Если говорить кратко, селекция микроорганизмов является отдельной отраслью, которая важна для медицины, пищевой промышленности и создания различных химических веществ. К микроскопическим организмам относятся одноклеточные растения и животные, бактерии, водоросли. Эти живые существа имеют большое значение для человека и используются в производстве.
Задачи генетики
Генетикой называется наука, которая занимается изучением механизма передачи наследственности, а также изменением информации через поколения. Она является частью биологии. Это теоретическая основа биотехнологии и селекции микроорганизмов.
Среди основных задач генетики можно выделить:
- Изучение особенностей процесса передачи и хранения наследственной информации.
- Поиск возможностей, которые позволят применять полученные данные на практике.
- Определение причин изменения живых организмов.
- Изучение вариативности и взаимосвязи наследственности, влияющей на развитие органического мира.
Кроме того, генетики стараются решать и практические задачи. В этом проявляется значение науки для разработки методов селекции микроорганизмов. Основные направления генетических изысканий:
- Выбор самых подходящих видов гибридизации.
- Контролирование процесса передачи наследственной информации. Это позволяет усовершенствовать объект до приемлемых показателей.
- Разработка и контроль выполнения мер, необходимых для защиты окружающей среды.
- Поиск методов решения наследственных проблем.
- Создание новых технологий скрещивания видов.
- Усовершенствование методов генной инженерии.
Объектами генетики являются бактерии, различные штаммы вирусов, растения, животные и человек. Также важные исследования направлены на изучение грибов. На современном этапе развития науки с их помощью создаются лекарства от различных заболеваний.
Понятие селекции
Селекция — наука, которая разрабатывает и изучает способы гибридизации растений и животных. Основой для неё является генетика.
Главная цель — улучшение свойств и качеств организма до тех отметок, которые необходимы человеку. Достигается это путём изменения наследственной информации. При помощи селекции нельзя создать новые виды живых организмов. Эту науку можно считать искусственной эволюцией. Благодаря ей у человечества достаточное количество продовольствия.
Основные задачи селекции:
- Улучшение свойств организма. Например, добавление гена устойчивости к засухам.
- Увеличение продуктивности.
- Повышение устойчивости к болезням и тяжёлым окружающим условиям.
Главной особенностью науки можно назвать её комплексность. Она является смежной с иммунологией, фитопатологией, физиологией, анатомией, экологией и др. Среди значимых областей выделяют знания о молекулярной биологии, эмбриологии, оплодотворении и опылении.
Сейчас достижения селекции позволяют изменять наследственную информацию живых организмов. Это необходимо для получения гибридов растений, животных и микроорганизмов. В результате выводятся виды, необходимые человеку.
Основные методы
Одноклеточные эукариоты, микоплазмы, актиномицеты, бактерии — это микроорганизмы, которые человек использует в сельском хозяйстве, медицине и промышленном производстве. Всего применяется около 100 наименований. В конце XX века учёные начали активно изучать гены микроорганизмов для изменения их биохимических процессов. Основные способы селекции приведены в таблице.
| Технология | Характеристика | Пример |
| Генная инженерия | Требуемые гены выделяются из одного организма и помещаются в другой | Изготовление различных ферментов, инсулина |
| Искусственный отбор | Выбор самых сильных и производительных организмов | Антибиотики |
| Искусственный мутагенез | Воздействие на жизнь микроорганизмов извне | Получение дрожжей |
Генная инженерия — часть стремительно развивающейся биотехнологии. Эта наука занимается изучением возможности применения свойств различных организмов для получения пользы. Чтобы производство было эффективным, микроорганизм должен обладать такими качествами:
- Быстрое развитие.
- Невозможность мутирования и заражения людей и животных.
- Недорогое обеспечение правильных условий содержания.
Одной из главных задач селекционеров является выведение новых штаммов. Они должны полностью соответствовать заявленным характеристикам.
Генная инженерия
При помощи генной инженерии можно встраивать требуемый наследственный материал, который был получен из клетки одного организма, в геном другого. Новые виды называются трансформированными.
Зачастую в области генетики применяют бактерию, средой обитания которой является кишечник человека. С её помощью создаются инсулин и соматотропин. Эти гормоны раньше получали, используя поджелудочные железы животных. Также этим способом синтезируют интерферон. Он необходим для лечения вирусных инфекций.
Процесс модификации организмов подразделяется на отдельные стадии. Сначала проводится поиск необходимых генов и их изъятие из структуры ДНК. Эту операцию выполняют при помощи рестриктаз — специальных ферментов. Затем идёт процесс образования субстрата. Это особая конструкция, в которой есть требуемая закодированная характеристика. Для его создания применяются кольцевые молекулы.
Модифицированный ген встраивается в плазмиду при помощи специальных ферментов, которые соединяют две молекулы. Конструкция имеет несколько частей:
- терминатор;
- ген-оператор;
- промотор;
- ген-регулятор.
Они требуются для обеспечения контроля. В новой конструкции размещаются маркерные элементы, которые необходимы для определения характеристик. Трансформацией называется встраивание другого генома в молекулу ДНК микроорганизма. Скрининг — это упорядочивание бактерий по признакам успешного внедрения.
Искусственный отбор и мутагенез
Мутагенез заключается в получении требуемых свойств путём воздействия ультрафиолета, рентгена или химических веществ. Это способствует ускорению мутации.
Перед проведением искусственного отбора штаммов селекционеры довольно долго изучают изначальный геном организмов. Применяются различные технологии преобразования ДНК:
- Конъюгация. Во время контакта двух организмов происходит перенос генетической информации.
- Амплификация. Увеличивается количество копий требуемого материала. Этот способ позволяет значительно ускорить производство антибиотиков.
- Стимуляция мутаций. Обязательная часть в селекции. У микроорганизмов мутирование происходит намного реже, чем у животных и растений. Но искусственное изменение генома проще проводить на бактериях, поэтому колонии разводятся за короткое время.
Выборка по производительности выполняется исходя из влияния нового штамма на размножение и рост. Микроорганизмы заселяют в питательную среду. После этого отбираются наиболее продуктивные бактерии.
Значение для человека
В последние годы генетики и селекционеры обращают всё большее внимание на различные микроорганизмы. Учёные стараются использовать их свойства для улучшения качества производимой продукции. Сейчас полезные свойства микроорганизмов используются в таких отраслях экономики:
- молочная;
- пищевая;
- винодельческая;
- сельскохозяйственная;
- фармацевтическая.
С помощью различных бактерий выполняется синтез аминокислот, антибиотиков, гормонов, витаминов и др. Дрожжи применяются во время производства хлеба, вина, спирта и пива. Сейчас существуют такие грибы, которые могут самостоятельно производить кормовые добавки из нефти и различных растительных отходов.
Также созданы специальные штаммы бактерий, способные извлекать из руд драгоценные и редкоземельные металлы. Есть даже целая отрасль, предназначенная для производства препаратов. Она входит в состав микробиологической промышленности. Генномодифицированные организмы применяются для борьбы с различными вредителями в лесном и сельском хозяйстве.
