Genexpressie van het lac-operon in de E.coli
bacterie bij verschillende omgevingsfactoren
Esmée Gent
CBI-10306
5/12/2022
Inleiding
Vrijwel alle cellen in een organisme bevatten hetzelfde DNA. Toch zijn er grote verschillen
in vorm en functie tussen verschillende typen cellen. Deze verschillen vinden hun
oorsprong in differentiële genexpressie. Dit wil zeggen dat sommige genen tot expressie
komen, waarbij mRNA moleculen gevormd worden, die vervolgens vertaald worden in
eiwitten. Andere genen komen op dat moment niet tot expressie, en de eiwitten
waarvoor deze genen coderen worden dus niet gevormd (Alberts et al. 2019).
De vorming van eiwitten op basis van de volgorde van nucleotiden in genen verloopt via
de processen transcriptie en translatie. Transcriptie is het proces waarbij DNA wordt
overgeschreven naar mRNA. Translatie is het vertalen van mRNA tot een eiwit. Welke
genen tot expressie komen hangt af van vele factoren, zoals de leeftijd van een cel of
organisme en de omgeving van een cel. Milieufactoren, zoals beschikbaarheid van
voedingstoffen, zijn medebepalend voor de expressie van genen (Alberts et al. 2019)
In bacteriën zoals Escherichia coli (E. coli) hebben milieufactoren, zoals de aanwezigheid
van verschillende energiebronnen, ook invloed op de genexpressie. E. coli kan zowel
glucose als lactose gebruiken als energiebron. Lactose is een disacharide die kan worden
omgezet in glucose en galactose (Figuur 1). De omzetting van deze disacharide is met
name belangrijk om in de energiebehoefte van de bacterie te voorzien wanneer glucose
afwezig is. De reactie wordt in E. coli gekatalyseerd door het enzym ß-galactosidase
(Alberts et al. 2019).
Figuur 1: De omzetting van lactose in glucose en galactose door het enzym ß-galactosidase (Splunter et
al. 2022a)
, Het gen dat codeert voor het enzym ß-galactosidase ligt in het Lac-operon. Een operon is
een set genen die gereguleerd wordt door dezelfde promoter. Wanneer een operon tot
expressie komt, leidt dit tot de vorming van één mRNA molecuul dat informatie bevat
voor de vertaling van meerdere eiwitten. Behalve het ß-galactosidase gen (lacZ), bevat
het Lac-operon nog twee genen die coderen voor eiwitten betrokken bij het metabolisme
van lactose, lacY en lacA (Splunter et al. 2022b). Buiten het Lac-operon bevindt zich een
vierde gen, lacI, dat codeert voor de Lac-repressor (Figuur 2). Het lacI-gen bevat haar
eigen promoter en komt altijd tot expressie (Alberts et al., 2019).
Figuur 2: Het lac-operon bevat meerdere genen die betrokken zijn bij de afbraak van lactose. Figuur van
Biocoach © Savvas Learning Company LLC, or its affiliates. Used by permission. All Rights Reserved.
Met behulp van dit experiment is onderzocht wat de invloed is van verschillende
omgevingsfactoren op de genexpressie van het lac-operon in E.coli, om uiteindelijk te
bekijken onder welke omstandigheden er de meeste genexpressie aanwezig was. De
genexpressie is gemeten door de enzymactiviteit van het lacZ gen die codeert voor bèta-
galactosidase te bepalen.
De genexpressie van lacZ is onderzocht onder 5 verschillende omgevingsfactoren. In
tabel 1 zijn de verschillende omgevingsfactoren te zien van de 5 verschillende
preparaten.
Celpreparaat Omgevingsfactoren
1 0.4% glucose
2 0.4% lactose
3 0.4% glucose en na het groeien oogsten 4 uur geïncubeerd in 0.4%
lactose
4 0.4% glucose en 0.4% lactose
5 0.4% glucose en na het groeien en oogsten 4 uur geïncubeerd in
0.4% lactose en 30μg/ml chlooramfenicol
Tabel 1. Omgevingsfactoren celpreparaten
Van deze celpreparaten is 90 minuten lang elk half uur een sample genomen en in een
96-wells plaat gepipetteerd. De reacties werden hierna gelijk stopgezet met een stopmix.
Hierdoor is van elke reactie de pH-waarde flink toegenomen en dit zorgde er zo voor dat
er geen lactose meer omgezet kon worden, vanwege het denatureren van bèta-
galactosidase. Ook zorgde de stopmix ervoor er meer kleur zichtbaar zou worden bij een
bacterie bij verschillende omgevingsfactoren
Esmée Gent
CBI-10306
5/12/2022
Inleiding
Vrijwel alle cellen in een organisme bevatten hetzelfde DNA. Toch zijn er grote verschillen
in vorm en functie tussen verschillende typen cellen. Deze verschillen vinden hun
oorsprong in differentiële genexpressie. Dit wil zeggen dat sommige genen tot expressie
komen, waarbij mRNA moleculen gevormd worden, die vervolgens vertaald worden in
eiwitten. Andere genen komen op dat moment niet tot expressie, en de eiwitten
waarvoor deze genen coderen worden dus niet gevormd (Alberts et al. 2019).
De vorming van eiwitten op basis van de volgorde van nucleotiden in genen verloopt via
de processen transcriptie en translatie. Transcriptie is het proces waarbij DNA wordt
overgeschreven naar mRNA. Translatie is het vertalen van mRNA tot een eiwit. Welke
genen tot expressie komen hangt af van vele factoren, zoals de leeftijd van een cel of
organisme en de omgeving van een cel. Milieufactoren, zoals beschikbaarheid van
voedingstoffen, zijn medebepalend voor de expressie van genen (Alberts et al. 2019)
In bacteriën zoals Escherichia coli (E. coli) hebben milieufactoren, zoals de aanwezigheid
van verschillende energiebronnen, ook invloed op de genexpressie. E. coli kan zowel
glucose als lactose gebruiken als energiebron. Lactose is een disacharide die kan worden
omgezet in glucose en galactose (Figuur 1). De omzetting van deze disacharide is met
name belangrijk om in de energiebehoefte van de bacterie te voorzien wanneer glucose
afwezig is. De reactie wordt in E. coli gekatalyseerd door het enzym ß-galactosidase
(Alberts et al. 2019).
Figuur 1: De omzetting van lactose in glucose en galactose door het enzym ß-galactosidase (Splunter et
al. 2022a)
, Het gen dat codeert voor het enzym ß-galactosidase ligt in het Lac-operon. Een operon is
een set genen die gereguleerd wordt door dezelfde promoter. Wanneer een operon tot
expressie komt, leidt dit tot de vorming van één mRNA molecuul dat informatie bevat
voor de vertaling van meerdere eiwitten. Behalve het ß-galactosidase gen (lacZ), bevat
het Lac-operon nog twee genen die coderen voor eiwitten betrokken bij het metabolisme
van lactose, lacY en lacA (Splunter et al. 2022b). Buiten het Lac-operon bevindt zich een
vierde gen, lacI, dat codeert voor de Lac-repressor (Figuur 2). Het lacI-gen bevat haar
eigen promoter en komt altijd tot expressie (Alberts et al., 2019).
Figuur 2: Het lac-operon bevat meerdere genen die betrokken zijn bij de afbraak van lactose. Figuur van
Biocoach © Savvas Learning Company LLC, or its affiliates. Used by permission. All Rights Reserved.
Met behulp van dit experiment is onderzocht wat de invloed is van verschillende
omgevingsfactoren op de genexpressie van het lac-operon in E.coli, om uiteindelijk te
bekijken onder welke omstandigheden er de meeste genexpressie aanwezig was. De
genexpressie is gemeten door de enzymactiviteit van het lacZ gen die codeert voor bèta-
galactosidase te bepalen.
De genexpressie van lacZ is onderzocht onder 5 verschillende omgevingsfactoren. In
tabel 1 zijn de verschillende omgevingsfactoren te zien van de 5 verschillende
preparaten.
Celpreparaat Omgevingsfactoren
1 0.4% glucose
2 0.4% lactose
3 0.4% glucose en na het groeien oogsten 4 uur geïncubeerd in 0.4%
lactose
4 0.4% glucose en 0.4% lactose
5 0.4% glucose en na het groeien en oogsten 4 uur geïncubeerd in
0.4% lactose en 30μg/ml chlooramfenicol
Tabel 1. Omgevingsfactoren celpreparaten
Van deze celpreparaten is 90 minuten lang elk half uur een sample genomen en in een
96-wells plaat gepipetteerd. De reacties werden hierna gelijk stopgezet met een stopmix.
Hierdoor is van elke reactie de pH-waarde flink toegenomen en dit zorgde er zo voor dat
er geen lactose meer omgezet kon worden, vanwege het denatureren van bèta-
galactosidase. Ook zorgde de stopmix ervoor er meer kleur zichtbaar zou worden bij een
