селекція мікроорганізмів

Традиційна селекція мікроорганізмів (в основному бактерій і грибів) заснована на експериментальному мутагенезі і відборі найбільш продуктивних штамів. Але і тут є свої особливості. Геном бактерій гаплоїдний, будь-які мутації проявляються вже в першому поколінні. Хоча ймовірність природного виникнення мутації у мікроорганізмів така ж, як і у всіх інших організмів (1 мутація на 1 млн. Особин по кожному гену), дуже висока інтенсивність розмноження дає можливість знайти корисну мутацію по цікавого дослідника гену.

В результаті штучного мутагенезу і відбору була підвищена продуктивність штамів гриба пеницилла більш ніж в 1000 разів. Продукти мікробіологічної промисловості використовуються в хлібопеченні, пивоварінні, виноробстві, приготуванні багатьох молочних продуктів. За допомогою мікробіологічної промисловості отримують антибіотики, амінокислоти, білки, гормони, різні ферменти, вітаміни і багато іншого.

Мікроорганізми використовують для біологічного очищення стічних вод, поліпшень якостей грунту. В даний час розроблені методи отримання марганцю, міді, хрому при розробці відвалів старих копалень за допомогою бактерій, де звичайні методи видобутку економічно невигідні.

Біотехнологія - використання живих організмів і їх біологічних процесів у виробництві необхідних людині речовин. Об'єктами біотехнології є бактерії, гриби, клітини рослинних і тваринних тканин. Їх вирощують на поживних середовищах в спеціальних біореакторах.

Новітніми методами селекції мікроорганізмів, рослин і тварин є клітинна, хромосомна і генна інженерія.

Генна інженерія

Генна інженерія - сукупність методик, що дозволяють виділяти потрібний ген з генома одного організму і вводити його в геном іншого організму. Рослини і тварини, в геном яких запроваджено «чужі» гени, називаються трансгенними. бактерії і гриби - трансформованими. Традиційним об'єктом генної інженерії є кишкова паличка, бактерія, що живе в кишечнику людини. Саме з її допомогою отримують гормон росту - соматотропін, гормон інсулін, який раніше отримували з підшлункової залоз корів і свиней, білок інтерферон, що допомагає впоратися з вірусною інфекцією.

Процес створення трансформованих бактерій включає в себе наступні етапи.

Рестрикція - «вирізування» потрібних генів. Проводиться за допомогою спеціальних «генетичних ножиць», ферментів - рестриктаз.
Створення вектора - спеціальної генетичної конструкції, в складі якої намічений ген буде впроваджений в геном іншої клітини. Основою для створення вектора є плазміди. Ген вшивають в плазміду за допомогою іншої групи ферментів - лигаз. Вектор повинен містити все необхідне для управління роботою цього гена - промотор, термінатор, ген-оператор і ген-регулятор, а також маркерні гени, які надають клітині-реципієнту нові властивості, що дозволяють відрізнити цю клітку від вихідних клітин.
Трансформація - впровадження вектора в бактерію.
Скринінг - відбір тих бактерій, в яких впроваджені гени успішно працюють.
Клонування трансформованих бактерій.

Освіта рекомбінантних плазмід:
1 - клітина з вихідної плазмидой; 2 - виділена плазміда; 3 - створення вектора; 4 - рекомбінантний плазміда (вектор); 5 - клітина з рекомбінантної плазміди.

Еукаріотичні гени, на відміну від прокаріотів, мають мозаїчну будову (екзонів, інтрони). У бактеріальних клітинах відсутня процесинг, а трансляція в часі і просторі не відділена від транскрипції. У зв'язку з цим для пересадки ефективніше використовувати штучно синтезовані гени. Матрицею для такого синтезу є іРНК. За допомогою ферменту зворотна транскриптаза на цій іРНК спершу синтезується ланцюг ДНК. Потім на ній за допомогою ДНК-полімерази добудовується другий ланцюг.

хромосомна інженерія

Хромосомна інженерія - сукупність методик, що дозволяють здійснювати маніпуляції з хромосомами. Одна група методів заснована на введенні в генотип рослинного організму пари чужих гомологічниххромосом, контролюючих розвиток потрібних ознак (доповнені лінії), або заміщення однієї пари гомологічних хромосом на іншу (заміщені лінії). В отриманих таким чином заміщених і доповнених лініях збираються ознаки, які наближають рослини до «ідеального сорту».

Метод гаплоидов заснований на вирощуванні гаплоїдних рослин з подальшим подвоєнням хромосом. Наприклад, з пилкових зерен кукурудзи вирощують гаплоїдні рослини, що містять 10 хромосом (n = 10), потім хромосоми подвоюють і отримують диплоїдні (n = 20), повністю гомозиготні рослини всього за 2-3 роки замість 6-8-річного інбридингу.

клітинна інженерія

Клітинна інженерія - конструювання клітин нового типу на основі їх культивування, гібридизації та реконструкції.

Клітини рослин і тварин, поміщені в поживні середовища, що містять всі необхідні для життєдіяльності речовини, здатні ділитися, утворюючи клітинні культури. Клітини рослин мають ще й властивістю тотіпотентності. тобто за певних умов вони здатні сформувати повноцінне рослина. Отже, можна розмножувати рослини в пробірках, поміщаючи клітини в певні поживні середовища. Це особливо актуально щодо рідкісних або цінних рослин.

За допомогою клітинних культур можна отримувати цінні біологічно активні речовини (культура клітин женьшеню). Отримання і вивчення гібридних клітин дозволяє вирішити багато питань теоретичної біології (механізми клітинної диференціювання, клітинного розмноження і ін.). Клітини, отримані в результаті злиття протопластів соматичних клітин, що відносяться до різних видів (картоплі і томату, яблуні і вишні та ін.), Є основою для створення нових форм рослин. У біотехнології для отримання моноклональних антитіл використовуються гібридоми - гібрид лімфоцитів з раковими клітинами. Гібридоми напрацьовують антитіла, як лімфоцити, і мають можливість необмеженого розмноження в культурі, як ракові клітини.

Метод пересадки ядер соматичних клітин в яйцеклітини дозволяє отримати генетичну копію тваринного, тобто робить можливим клонування тварин. В даний час отримані клоновані жаби, отримані перші результати клонування ссавців.

Метод злиття ембріонів на ранніх стадіях робить можливим створення химерних тварин. Таким способом були отримані химерні миші (злиття ембріонів білих і чорних мишей), химерне тварина вівця-коза.

Перейти до лекції №24 «Селекція тварин»