пользователей: 30398
предметов: 12406
вопросов: 234839
Конспект-online
РЕГИСТРАЦИЯ ЭКСКУРСИЯ

Изменчивость и селекция микроорганизмов.

ачало серьезного изучения изменчивости микроорганизмов относится ко второй половине 19 века. В это время формировались два противоположных направления:

- полиморфизм – отрицание постоянства формы бактерий, существует только несколько видов, которые подвержены постоянным изменениям морфологических, культуральных, биохимических свойств в зависимости от условий; отрицание возможности систематики микроорганизмов;

- мономорфизм (связан с разработкой методов выделения чистых культур на плотных питательных средах) – отрицание изменчивости свойств микробов, созданы основы классификации микроорганизмов.

Современные научные представления: в природе существует множество видов микроорганизмов, обладающих определенными биологическими свойствами, которые передаются по наследству и могут изменяться под влиянием физических, химических и биологических факторов внешней среды.

 

16.2 Виды и формы изменчивости микроорганизмов

Как и у других живых организмов, изменчивость микробов может быть фенотипической и генотипической, в т.ч. мутационной и комбинативной.

Генотипическая комбинативная изменчивость связана с рекомбинацией генов, при этом меняется характер их взаимодействия, в результате меняются признаки. У прокариот известны особые виды комбинативной изменчивости – трансформация, трансдукция, коньюгация.

Трансформация – перенос участка ДНК от клетки донора к клетке-реципиенту. Условие – клетка-донор разрушена.

Явление открыто в 1928 году Гриффитом. Английский микробиолог наблюдал изменения наследственного признака у пневмококков Diplococcus pneumoniae. У этого вида имеются несколько штаммов, отличающихся формой колоний (S и R) и вирулентностью. Штамм S вызывает гибель животных от пневмонии, штамм R – не вызывает. Гриффит заражал мышей смесью R-штамма и убитых нагреванием бактерий S-штамма, при этом мыши заболевали и погибали, а среди выделенных клеток были обнаружены S-штаммы, т.е. произошло превращение некоторых бактерий R-штамма в вирулентные. В 1944 году американский микробиолог Эйвери повторил эксперимент, но на другом уровне: выделил из S-штамма ДНК, внес ее в культуру с R-штаммом и показал, что переносчиком информации о вирулентности является ДНК. Так было получено одно из доказательств того, что ДНК – материал наследственности и изменчивости.

Путем трансформации может быть изменена болезнетворность микробов, чувствительность к антибиотикам, способность к синтезу ферментов и другие признаки.

Трансдукция – перенос генетического материала от клетки-донора к клетке-реципиенту умеренным фагом.

Явление открыто в 1952 году Циндлером и Ледербергом. Объект - тифозные бактерии Salmonella typhimurium. В У-образную трубку, разделенную бактериальным фильтром, были помещены 2 штамма бактерий – один (2А) способен синтезировать триптофан, второй (22А) – не способен. В среду был внесен бактериофаг, после чего некоторые клетки 22А приобрели способность к синтезу этой аминокислоты. Так было доказано, что бактериофаги могут являться переносчиками наследственной информации.

Конъюгация – форма полового процесса между микроорганизмами, при котором происходит передача ядерного вещества (участка хромосомной ДНК или чаще плазмиды).

У некоторых микроорганизмов в процессе конъюгации большую роль играют F-пили. Клетки, выполняющие роль донора, называют F+ (F - фактор фертильности), реципиента – F-.

Явление коньюгации открыто в 1946 году Ледербергом и Тейтумом, которые проводили эксперименты с мутантами кишечной палочки E.coli. Теоретически вероятность мутации генов, приводящей к способности синтезировать 4 аминокислоты была равна 10-14, а в опыте получали частоту 10-6. Было установлено, что необходимым элементом рекомбинации служит прямой контакт родительских клеток, т.е. конъюгация. В дальнейшем это было подтверждено с помощью электронной микроскопии.

Биологическое значение конъюгации стало ясно после внедрения в практику антибиотиков. Устойчивость к антибиотикам, приобретенная даже одной выжившей клеткой, способна быстро распространяться среди других бактерий путем конъюгации.

Изменчивость может касаться разных свойств микроорганизмов (формы изменчивости):

- морфологических - например, меняется форма клетки (плеоморфизм);

- культуральных - на плотных питательных средах некоторые микроорганизмы могут образовывать колонии разной формы, например:

· S-формы с гладкими, ровными краями, прозрачные;

· R – формы шероховатые, непрозрачные со складчатой поверхностью и ворсинчатым краем;

· М-форма – слизистая; у патогенных наиболее болезнетворной (вирулентной) является S-форма;

- биологических, например, болезнетворность снижается при воздействии температуры, высушивания, химических веществ, это используется для приготовления вакцин;

- отношение к антибиотикам – могут появляться устойчивые штаммы, больше всего таких штаммов в больницах;

- способность к синтезу ферментов, потребности в определенных факторах роста и др.

Цель селекции – отбор организмов с улучшенными промышленно-ценными свойствами.

Микроорганизмы как объекты селекции имеют ряд особенностей:

Ø быстрая смена поколений, следовательно, ученые имеют больше возможностей для отбора;

Ø большое количество генотипически однородного материала также расширяют возможности науки, но выделение отдельных изменившихся клеток - очень трудоемкий процесс;

Ø отсутствует половое размножение, поэтому не применимы известные методы селекции высших организмов (скрещивание, гибридизация).

Этапы селекции

1. Выбор объекта. Для селекции используют микроорганизмы из коллекционных (музейных) культур, известные промышленные продуценты, выделенные из природных субстратов с учетом того, что хотим получить. Крупные коллекции микроорганизмов: NCDO (National Collection of Dairy Organisms), VKPM (ВКПМ – Всероссийская коллекция промышленных микроорганизмов), ATCC (American Type Culture Collection)

 Мутагенез (индуцированный с помощью физических или химических факторов) или рекомбиногенез – слияние клеток (у эукариот), генная инженерия, конъюгация, трансформация, трансдукция.

4. Отбор – естественный (например, выдерживают повышенную кислотность, остаются наиболее кислотоустойчивые) или искусственный (ряд специальных методов, основанных на знании биохимии и физиологии)

5. Стабилизация свойств полученных штаммов.

6. Консервация (в замороженном состоянии, в песке, под слоем масла и др.)

 

Цель генетической инженерии: получить организмы с улучшенными или принципиально новыми свойствами. Значимые результаты были получены при работе с микроорганизмами. Например, в настоящее время организовано промышленное производство инсулина и интерферона, синтезируемых генетически модифицированной кишечной палочкой.

Основные этапы:

1. Получение необходимых генов путем вырезания фрагментов известного генома, с помощью биосинтез или химического синтеза.

2. Включение гена в вектор–переносчик, в качестве которого могут использоваться плазмиды, фаги, космиды (объединение фрагмента ДНК бактериофага и плазмид).

3. Ввод вектора в геном клетки-хозяина (осуществляется путем трансформации, трансдукции и др.)

4. Отбор бактерий с новым геном, закрепление новых свойств.

 


18.01.2015; 17:26
хиты: 119
рейтинг:0
Естественные науки
науки о жизни
микробиология
для добавления комментариев необходимо авторизироваться.
  Copyright © 2013-2024. All Rights Reserved. помощь