Понятие о мутагенезе

Среды, предназначаемые для ферментационных процессов

Превалирующим компонентом всех (или почти всех) биотехнологических процессов является вода. В лабораторных условиях можно легко определить специфические потребности любого конкретного организма и затем (с известной долей приближения) экстраполировать на производственный уровень.

Если процесс крупномасштабный, то важным моментом будет доступность субстрата для культивирования (наличие его в требуемых количествах, стабильность, восполняемость, легкость в обращении и сохранении). Стоимость материалов является важным фактором, поскольку внедрение любого биотехнологического процесса в значительной степени зависит от его стоимости по сравнению с существующими методами производства этого же продукта.

Неотъемлемым фактором является здоровье работников, особенно при манипуляциях с порошковыми материалами.

Приготовление питательных сред для ферментационных процессов обычно рассматривается как мало интересная часть общей задачи, но фактически оно является краеугольным камнем, обеспечивающим успех всех последующих этапов. Среды неподходящего состава обусловят низкий уровень ростовых процессов и, следовательно, низкий уровень выхода целевого продукта.

Известно, что главенствующую роль в клетке играет ядро или его аналог у бактерий и условно – у вирусов.

Постоянным компонентом ядра (или нуклеотида) является ДНК, входящая в состав хромосом. Каждая хромосома содержит только одну молекулу ДНК, в которой в линейном порядке сгруппированы самовоспроизводящиеся дискретные единицы, или гены (цистроны – или первичные гены), обладающие элементарной биохимической функцией.

Мутация – это скачкообразное наследуемое изменение гена.

В основе мутагенеза лежит изменчивость микроорганизмов, под которой понимают разнообразие организмов, ныне существующих и вновь образующихся. Поэтому при работе с микроорганизмами используют в качестве объекта не одну особь, а популяции.

Популяция – многочисленные клетки (особи) одного вида, обитающие в ряду поколений в определенных условиях, где нет заметных преград для случайного свободного скрещивания этих клеток. Микроорганизмы в популяции характеризуются общностью генетической программы и возможностью свободного обмена генетической информацией.

Характерные показатели популяции:

а) плотность – число особей на единицу объема или площади;

б) прирост – число новых особей, возникающих в единицу времени;

в) гибель – число особей, гибнущих в единицу времени.

Изменение численности популяции выражается кривыми размножения или кривыми выживания.

Культура микроба называется чистой, если родительские и дочерние особи практически неразличимы и между ними нельзя установить родственные связи. Чистые культуры (как популяции) мало или совсем непригодны для генетических исследований, которые выполняются, в основном, на клоновых культурах.

Клон – это культура, состоящая из наследственно однородных клеток, возникающих в результате бесполого размножения. Однако клоновые культуры грибов (одноклеточных низших) трудно получить, так как их клетки могут быть многоядерными.

Мутация – это генетическое и необратимое изменение нормы реакции организма.

Норма реакции организма – это проявление фенотипа в разных условиях существования вида.

Фенотип – это определенная сумма признаков организма в конкретных внешних условиях.

Виды мутагенов:

Химические мутагены: производные этилена, уретаны, алкилсульфонаты, иприты, этиленимины и др.;

Физические мутагены: излучения (ионизирующие – β и g; ультрафиолетовое), ультразвук, повышенная температура и др.;

Биологические мутагены: вирусы бактерий (фаги).

Клетки, наследственно изменившиеся под влиянием мутагенов, называются мутантными, а культуры, полученные из них – мутантами.

Мутации по механизму возникновения могут быть:

• Индуцированные (контролируемые);
• Спонтанные (неконтролируемые или ненаправленные). Они имеют место в естественных условиях без вмешательства экспериментатора.

Адекватность генотипического изменения клеток условиям среды обитания оценивается в ходе естественного отбора при адаптации, так как мутанты могут быть жизнеспособными и нежизнеспособными.

Типы мутаций:

• Ненаследуемые модификации;
• Длительные наследственные фенотипические модификации. Они присущи только клеточным структурам, но не вирусам.

Микробы, как высшие организмы, способны собирать и перераспределять уже имеющуюся наследственную информацию между родственными, но генетически неидентичными клетками. Процесс комбинирования в одной клетке мутировавших генов из двух разных клеток называют генетической рекомбинацией. Она наблюдается при трансформации, трансфекции, конъюгации и трансдукции.

При этом не происходит истинного слияния клеток, и лишь часть генетического материала переходит в клетку-реципиент. Образуется неполный, или частичный, диплоид - мерозигота (частичная зигота).

Трансформация – это процесс, при котором осуществляется перенос информации химически чистой ДНК от бактериальной клетки-донора в бактериальную клетку-реципиент, где в результате рекомбинации происходит замещение специфической последовательности генома.

Трансфекция – это процесс, при котором информация переносится в компетентную бактериальную клетку, когда она поглощает ДНК фага. Процесс поглощения ДНК фага компетентной клеткой при трансфекции сходен с процессом трансформации, однако они существенно различаются, поскольку фрагментация ДНК происходит только при трансфекции. Процесс идет естественным путем подобно заражению клеток фаговыми частицами.

Конъюгация (лат. соnjugаtiо – соединение – это процесс полного или частичного переноса генетической информации из мужской особи в женскую при установленном клеточном контакте между разнополыми клетками бактерий.

Трансдукция – это процесс переноса ДНК из бактериальной клетки-донора в фагочувствительную клетку-реципиент с помощью фага. Фаг выступает посредником между донорской и реципиентной клетками.

Мутантные клетки предварительно размножают в присутствии ингибиторов роста (здесь используется метод отбора – скрининг). Затем отбирают лишь те мутанты (по форме и размерам колоний), которые преодолевают нарушение обмена веществ за счет образования (синтеза) избытка желаемого соединения (целевого продукта).

Дата добавления: 2014-01-07