Использование микробов в хозяйственной деятельности

Использование микробов в хозяйственной деятельности

Разработка наиболее рациональных приемов использования микробов в

хозяйственной деятельности человека и сознательная селекция микробов стали

возможны только после разработки микроскопических методов изучения и

выяснения способов расселения и размножения микроорганизмов.

Основная заслуга в успешном разрешении этих вопросов принадлежит

гениальному французскому ученому Луи Пастеру (Pasteur, 1822-1895),

подлинному создателю научной селекции микробов, основанной на сознательном

применении методического искусственного отбора и умелом использовании

естественного отбора путем создания условий, в которых отбор действует в

желательном для селекционера направлении. Дальнейшее усовершенствование

селекции микробов тесно связано с достижениями генетики и использованием

этих достижений в селекции.

Г. А. Надсон (1920) в результате ряда тщательно выполненных опытов

еще в 1920 г. показал, что ионизирующая радиация вызывает у грибов и

бактерий стойкие наследственные изменения. Он выделил таким путем у

Azotobacter chroococcum штаммы, отличающиеся повышенной способностью

ассимилировать атмосферный азот.

В начале 40-х годов Бидл и Татум (Beadle & Tatum, 1941), использовав

ионизирующую радиацию для вызывания мутаций у микробов, получили у гриба

Neurospora crassa значительное количество мутантов с измененным обменом

веществ и повышенными требованиями к питательным веществам. Эти

исследования привели к созданию биохимической генетики и оказали очень

сильное влияние на усовершенствование селекции микробов.

В настоящее время в селекции микробов существуют три основных

направления:

Селекция на повышение устойчивости к ядам, антибиотикам и на понижение

требований к составу питательной среды;

Селекция на повышение накопления полезных веществ;

Селекция на повышение требований к ростовым веществам.

Мы рассмотрим в данном реферате первое направление этой интересной области

селекции.

Селекция форм с повышенной устойчивостью и пониженными требованиями

Это направление связано с выведением таких форм микробов, которые

обладают способностью осваивать новые, недоступные для иходных форм,

экологические ниши. Умелое использование естественного отбора позволяет

быстро и со сравнительно небольшой затратой сил и средств, получать штаммы

с повышенной устойчивостью к различным неблагоприятным внешним условиям,

ядам, антибиотикам, фагам или с пониженными требованиями к питательным

веществам.

Пути возникновения микробов с повышенной устойчивостью или с

пониженными требованиямик питательным веществам как в природных условиях

под влиянием естественного отбора, так и в искусственных условиях в

результате деятельности селекционеров, имеют очень важное практическое

значение. Человек заинтересован получить как можно быстрее полезные формы

микробов. При работе с вредными микробами исследователей чаще всего

интересует вопрос о том, каким образом предотвратить или, по крайней мере,

задержать возникновение таких форм. Теоретической основой для решения этих

вопросов служит эволюционное учение Ч. Дарвина и экспериментальная

генетика.

Возникновение форм микробов с повышенной устойчивостью или

пониженными требованиями к питательным веществам зависит от возникновенния

соответствующих мутаций и воздействия естественного отбора, устраняющего

неизменные исходные формы и сохраняющего измененные, приспособленные к

этим новым условиям. Возникновение форм микробов, приспособленных к более

тяжелым условиям, определяется соотношением трех факторов: чатоты появления

мутаций, обуславливающих устойчивость к этим внешним условиям,

интенсивность действия естественного отбора и числа особей в популяции,

подвергающихся воздействию естественного отбора.

Чем чаще появляются мутации, обуславливающие устойчивость организма к

определенным внешним условиям, тем быстрее и легче возникают формы,

приспособленные к этим условиям.

Инетенсивность естественного отбора сильно влияет на быстроту

появления устойчивых форм и чем более жесток этот отбор, тем быстрее

выявляются устойчивые формы.

Число особей в популяции, на которую возденйствует отбор, имеет

решающее значение для возникновения форм, устойчивых к определенным

неблагоприятным внешним условиям. Если популяция настолько велика, что в

ней непременно должно возникнуть несколько устойчывых мутунтов (т.е. если

число особей в популяции больше чила особей, обеспечивающих возникновение

одного устойчивого мутанта), а отбор устраняет все неизменные исходные

формы, то возникновение устойчивых форм систематически происходит в

пределах одного поколения, подвергаюшегося воздействию естественного

отбора. Но если чило особей в отдельных популяциях, подвергающихся

воздействию естественного отбора, значительно меньше числа особей,

обеспечивающего возникновение хотя бы одного устойчивого мутанта, а отбор

сразу же устраняет все неизменные исходные формы, то в таких популяциях,

усточивые формы могут возникнуть только в результате счастливой

случайности.

Когда концентрация ядовитых веществ в питательной среде высока,

задача выведения форм, устойчивых к таким высоким концентрациям яда, обычно

сильно затрудняется. Дело в том, что мутации, которые сами по себе давали

бы устойчивость к таким высоким концентрациям ядов, возникают исключительно

редко или совсем ен возникают и такая устойчивость может быть получена

только в результате совместного действия ряда различных мутаций, каждая из

которых в отдельности дает устойчивость только к значительно более низким

концентрациям яда. Но одновременно эти независимые мутации проявляются

исключительно редко и осуществить накопление их можно только путем

последовательного повышения устойчивости от сравнительно низких довсе более

высоких концентраций яда. Этот метод называется - ступенчатое повышение

устойчивости.

Принцип ступенчатой селекции, т. е. бактерии высаживают в питательную

среду, в которой недостает одного вещества, в котором эти бактерии

нуждаются, происходит выведение штамма, способного синтезировать это

вещество, затем следует посев этого штамма на питательную среду, вкоторой

недостает еще одного вещества, в котором нуждается исходная форма бактерий,

выводятся новые штаммы и т. д., этот принцип имеет очень большое

практическое значение значение для получения полезных микроорганизмов,

способных расти на более простых и дешевых питательных средах, не

заключающих определенных ростовых веществ или заключающих различные

угнетающие и ядовитые вещества, и потому непригодные для для исходных форм

этих микроорганизмов. Вместе с тем этот метод используется для

предотвращения появления новых форм микроорганизмов, устойчивых к тем

веществам, которые обычно применяются для борьбы с ними (различные

лекарственные травы, антибиотики и др.). При помощи ступенчатой селекции

получают новые штаммы продуцентов полезных веществ ( антибиотики,

аминокислоты, витамины и т.д. ), способные расти и давать высокую

продуктивность на более дешевых питательных средах, при менее интенсивном

перемешивании и т.д. Это значительно уменьшает стоимость промышленного

получения таких полезных веществ.

Установление принципа ступенчатого действия естественного отбора

позволило разработать рекомендации для предотвращения возникновения

лекарственно устойчивых форм патогенных микроорганизмов, устойчивых к новым

лекарственным веществам и антибиотикам, широко приминяемым для лечения

заболеваний.

Методы селекции микробов постоянно совершенствуются. Благодаря им

ученые смогли разработать способы для получения новых веществ и препаратов,

в которых так нуждается человечество.

Используемая литература :

1) Д. Ф. Петров “Генетика с основами селекции” М, Высшая школа, 1976.