Biologen hebben onderzocht welke stappen nodig zijn om een heterotrofe bacterie om te bouwen tot een chemo-autotrofe bacterie. De biologen gebruikten voor hun onderzoek de darmbacterie Escherichia coli . Het genoom van deze bacterie is bekend, en de bacterie is snel en eenvoudig te kweken. E. coli is heterotroof en kan zowel aerobe als anaerobe dissimilatie uitvoeren. In de darmen van mensen bevordert E. coli de vertering en produceert B-vitamines en vitamine K. Sommige varianten van de bacterie zijn voor mensen ziekmakend. Uit de tekst blijkt dat er sprake is van symbiose tussen de verschillende E . coli -varianten en de mens: 1 tussen de mens en niet-ziekmakende varianten; 2 tussen de mens en ziekmakende varianten.
De aanpassingen die de biologen deden aan E. coli zijn een voorbeeld van genetische modificatie.
Bij de gemodificeerde E. coli is methaanzuur de donor van elektronen voor het verloop van de calvincyclus.
Schreef je op papier? Maak een foto van je uitwerking op papier. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hier verliezen leerlingen punten
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
Biologen hebben onderzocht welke stappen nodig zijn om een heterotrofe bacterie om te bouwen tot een chemo-autotrofe bacterie. De biologen gebruikten voor hun onderzoek de darmbacterie Escherichia coli . Het genoom van deze bacterie is bekend, en de bacterie is snel en eenvoudig te kweken. E. coli is heterotroof en kan zowel aerobe als anaerobe dissimilatie uitvoeren. In de darmen van mensen bevordert E. coli de vertering en produceert B-vitamines en vitamine K. Sommige varianten van de bacterie zijn voor mensen ziekmakend. Uit de tekst blijkt dat er sprake is van symbiose tussen de verschillende E . coli -varianten en de mens: 1 tussen de mens en niet-ziekmakende varianten; 2 tussen de mens en ziekmakende varianten.
Om E. coli autotroof te maken, brachten de biologen genen in die coderen voor enkele enzymen van de calvincyclus. Deze genen zijn afkomstig van de bacterie Pseudomonas . Ook werd een gen ingebracht dat codeert voor het enzym FDH. Door dit enzym kan de stof methaanzuur dienen als donor van energierijke elektronen. In afbeelding 1 zijn de afbeelding 1 stofwisselingsprocessen in de autotrofe E. coli -bacterie weergegeven zoals de onderzoekers die ontworpen hadden. In het kweekmedium zijn methaanzuur en zuurstof voldoende aanwezig. In afbeelding 1 staan de stoffen Q en R, en het proces S dat op de celmembraan plaatsvindt.
De aanpassingen die de biologen deden aan E. coli zijn een voorbeeld van genetische modificatie.
Bij de gemodificeerde E. coli is methaanzuur de donor van elektronen voor het verloop van de calvincyclus.
De volgende stap was het stimuleren van de autotrofe levenswijze van E. coli . Dit kan worden bereikt door ervoor te zorgen dat E. coli geen glucose meer kan gebruiken voor de productie van ATP. De biologen schakelden daartoe drie genen uit die coderen voor enzymen die betrokken zijn bij de glycolyse. Vervolgens werd deze gemodificeerde E. coli gekweekt in een bioreactor (afbeelding 2) waaraan continu een voedingsmedium werd toegevoegd. Dit bevatte onder andere methaanzuur en de monosacharide xylose. Xylose was nodig om ervoor afbeelding 2 te zorgen dat de bacteriën niet meteen zouden sterven aan energiegebrek. E. coli kan xylose namelijk omzetten in pyrodruivenzuur zonder daarbij gebruik te maken van de glycolyse. Tijdens de kweekperiode werd de hoeveelheid xylose in het voedingsmedium geleidelijk afgebouwd naar nul. Vanaf de bodem van de reactor werd lucht met CO 2 toegevoegd. De E. coli -bacteriën waarmee werd gestart, hadden nog veel stofwisselingsprocessen die passen bij een heterotrofe levenswijze. Na 300 dagen waren de bacteriën in de bioreactor echter volledig autotroof.
De biologen wilden weten of de gemodificeerde E. coli -bacteriën aan het einde van de kweekperiode alleen CO 2 gebruikten als koolstofbron. Om dat te onderzoeken, gebruikten ze koolstofverbindingen die gelabeld waren met de koolstofisotoop 13 C. Ze maakten vier groepen die ze gelabeld of ongelabeld CO 2 , en gelabeld of ongelabeld methaanzuur gaven. Als positieve controle was er een vijfde groep met normale (wildtype) E. coli -bacteriën die gelabelde glucose kregen. De vijf groepen bacteriën werden in aparte proefopstellingen gedurende tien generaties verder gekweekt. Na afloop werd het aandeel 13 C in de aminozuren gemeten. De resultaten van deze proeven zijn weergegeven in afbeelding 3. afbeelding 3 E. coli maakt aminozuren van glucose en anorganische stoffen uit het voedingsmedium. De positieve controle met wildtype E. coli laat zien dat de 13 C uit de glucose inderdaad terechtkomt in aminozuren.
De biologen maten bij gebruik van CO en 13 C-methaanzuur aanvankelijk 2 een hoger percentage 13 C in aminozuren. De waarde die je ziet in afbeelding 3 is hiervoor gecorrigeerd.
Verklaar aan de hand van afbeelding 1 dat bij gebruik van CO 2 en 13 C-methaanzuur toch 13 C in aminozuren terecht kan komen.