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:
1.
Селекция на повышение устойчивости к ядам,
антибиотикам и на понижение требований к составу питательной среды;
2.
Селекция на повышение накопления полезных веществ;
3.
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.