plateforme intéressante à étudier pour une utilisation communautaire. Voir ici pour des informations préliminaires sur les expériences personnelles de cet auteur à ce sujet.
Malgré les perspectives prometteuses du Kombucha en tant que plateforme, de nombreux travaux devront être réalisés avant qu'il ne soit prêt. Une souche de laboratoire doit être capable d'accepter et de conserver de manière stable l'ADN, généralement sous la forme d'un plasmide, pour être utile au séquençage, à l'étude ou à la manipulation des gènes et de l'ADN (comme détaillé ci-dessus). Peu de travaux ont été menés jusqu'à présent sur les méthodes pour G. xylinus et il n'existe pas encore de plasmides hautement standardisés conçus pour cette espèce (et certainement pas de plasmides qui constitueraient un laboratoire communautaire sans antibiotique doté d'une plateforme de développement solide).
La possibilité de manipuler l'un ou l'autre des partenaires dans un système symbiotique tel que le Kombucha signifie que, à condition que S.cerevisiae puisse être combiné de manière stable avec G.xylinus , le composant levure du système Kombucha pourrait être manipulé comme indiqué ci-dessous. Dans cette configuration, les bactéries fournissent un moyen de prévenir davantage la contamination plutôt que de faire un travail direct.
Levure de boulanger/de bière
Sacharromyces cerevisiae , ou levure de boulanger/de bière, est une espèce entièrement domestiquée qui bénéficie également du statut d'« organisme modèle » depuis des décennies d'études scientifiques. Elle est utilisée à l'échelle nationale depuis la préhistoire et il est facile d'apprendre à cultiver S.cerevisiae en utilisant un équipement très minimal ; l'alcool produit par une culture en fermentation tend à empêcher la contamination une fois la fermentation établie. En fait, pour la production d'alcools indispensables aux laboratoires, on s'attend à ce qu'un laboratoire biologique communautaire fermente déjà la levure sur place, bien que pour cette fin, les souches de laboratoire ne soient peut-être pas idéales.
Pour les manipulations génétiques chez la levure, il est courant d'utiliser des « minicercles d'ADN », des molécules circulaires qui ressemblent fortement aux plasmides bactériens. Ces minicercles peuvent être intégrateurs ou non intégrateurs ; l'intégration est plus stable (moins susceptible d'être perdue lors de la division cellulaire) car elle rejoint un chromosome lors de la croissance cellulaire normale, mais un plasmide intégré ne présente qu'une seule copie, alors que les minicercles non intégrés peuvent potentiellement avoir plusieurs copies par cellule.
Cependant, la manipulation génétique des levures est compliquée par la nécessité d'utiliser du polyéthylène glycol (PEG) à longue chaîne. Le PEG utilisé pour la manipulation des levures se situe dans les quelques milliers de longueurs ; le PEG-3350 devrait convenir et se trouve pur dans le commerce comme laxatif, mais il peut ne pas être facile à fabriquer sur place. Les alternatives au PEG peuvent inclure certains polysaccharides et gommes qui produisent un effet osmotique similaire, bien que cela n'ait pas été testé. Les manipulations génétiques nécessitent également des sels ; il est typique d'utiliser des sels de lithium tels que l'acétate de lithium (qui peut être préparé à partir d'hydroxyde de lithium et de vinaigre), bien que le chlorure de sodium (sel de table) fonctionne avec une faible efficacité.
