Практическое использование достижений генетики микроорганизмов и генной инженерии в микробиологии

Получение наследственно измененных форм микроорганизмов расширило возможности их использования в сельскохозяйственном и промышленном производстве, а также в медицине. Основной метод получения новых форм микроорганизмов — индуцирование мутаций воздействием различными мутагенами на дикие, существующие в природе культуры. Таким методом удастся создавать мутантов, которые выделяют в десятки и сотни раз большее количество ценных продуктов (антибиотиков, ферментов, витаминов, аминокислот и т. д.) по сравнению с дикими формами микроорганизмов.

Процесс получения высокопродуктивных штаммов микроорганизмов состоит из многих этапов. Сначала на культуру микроорганизма воздействуют различными мутагенными факторами с последующим отбором наиболее продуктивного штамма. Мутантный штамм могут подвергнуть дальнейшему воздействию мутагенов и последующему отбору сшс более продуктивных форм. Часто из тысяч бесполезных мутантов отбирают только один высокопродуктивный штамм. В последние годы методом радиационного и химического мутагенеза микроорганизмов получено большое число промышленных штаммов микроорганизмов — продуцентов нужных человеку веществ.

Особенно широкие перспективы переделки наследственной природы организмов сулит развитие генной, или генетической, инженерии — раздела молекулярной генетики, разрабатывающего методы создания новых генетических структур с заданной информацией и способы их переноса в клетки прокариот и эукариот.

Полученные методом генной инженерии новые генетические молекулы представляют собой рекомбинантные ДНК, включающие два компонента — вектор (переносчик) и клонируемую «чужеродную» ДНК. Поскольку переносчик должен обладать свойствами репликона и обусловливать репликацию вновь созданной рекомбинантной ДНК, то вектором обычно служат такие репликоны, как плазмиды, умеренные фаги и вирусы животных. Все упомянутые переносчики имеют циркулярно замкнутую структуру ДНК. Клонируемая ДНК — это фрагмент ДНК, несущий необходимый ген (или гены), контролирующий образование нужного вещества.

Существуют различные приемы получения рекомбинантных молекул ДНК. Наиболее простой из них начинается с обработки изолированных молекул ДНК-вектора и ДНК, несущей необходимый ген, ферментами-рестриктазами (эндонуклеазы рестрикции), расщепляющими взятые молекулы ДНК в строго определенном месте с образованием однонитчатых, комплементарных друг другу концов, так называемых «липких концов». Таков первый этап получения рекомбинантных ДНК, его иначе называют «разрезание» молекул ДНК при помощи эндонуклеаз рестрикции. Второй этап заключается в обработке полученных линейных молекул ДНК ферментом полинуклсотидлигазой, которая «сшивает» две разные молекулы в одну рекомбинантную ДНК. На третьем этапе рекомбинантные молекулы вводят в клетки тех или иных бактерий методом трансформации. На завершающем, четвертом, этапе выполняют клонирование трансформированных клеток.

Методом генной инженерии уже получены рекомбинантные молекулы ДНК, несущие информацию для образования таких важных веществ, как интерферон, инсулин, гормон роста человека и другие, в клетках кишечной палочки. По-видимому, тем же методом можно будет создать и такие бактерии, которые, потеряв свою болезнетворность, помогут выработать иммунитет против многих инфекционных болезней животных и человека. В промышленности благодаря использованию генной инженерии появятся высокопродуктивные микроорганизмы, создающие белки, ферменты, витамины, антибиотики, ростовые вещества и другие нужные продукты.

Возможно, будут получены новые сорта растений и породы животных, устойчивые к заболеваниям и в полной мерс наделенные хозяйственно ценными свойствами. Метод генной инженерии поможет вывести формы растений, обладающие способностью к связыванию молекулярного азота атмосферы. Такие растения, вероятно, можно будет получить после введения в их геном генов от микроорганизмов, фиксирующих азот из воздуха.

В связи с разработкой и совершенствованием методов генной инженерии, показавших возможность передачи не только естественных генов живых организмов, но и искусственно синтезированных, открываются блестящие перспективы для научно-технического прогресса не только в медицине и промышленности, но и в сельскохозяйственном производстве.

Контрольные вопросы и задания

1. Что представляет собой функциональная единица наследственности? 2. Какова роль генов-регуляторов? 3. Что такое плазмиды? 4. Каковы свойства транспозонов и их роль в изменчивости микроорганизмов? 5. В каких формах может выражаться генотипическая изменчивость? 6. Покажите на примерах значение генных и хромосомных мутаций в изменении генетической информации. 7. Какие существуют формы диссоциации? 8. Перечислите типы генетической рекомбинации у прокариот. 9. Каково практическое значение генной инженерии в микробиологии?