В последние десятилетия удалось выявить целый ряд генетических механизмов, которые регулируют процессы, идущие в клетках микроорганизмов. Эти знания позволяют человеку подчинять бактерии, простейших, грибы, использовать их для своих нужд, выводить виды с необходимыми качествами.
Микроорганизмы продуцируют белки, витамины, антибиотики, липиды, ферменты, сахара и другие вещества, необходимые пищевой промышленности (хлебопечении, виноделии, производстве молочных продуктов), медицине, экологических технологиях и других сферах. Очевидно, что умение выводить микроорганизмы с определенными генетическими свойствами крайне важно.
Ученые, занимающиеся селекцией микроорганизмов, учитывают их следующие биологические особенности:
1. Очень большую скорость размножения — у исследователя есть практически неограниченный рабочий материал!
2. Способность существовать на дешевых в производстве субстратах.
3. Высокую частоту возникновения мутаций. Микроорганизмам присущ гаплоидный набор хромосом, мутации проявляются в первом же поколении.
4. Неоднородность штамма (чистой культуры микроорганизма, выделенного из какого-то источника или возникшего после мутации) и эффективность отбора.
5. Простоту генетической организации, относительно небольшое число генов.
Ключевые методы селекции микроорганизмов
1. Искусственный отбор (как массовый, так и индивидуальный).
2. Искусственно проводимый мутагенез.
3. Генная инженерия.
4. Клеточная инженерия.
5. Отметим, что метод гибридизации мало используется в селекции микроорганизмов.
Искусственный отбор
1. С помощью тщательного искусственного отбора ученые выделяют расы микроорганизмов, которые способны к наиболее продуктивному синтезу какого-либо продукта, нужного человеку (витамина, антибиотика и пр.).
2. Как мы уже сказали, микроорганизмы очень часто подвергаются изменчивости (мутациям).
3. Отбор мутантов позволяет получить самые активные расы микроорганизмов. На специальных селективных средах мутанты благополучно растут, а вот родительские клетки, не мутировавшие (то есть дикие формы), гибнут. Ведется отбор по скорости роста мутантов и диких форм, по форме колоний, их окраске и пр.
Искусственный мутагенез
1. Если в животноводстве этот метод почти не применяется, то в селекции микроорганизмов для него открыто широкое поле. Наиболее часто используется метод вызывания искусственных мутаций от воздействия радиации, рентгеновских и уф-лучей, а также ряда химических соединений.
2. Этим способом, в частности, скорость мутаций у микроорганизмов была повышена в сотни раз! Экспериментальное получение мутаций открыло широчайшие перспективы для выведения высокопродуктивных штаммов.
3. Огромных результатов удалось добиться в производстве антибиотиков, продуцируемых грибами. Например, российские ученые (генетик Алиханян и другие) вывели мутантные штаммы, которые производили антибиотики со скоростью, в десятки раз превышающую ту, с которой «работали» их «дикие родители».
4. В пищевой промышленности путем селекции были созданы высокопродуктивные формы дрожжей, которые повышают качество хлеба.
Генная инженерия
1. Использование клеток и различных биологических процессов в целях создания нужных человеку веществ, называют биотехнологией. Два ее главных направления: генная и клеточная инженерия.
2. Первое направление подразумевает целенаправленно производимые манипуляции с генетическим материалом в клетках микроорганизмов. Особое воздействие на ДНК дает возможность перенести из одного организма в другой наследственную информацию.
3. Значение данного метода в том, что он позволил внедрять человеческие гены в ДНК бактерий, и это дает возможность бактериям синтезировать человеческие белки (инсулин, соматотропин и пр.). Так, кишечная палочка после пересадки человеческого гена, начала производить инсулин.
Клеточная инженерия
1. Метод, позволяющий в одной клетке слить наследственные материалы разных, иногда очень далеких, видов. Она заключается в создании новых типов клеток через гибридизацию их содержимого. Искусственным образом объединяют целые клетки различных организмов, формируя гибридный геном.
2. Удается «сотворить» жизнеспособную клетку, словно из деталей «Лего», из разных кусочков других клеток (ядра, хромосом, цитоплазмы и пр.); также практикуют пересадку ядер, соединение разноклеточных протопластов (содержимого клетки за исключением внешней стенки и ядра).
Значение микроорганизмов
1. Микробиология как отрасль промышленности сформировалась в середине XX века. Она использует микроорганизмы для создания органических веществ.
2. На бурной деятельности микроорганизмов основаны, в частности, такие направления пищевой промышленности, как производство витаминов, некоторых органических кислот, спирта, виноделие, хлебопечение и пр.
3. Специалисты микробиологической промышленности научились получать аминокислоты, белки, антибиотики, гормоны, ферменты и т. д.
4. Антибиотики, спасшие со времени своего открытия миллионы жизней на планете, являются продуктами жизнедеятельности ряда грибов и бактерий. Микробиологам с помощью искусственного мутагенеза и отбора более чем в тысячу раз удалось поднять продуктивность штаммов гриба пеницилла.
5. Микроорганизмы широко применяются для очистки сточных вод и повышения полезных качеств почвы.
6. В последние десятилетия разработаны способы получения с помощью бактерий меди, марганца, хрома из отработанной породы на старых рудниках, там, где традиционные методы добычи полезных ископаемых перестали быть экономически выгодными.
Поля помеченные * являются обязательными для заполнения
Поля помеченные * являются обязательными для заполнения
Поля помеченные * являются обязательными для заполнения