Генетика бактерій

Встановлено, що деякі мікроорганізми, наприклад, Fuzarium monilifore, синтезують біологічно активні субстанції типу фітогормонів, гіберелінів, біоінсектицидів та інших, які є ефективними стимуляторами росту й розвитку вищих рослин. Генетичні підходи дозволили проводити цілеспрямований селекційний процес для одержання продуцентів цих речовин [13, С. 167].

Особливої уваги набувають нині методи одержання енергії та переробки відходів промисловості і сільського господарства з метою одержання цінних біопродуктів і захисту біосфери від забруднення за допомогою спеціально селекціонованих з цією метою мікроорганізмів. Мікробіологічна наука і мікробіологічна індустрія можуть зробити помітний внесок у розв'язання енергетичних проблем, які пов'язані зі значним зменшенням запасів нафти і вугілля на нашій планеті.

Багатонадійні перспективи для сільського господарста, біології та медицини й інших галузей народного господарста відкриваються у зв'язку з розробкою і вдосконаленням методів генної і клітинної інженерії, за допомогою яких експериментально доведено можливість передачі не тільки природних генів, а й штучно синтезованих, які кодують синтез різноманітних біологічно-активних сполук. Наприклад, ще в перших дослідах з генної інженерії, проведених у 1973 році, було введено за допомогою фага в геном E. coli ген LIG, який контролює синтез лігази. Внаслідок цього вміст лігази в клітинах-реципієнтах збільшився в 500 разів. Тепер у клітини кишкової палички клоновані і функціонують гени інтерферонів, гормону росту, інсуліну та ін. За допомогою клонованих штамів E. coli одержують препарати інтерферону, інсуліну. Про високу ефективність генно-інженерних методів одержання хімічно чистих біологічно активних речовин свідчить й такий факт - щоб одержати 5 мг соматотропіну раніше використовували мозок 500 000 овець протягом 5 років, в той час як аналогічну кількість гормону сьогодні дають 9 л бульйонної суспензії E. coli.

Медична наука стоїть на порозі розробки методів генної хірургії. Наприклад, клонований з макрофагів людини ген фактору некрозу пухлин у E. coli при введенні її білим мишам із саркомами викликає їх руйнування. Широкі перспективи відкриває генна інженерія на шляху створення високоефективних засобів специфічної профілактики інфекційних захворювань. Введення в геном кишкових паличок, вірусів вісповакцини, дріжджів деяких генів вірусів гепатиту В, ящура дозволили розробити субодиничні вакцини [3, С. 89].

Стрімкий розвиток біологічної науки яскраво проявився у становленні генної та клітинної інженерії - сукупності експериментальних методів, за допомогою яких переносять гени від одного організму до іншого.

Вона народилась у 1972 році, коли американським дослідникам П. Бергу, Г. Бойеру, С. Коену вдалось одержати гібрид вірусу мавпи SV-40 і бактеріофага ? [11, С. 43].

Останнім часом інтенсивно вивчаються методи трансплантації генів за допомогою плазмід, які ще часто називають «генною інженерією у природі». Вони відіграють велику роль у передачі генетичного матеріалу між бактеріями, які належать навіть до віддалених філогенетичних груп.

Плазміди є фактично каналом генетичної комунікації в бактеріальному світі. Наприклад, методами генної інженерії було зроблено пересадку гена nif з азотфіксуючої бактерії в неазотфіксуючу, і остання набула властивості фіксувати молекулярний азот. Тепер ведуться роботи з перенесення генів від бактерій до клітин вищих рослин.

У лабораторних умовах одержано рекомбінантні плазміди, які містять гени двох різних бактерій, бактерій і вірусів, бактерій і рослин, бактерій і тварин, бактерій і людини. Дуже важливим є те, що такі рекомбінантні плазміди, інтродуковані в бактеріальні клітини, дали експресію [10, С. 122].

Дослідження проведені у 2013 році Г. О. Іутинською, В. А. Циганковою, Л. О. Білявською та В. Є. Козирицькою у польових та тепличних умовах на культурах огірка сорту Гравіна та картоплі сорту Беллароза дають підстави стверджувати про високу біозахисну щодо нематод активність нових комплексних препаратів на основі авермектинів (продукту метаболізму стрептоміцету S. avermitilis), які знижували ураження рослин паразитичними нематодами і підвищували урожайність: огірків і картоплі. Методом Дот-блот гібридизації мРНК із si/miРНК встановлено, що авермектинвмісні препарати знижують відсоток гомології si/miРНК до мРНК у інфікованих рослинах відносно контрольних рослин в діапазоні від 6 до 23 %. Отримані розбіжності в показниках відсотків гомології можуть бути наслідком активації препаратами у клітинах рослин синтезу малих регуляторних si/miРНК з антинематодними властивостями. На користь цього припущення свідчать також результати щодо підвищення мікробними препаратами в клітинах інфікованих рослин рівня сайленсингової активності si/miРНК (до 38-65% інгібування трансляції мРНК інфікованих рослин), унаслідок чого значно підвищується стійкість рослин до паразитичних нематод [9, С. 56].

Таким чином, генетика бактерій дозволяє створити струнку систему взаємопов'язаних галузей біотехнології, які мають унікальну перевагу - вони засновані на функціонуванні природних систем, які підпорядковуються інтересам людини.

Висновки

Здійснене дослідження дає підстави зробити такі висновки:

1. Проаналізувавши організацію геномів бактерій, можемо стверджувати, що найважливішими ознаками живих організмів є мінливість та спадковість. Основу спадкового апарату бактерій складає ДНК. Поряд з цим спадковий апарат бактерій і можливості його вивчення мають ряд особливостей. Бактерії - гаплоїдні організми, тобто вони мають одну хромосому - нуклеоїд. У зв'язку з цим при успадкуванні ознак відсутнє явище домінантності. Геном бактерій представлений не тільки хромосомними генами, а й позахромосомними факторами, які надають надають клітинам різні фенотипові ознаки й підвищують життєздатність бактерій.

2. Розглянувши особливості функціонування геномів бактерій з'ясували, що в основі генотипової мінливості лежать мутації і рекомбінації. У бактерій є кілька механізмів рекомбінацій при яких утворюється мерозигота, яка несе цілком генетичну інформацію реципієнта і частину генетичної інформації донора у виді доповнення й при цьому у бактеріальної клітини-рекомбіната змінюється не тільки якість, але і кількість генетичної інформації. Розглянувши експресію генів у бактерій, можемо сказати, що утворення однієї спільної молекули мРНК відбувається на структурних генах оперону.

3. З'ясували як застосовуються знання з генетики бактерій на практиці. Довели, що завдяки генотиповій та фенотиповій мінливості бактерії є зручним об'єктом для досліджень, так як простота геному дозволяє виявляти мутанти з частотою 10-9 та нижче, бактерії мають високу швидкість розмноження і за короткий проміжок часу (за добу) змінюється кілька десятків поколінь, що дає можливість вивчати величезні за чисельністю популяції. З розвитком сучасних технологій генетика бактерій зробить ще чималий вклад в різні сфери нашого життя.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Атлас по генетике / [авторский коллектив: Н. В. Чебышев, М. Ш. Вербицкий, С. Н. Ларина, М. В. Кобзарь, Г. С. Гузикова, А. Н. Демченко]. - М. : Русь-Олимп, 2009. - 318 с.

2. Бочков Н. П. Клиническая генетика: [учебник] / Н. П. Бочков, В. П. Пузырев, С. А. Смирнихина. - М.: ГЭОТАР, 2011. - 592 с.: ил.

3. Бужієвська T. I. Основи медичної генетики / Т. І. Бужієвська. - К. : Здоров'я, 2001. - 136 с.

4. Воробєй Є. С. Бактеріофаги та їх вплив на бактеріальні біоплівки / Є. С. Воробєй, О. С. Воронкова, І. В. Маліновська, А. І. Вінніков // Мікробіологія і біотехнологія. - 2013. - № 1. - С. 6-19.

5. Галкін М. Б. Формування біоплівки бактеріями Lactobacillus Plantarum на коренях рослин Lepidium sativum L. / М. Б. Галкін, Н. В. Ліманська, Т. О. Філіпова, В. О. Іваниця // Мікробіологія і біотехнологія. - 2012. - № 3. - С. 34-43.

6. Гусев М. В. Микробиология: [учебник] / М. В. Гусев, Л. А. Минеева. - М. : Издательский центр «Академия», 2003. - 464 с.

7. Жимулев И. Ф. Общая и молекулярная генетика / И. Ф. Жимулев. - Новосибирск: «Сибирское университетское издательство», 2007. - 479 с.: ил.

8. Журченко А. А. Генетика / А. А. Журченко, Ю. Л. Гужов. - М. : Колос, 2004. - 480 с.: ил.

9. Ігутинська Г. О. Вплив нових біопрепаратів на основі аверкому на розвиток і продуктивність рослин та експресію генів синтезу si/miРНК / Г. О. Ігутинська, В. А. Циганкова, Л. О. Білявська, В. Є. Козирицька // Мікробіологія і біотехнологія. - 2013. - № 1. - С. 48-58.

10. Мушкамбаров Н. Н. Молекулярная биология / Н. Н. Мушкамбаров, С. Л. Кузнецов. - М. : ООО «Медицинское информационное агентство», 2003. - 544 с.: ил.

11. Покровский В. И. Медицинская микробиология / В. И. Покровский, О. К. Поздеев - М. : ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 1999. - 1200 с.: ил.

12. Романюк Л. В. Трансдукция, как один из способов преобретения генетической информации у эрвиний / Л. В. Романюк, Н. С. Муквич, Ф. И. Товкач // Мікробіологічний журнал. - 2011, № 1. - С. 51-55.

13. Сазанов А. А. Основы генетики / А. А. Сазанов. - СПб. : ЛГУ им. А. С. Пушкина, 2012. - 240 с.

14. Сергеева Ж. Ю. Рестрикционное картирование внехромосомного элемента рCA25 Erwinia carotovora / Ж. Ю. Сергеева, Ф. И. Товкач // Мікробіологія і біотехнологія. - 2010. - № 2. - С. 66-68.

15. Сиволоб А. В. Генетика: [підручник] / А. В. Сиволоб, С. Р. Рушниковський, С. С. Кир'яченко. - К. : Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2008. - 320 с.

Размещено на Allbest.ur