"Биология", Пономарёва И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. / Под ред. Пономарёвой И.Н.
Селекция микроорганизмов помогает получать наследственно устойчивые штаммы, которые производят нужные человеку вещества. Микробы удобны для такой работы: они быстро размножаются, а значит, за короткое время можно получить много потомков и отобрать среди них подходящие варианты. Для создания новых свойств используют изменчивость и мутагенез, а затем выбирают самые продуктивные штаммы. Их выращивают в подобранных условиях, чтобы получать антибиотики, витамины, ферменты, аминокислоты и другие продукты.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Селекция микроорганизмов — направленное получение и размножение микроорганизмов с полезными для человека наследственными признаками. Иными словами, человек не просто выращивает микробы, а выбирает и размножает те варианты, которые лучше выполняют нужную задачу. Это позволяет получать культуры, пригодные для производства определённых веществ.
Штамм — генетически однородная культура микроорганизмов одного вида, обладающая определёнными наследственными свойствами. В пределах одного вида могут существовать разные штаммы, например отличающиеся способностью образовывать нужное вещество. Понятие штамма помогает точно обозначить выбранную культуру и воспроизводить её свойства.
Микроорганизм-продуцент — микроорганизм, используемый для получения нужного человеку вещества. Это не любой представитель вида, а отобранный штамм, способный производить нужный продукт. Такой термин нужен, чтобы различать организм-производитель и само получаемое вещество.
Микробиологический синтез — получение полезных веществ с помощью жизнедеятельности микроорганизмов. Клетки растут и в ходе обмена веществ образуют соединения, которые можно собрать и использовать. Селекция помогает подобрать для такого процесса подходящих продуцентов.
Микроорганизмы удобны для селекции, потому что быстро размножаются и имеют короткий жизненный цикл. За короткое время можно получить много поколений, а значит, сравнить множество потомков и найти редкий полезный вариант. Большое количество потомков важно и потому, что наследственные изменения возникают не у каждой клетки. Кроме того, многие микробы можно выращивать на питательных средах, состав которых контролируют.
Новые варианты получают, используя наследственную изменчивость — способность организмов приобретать различия, которые могут передаваться потомству. Источником изменений служат естественные мутации, а для увеличения их числа применяют индуцированный мутагенез: искусственно вызывают изменения наследственного материала. Полученные варианты проверяют и отбирают те, у которых проявилось нужное свойство. Мутагенез сам по себе не гарантирует полезный результат, поэтому после него необходим отбор.
Отбор ведут по продуктивности штамма, то есть по способности образовывать нужное вещество. Недостаточно обнаружить вариант, который однажды дал высокий выход: необходимо выяснить, сохраняется ли признак у его потомков. Если свойство не наследуется или быстро утрачивается, такой штамм ненадёжен для производства. Поэтому продуктивность проверяют повторно, а стабильные варианты размножают.
Условия культивирования — условия выращивания культуры — подбирают так, чтобы клетки хорошо росли и эффективно производили нужное соединение. Для этого учитывают состав питательной среды, температуру, кислотность, доступ кислорода и длительность выращивания. Изменение любого из этих факторов способно повлиять на рост микробов и количество продукта. Следовательно, при испытании штамма важно сравнивать его в подходящих и контролируемых условиях.
Селекционированные микроорганизмы используют для получения антибиотиков, витаминов, ферментов, аминокислот, кормового белка и других биологически активных соединений. Эти вещества нужны медицине, пищевому производству и сельскому хозяйству. Состав продукта зависит от свойств конкретного продуцента, а его количество — также от условий выращивания. После культивирования полезное вещество отделяют от клеток и среды.
| Направление | Микроорганизм-продуцент или объект | Получаемый продукт | Значение для человека |
|---|---|---|---|
| Получение антибиотиков | Плесневые грибы и бактерии-продуценты | Антибиотики | Для лечения бактериальных инфекций |
| Получение витаминов | Бактерии и дрожжи | Витамины | Для производства пищевых добавок и обогащения продуктов |
| Получение ферментов | Бактерии и микроскопические грибы | Ферменты | Для пищевой промышленности и других производств |
| Получение аминокислот | Бактерии-продуценты | Аминокислоты | Для пищевых и кормовых добавок |
| Получение кормового белка | Дрожжи и другие микроорганизмы | Белковая биомасса | Для обогащения кормов |
| Производство продуктов питания | Дрожжи и молочнокислые бактерии | Хлеб, кисломолочные и другие продукты | Для изготовления и преобразования пищи |
В таблице удобно сопоставлять задачу производства с подходящим организмом и результатом его работы. Сначала найдите направление, затем проследите по строке, какой продукт получают и для чего он нужен. Указанные группы микроорганизмов — примеры объектов, а не перечень всех возможных продуцентов.
Условие. Нужно объяснить, почему для получения полезных наследственных признаков часто выбирают микроорганизмы. В ответе требуется связать особенности их размножения с работой селекционера. Названия отдельных видов для такого объяснения не нужны.
Ответ. Микроорганизмы удобны для селекции благодаря короткому жизненному циклу, быстрому размножению и большому числу потомков. Это позволяет быстро получать варианты и проводить их сравнение, а выращивание на доступных средах делает работу практичной.
Условие. Имеется культура бактерий, но требуется получить штамм с более высокой продуктивностью по витамину. Нужно выбрать подходящий способ работы и объяснить, как убедиться, что свойство не случайное. Важно отличать появление нового варианта от его отбора.
Ответ. Следует применить индуцированный мутагенез, затем отобрать наиболее продуктивные варианты и проверить сохранение признака у потомства. Если высокая продуктивность подтверждается повторно, вариант можно использовать как штамм-продуцент.
Условие. Нужно составить последовательность действий от поиска подходящей культуры до получения антибиотика. Также требуется назвать факторы, от которых зависит выход продукта. Схема должна показывать, зачем нужны и отбор штамма, и подбор условий.
Ответ. Схема такова: получение вариантов штамма → отбор продуцента → подбор условий культивирования → выделение продукта. Выход антибиотика зависит от наследственных свойств штамма и условий выращивания, поэтому продуктивность проверяют при контролируемом культивировании.
Ошибка — считать продуцентом любой микроорганизм. Так думают, потому что путают принадлежность к виду со способностью производить конкретное вещество. Проверьте себя: продуцентом называют именно тот штамм, который специально используют для получения нужного продукта.
Ошибка — приравнивать селекцию к простому выращиванию культуры. Выращивание само по себе лишь увеличивает число клеток, а селекция включает получение наследственных вариантов и целенаправленный отбор. Чтобы проверить ответ, спросите себя: были ли сравнение вариантов и выбор организмов с нужным признаком?
Ошибка — считать, что высокая продуктивность всегда сохраняется без проверки. Её допускают, если принимают единичное удачное измерение за доказательство наследования. Проверьте признак у потомков и повторите оценку: стабильный штамм должен сохранять полезное свойство.
Ошибка — смешивать продукт жизнедеятельности микроорганизма с самим микроорганизмом. Антибиотик, витамин или фермент — это вещества, а штамм-продуцент — организм, который их производит. Для самопроверки определите, что именно можно выделить как продукт, а что продолжает расти и синтезировать его.
Для понимания селекции микроорганизмов нужны знания о наследственности, изменчивости, мутациях и искусственном отборе. Короткий жизненный цикл и размножение микробов объясняют, почему их потомство можно быстро изучать и сравнивать. Эти знания пригодятся при изучении биотехнологии, микробиологической промышленности, медицины, пищевого производства и сельского хозяйства. Генетическая инженерия дополняет селекцию: перенос генов позволяет создавать микроорганизмы с заранее заданными свойствами.
Почему микроорганизмы особенно удобны для селекции?
У них короткий жизненный цикл и высокая скорость размножения, поэтому за небольшое время можно получить много поколений и потомков. Большое число потомков повышает вероятность найти вариант с полезным наследственным свойством. Многие микроорганизмы можно выращивать на доступных питательных средах.
Чем штамм отличается от вида микроорганизмов?
Вид объединяет организмы с общими признаками, а штамм — это отдельная генетически однородная культура внутри вида. Штаммы одного вида могут различаться наследственными свойствами, например способностью производить определённое вещество. Поэтому для производства выбирают конкретный подходящий штамм.
Что такое микроорганизм-продуцент?
Это микроорганизм, который специально используют для получения нужного вещества. Его выбирают за способность синтезировать продукт в достаточном количестве. Сам продукт — например, антибиотик — не является продуцентом: его производит штамм.
Какие вещества получают с помощью селекционированных микроорганизмов?
С их помощью производят антибиотики, витамины, ферменты и аминокислоты. Некоторые микроорганизмы используют для получения кормового белка и пищевых продуктов. Выбор штамма зависит от того, какой именно продукт требуется получить.
Зачем после получения нового штамма подбирают специальные условия культивирования?
Наследственные свойства задают возможности штамма, но на его рост и выход продукта влияют условия выращивания. Подбирают питательную среду, температуру, кислотность, доступ кислорода и продолжительность культивирования. Подходящие условия помогают получить больше продукта и использовать возможности штамма.
§ 31. Основные направления селекции микроорганизмов
