Методы селекции микроорганизмов


Микроорганизмы играют важную роль в жизни человека. Многие из них создают вещества, используемые вразных областях промышленности и в медицине. Такие Отрасли пищевой промышленности, как хлебопечение, производство спирта, некоторых органических кислот, виноделие и многие другие, основаны на деятельности микроорганизмов.

Исключительно большое значение для здоровья человека имеют антибиотики. Это особые вещества — продукты жизнедеятельности некоторых микробов и грибов, убивающие болезнетворные микроорганизмы. Благодаря антибиотикам многие болезни излечиваются относительно легко, тогда как ранее они давали большой процент смертности. Витамины, столь необходимые для человека, вырабатываются растениями и некоторыми микроорганизмами.

Для получения наиболее продуктивных форм микроорганизмов широко применяются методы селекции. Путем отбора выделяются расы микроорганизмов, наиболее активно синтезирующие тот или иной используемый человеком продукт. Микроорганизмам свойственна наследственная изменчивость (мутации). Путем отбора мутаций и создаются наиболее активные расы и штаммы.

Для получения высокопродуктивных штаммов микроорганизмов за последнее время особенно широко используется метод экспериментального получения мутаций путем действия лучей Рентгена и некоторых химических соединений. Таким путем удается повысить наследственную изменчивость микроорганизмов в десятки и сотни раз, благодаря чему облегчается и ускоряется процесс отбора высокопродуктивных штаммов. Особенно больших успехов достигла промышленность антибиотиков. Советские ученые (С.И. Алиханян и др.) получили многочисленные рентгеномутации, которые дают в десятки раз более высокий выход антибиотиков, чем исходные культуры микроорганизмов.

Селекция находит широкое применение и в отношении микроорганизмов, используемых в промышленности. Например, дрожжевые грибки, вызывающие брожение в тесте, также обладают разными свойствами. На основе селекции выделяются наиболее продуктивные штаммы, способствующие высокому качеству хлеба.

Наконец, нужно иметь в виду, что мутации происходят и у болезнетворных микроорганизмов, вызывающих заболевания человека. Иногда они приводят к повышению вредоносного действия (вирулентности) микроба, что может иметь тяжелые последствия для человека.

Методы селекции

1. Искусственный метагенез.

С помощью рентгеновских лучей, ультрафиолета, химических соединений н других мутагенных факторов повышается в сотни раз мутационный процесс, с целью получения нужных мутаций.

2. Искусственный отбор.

Осуществляется отбор рас микроорганизмов, наиболее активно синтезирующих необходимых человеку соединений.

3. Генная инженерия.

Целенаправленное создание новых комбинаций генетического материала и последующее его встраивание в генетический аппарат клеток микроорганизмов с последующим клонированием нужного гена.

До недавнего времени основными методами получения высокопродуктивных штаммов микроорганизмов были искусственный мутагенез и последующий отбор групп генетически идентичных клеток — клонов. После выделения из дикого штамма микроорганизмов, обладающих полезными для человека свойствами, проводится отбор наиболее продуктивных штаммов среди них. Следующий этап, как правило, — применение искусственного мутагенеза, позволяющего усилить появление различных мутаций. В качестве мутагенов используются ионизирующие излучения, некоторые химические вещества, а также ультрафиолетовое излучение, обладающее хотя и низкой проникающей способностью, но достаточной для появления мутаций у микроорганизмов.
Вероятность возникновения мутаций у микроорганизмов та же, что и у всех других организмов, — примерно 1 мутация на 1 млн особей по каждому гену. Однако, учитывая то, что получить миллионное и миллиардное потомство у микроорганизмов нетрудно, вероятность выделения мутаций по данному гену достаточно высокая.
Для получения культуры микроорганизмов — мутантов с нужными качествами учеными-селекционерами разработаны специальные методы отбора. Отобранный клон подвергается многократному пересеву на питательную среду с контролем на образование требуемого продукта. Цель такого многократного клонирования — получение наиболее однородной популяции клеток. После получения продуктивных штаммов приступают к их размножению. Использование данной технологии позволило селекционерам получить штаммы, продуктивность которых в сотни и тысячи раз выше по сравнению с исходными штаммами микроорганизмов, взятыми из природы.

Генная инженерия

Успехи, достигнутые молекулярной биологией и генетикой в изучении микроорганизмов, а также ограниченность возможностей традиционной селекции привели к созданию новых методов целенаправленного и контролируемого получения микроорганизмов с заданными свойствами.
В основе этих технологий лежат приемы генной инженерии. Они позволяют выделять необходимый ген и вводить его в новое генетическое окружение с целью создания организма с новыми, заранее предопределенными признаками.

Методы генной инженерии остаются еще очень сложными и дорогостоящими. Но уже сейчас с их помощью в промышленности получают такие важные медицинские препараты, как интерферон, гормоны роста, инсулин и др. Селекция микроорганизмов является важнейшим направлением в биотехнологии.

При молекулярно-генетических исследованиях было установлено, что в клетках бактерий имеются ферменты-рестриктазы, способные «разрезать» на фрагменты молекулы ДНК в строго определенных участках. Имеются также ферменты-лигазы, воссоединяющие фрагменты ДНК.

В клетках некоторых бактерий, помимо основной большой хромосомы, имеется еще маленькая кольцевая молекула ДНК — плазмида, В генной инженерии плазмиды, используемые для введения необходимой информации в клетку-хозяина, называют векторами. Кроме плазмид, роль векторов могут выполнять и бактериофаги. Чаще всего в качестве бактерии-хозяина используется наиболее изученная бактерия – кишечная палочка ( Escherihia coli ), но могут быть использованы и другие бактерии, а также дрожжи.
Можно выделить следующие основные этапы создания генетически измененных организмов:

- получение гена, кодирующего интересующий признак;
- объединение его с плазмидой-вектором;
- введение вектора с интересующим геном в клетку-хозяина;
- отбор клеток, получивших дополнительный генетический признак, и практическое их использование.



Реклама