Використання досягнень генетики бактерій на практиці

Вивчення генетики бактерій та інших мікроорганізмів має дуже важливе як теоретичне, так і практичне значення для спрямованої селекції високопродуктивних штамів, які останнім часом почали широко застосовуватися в різ галузях народного господарства. Використання в селекції мікроорганізмів методів природного добору, індукованого мутагенезу, популяційної мінливості, клонування, гібридизації соматичних клітин тощо дало можливість одержати високопродуктивні штами мікроорганізмів. Останні знайшли широке застосування в мікробіологічній промисловості для виробництва кормового білка, амінокислот, ферментів, вітамінів, антибіотиків, бактеріальних добрив, засобів захисту рослин, анатоксинів, лікувально — профілактичних препаратів — вакцин, інтерферонів, гормонів, інтерлейкінів та ін. Наприклад, з індукованих мутантів із наступною селекцією їх було одержано штами — продуценти амінокислот, продуктивність яких у 100 разів вища від такої у вихідних штамів. Продуцент лізину дає в 300—400 разів більший вихід цієї незамінної амінокислоти, ніж природний штам.

Багатонадійні перспективи для сільського господарства, біології та медицини й інших галузей народного господарства відкриваються у зв’язку з розробкою і вдосконаленням методів генної і клітинної інженерії, за допомогою яких експериментально доведена 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 р., було введено за допомогою фага, а геном Е. соІі ген який контролює синтез лігази. Внаслідок цього вміст лігази в клітннах-реципієнтах збільшився в 500 разів. Тепер у клітини кишкової палички клоновані і функціонують гени інтерферонів, гормону росту, інсуліну та ін. За допомогою клонованих штамів Е. соІі одержують препарати інтерферону, інсуліну і соматотропіну.

Є також дані про те, що успішно функціонують клоновані у бактерії гени вірусів грипу, гепатиту В, герпесу, ген білка оболонки вірусу ящуру, що в найближчий час дозволить розробити технологію виробництва молекулярних вакцин без баластних білків.

Останім часом інтенсивно вивчаються методи трансплантації генів за допомогою плазмід, які ще часто називають «генною інженерією в 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.

В 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.

Особливої ваги набувають нині метоли одержання енергії га переробки відходів промисловості і сільського господарства з метою одержання цінних біопродукіів і захисту біосфери від забруднення за допомогою 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.

Відомо, що поверхня Землі щорічно отримує таку кількість сонячної енергії, яка в тисячі разів перевищує рівень виробленої у світі енергії з паливних ресурсів, що видобуваються. Сучасне впрошування рослин використовує фотосинтез із ККД запасання фотосинтетично активної радіації (ФАР) в урожаї на рівні 0,1—0,5%. У XXI ст. Інтенсифікацій рослинництва має забезпечити ККД агрофітоценозів приблизно до 3−5% ФАР. Мікроорганізми здатні трансформувати сонячну енергію в хімічну з ККД до 15−18%, що свідчить про набагато вищу ефективність нього процесу в мікроорганізмів порівняно з вищими рослинами.

У США, Німеччині, Індії, КНР, Англії та в інших країнах здійснюється мікробіологічна переробка гною і різних побутових та сільськогосподарських відходів на біогаз. Це відбувається шляхом метанового бродіння в анаеробних умовах. У спеціальних газових установках метаноутворюючі бактерії перетворюють до 95% вуглецю органічного субстрату на метан. Одержуваний на очисних спорудах біогаз її Англії використовують, для освітлення вулиць уже протягом десятків років. У США біля 2% енергії одержують внаслідок переробки міських відходів на біогаз.

Останніми роками проводяться також інтенсивні дослідження з розробки мікробіологічних методів одержання рідких нафтоиодібних продуктів — рідких вуглеводнів і гліцеролів із біомаси мікроскопічних водоростей. Виявлено понад 100 видів фототрофних мікроорганізмів, які мають здатність утворювати водень внаслідок розщеплення води, а як вважають, водень с найперспективнішим екологічно чистим паливом майбутнього.

Не применшуючи значення класичної селекції та генної інженерії, необхідно зазначити, що сьогодні народжується принципово новий перспективний напрямок повністю безклітинної біотехнологій — використання в біотехнологічних процесах не живих клітин, а заміна їх біореакторами, в яких вибірковий синтез будь-яких заданих продуктів здійснюється за допомогою безклітинних систем, які містять лише необхідний набір очищених клітинних компонентів.

Розшифрування геному людини поки що взагалі важко оцінити. Цю подію прирівнюють до розщеплення атомного ядра або польоту в Космос. Відкриваються перспективи впрошування органів для трансплантації, клонування тварин і людини, створення принципово нових трансгенних організмів, розробки методів боротьби з хворобами, які раніше вважалися невиліковними.