Сельское хозяйство/5. Растеневодство
Соловей
Л.В., Качанова А.Ю., Мажарова Е.Н., Россихин В.В.
Национальный технический университет «ХПИ», г. Харьков
Природные микроорганизмы, как правило, обладают низкой
продуктивностью тех веществ, производство которых необходимо. Для биотехнологии
нужны высокопродуктивные штаммы микроорганизмов. Их создают методами селекции -
направленного отбора спонтанных или индуцированных (химическими мутагенами или
радиацией) мутантов. Получение таких штаммов занимаются иногда многие годы. В
результате селекции производительность продуцентов удается увеличить в сотни
или тысячи раз. Например, в работе с Penicillium методами селекции выход
пенициллина был увеличен в конце концов, примерно в 10 тыс. раз по сравнению с
исходным диким штаммом.
Отбору высокопроизводительных штаммов предшествуют
тонкие манипуляции селекционера с генетическим материалом исходных штаммов. При
этом используют весь спектр естественных способов рекомбинирования генов,
известных у бактерий: конъюгацию, трансдукцию, трансформацию и другие
генетические процессы. Например, конъюгация (обмен генетическим материалом
между бактериями) была успешно использована при создании штамма Pseudomonas
putida, способного утилизовать углеводороды нефти. Очень часто прибегают к
трансдукции (перенос гена из одной бактерии в другую посредством бактериальных
вирусов - бактериофагов) и амплификации (увеличение числа копий нужного гена).
Так, у многих микроорганизмов гены биосинтеза
антибиотиков или их регуляторы находятся не в основной хромосоме, а в
плазмидах. Путем амплификации удается увеличить число этих плазмид в клетках и
существенно повысить производство антибиотиков.
Еще один подход в генетико-селекционной работе -
получение генетических рекомбинантов путем слияния разных штаммов бактерий,
лишенных стенок (протопластов). Так, слиянием протопластов двух штаммов
Streptomyces был сконструирован новый высокоэффективный штамм-продуцент
рифампицина С: мутанты Nocardia mediterranei, в которых не синтезировался
рифампицин, после слияния сформировали штаммы, продуцирующие три новых рифампицина.
Слияние протопластов позволяет объединять генетические материалы и таких
микроорганизмов, которые в естественных условиях не скрещиваются.
Следующее направление генно-инженерных работ -
создание гербицидустойчивых ценных видов культурных растений, с тем чтобы
эффективнее бороться с сорняками. Традиционные методы селекции создания сортов,
устойчивых к гербицидам, очень длительны и малорезультативны. Поэтому и здесь
большие надежды связывают с использованием генной инженерии. Пока можно
говорить об отдельных примерах. Осуществлен успешный перенос гена устойчивости
к гербицидам из Streptomyces в клетки сахарной свеклы. После этого
регенерировавшие из них растения приобрели устойчивость к гербициду
фосфинотрициану. Этим же путем удалось получить устойчивые к гербицидам
растения табака.
Есть еще одна интересная область применения генной
инженерии. В размягчении плодов помидоров при их хранении, ухудшающем
потребительские качества плодов, участвует фермент полигалактуронидаза (ПГУ).
Естественно желание подавить активность этого фермента в созревающих помидорах.
Методом генной инженерии сконструирован ген, транскрипция которого приводит к
образованию вместо природной мРНК фермента анти-мРНК (т. е. РНК,
комплементарную нормальной мРНК). В результате в клетках растения, в которое
перенесен искусственно созданный ген, накапливается анти-мРНК, которая
ингибирует природную мРНК. Механизм подавления мРНК ПГУ в клетках томатов
представляется следующим образом: накапливающиеся в клетках молекулы анти-ПГУ
мРНК вступают в комплекс с мРНК ПГУ, в результате чего последняя не в состоянии
транслироваться. Анти-мРНК в данном случае действуют подобно антителам,
инактивирующим антигены.