Селекция микроорганизмов

Для получения продуктивных форм микроорганизмов при­меняют такие методы селекции, как отбор штаммов, обладающих наибольшей продуктивностью, мутагенез и различные способы рекомбинирования генов. С помощью этих мето­дов созданы высокопродуктивные штаммы микроорганизмов, осуществляющие синтез многих необходимых человеку белков, фер­ментов, аминокислот, средств защиты растений, антибиотиков.
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 синтезируют такие 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.

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 - генети­ческие 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:

с помощью ферментов рестриктаз (разрезающих молекулу ДНК в строго определенных участках) выделяют гены из клеток бактерий, растений или животных; с помощью ферментов лигаз (сшивающих кусочки раз­личных молекул ДНК друг с другом) соединяют отдельные фраг­менты ДНК любого происхождения в единую молекулу в составе плазмиды; 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 убралиген, 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.