Селекция микроорганизмов

    Селекция микроорганизмов

Микроорганизмы  играют важнейшую роль в жизни  человека. На их основе создаются вещества, используемые в различных отраслях медицины и промышленности (производство некоторых органических кислот, спирта, хлебопечение, виноделие основаны на деятельности микроорганизмов).

Из более чем 100 тыс. видов известных в природе микроорганизмов человеком используется несколько сотен, и число это растет. Качественный скачок в их использовании произошел в последние десятилетия, когда были установлены многие генетические механизмы регуляции биохимических процессов в клетках микроорганизмов.

Многие из них  продуцируют десятки видов органических веществ — аминокислот, белков, антибиотиков, витаминов, липидов, нуклеиновых кислот, ферментов, пигментов, Сахаров и т. п., широко используемых в разных областях промышленности и медицины.

Микробиологическая  промышленность предъявляет к продуцентам  различных соединений жесткие требования, которые важны для технологии производства; это высокая скорость роста, использование для жизнедеятельности  дешевых субстратов и устойчивость к заражению посторонними микроорганизмами. Научная основа этой промышленности — умение создавать микроорганизмы с новыми, заранее определенными  генетическими свойствами и умение использовать их в промышленных масштабах.

Селекция микроорганизмов (в отличие от селекции растений и животных) имеет ряд особенностей: 1) у селекционера имеется неограниченное количество материала для работы: за считанные дни в чашках Петри  или пробирках на питательных  средах можно вырастить миллиарды  клеток; 2) более эффективное использование  мутационного процесса, поскольку геном  микроорганизмов гаплоидный, что  позволяет выявить любые мутации  уже в первом поколении; 3) простота генетической организации бактерий: значительно меньшее количество генов, их генетическая регуляция более простая, взаимодействия генов просты или отсутствуют.

Эти особенности  накладывают свой отпечаток на выбор  методов селекции микроорганизмов, которые во многом существенно отличаются от методов селекции растений и животных. Например, в селекции микроорганизмов  обычно учитываются их естественные способности синтезировать какие-либо полезные для человека соединения (аминокислоты, витамины, ферменты и др.). В случае использования методов генной инженерии  можно заставить бактерии и другие микроорганизмы продуцировать те соединения, синтез которых в естественных природных  условиях им никогда не был присущ (например, гормоны человека и животных, биологически активные соединения).

Природные микроорганизмы, как правило, обладают низкой продуктивностью  содержащихся в них веществ, которые  интересуют селекционера. Для использования  же в микробиологической промышленности нужны высокопродуктивные штаммы, которые  создаются различными методами селекции, в том числе отбором среди  природных микроорганизмов.

Отбору высокопродуктивных штаммов предшествует целенаправленная работа селекционера с генетическим материалом исходных микроорганизмов. В частности, широко используют различные способы рекомбинирования генов: конъюгацию, трансдукцию, трансформацию и другие генетические процессы. Например, конъюгация (обмен генетическим материалом между бактериями) позволила создать штамм Pseudomonas putida, способный утилизировать углеводороды нефти.

Исключительное  значение для здоровья человека имеют  антибиотики. Это особые вещества - продукты жизнедеятельности некоторых  микробов и грибов, убивающие болезнетворных микробов и вирусов.

Для получения  наиболее продуктивных форм микроорганизмов  широко применяют методы селекции. Путем отбора выделяют расы микроорганизмов, наиболее активно синтезирующие  тот или иной используемый человеком  продукт (антибиотик, витамин и др.). Микроорганизмам свойственна наследственная изменчивость (мутация). И по этому широко используется метод экспериментального получения мутаций действием рентгеновских и ультрафиолетовых лучей и некоторых химических соединений. Таким путем удается повысить наследственную изменчивость микроорганизмов в десятки и сотни раз.

Селекционный  процесс отличается непрерывностью, методы его всё время совершенствуются. Это обусловлено возрастающими  требованиями производства к сортам растений, породам животных и эффективности  микроорганизмов.

Важнейшим этапом в селекционной работе является индуцирование мутаций. Экспериментальное получение мутаций открывает почти неограниченные перспективы для создания высокопродуктивных штаммов. Вероятность возникновения мутаций у микроорганизмов (1x10-10— 1 х 10-6) ниже, чем у всех других организмов (1x10-6—1x10-4). Но вероятность выделения мутаций по данному гену у бактерий значительно выше, чем у растений и животных, поскольку получить многомиллионное потомство у микроорганизмов довольно просто и сделать это можно быстро.

Для выявления  мутаций служат селективные среды, на которых способны расти мутанты, но погибают родительские клетки дикого типа. Проводится также отбор по окраске и форме колоний, скорости роста мутантов и диких форм и  т. д.

Роль микроорганизмов  в микробиологической, пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и других областях трудно переоценить. Особенно важно отметить то, что многие микроорганизмы для производства ценных продуктов  используют отходы промышленного производства, нефтепродукты и тем самым  производят их разрушение, предохраняя  окружающую среду от загрязнения. 
 
 
 
 
 
 
 
 

В основе селекционного  процесса лежит искусственный  отбор. 

На ранних этапах развития животноводства и растениеводства  человек заметил, что от лучших особей, т.е. в наибольшей степени удовлетворяющих  его потребности, рождается, как  правило, лучшее потомство. С этого  времени человек, еще не зная законов  наследственности и не владея теорией  отбора, стал использовать его сознательно, оставляя для дальнейшего размножения наиболее удовлетворяющие его организмы животных или растений. Такой сознательный, методический отбор, осуществлявшийся человеком в течение многих поколений, привел к резкому изменению целого ряда признаков и свойств животных и растений, сделал их приспособленными к потребностям человека и не похожими на их диких предков. Аким образов, отбор создал новые формы организмов. В этом состоит его творческая роль.

В селекции животных особенно важна оценка по генотипу производителей. Существует несколько  методов оценки наследственных качеств производителей. Наиболее точный из них – оценка их племенных (или наследственных) качеств по потомству. В результате оценки выделяются лучшие по тем или иным качествам производители. Они интенсивно используются для получения максимального количества потомства, представляющего для сельского хозяйства большую ценность.

Отбор, основанный на оценке наследственных качеств отдельных  растений, используется и в растениеводстве. В этом случае для размножения  отбираются лучшие линии.

Близкородственное разведение животных, так же как  и принудительное самоопыление растений, часто ведут к резкому снижению жизнеспособности и плодовитости потомков. Одна из причин этого состоит в  быстром повышении гомозиготности потомков, вместе с этим родственное скрещивание благодаря повышению гомозиготности способствует закреплению выдающихся качеств отдельных особей.

Высокая жизнеспособность, возникающая в результате скрещивания, называется гетерозисом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы:

Биологический энциклопедический словарь.

Серебровский  А.С., Селекция растений и животных.

Интернет.

Химия 11класса. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Содержание.

Селекция микроорганизмов………………………………………………………………….

В основе селекционного  процесса…………………………………………………………..

Список литературы…………………………………………………………………………..