- •Содержание
- •Предисловие
- •Предисловие ко 2-му изданию
- •Введение
- •Этапы развития биотехнологии
- •Биотехнология сегодня
- •Биотехнологическое производство пищевых продуктов
- •Алкогольные напитки
- •Пивоварение
- •Ферментация в пищевой промышленности
- •Пищевые продукты и молочнокислое брожение
- •Этиловый спирт
- •1-Бутанол, ацетон
- •Уксусная кислота
- •Лимонная кислота
- •Молочная и глюконовая кислоты
- •Аминокислоты
- •L-Глутаминовая кислота
- •D,L-Метионин, L-лизин и L-треонин
- •Антибиотики
- •Антибиотики: источники, применение и механизмы действия
- •Антибиотики: получение. Устойчивость к антибиотикам
- •β-Лактамные антибиотики: промышленное получение
- •Гликопептидные, полиэфирные и нуклеозидные антибиотики
- •Аминогликозидные антибиотики
- •Тетрациклины, хиноны, хинолоны и другие ароматические антибиотики
- •Поликетидные антибиотики
- •Получение новых антибиотиков
- •Специальные продукты
- •Витамины
- •Нуклеозиды и нуклеотиды
- •Биодетергенты и биокосметика
- •Микробные полисахариды
- •Биоматериалы
- •Биотрансформация
- •Биотрансформация стероидов
- •Ферменты
- •Ферменты
- •Ферментативный катализ
- •Ферменты в клинических анализах
- •Тесты с помощью ферментов
- •Применение ферментов в промышленных технологиях
- •Ферменты в производстве моющих средств
- •Ферменты, расщепляющие крахмал
- •Ферментативное расщепление крахмала в промышленности
- •Ферментативное превращение сахаров
- •Утилизация целлюлозы и полиозы
- •Использование ферментов в целлюлозно-бумажной промышленности
- •Пектиназы
- •Ферменты в производстве молочных продуктов
- •Использование ферментов в хлебобулочной и мясоперерабатывающей промышленности
- •Ферменты в кожевенной и текстильной промышленности
- •Перспективы получения ферментов для промышленных технологий
- •Белковая инженерия
- •Пекарские и кормовые дрожжи
- •Пекарские и кормовые дрожжи
- •Белки и жиры из одноклеточных организмов
- •Аэробная очистка сточных вод
- •Анаэробная очистка сточных вод и переработка ила
- •Биологическая очистка газовых выбросов
- •Биологическая очистка почв
- •Микробиологическое выщелачивание руд и биокоррозия
- •Инсулин
- •Гормон роста и другие гормоны
- •Гемоглобин, сывороточный альбумин и лактоферрин
- •Факторы свертывания крови
- •Антикоагулянты и тромболитики
- •Ингибиторы ферментов
- •Иммунная система
- •Стволовые клетки
- •Тканевая инженерия
- •Интерфероны
- •Интерлейкины
- •Эритропоэтин и другие факторы роста
- •Другие белки, имеющие медицинское значение
- •Вакцины
- •Рекомбинантные вакцины
- •Антитела
- •Моноклональные антитела
- •Рекомбинантные и каталитические антитела
- •Методы иммуноанализа
- •Биосенсоры
- •Биотехнология в сельском хозяйстве
- •Животноводство
- •Перенос эмбрионов и клонирование животных
- •Картирование генов
- •Трансгенные животные
- •Генетическая ферма и ксенотрансплантация
- •Растениеводство
- •Культивирование растительных клеток: поверхностные культуры
- •Культивирование растительных клеток: суспензионные культуры
- •Трансгенные растения: методы получения
- •Трансгенные растения
- •Вирусы
- •Бактериофаги
- •Микроорганизмы
- •Бактерии
- •Некоторые бактерии, важные для биотехнологии
- •Грибы
- •Дрожжи
- •Усовершенствование штаммов микроорганизмов
- •Основы биотехнологических методов
- •Микроорганизмы: рост в искусственных условиях
- •Кинетика образования продуктов метаболизма и биомассы в культуре микроорганизмов
- •Технология ферментации
- •Промышленные процессы ферментации
- •Культивирование животных клеток
- •Биореакторы для культивирования животных клеток
- •Биореакторы с иммобилизованными ферментами и клетками
- •Очистка биотехнологических продуктов
- •Очистка биотехнологических продуктов: хроматографические методы
- •Экономические аспекты биотехнологического производства
- •Методы генетической инженерии
- •Структура ДНК
- •Функции ДНК
- •Эксперимент в генетической инженерии
- •Методы выделения ДНК
- •Ферменты, модифицирующие ДНК
- •ПЦР: лабораторная практика
- •ДНК: химический синтез и определение размера молекул
- •Секвенирование ДНК
- •Введение ДНК в живые клетки (трансформация)
- •Идентификация и клонирование генов
- •Экспрессия генов
- •Выключение генов
- •Геном прокариот
- •Геном эукариот
- •Геном человека
- •Функциональный анализ генома человека
- •ДНК-анализ
- •Белковые и ДНК-чипы
- •Маркерные группы
- •Тенденции развития
- •Генная терапия
- •Поиск биологически активных веществ
- •Протеомика
- •Обмен веществ
- •Метаболомика и метаболическая инженерия
- •Системная биология
- •«Белая» биотехнология
- •Сертификация биотехнологической продукции
- •Этические аспекты генетической инженерии
- •Патентование в биотехнологии
- •Биотехнология в разных странах
- •Биотехнология в разных странах
- •Литература
- •Источники иллюстраций
- •Указатель микроорганизмов
Основы микробиологии
Грибы
ВВЕДЕНИЕ. Грибам принадлежит важная роль в круговороте веществ в природе, в частности они участвуют в разрушении древесины и образовании гумуса. В симбиозе с высшими растениями (микоризы) грибы помогают им перерабатывать различные вещества. В то же время некоторые предствители грибов являются опасными патогенами растений (например, мучнистая роса). В биотехнологии грибы используют в производстве пищевых продуктов, при получении антибиотиков и ферментов; при утилизации биомассы важную роль играет способность грибов осуществлять разложение органических соединений. Среди 70 000 видов охарактеризованных грибов наиболее широко представлены сумчатые грибы аскомицеты (около 20 000 видов). В качестве примеров здесь рассмотрены Penicillium notatum и Aspergillus niger. Очень важны в биотехнологии представители фикомицетов – грибы родов Rhizopus и Mucor. Около 12 000 видов грибов базидиомицетов относятся к съедобным грибам (шампиньоны, лисички, белые грибы и т. д.), а некоторые другие их представители участвуют в разрушении древесины (белый и красный плесневые грибы). Среди грибов встречаются патогенные для человека виды (их около 300). Все грибы – гетеротрофы. Их клеточная стенка содержит хитин, глюкан и в некоторых случаях также целлюлозу.
РАЗМНОЖЕНИЕ ГРИБОВ. Типы размножения грибов чрезвычайно разнообразны, в качестве примера мы рассмотрим размножение сумчатых грибов аскомицетов. Вегетативное тело грибов (таллом) состоит из мицелия – системы ветвящихся нитей (гифы). При бесполом размножении на концевых выростах мицелия образуются конидиеносцы. В конидиях происходит деление и высвобождение спор, из которых формируется новый мицелий. Как и многие другие грибы, аскомицеты способны к половому размножению. У них существует две различающиеся по облику формы (явление диморфизма), что существенно затрудняет их классификацию. Гифы формируют мужские и женские половые органы (антеридии и аскогонии соответственно); после протекания плазмогамии образуются дикариотические гифы, дающие начало аскокарпу («плодовому телу»). Затем в концевых клетках дикариотических гиф два ядра сливаются и формируют диплоидную зиготу (этот процесс называется кариогамией). После мейоза образуются восемь аскоспор (у аскомицетов) или четыре базидиоспоры (у базидиомицетов), из которых в дальнейшем вырастает мицелий.
множается исключительно бесполым путем, поэтому для осуществления рекомбинации в лабораторных условиях проводят слияние протопластов с различными типами ядер (гетерокариоз, парасексуальный процесс). P. notatum и родственный гриб Cephalosporium acremonium – продуценты важнейших лактамных антибиотиков. Другим примером биотехнологического применения грибов рода Penicillium является использование Penicillium camamberti при изготовлении сыров. Геном P. notatum имеет размер 32 млн п.н., и к настоящему времени секвенирована лишь небольшая его часть.
ASPERGILLUS NIDULANS – другой представитель аскомицетов, морфологически отличающийся от Penicillium по форме конидий. Размер генома составляет 31 млн п.н. и его структура пока полностью не расшифрована (2005 г.). В биотехнологии штаммы Aspergillus находят широкое применение: A. oryzae часто служит в качестве организма-хозяина для экспрессии рекомбинантных белков, A. niger является промышленным продуцентом лимонной и глюконовой кислот. Другие штаммы Aspergillus используются для синтеза внеклеточных ферментов (амилаз и протеиназ), а также в пищевой промышленности (например, в азиатском регионе для приготовления соевого соуса и мисо). Как и в случае Penicillium, для усовершенствования штаммов Aspergillus проводят слияние протопластов с последующим отбором.
RHIZOPUS ORYZAE и R. nigricans – представители фикомицетов, растущие на рисе и хлебе соответственно. Гифы этих грибов растут чрезвычайно быстро и буквально пронизывают питательную среду. Бесполое размножение фикомицетов происходит с образованием спор в специализированном мицелии – спорангиях. Представители родов Rhizopus и Mucor находят широкое применение в биотехнологии, так как в процессе разложения органического субстрата они выделяют в среду разнообразные внеклеточные ферменты. Геном R. oryzae составляет около 39 млн п.н., его нуклеотидная последовательность будет определена в ближайшее время (2005 г.).
PENICILLUM NOTATUM растет как мицелий. Он образует плодовые тела с конидиями, из которых высвобождаются споры. Внутри асков созревают споры, прорастающие в новый мицелий. Как и другие пред- 194 ставители несовершенных грибов, P. notatum раз-
Морфологические признаки некоторых грибов |
Плодовое тело |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Конидии |
|
|
|
|
|
|
Споры |
|
|
|
|
|
|
|
|
в спорангии |
|
Конидиеносцы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Mucor |
|
Aspergillus |
Penicillium |
|
|
|
|
|
Миксомицеты |
Фикомицеты |
Эумицеты |
|
Базидиомицеты** |
Базидия |
|
||
|
Mucor, Rhizopus |
Аскомицеты (сумчатые грибы) |
|
Penicillium, |
|
|||
|
|
|
Базидиомицеты (базидиальные грибы) |
|
||||
* Не является таксономической группой |
Aspergillus, |
|
||||||
|
|
|
Saccharomyces |
|
||||
** Половая форма, преобладающая |
|
Дейтеромицеты* (несовершенные грибы) |
|
|||||
|
|
|
|
|||||
в жизненном цикле |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
Aspergillus niger – представитель аскомицетов |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Ядро |
|
Вторичная стенка |
|
|
|
|
Гифы |
|
Плазматическая |
|
Первичная стенка |
|
|
|
|
|
мембрана |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цитоплазма |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цитоплазмати- |
|
|
|
|
|
|
|
|
ческая мембрана |
|
|
|
|
|
Пора |
|
|
Хитин |
|
|
|
|
|
Септы |
|
Белок |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Клеточная |
|
Гликопротеин |
|
||
|
|
|
стенка |
|
Гликан |
|
||
Конидиеносцы |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с конидиями |
|
|
|
|
|
|
|
|
Репродуктивный цикл аскомицетов |
|
|
Парасексуальный цикл |
|
||||
|
~1 мм |
|
|
(на примере Aspergillus) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
две клетки |
|
|
|
|
|
Гаплоидная |
|
|
гиф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стадия (N + N) |
Кариогамия |
|
|
|
|
|
|
|
|
(слияние ядер) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Диплоидная |
|
|
|
|
|
|
|
|
стадия (2N) |
|
|
|
|
|
|
|
Аскокарп |
|
|
|
|
|
|
|
|
«Плодовое тело» |
Рекомбинация |
|
|||
|
|
|
|
Мейоз |
|
|||
|
|
|
|
|
Митоз |
|
||
|
|
|
|
Аск |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~10 мм |
|
|
без |
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
кроссинг- |
кроссинг- |
|
|
|
|
|
|
|
овера |
|
овером |
|
Мужская конидия |
Митоз |
|
|
|
|
|
|
|
Женская конидия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 Аскоспор |
|
Потеря |
|
|
Плазмогамия |
|
Митоз |
|
в аске (N) |
|
хромосом |
|
|
(слияние содержимого |
|
|
|
|
|
|
|
|
цитоплазмы) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Бесполое размножение |
|
|
Клетки |
|
|||
|
конидиями (N) |
|
|
с рекомбинантным геномом |
195 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Основы микробиологии
196
Дрожжи
ВВЕДЕНИЕ. Дрожжи – это группа грибов, не имеющих типичного мицелия и размножающихся почкованием. К дрожжам относят представителей различных классов грибов. Дрожжи – гетеротрофные организмы, предпочитающие для роста кислые среды (рН 3,5– 5,0). Клеточная стенка этих организмов содержит хитин. В биотехнологии наиболее важные следующие дрожжи: Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis, Candida albicans, Schizosaccharomyces pombe, Hansenula polymorpha и Pichia pastoris.
SACCHAROMYCES CEREVISIAE (пекарские дрожжи) могут размножаться как в гаплоидной, так и в диплоидной форме, поэтому они являются излюбленным объектом для генетических исследований. Гаплоидные штаммы, используемые в лабораторной практике, принадлежат одному из двух типов спаривания – MATa или MATα. Скрещивание возможно только между представителями разных типов спаривания. Бесполое (вегетативное) размножение осуществляется почкованием гаплоидных или диплоидных клеток. При половом размножении происходит слияние двух гаплоидных клеток, и в результате мейоза образуются четыре гаплоидные аскоспоры. Выводы о генетических изменениях можно делать, исходя из визуального (с помощью микроскопа) анализа аскоспор (тетрадный анализ). Поскольку и в гаплоидной, и в диплоидной формах эти дрожжи – неприхотливая и устойчивая культура, для которой в оптимальных условиях время удвоения составляет всего 90 мин, S. cerevisiae – очень ценный объект для молекуляр- но-генетических экспериментов. Нуклеотидная последовательность генома S. cerevisiae полностью расшифрована (12 млн п.н. находятся в 46 хромосомах). Наличие в клетках внехромосомных элементов (2 -плазмиды, присутствующей в количестве 60–100 копий на клетку) также является преимуществом этого вида дрожжей, так как открывает новые возможности для осуществления рекомбинации. Для трансформации клеток S. cerevisiae разработано множество векторных конструкций: при использовании одних векторов чужеродная ДНК реплицируется в клетке независимо (YRP – yeast replicating plasmid и YEP – yeast episomal plasmid), а другие векторы позволяют чужеродной ДНК встраиваться в дрожжевые хромосомы (YIP – yeast integrating plasmid). Искусственные дрожжевые хромосомы (YAC – yeast artificial chromosome) позволяют клонировать очень крупные фрагменты ДНК (600–1400 т. п. н.), поэтому их часто используют для создания геномных библиотек. Недостатком такой системы является высокая частота внутрихромосомной рекомбинации, поэтому в последнее время искусственные дрожжевые хромосомы все чаще заменяют на бактериальные искусственные хромосомы (ВАС). Около 6000 генов S. cerevisiae
ввысокой степени гомологичны генам человека, поэтому эти дрожжи часто служат в качестве модельной системы при изучении молекулярно-биологиче- ских механизмов обмена веществ. В биотехнологии они используются в пищевой промышленности, для производства алкогольных напитков, этанола, а также для промышленного получения рекомбинантных белков, например α-интерферона, и различных вакцин, в том числе поверхностного антигена вируса гепатита В. В отличие от систем экспрессии с использованием E. coli, в клетках S. cerevisiae белки претерпевают посттрансляционную модификацию (например, гликозилирование), поэтому дрожжи используют для получения эукариотических белков, для функционирования которых необходимы такие модификации.
CANDIDA UTILIS – представитель группы дрожжей, который формирует мицелий и размножается исключительно почкованием. В геноме C. utilis встречаются неканонические кодоны (например, CUG, обычно кодирующий лейцин, в этом организме кодирует серин), поэтому гетерологическая экспрессия в C. utilis крайне затруднена. Штаммы C. utilis применяют в биотехнологическом производстве внеклеточных ферментов, а в сельском хозяйстве – как кормовую добавку. Грибы рода Candida могут использовать в качестве источника углерода такие необычные вещества, как фракции нефти или сульфитсодержащие производные, поэтому они имеют особенно важное значение при утилизации различных отходов. Некоторые представители рода Candida для человека патогенные (Candida albicans).
PICHIA PASTORIS И HANSENULA POLYMORPHA – представители метилотрофных дрожжей, использующих
вкачестве единственного источника углерода метанол. Метилотрофные дрожжи активно изучаются с целью использования для экспрессии эукариотических генов. Так, в клетках Pichia pastoris удалось осуществить очень эффективный синтез различных белков: липаз, β-интерферона и фрагментов антител (до 12 г рекомбинантного белка на литр культуры).
SCHIZOSACCHAROMYCES POMBE впервые были выделены из восточно-африканского пива (пиво на языке суахили – pombe). Геном S. pombe, распределенный всего между тремя хромосомами, полностью расшифрован: его размер составляет 12,6 млн п.н., что сравнимо с размером генома S. cerevisiae, но всего по трем хромосомам, несущим почти по 5000 генов.
Морфологическое разнообразие дрожжей
|
|
|
|
|
|
Endomycopsis |
Candida |
Saccharomyces |
Torulopsis |
||
Образование асков |
– |
Образование асков |
– |
||
Образование мицелия |
Образование мицелия |
– |
– |
||
Почкование |
Почкование |
Почкование |
Почкование |
||
|
|
|
|
|
|
Молекулярная генетика дрожжей |
|
|
Диплоидная стадия |
|||
|
|
Размер гаплоидного |
Количество |
|||
|
|
|
||||
|
|
генома, млн п.н. |
хромосом |
|
||
Saccharomyces cerevisiae |
15 |
16 |
|
|
||
Candida utilis |
|
14–18 |
8 |
|
|
|
Pichia pastoris |
|
Неизвестен |
6–8 |
|
|
|
Hansenula polymorpha |
Неизвестен |
4–6 |
|
|
||
Репродуктивный цикл Saccharomyces cerevisiae |
|
Тетрадный |
||||
Гаплоидная стадия |
|
|
|
|||
|
|
|
анализ: |
|||
|
|
|
|
|
наследование |
|
|
|
|
|
|
в соответствии |
|
|
|
|
|
Зигота |
с законами |
|
|
|
|
|
Менделя |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Аск, |
|
|
|
|
|
|
окруженный |
||
|
|
|
Аскоспоры |
оболочкой |
||
Дрожжевые векторы |
|
|
|
Точка начала репликации (ori) |
||
Вектор YEP (yeast expression plasmid) – |
Селективный |
|||||
для S. cerevisiae |
||||||
дрожжевая экспрессирующая плазмида |
маркер 2 |
Гены, обеспечивающие |
||||
Полилинкер (MCS) |
|
для S. сerevisiae |
функционирование |
|||
|
|
|
центромеры |
|||
Промотор |
Терминатор |
Селективный |
|
Селективный |
||
|
|
маркер для E. coli |
|
маркер 1 |
||
|
Точка начала |
Точка начала |
для S. сerevisiae |
|||
|
|
репликации (ori) |
репликации (ori) |
|
||
|
|
в E. coli |
|
|||
|
|
в E. coli |
|
|||
Точка начала |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
репликации (ori) |
Селективный |
|
|
|
||
в дрожжах |
|
|
|
|
||
|
маркер |
Теломеры |
|
|||
|
|
для E. coli |
Расщепление рестриктазами, |
|||
|
|
|
|
|
лигирование с чужеродной |
|
|
|
|
|
|
ДНК |
|
Селективный маркер |
|
|
|
Вставка |
||
|
|
чужеродной ДНК |
||||
для дрожжей |
|
Вектор YAC |
|
|||
|
|
(двухцепочечная) |
||||
|
|
|
||||
|
|
(yeast artificial chromosome) – |
> 100 т.п.н. |
|||
|
|
дрожжевая искусственная хромосома |
|
|||
|
|
|
|
|
197 |
микробиологии |
Микроорганизмы: выделение и хранение штамма. |
|
Техника безопасности |
|
|
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ. В научных исследованиях, как правило, |
щимися кристаллами льда. Метод широко применя- |
|
используют чистые культуры микроорганизмов. |
ется для сохранения бактериальных и дрожжевых |
|
Для биотехнологического применения штаммы усо- |
штаммов; 3) высушивание клеточной суспензии на |
|
вершенствуют в соответствии с поставленными зада- |
носителе (силикагеле, песке) в вакууме. Эту опера- |
Основы |
чами, осуществляя мутагенез и последующий отбор |
цию проводят в присутствии эмульгаторов (обезжи- |
мутантов. Для сохранения чистых штаммов микроор- |
ренное молоко, сыворотка), а полученные препараты |
|
ганизмов создают специальные коллекции. Пересев |
хранят при температуре –70 °С. Перед помещением |
|
клеток микроорганизмов на жидкие или твердые |
в коллекцию необходимо убедиться в том, что клетки |
|
питательные среды проводится в стерильных услови- |
не потеряли способности к росту. В настоящее время |
|
|
ях. Большинство используемых в биотехнологии мик- |
в большинстве стран созданы богатые коллекции |
|
роорганизмов являются гетеротрофами и культивиру- |
штаммов микроорганизмов, из которых можно полу- |
|
ются в аэробных условиях. Анаэробные организмы |
чать чистые культуры. Существуют как универсаль- |
|
выращивают в бескислородной среде, а для культиви- |
ные коллекции штаммов, например ATCC – амери- |
|
рования фотосинтезирующих микроорганизмов под- |
канская коллекция штаммов (American Type Culture |
|
бирают специальные условия освещенности. |
Collection) или DSMZ – коллекция микроорганизмов |
|
ЧИСТЫЕ МИКРОБНЫЕ КУЛЬТУРЫ хранятся в коллек- |
и клеток Германии, так и коллекции, специализирую- |
|
циях штаммов. Чтобы получить чистую культуру из |
щиеся на определенных группах микроорганизмов, |
|
природной среды обитания (почвы, воды, пищевых |
например CBS – центральная коллекция плесневых |
|
продуктов, других организмов), проводят посев штри- |
грибов. Многие промышленные предприятия имеют |
|
хом (метод истощающего штриха) на стерильную ага- |
собственные коллекции важных штаммов микроорга- |
|
ризованную питательную среду (агар – сложный по- |
низмов. |
|
лисахарид, получаемый из морских водорослей). |
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Почти в любом роде мик- |
|
Условия культивирования выбирают так, чтобы выде- |
роорганизмов есть представители, патогенные |
|
ляемый микроорганизм имел преимущество роста по |
для человека: например, в биотехнологии Bacillus |
|
сравнению с другими микроорганизмами, обитающи- |
subtilis – непатогенный продуцент ферментов, а вот |
|
ми в той же природной среде. Например, цианобакте- |
Bacillus anthracis – возбудитель сибирской язвы; As- |
|
рии культивируют в анаэробных условиях на свету, в |
pergillus oryzae используется для приготовления |
|
качестве источника углерода пропускают СО2, а в ка- |
соевого соуса, а Aspergillus flavus продуцирует ток- |
|
честве источника азота – N2. Для выращивания гри- |
сичное вещество (афлатоксин), обладающее канце- |
|
бов используют слабокислую, обогащенную сахарами |
рогенными свойствами. По этой причине при любых |
|
среду, для отбора термофильных микроорганизмов |
операциях с микроорганизмами необходимо строго |
|
повышают температуру культивирования, а для выде- |
соблюдать правила техники безопасности при работе |
|
ления микроорганизмов-продуцентов протеаз в каче- |
с биологическими объектами. В соответствии со сте- |
|
стве единственного органического источника азота в |
пенью риска для пользователя все микроорганизмы |
|
среду добавляют казеин. По данным 16S-рРНК-ана- |
разделены на четыре группы. Оборудование лабора- |
|
лиза удается выделить лишь 1% всех микроорганиз- |
тории и правила работы должны соответствовать |
|
мов, обитающих в воде или почве. |
правилам техники безопасности при работе с микро- |
|
КОЛЛЕКЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ служат для хране- |
организмами каждой группы. К первой группе риска |
|
ния чистых штаммов, обладающих определенными |
относятся микроорганизмы, которые традиционно ис- |
|
свойствами. Для поддержания штамма в лаборатор- |
пользуются для приготовления пищевых продуктов |
|
ных условиях его пересевают на агаризованную сре- |
(например, пекарские дрожжи). Подавляющее боль- |
|
ду: в пробирку со скошенной средой или на чашку |
шинство микроорганизмов, использующихся в био- |
|
Петри, однако в результате многократного пересева |
технологии, также относятся к первой группе. |
|
может произойти вырождение. По этой причине для |
|
|
сохранения особенно важных штаммов предпочти- |
|
|
тельнее использовать один из следующих методов: |
|
|
1) хранение под химически инертной жидкостью, на- |
|
|
пример парафином (рекомендуется для сохранения |
|
|
штаммов гифообразующих грибов); 2) заморажива- |
|
|
ние при –196 °С и последующее хранение в жидком |
|
|
азоте или при температуре –70 °С. Замораживание и |
|
|
размораживание в этом случае должны происходить |
|
198 |
очень быстро и в присутствии глицерина, чтобы пре- |
|
дотвратить разрушение клеточной стенки образую- |
|
Чистые культуры |
|
Получение обогащенных культур микроорганизмов |
|
||||||||||
|
Посев штрихом на пита- |
Бактерии |
|
|
Источник энергии, питательные вещества |
||||||||
|
тельную среду (агар) |
|
|
||||||||||
|
Фототрофы |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Отдельный клон |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Rhodospirillen |
|
Свет, Н2 или органические кислоты, СО2 |
|
|||||||||
|
|
|
|
Цианобактерии |
|
Свет, СО2, N2 в качестве источника N |
|
||||||
|
|
|
|
Хемолитотрофы |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Nitrosomonas |
|
NH + – донор H, O |
2 |
– акцептор Н |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Thiobacillus |
|
|
H2S, S или S2O32– как акцептор H, орг. кислоты |
||||||
|
|
|
|
Метанообразующие бактерии |
H2 как донор Н, СО2 как акцептор Н |
|
|||||||
|
|
|
|
Гетеротрофы |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Псевдомонады |
|
2% KNO3 как акцептор Н, органические кислоты |
|||||||
|
|
|
|
Клостридии |
|
|
Крахмал, NH |
+, пастеризованный посевной |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
Пересев отдельных клонов |
|
|
|
|
материал |
|
|
|
|
|
|||
Энтеробактерии |
|
Глюкоза, NH |
+ |
|
|
|
|
||||||
в жидкую среду, а затем |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|||||
|
посев на твердую |
Молочнокислые бактерии |
Глюкоза, дрожжевой экстракт, рН 5 |
|
|||||||||
|
питательную среду |
Бациллы |
|
|
|
Крахмал, NH4+ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Стрептомицеты |
|
Маннит, NH4+ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Бактерии, использующиеся |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
для получения некоторых |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
ферментов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аэробные бактерии, |
|
Глюкоза, NH4+, казеин |
|
|
|||||
|
|
|
|
секретирующие протеиназы |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Аэробные бактерии, |
|
Глюкоза, NH4+, трибутирин |
|
|
|||||
|
|
|
|
секретирующие липазы |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
– аэробные условия |
– анаэробные условия |
|
|
||||||
Разнообразие сред обитания микроорганизмов |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Грибы |
|
|
|
Бактерии |
|
|
|||
pH 2 |
3 |
4 |
5 |
|
6 |
7 |
8 |
9 |
|
10 |
11 |
|
|
|
Ацидофилы |
|
|
|
Нейтрофилы |
|
Алкалофилы |
|
|
||||
Thiobacillus thiooxidans |
|
|
Alcaligenes |
Rhizobium |
|
|
|
Natronobacterium |
|||||
Sulfolobus acidocaldarius |
|
|
Pseudomonas |
Азотфикси- |
|
|
Ectothiorhodospira |
||||||
Pyrodictium occultum |
|
|
|
|
|
рующие бактерии |
Bacillus |
|
|||||
|
|
Acetobacter |
|
|
|
Актиномицеты |
|
|
Бактерии, расщеп- |
||||
|
|
|
|
Lactobacillus |
|
|
|
|
|
|
|
ляющие мочевину |
|
°С |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
|
90 |
100 |
110 |
|
Психрофилы (криофилы) |
|
|
Термофилы |
|
|
|
Гипертермофилы |
|
||||
|
|
|
|
Мезофилы |
|
|
|
Экстремальные термофилы |
|
||||
• Gallionella |
|
• Escherichia coli |
|
• Bacillus stearo- |
• Thermococcus |
|
• Pyrodictium occultum |
||||||
• Leptothrix |
|
• Alcaligenes |
|
thermophilus |
• Thermotoga |
|
• Pyrodictium brockii |
|
|||||
• Bacillus |
|
• Pseudomonas |
|
• Thermoactino- |
• Sulfolobus |
|
|
• Methanopyrus |
|
||||
• Flavobacterium |
• Staphylococcus |
|
myces vulgaris |
• Thermoproteus |
|
• Pyrobaculum |
|
||||||
islandicum |
|
|
|
|
• Thermus aqua- |
• Desulfurolobus |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
ticus |
|
• Acidianus |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разделение микроорганизмов на группы в соответствии со степенью риска для человека |
|
|
|
Группа 1 |
|
Группа 2 |
Группа 3 |
||
|
Acetobacter acetii, |
|
Acinetobacter calcoaceticus, |
Bacillus anthracis, |
|||
|
Agrobacterium tumefaciens, |
|
Escherichia coli, |
Mycobacterium tuberculosis, |
|||
|
Bacillus subtilis, Lactobacillus casei |
Pseudomonas aeruginosa |
Yersinia pestis |
||||
|
Penicillium notatum, |
|
Aspergillus flavus, Candida albicans, |
Histoplasma capsulatum |
|||
|
Rhizopus oryzae, Aspergillus niger, |
Trichophyton rubrum, |
|
|
|||
|
Candida tropicalis |
|
Histoplasma capsulatum |
|
|
||
|
|
Бактерии |
|
Грибы, дрожжи |
|
199 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|