Практическое использование достижений генетики микроорганизмов и генной инженерии в микробиологии

Получение наследственно измененных форм микроорганизмов расширило возможности их использования в сельскохозяйственном и промышленном производстве, а также в медицине. Основной ме­тод получения новых форм микроорганизмов — индуцирование му­таций воздействием различными мутагенами на дикие, существую­щие в природе культуры. Таким методом удается создавать мутантов, которые выделяют в десятки и сотни раз большее количество ценных продуктов (антибиотиков, ферментов, витаминов, аминокислот и т. д.) по сравнению с дикими формами микроорганизмов.

Процесс получения высокопродуктивных штаммов микроорга­низмов состоит из многих этапов. Сначала на культуру микроорганизма воздействуют различными мутагенными факторами с после­дующим отбором наиболее продуктивного штамма. Мутантный штамм могут подвергнуть дальнейшему воздействию мутагенов и последую­щему отбору еще более продуктивных форм. Часто из тысяч беспо­лезных мутантов отбирают только один высокопродуктивный штамм. В последние годы методом радиационного и химического мутагенеза микроорганизмов получено большое число промышленных штаммов микроорганизмов — продуцентов нужных человеку веществ.

Особенно широкие перспективы переделки наследственной природы организмов сулит развитие генной, или генетической, ин­женерии — раздела молекулярной генетики, разрабатывающего ме­тоды создания новых генетических структур с заданной информаци­ей и способы их переноса в клетки прокариот и эукариот.

Полученные методом генной инженерии новые генетические молекулы представляют собой рекомбинантные ДНК, включающие два компонента — вектор (переносчик) и клонируемую «чужерод­ную» ДНК. Поскольку переносчик должен обладать свойствами репликона и обусловливать репликацию вновь созданной реком-бинантной ДНК, то вектором обычно служат такие репликоны, как плазмиды, умеренные фаги и вирусы животных. Все упомянутые переносчики имеют циркулярно замкнутую структуру ДНК. Кло­нируемая ДНК — это фрагмент ДНК, несущий необходимый ген (или гены), контролирующий образование нужного вещества.

Существуют различные приемы получения рекомбинантных молекул ДНК. Наиболее простой из них начинается с обработки изолированных молекул ДНК-вектора и ДНК, несущей необходи­мый ген, ферментами-рестриктазами (эндонуклеазы рестрикции), расщепляющими взятые молекулы ДНК в строго определенном месте с образованием однонитчатых, комплементарных друг другу концов, так называемых «липких концов». Таков первый этап получения рекомбинантных ДНК, его иначе называют «разрезание» молекул ДНК при помощи эндонуклеаз рестрикции. Второй этап заключается в обработке полученных линейных молекул ДНК ферментом полинуклеотидлигазой, которая «сшивает» две разные молекулы в одну рекомбинантную ДНК. На третьем этапе ре­комбинантные молекулы вводят в клетки тех или иных бактерий (методом трансформации. На завершающем, четверто, этапе выполняют клонирование трансформированных клеток.

Методом генной инженерии уже получены рекомбинантные молекулы ДНК, несущие информацию для образования таких важ­ных веществ, как интерферон, инсулин, гормон роста человека и другие, в клетках кишечной палочки. По-видимому, тем же мето­лом можно будет создать и такие бактерии, которые, потеряв свою болезнетворность, помогут выработать иммунитет против многих инфекционных болезней животных и человека. В промышленности благодаря использованию генной инженерии появятся высокопро­дуктивные микроорганизмы, создающие белки, ферменты, витами­ны, антибиотики, ростовые вещества и другие нужные продукты.

Возможно, будут получены новые сорта растений и породы животных, устойчивые к заболеваниям и в полной мере наделенные хозяйственно ценными свойствами. Метод генной инженерии по­может вывести формы растений, обладающие способностью к свя­зыванию молекулярного азота атмосферы. Такие растения, вероят­но, можно будет получить после введения в их геном генов от микроорганизмов, фиксирующих азот из воздуха.

В связи с разработкой и совершенствованием методов генной инженерии, показавших возможность передачи не только естествен­ных генов живых организмов, но и искусственно синтезированных, открываются блестящие перспективы для научно-технического про­гресса не только в медицине и промышленности, но и в сельскохо­зяйственном производстве.