Мутации.

Мутации свойственны всем живым организмам. Мутации проявляются в результате изменения последовательности азотистых оснований в ДНК, а также в гене. Такой ген кодирует белок, отличающийся от исходного по свойствам и функциям. Различают мутации спонтанные и индуцированные.

Спонтанные – это мутации без направленного воздействия. Они очень редкие – 1 на 100 тысяч. Они характеризуются изменением какого-либо одного признака и обычно стабильны.

Индуцированные мутации возникают вследствие воздействия факторов среды. Они встречаются сравнительно часто.

Мутагены подразделяются на физические, химические и биологические.

К физическим мутагенам относят различные излучения: ультрафиолетовые, рентгеновские, радиоактивные. Они вызывают повреждение генетического аппарата и изменение признаков и свойств микробов.

К химическим мутагенам относят сильнодействующие вещества. Например: отравляющие (иприт), лекарственные (йод, перекись водорода), кислоты (азотистая и другие).

Примером биологических мутагенов может быть ДНК. Доказано мутагенное действие вирусов и живых вирусных вакцин на млекопитающих. Они повреждают наследственный аппарат половых и неполовых клеток.

Численность мутаций возрастает при нарушении метаболизма и старении организма.

Для получения полезных признаков у микроорганизмов применяют самые различные мутагены. Так например под действием мутагенов у некоторых микроорганизмов была повышена способность синтезировать пенициллин в 10 тысяч раз, витамин Б2 (рибофлавин) в 20 тысяч раз, а витамин Б12 в 50 тысяч раз. Однако, после мутагенеза появляются не только полезные, но и вредные признаки и, как правило, микроорганизмов с полезными признаками появляется гораздо меньше.

Комбинативные изменения.

Они появляются в результате трансформации, трансдукции и конъюгации.

Трансформация – это процесс переноса генетического материала ДНК, содержащего одну пару нуклеотидов от клетки донора к клетке реципиента. Впервые трансформация была открыта в 1928 году английским микробиологом Гриффитом. В процессе трансформации различают 5 стадий:

1. Адсорбция трансформирующей ДНК на поверхности микробной клетки.

2. Проникновение ДНК в клетку реципиента

3. Спаривание внедрившейся ДНК с хромосомными структурами клетки

4. Включение участка ДНК клетки донора в хромосомные структуры реципиента

5. Дальнейшее изменение нуклеотида в ходе последующих делений

Микроорганизмы могут трансформировать устойчивость и чувствительность к антибиотикам, способность к синтезу ферментов и другие свойств. Трансформация признаков ДНК происходит только при определенных условиях и физиологических состояниях клетки, названных состоянием готовности. Оптимальная температура трансформации от 29 до 32°С. Высокая температура (80-100°С), а также химические вещества (азотистая кислота) и ультрафиолетовые лучи приостанавливают трансформирующее действие ДНК.

Трансдукция – это изменение, при котором генетический материал от клетки донора к клетке реципиента переносит умеренный фаг, то есть фаг, не вызывающий разрушение клетки. В процессе размножения некоторых фагов небольшие фрагменты ДНК микробной клетки попадают в частицу вновь образованного фага. После проникновения такого фага в клетку реципиент происходит передача генетического материала клетки-донора и последующая его рекомбинация.

Конъюгация – это форма полового процесса, при которой мужская и женская микробные клетки соединяются за счет половых ворсинок ф-пилей и часть наследственной информации в виде плазмиды передается через мостик от клетки донора в клетку-реципиент.

Практическое значение изменчивости микроорганизмов.

При помощи мутагенных факторов получены высокоэффективные штаммы микробов, вырабатывающих пенициллин и другие антибиотики, а также аминокислоты (глютаминовую, лизин), витамины, органические кислоты и другие продукты. Благодаря генной инженерии из организма человека выделен ген, синтезирующий инсулин и перенесен в геном кишечной палочки. В результате эта бактерия способна вырабатывать инсулин, необходимый для лечения сахарного диабета.

Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы.

Физические факторы

Микробы подвергаются воздействию многих факторов среды и несмотря на это они остаются жизнеспособными в жидком воздухе и в глубоком вакууме, в уксусе и в водах атомного реактора, в окружении живых существ и внутри них.

Разнообразие условий породило разнообразие свойств микробов под влиянием физических, химических, биологических и других факторов.

Одним из важнейших физических факторов является температура. Она может быть оптимальной, то есть наиболее благоприятной для развития, а также максимальной когда подавляются жизненные процессы и минимальной, ведущей к замедлению или прекращению роста микроорганизмов.

По отношению к температуре выделяют три группы микробов:

1. Психрофилы. Это холодолюбивые микроорганизмы, растущие при низких температурах от +15 до -8°С. Их можно обнаружить в северных морях, ледниках, в холодильниках.

2. Мезофилы. Развиваются при средних температурах от 20 до 40°С. Оптимальная температура для них от 25 до 39°С. Мезофилами являются возбудители болезней животных и человека, возбудители брожения, гниения белков и других процессов.

3. Термофилы. Это теплолюбивые микроорганизмы, требующие для своего развития более высокой температуры – от 40 до 80°С. Такие микроорганизмы встречаются в горячих источниках, в пищеварительном тракте животных, в почвах с жарким климатом. Термофильные микробы участвуют в биологическом обеззараживании навозов, приготовлении бурого сена, силосовании кормов. При оптимальной влажности термофилы повышают температуру органических веществ, разлагают их, при этом накапливаются горючие газы, такие как метан и водород, которые могут вызвать самовоспламенение растительной массы. Резкие колебания температуры приводят к гибели микробов.

Действие на микроорганизмы высоких температур.

К высокой температуре особенно чувствительны вегетативные формы микроорганизмов. Например, тифозные бактерии при 45°С погибают через 2 часа, а при 59°С через 21 секунду.

На микробы более эффективно действует насыщенный пар, чем сухой жар. Например, гибель спор возбудителя сибирской язвы наступает через 1 минуту от пара при 132°С, а от жара при 180°С.

На устойчивость микробов к температуре оказывает влияние среда обитания. Например, микробы быстрее погибают в кислой среде и гораздо медленнее в нейтральной. Некоторые микроорганизмы сохраняют жизнеспособность при температуре от 85 до 90°С.

Действие на микробов низких температур.

Низкие температуры обычно не вызывают гибели микробов, а лишь задерживают их рост и размножение. Жизнеспособность многих микробов сохраняется при температуре близкой к абсолютному нулю. Например, палочки туберкулеза в некоторых случаях оставались жизнеспособными при температуре -180°С 8 дней. Еще более устойчивы к низким температурам вирусы. Например, вирус бешенства при температуре жидкого воздуха -190°С оставался активным несколько месяцев.

При исследовании ледяных кернов из ледовой толщи Антарктиды, установлено, что актиномицеты встречаются на глубине до 85 м во льду, дрожжи до 100 метров, а плесневые грибы и бацилл до 320 метров. Следовательно, микроорганизмы могут сохраняться в анабиозе в течении нескольких тысячелетий.