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 исходных 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 требованиями к 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
возникновения 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: частоты 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.
Интенсивность 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 воздействует отбор, имеет
решающее значение для возникновения форм, устойчивых к определенным
неблагоприятным внешним условиям. Если популяция настолько велика, что
в ней непременно должно возникнуть несколько устойчивых мутантов (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, подвергающегося
воздействию естественного отбора. Но если число 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, устойчивые 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 до все 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, в которой недостает еще одного вещества, в котором
нуждается исходная форма бактерий, выводятся новые штаммы и т.д., этот
принцип имеет очень большое практическое 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 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 применяемых 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:
Д. Ф. Петров “Генетика с основами селекции” М, Высшая школа, 1976.