Селекция микроорганизмов
Микроорганизмы (бактерии, некоторые грибы, микроскопические водоросли) представляют большой интерес для человека. Они находят широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Быстрыми темпами развивающаяся микробиологическая промышленность связана с производством жизненно важных продуктов: белков, аминокислот, ферментных препаратов, антибиотиков, спиртов, полисахаридов, бактериальных удобрений, гормонов и др.
Важно подчеркнуть, что при этом в качестве питательной среды часто используются непищевые продукты: жидкие парафины нефти, синтетические спирты, отходы лесоперерабатывающей промышленности и др. Получение таким путем в большом масштабе белково-витаминных концентратов позволяет ускорить решение проблемы нехватки белка и повысить интенсивность кормопроизводства.
С помощью микроорганизмов наращиваются производственные мощности по получению лизина, освоена выработка кормового сахара из древесины. Так, добавка в корм животным витаминно-ферментативных «премиксов» в дозах не более 0,02% увеличивает надои молока на 17% при одновременном снижении расхода кормов; 1 т лизина экономит 125 т зерна.
Повышение интенсивности
биосинтеза этих продуктов зависит в первую очередь от свойств и активности микроорганизмов, которые их производят. Поэтому в микробиологическом производстве используют высокоактивные культуры — штаммы. Штамм — это генетически однородная структура определенного вида со специфическими наследственными признаками, поддерживаемая с помощью отбора.
Микроорганизмы отличаются тремя характерными особенностями, очень важными в производстве:
1) содержат значительно меньшее число генов и имеют более простые генные взаимодействия по сравнению с более высокоорганизованными видами;
2) имеют очень короткий жизненный цикл, поэтому очень быстро размножаются и могут дать огромное количество поколений за сравнительно короткое время (за 15—80 минут возникают новые бактерии);
3) геном микроорганизмов гаплоидный, что дает возможность фенотипического проявления любой мутации еще в первом поколении. У микроорганизмов вероятность возникновения хозяйственно ценных мутаций очень высока. Благодаря этим особенностям микроорганизмы служат удобным объектом для селекции.
В 40-е годы нашего века при воздействии ультрафиолетовыми лучами был получен новый штамм продуцента пенициллина, вдвое превышавший активность исходного. Дальнейшее использование мутагенных факторов, сопровождавшееся целенаправленным отбором, дало возможность увеличивать продуктивность пенициллина в 100 раз. В нашей стране особенно большие успехи в области промышленности антибиотиков достигнуты С. И. Алиханяном с сотрудниками.
Отбор высокопродуктивных штаммов имеет свои особенности. На агаровую среду высевают микроб-продуцент. После этого сила антибиотического действия каждой проросшей колонии продуцента испытывается на микроорганизмах, которые он угнетает. Та колония, которая действует сильнее, сохраняется и размножается. Так поступают не только при селекции продуцентов антибиотиков, но и при селекции штаммов-продуцентов других полезных для человека веществ. Деятельность селекционера направлена на ограничение случайных сочетаний генотипов, на увеличение искусственной мутационной изменчивости. При строгом отборе в следующих поколениях желаемый признак усиливается. В микробиологической промышленности используют три вида отбора: 1) отбор, основывающийся на различной скорости роста микроорганизмов (мутанты растут быстрее); 2) отбор, при котором предусматривается различная способность к выживанию родителей и мутантов (при определенных условиях выживают только мутанты, и их изолируют из питательной среды); 3) отбор, ведущийся на основе визуальных различий между мутантами (окраска, форма колоний ит. д.).
Для создания новых штаммов в последнее время применяют генную инженерию. Прежде всего изолируют фрагменты ДНК, которые связываются, в результате чего получают рекомбинативную ДНК. Ее вносят в бактерию с помощью бактериальных вирусов — фагов или бактериальных плазмид (маленьких молекул ДНК, которые могут проникать в бактериальные клетки и размножаться в них). Так получены новые штаммы микроорганизмов, которые синтезируют ценные гормоны, энзимы, антибиотики, белки и др.
Селекция новых, более продуктивных штаммов проводится на основе наследственных изменений, вызванных мутациями, гибридизацией и отбором желаемых качеств для микробиологического производства.
Достижения микробиологии должны шире использоваться в целях повышения плодородия почв, увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, для консервации кормов, а в перспективе — для микробиологического производства продуктов питания.
