Селекция микроорганизмов

СЕЛЕКЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ. 
БИОТЕХНОЛОГИЯ. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Для получения продуктивных форм микроорганизмов применяют такие методы селекции, как отбор штаммов, обладающих наибольшей продуктивностью, и мутагенез. С помощью этих методов созданы высокопродуктивные штаммы микроорганизмов, осуществляющие синтез многих необходимых человеку белков, ферментов, аминокислот, средств защиты растений, антибиотиков. Микроорганизмам, как и всему живому, свойственна наследственная изменчивость. При воздействии на них ультрафиолетовых лучей, определенных химических веществ, лучей Рентгена появляются мутации из-за нарушения строения молекулы ДНК. Полученные мутации служат материалом для создания в дальнейшем новых штаммов микроорганизмов, обладающих высокой продуктивностью. Таким методом получают, например, микроорганизмы, обладающие более высоким выходом антибиотиков, чем исходные формы.

Кроме мутагенеза в селекции микроорганизмов используются гибридизация и различные способы рекомбинирования генов.

Микроорганизмы используются в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Получены новые штаммы дрожжевых грибов, которые вызывают брожение в тесте, улучшают качество хлебобулочных изделий; качество молочнокислых продуктов также зависит от результатов селекции микроорганизмов. Кроме того, микроорганизмы используются для синтеза пищевых добавок, для биологической очистки сточных вод. С помощью бактерий извлекают из руды золото, серебро, уран. В настоящее время зерновой солод, используемый в пивоваренной промышленности, заменяют ферментами микроорганизмов, при этом качество пива не изменяется.

На современном этапе широкое развитие получила биотехнология. Биотехнология – это производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью биологических объектов и процессов. Объектами биотехнологии являются бактерии, нитчатые водоросли, грибы, клетки растительных и животных тканей. Широкое использование получили такие методы биотехнологии, как клеточная, хромосомная и генная инженерия.

Клеточная инженерия – это метод получения новых клеток и тканей на искусственной питательной среде. В основе этого метода лежит высокая способность растительных клеток к регенерации, в результате чего формируется целое растение из одной клетки – это свойство носит название тотипотентности. Растительные клетки, переведенные в культуру, не утрачивают способность синтезировать такие ценные вещества, как эфирные масла, смолы, алкалоиды, биологически активные соединения. например, переведенные в культуру клетки женьшеня синтезируют ценное лекарственное сырье, не уступающее по свойствам сырью, получаемому от природных растений.

Активно используется соматическая гибридизация – метод слияния двух различных клеток в культуре тканей. Например, при гибридизации лимфоцитов, способных синтезировать антитела, но не обладающих продолжительным ростом в культуре, с раковыми клетками (опухолевыми), обладающими быстрым ростом и потенциальным бессмертием, получены гибридные клетки (гибридомы), способные синтезировать высокоспецифические антитела и обладающие возможностью неограниченного размножения в культуре.

Культура растительных клеток используется, например, для быстрого размножения медленно растущих растений, таких как женьшень, маслинная пальма.

Одним из методов клеточной инженерии является пересадка ядер соматических клеток в яйцеклетки. это метод клонирования, который позволяет получать клонированные организмы – генети-    ческие копии.

Генная инженерия основана на пересадке генов из одних организмов в другие. В 1969 г. ученым впервые удалось осуществить выделение генов из живой клетки, после чего генная инженерия получила широкое развитие.

Для пересадки генов из одних организмов в другие проводят следующие операции:

1) с помощью ферментов  рестриктаз (разрезающих молекулу  ДНК в строго определенных  участках) выделяют гены из клеток бактерий, растений или животных;

2) с помощью ферментов  лигаз (сшивающих кусочки различных  молекул ДНК друг с другом) соединяют отдельные фрагменты  ДНК любого происхождения в  единую молекулу в составе  плазмиды;

3) эту конструкцию вводят в клетку хозяина (ее называют реципиентом), где она репрецируется и передается потомству. Идентифицируют и отбирают те клетки, которые несут рекомбинантную ДНК, их называют трансформированные клетки.

например, в геном кишечной палочки был введен ген синтеза инсулина из генома человека, и таким образом получили инсулин, который используется для лечения больных сахарным диабетом.

Растения и животные, геном которых изменен с помощью подобных операций, называют трансгенными. Первые трансгенные растения были получены в 1983 г. учеными США, Бельгии, Германии. В Китайской Народной республике выращивают трансгенный табак, устойчивый к листогрызущим насекомым. на современном этапе уже более чем в 17 странах выращивают трансгенные растения, которые имеют необходимые для человека сроки созревания, их плоды обладают способностью к длительному хранению и не теряют товарный вид при транспортировке. Уже получены трансгенные свиньи, овцы, кролики, в геном которых были введены гены различного происхождения – вирусов, микроорганизмов, грибов, человека; получены трансгенные растения с генами животных, микроорганизмов, вирусов и искусственно созданными генами. Большая часть трансгенных культур выращивается в США. Во многих странах выращивают трансгенные сорта хлопчатника, кукурузы, картофеля – сорта, устойчивые к вредителям, так как эти растения вырабатывают энтомоксин. В результате повысился урожай этих культур, не применяются ядохимикаты против вредителей, и следовательно, окружающая среда не загрязняется. В Китае этим методом созданы быстрорастущие сорта риса, сои, томатов, которые могут расти на засоленных почвах.

Благодаря генной инженерии получены низкорослые сорта злаков, устойчивые к полеганию. За рост стебля отвечает фитогормон гиббереллин. У злаков убрали ген, вырабатывающий гиббереллин, и получили низкорослые злаковые культуры, при этом урожай увеличился в два раза и составил 30–60 ц с гектара.

Американские ученые создали новый сорт томата, у которого содержание ликонина (красный пигмент) возросло в 3,5 раза по сравнению с обычными сортами. Ликонин обладает окислительными свойствами, что снижает вероятность раковых заболеваний. Люди, употребляющие в пищу такие плоды, реже болеют раком желудка и 12-перстной кишки. Получены растения-вакцины, позволяющие предотвратить некоторые инфекционные болезни, в частности выращен картофель, синтезирующий антитела холеры.

Хромосомная инженерия. Данный метод основан на возможности замены некоторых хромосом в геноме одного организма на сестринские из генома другого организма этого же или близкого вида. К хромосомной инженерии относится и искусственное получение полиплоидных организмов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы:

1. Диск CD-ROM. Учимся вместе. В помощь учащимся. «Биология. 6-11 классы».

    Издательство «Учитель» разработка, издание, 2008

 

 

 

 

 

 

Сообщение по биологии на тему:

 

 

 

 

 

«Особенности селекции микроорганизмов»