Carinhosamente conhecida como “the pet of scientists” (ou animal de estimação dos cientistas), a Escherichia coli é uma bactéria essencial para a biotecnologia moderna. Apesar de ser conhecida por sua natureza infecciosa (em particular a cepa O157:H7), poucas pessoas têm consciência da sua importância em pesquisas e desenvolvimento científicos, sendo ela a principal escolha para técnicas de Engenharia Genética.
A E. coli é uma bactéria gram negativa em formato de bastão encontrada no intestino de animais de sangue quente, inclusive de humanos. No trato intestinal desses animais existe uma variedade de espécies bacterianas que possuem muitas funções benéficas como a produção de vitaminas K e B.
Desde o nascimento da clonagem molecular, a E. coli tem sido utilizada como hospedeira para sequências de DNA. Em 1973, Hebert Boyer e Stanley Cohen mostraram pela primeira vez que duas partes pequenas de DNA bacteriano poderiam ser “copiadas” e depois “coladas” em E. coli. Logo depois, eles mostraram que o DNA de outros organismos, como os sapos, também poderia ser introduzidos na bactéria. Com o sucesso desses experimentos, a E. coli se tornou a primeira escolha para clonagem molecular e hoje é usada em laboratórios de todo o mundo não só como hospedeira para sequências de DNA, mas também para produção de suas proteínas.
Boyer e Stanley criaram o primeiro organismo recombinante, tecnologia que permite a introdução de um material genético de um organismo em outro organismo diferente.
Devido à sua importância, nós dos Profissão Biotec trouxemos os principais motivos para a escolha da E. coli como organismo modelo em estudos genéticos e em biotecnologia. Confira!
Cultivar E. coli é fácil…
Todo microbiologista sabe o trabalho que é cultivar certas espécies bacterianas. Algumas precisam de condições muito específicas de nutrientes, pH e temperatura, enquanto outras crescem facilmente sem muitas preocupações. A E. coli é uma delas! Sabe porque?
- Ela gosta de calor. Por ser uma bactéria intestinal, a E. coli cresce bem a 37,4ºC (temperatura corporal) – uma temperatura fácil para trabalho em laboratório.
- Obtém energia a partir de várias fontes. Em seu ambiente natural (intestino), ela consome alimentos digeridos. Em contexto laboratorial, pode ser alimentada de forma fácil e barata.
- Cresce com ou sem oxigênio. No intestino, a E. coli cresce anaerobicamente (na ausência de oxigênio). No entanto, ao contrário de algumas bactérias anaeróbicas, a E. Coli também cresce bem em ambientes aeróbicos.
… e rápido!
Bactérias geralmente crescem mais rápido que outros organismos complexos. Em condições ideais, células individuais de E. coli podem dobrar a cada 20 minutos. Nessa velocidade, é possível produzir um milhão de células a partir de uma única célula-mãe em aproximadamente 7 horas. O crescimento rápido significa que experimentos envolvendo E. coli podem ser feitos de forma rápida e barata.
Cientistas geralmente cultivam E. coli (e outras bactérias) em frascos dentro de uma incubadora. Para que o crescimento seja o mais rápido possível, os frascos são mantidos em constante movimento (para manter a circulação do ar dentro da cultura) e a temperatura é controlada. Photo credit: Igem.org
Possui genoma simples…
Bactérias são ferramentas úteis em genética devido ao tamanho do seu genoma. Células de E. coli possuem cerca de 4.400 genes enquanto que o projeto genoma humano determinou que os humanos têm aproximadamente 30.000 genes. Por ser relativamente pequeno, os cientistas conhecem a função de cada um dos genes presentes no genoma de E coli. Tais informações, principalmente dos mecanismos de expressão, são importantes por facilitar a utilização da bactéria em experimentos onde a expressão de proteínas estranhas e seleção de recombinantes é essencial.
… e é capaz de hospedar DNA estranho!
A E. coli é uma bactéria que é rapidamente transformada com plasmídeos e outros vetores, facilmente passa por processos de transdução e a preparação de células competentes (células aptas para carregar DNA estranho) não é complicada. A transformação com outros micro-organismos geralmente não é bem sucedida.
Essa característica é essencial na biotecnologia, pois atualmente a E. coli é utilizada para produção dos principais medicamentos recombinantes como insulina, hormônio do crescimento, e até mesmo vacinas. Não somente na medicina, mas estudos têm mostrado seu potencial energético através da produção de combustível renovável e armazenamento de dados na área de bioinformática.
A E. coli possui papel essencial na biotecnologia moderna que envolve desde produção de medicamentos e vacinas até a produção de biocombustíveis e armazenamento de dados.
Sem dúvidas a E. coli é essencial para a biotecnologia que conhecemos hoje e com certeza será para a biotecnologia do futuro. Agora que você também já conhece a principal ferramenta biotecnológica utilizada, que tal compartilhar esse texto para que mais amigos também saibam?
Referências
Madigan, M., Martinko, J. and Parker, J. 2000. Brock Biology of Microorganisms, 9th ed. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, USA.
Explaner: What is E. coli?. Science Alert. Disponível em: http://www.sciencealert.com/explainer-what-is-e-coli. Acesso em: 10/06/17.
E. Coli diarrheal infection: Symptoms, causes, and treatment. Medical News Today. Disponível em: http://www.medicalnewstoday.com/articles/68511.php. Acesso em: 10/06/17.
Rosano, Germán L., and Eduardo A. Ceccarelli. “Recombinant Protein Expression in Escherichia Coli: Advances and Challenges.” Frontiers in Microbiology 5 (2014): 172. PMC. Web. 30 June 2017.
Escherichia coli: role in biotecnhology. Wikipedia. Disponível em: https://en.wikipedia.org/wiki/Escherichia_coli#Role_in_biotechnology. Acesso em: 10/06/17.
