15. Генетика микроорганизмов

Генетика — это наука, изучающая наследственность и изменчивость микроорганизмов. Микроорганизмы способны изменять свои основные признаки (морфологические, культуральные, биохимические, биологические) и свойства в зависимости от среды обитания. Знание законов генетики помогает понять жизнедеятельность микроорганизмов и их адаптацию к различным факторам среды.

Генетика микроорганизмов, раздел общей генетики, в котором объектом исследования служат бактерии, микроскопические грибы, вирусы животных и растений, бактериофаги и др. микроорганизмы.

До 40-х гг. 20 в. считалось, что у микроорганизмов нет ядерного аппарата и мейоза и на них не распространяются Менделя законы и хромосомная теория наследственности. С начала 40-х гг. микроорганизмы становятся объектом интенсивных генетических исследований. Именно на них были решены многие кардинальные вопросы современные генетики. Так, первое указание на то, что материальным носителем наследственности служит ДНК, было получено в опытах на пневмококках. Примерно в то же время были начаты интенсивные генетические исследования на хлебной плесени — нейроспоре. Изучение многочисленных биохимических мутантов нейроспоры привело к установлению очень важного положения: «один ген — один фермент» (ныне «один ген — одна полипептидная цепь»). Генетические исследования микроорганизмов особенно интенсивно стали развиваться после того, как американские генетики показали на кишечной палочке, что и бактерии подчиняются мутационным закономерностям. Ранее существовавшее представление об адекватной, адаптивной изменчивости у бактерий возникло вследствие методической ошибки, заключавшейся в изучении культуры как единицы изменчивости. Был предложен новый принцип изучения изменчивости у бактерий — клональный анализ, т. е. изучение потомства одной клетки — родоначальницы клона. Важной вехой в развитии Г. м. явился разработанный американскими генетиками метод реплик, или отпечатков, позволивший доказать, что мутации возникают у бактерий независимо от условий культивирования, и, кроме того, значительно упростивший приёмы отбора вариантов микроорганизмов с желаемыми свойствами. Оказалось, что в больших популяциях бактериальных клеток мутации возникают спонтанно. В 1946 был открыт половой процесс у бактерий (конъюгация), что позволило применить для их исследования генетический анализ. В результате установлены наличие у бактерий рекомбинации, существование у них генетических групп сцепления и построены генетические карты их хромосом. Почти одновременно был открыт парасексуальный процесс грибов, что расширило возможности генетического анализа грибов, не имеющих полового цикла размножения. Вскоре в генетические исследования были вовлечены бактериофаги и др. вирусы (в частности, вирус табачной мозаики — ВТМ). Был открыт эффект переноса генетической информации от одной бактериальной клетки к другой при посредстве бактериофага — генетической трансдукция, что положило начало изучению генетических взаимоотношений в системе «фаг — бактерия». Вслед за тем была обнаружена рекомбинация у фагов. Если использование бактерий в качестве объекта генетических исследований резко повысило разрешающую способность генетическиого анализа, то благодаря фагам удалось перейти к изучению явлений наследственности на молекулярном уровне.

Микотоксины - это вторичные метаболиты микроскопических грибов, обладающие выраженными токсическими свойствами, т. е. метаболиты, не являющиеся эссенциальными для роста и развития продуцирующих их микроорганизмов. В настоящее время известно около 250 видов различных микроскопических грибов, продуцирующих более 100 токсичных метаболитов.

Продуцентами микотоксинов являются многие виды микроскопических грибов, и разнообразные сельскохозяйственные культуры могут служить природными субстратами для продуцентов микотоксинов. Хотя в характере токсического действия большинства микотоксинов имеется определенная специфичность мико- токсикозы не имеют строго ограниченной клинической картины, что существенно затрудняет их диагностику, которая основывается на обнаружении в кормах и биологических жидкостях, тканях соответствующих микотоксинов.

Микотоксины образуются в цепи последовательных ферментных реакций из относительно небольшого числа химически простых промежуточных продуктов основного метаболизма, таких как ацетат, мадонат, мевалонат и аминокислоты. Наиболее важными этапами биосинтеза микотоксинов являются реакции конденсации, окисления - восстановления, алкилирования и галогенизации, которые приводят к образованию различных по структуре предшественников микотоксинов.

Микотоксины отличаются высокой токсичностью, а многие из них также мутагенными, тератогенными и канцерогенными свойствами. Они могут попадать в организм человека и через систему пищевых цепей с молоком и тканями животных, потреблявших загрязненный микотоксинами корм.

Микобактерии (Mycobacterium) — род аэробных грамположительных медленнорастущих кислотоустойчивых палочкообразных бактерий, содержащий большое количество сапрофитных и болезнетворных видов. (Туберкулезная палочка)

Клостридии – это почвенные анаэробы, включающие 61 вид, из которых только 12 патогенны. Вызывают тяжелые инфекционные заболевания и токсико- зы. Отдельные ученые считают их хищными бактериями, т.к. вначале их токсины вызывают гибель жертвы, затем возбудитель, питаясь тканями трупа, увеличивает численность своей популяции.

Клостридии, в том числе и патогенные - естественные обитатели почвы и водоемов, способные к сапрофическому существованию. Некоторые виды постоянно присутствуют в желудочно-кишечном тракте животных, но не всегда вызывают заболевания.

Клостридии - грамположительные, крупные до 10 мкм, полиморфные, под- вижные перитрихи, за исключением C. perfringens. Образуют споры, капсулы не образуют, за исключением C. perfringens. Строгие анаэробы.

Культивируются на средах с добавлением белкового гидролизата, мышц, печени, сахара в анаэробных условиях (среды Китта-Тароцци, Цейслера, бульон Хоттингера).

Клостридии, в том числе и патогенные, обитают на всех континентах, чаще в низменных участках с увлажненными почвами. Загрязнение открытых ран почвой нередко приводит к развитию клостридиозов. Чем более удобрена почва, тем чаще в ней обнаруживаются клостридии. Возбудителей клостридиозов называют случайными паразитами, т.к. их основная среда обитания почва. В почве патогенные клостридии размножаются и способны существовать неограниченно длительное время.

Споруляция — процесс образования спор; встречается у споровых растений, а также у простейших