Генетика бактерій

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Кіровоградський національний технічний університет

Реферат

з мікробіології

на тему: «Генетика бактерій»

Виконала:

ст. гр. АГ-12 Ткаченко О.

Перевірила:

викл. Медвєдєва О.В.

Кіровоград 2012

План

Вступ

1. Генетичний апарат прокаріотів

2. Мінливість генетичного матеріалу прокаріотів

3. Мутації

4. Генетичні рекомбінації у бактерій

5. Трансформація

6. Кон'югація

7. Трансдукція

8. Використання досягнень генетики бактерій на практиці

Висновки

Список літератури

Вступ

Генемтика (грец. генню -- породжувати) -- це наука про спадковість і мінливість ознак організмів, методи управління ними та організацію спадкового матеріалу.

Слово «генетика» було уперше запропоновано для того, щоб описати знання про спадковість та мінливість, визначним британським вченим Вільямом Батесоном у особистому листі до Адама Седжвіка (18 квітня 1905). Уперше Батесон ужив слово «генетика» публічно на Третій міжнародній конференції з гібридизації рослин (Лондон, Англія) у 1906. Основи генетики були закладені вченим Г. Менделем у 1866 р. під час його роботи з гібридизацією гороху.

Він відкрив закон спадковості, названий пізніше його ім'ям. Народження генетики бактерій як науки відбулось у 1943 р., коли С. Лурія описав мутації стійкості у відношенні до бактеріофагів. Проте існує і інша думка з цього приводу. Ряд дослідників вважають, що датою народження генетики мікроорганізмів слід вважати 1940 р., коли Г. Бідл і Е. Таум індукували мутації у Neurospora crassa і здійснили генетичний аналіз. Процеси спадковості і мінливості широко вивчаються у світі мікробів, оскільки мікроорганізми є найзручнішим об'єктом для генетичних досліджень, бо за великий час утворюють велику кількість генерацій.

Назва прокаріоти пішла від двох слів латинського "про" - перед і грецького "каріон" - ядро. Термін «прокаріоти, або доядерні» об'єднує групу одноклітинних живих організмів, які не мають чітко оформленого ядра та інших внутрішньоклітинних мембранних органел. Тільки у ціанобактерій, здатних здійснювати фотосинтез, є спеціальні сплощені цистерни всередині клітини (хлоропласти).

Надцарство Прокаріоти об'єднує царство Бактерій і царство Ціанобактерій. У деяких систематиках бактерії та ціанобактерії віднесені до царства Дроб'янки, в яке включені також археї, мікоплазми, рикетсії, тощо. У багатоклітинних рослин з'явилися в процесі еволюції пластиди та мітохондрії, які, на думку багатьох вчених, є видозміненими прокаріотичними клітинами.

1. Генетичний апарат прокаріотів

В еукаріотичних клітинах ядро, а нуклеоїди в прокаріотичних є місцем локалізації генетичного матеріалу. Генетичний апарат у бактерій складається з молекули ДНК, замкненої в кільце. Воно міститься в нуклеарній ділянці бактеріальної клітини. Гігантська кільцева молекула ДНК, яка складається із функціонально неоднорідних генетичних детерміанант генів, дістала назву бактеріальної хромосоми. У нормі генетичний апарат у бактерій являє собою одну хромосому, яка є репліконом. Однак у бактеріальній хромосомі може бути кілька копій бактеріальної хромосоми. Бактерії, як і всі прокаріоти, належать до гаплоїдних організмів, тобто генетичний матеріал у них представлений одним набором генів.

Гени прокаріотної клітини складаються із безперервно кодуючої послідовності нуклеотидів, тобто прокаріотам властиве тісне зчеплення генів. Хромосоми бактерій володіють однією групою зчеплення генів. Інформація в генах записана однаковим генетичним кодом для всіх прокаріотів, і принципи ЇЇ реалізації також однакові у всіх організмів. У структурі гена запрограмовані два основні етапи його вираження (експресії) -- транскрипція і трансляція. Гени бактерій складаються із промотора, білок-кодуючої ділянки і тер-мінатора транскрипції.

Послідовність розміщення генів на бактеріальній хромосомі може бути відображена на генетичній карті , яка є умовною схемою хромосоми бактерії. На цій карті зазначено послідовність розміщення окремих генів, відносну довжину самих генів і відстань між ними, виражену в умовних одиницях рекомбінації. За таку одиницю умовно прийнята частота рекомбінації, яка дорівнює 1%. До 1972 р, було встановлено 460 генів на хромосомній карті кишкової палички. Окрім цієї бактерії, генетичні карти складені для сінної палички та інших мікроорганізмів

У багатьох видів бактерій є ще один тип генетичних елементів, що існують у клітині автономно, тобто поза хромосомами. Це плазміди, які є типовими репліконами (О.П . Пехов, 1979). Як і всі реплікони вони мають здатність до саморегуляції незалежно від механізмів, які регулюють розмноження бактеріальної хромосоми. Вважається, що генетична інформація, яка міститься у плазмідах та інших позахромосомних елементах (помірних фагах, транспозомах, 15-елементах), не є обов'язковою для життєдіяльності бактерій. Проте ці елементи розширяють можливості існування бактеріального виду.

Головними властивостями плазмід є їхня здатність до автономної реплікації і трансмісивність (здатність до самопередавання). Переважна більшість плазмід складається із трьох груп генів: ділянки ДНК, яка відповідає за автономну реплікацію плазміди в клітині; генів, що забезпечують можливість перенесення плазмід із однієї клітини в іншу, і генів, котрі визначають корисні властивості для клітини-хазяїна. Детальне вивчення молекулярної природи плазмід та їхніх функцій в бактеріальній клітині дозволило успішно використовувати їх у генній інженерії.

Відомо, що первинним генетичним матеріалом, з якого безпосередньо побудовані хромосоми і гени, а також бактеріальні плазміди і мігруючі елементи (транспозоми, 15-елементи), є ДНК. Вторинним генетичним матеріалом є РНК. Перед поділом клітини ДНК її геном реплікується і до кожного ланцюга добудовується коплементарний ланцюг. Обидві нові подвійні спіралі ДНК складаються з однієї початкової і однієї заново синтезованої нитки.

Таке подвоєння ДНК дозволяє зберігати генетичну інформацію клітини. Для реалізації цієї генетичної інформації ДНК спочатку транскрибується в молекули мРНК, які взаємодіють із рибосомами.

В останніх інформація з послідовності нуклеотидів переводиться в послідовність амінокислот Виявлення у прокаріотів спільних із вищими організмами закономірностей спадковості і мінливості, тобто принципова схожість у будові та функціях їхніх геномів, дає змогу розглядати результати, які одержують на бактеріях, як загально біологічні. У наш час створено генетичні карти геномів жита, пшениці та інших рослин.

2. Мінливість генетичного матеріалу прокаріотів

До впровадження в практику мікробіологічних досліджень методів виведення чистих культур дуже поширеною була теорія про необмежену мінливість бактерій. Ця теорія, сформульована К. Негелі в середині минулого століття, дістала назву теорії плеоморфізму. З її позицій пояснювалось існування величезної кількості різноманітних форм бактерій у природі. Однак після того, як Р. Кох розробив метод одержання чистих культур, було експериментально доведено, що вид у бактерій -- це реальність і що кожному видові властиві певна форма і сукупність відповідних фізіолого-біохімічних ознак. Уявлення про надзвичайну простоту переходів між родами і видами прокаріотів виявились невірними.

Численні дослідження бактерій, проведені в першій половині XX ст., показали, що популяція одного виду за тривалого культивування або вирощування в різних умовах піддається помітним змінам. Однак механізм, який лежить в основі цієї мінливості, був не відомим. Вияснення цієї важливої проблеми пов'язане з успіхами, досягнутими у вивченні будови і функціонування генетичного апарату бактерій останніми роками.

Термінами «генотип» і «фенотип» були введені в генетику В.Йогансеном ще в 1909 р. Генотипом, або геномом, називають сукупність усіх генів, які властиві даному організму. Фенотип -- це весь комплекс зовнішніх і внутрішніх ознак організму, таких як форма, розміри, забарвлення, хімічний склад, поведінка, макро- і мікроскопічні особливості тощо.

У бактеріальній хромосомі (нуклеоїді) всі гени розміщено в лінійній послідовності. Подібні за генотипом мікроорганізми можуть істотно відрізнятися за фенотипом. Фенотипові відмінності між прокаріотами, що є однаковими за генотипом, називаються модифікаціями.

Зміни, що їх спостерігають у прокаріотів, можна поділити на два типи. До першого відносять ті, які виявляються у більшості особин у популяції зі зміною зовнішніх умов. Вони мають пристосувальний характер і спостерігаються тільки під час дії чинника, який їх зумовив. Такий тип мінливості називається адаптивним, а явище -- адаптацією.

До другого типу відносять зміни ознак, які спочатку виникають як рідкісні події в популяції особин (з частотою 1 на І04-І011 клітин). Якщо завдяки змінам прокарїотні клітини набувають переваги над незміненими клітинами (швидше ростуть, більш життєздатні тощо), то клітини, що змінились, поступово нагромаджуються в популяції, а згодом повністю заміщують вихідні форми. Ґрунтовне вивчення змін другого типу показало, що вони виникають випадково, тобто є неадекватними до змін зовнішнього середовища, і що ці зміни передаються з покоління в покоління під час розмноження бактерій. На відміну від адаптивної неспадкової мінливості, цей тип дістав назву спадкової мінливості.

Доведено, що модифікація (адаптація) є мінливістю, яка відбувається на рівні фенотипу і не зачеплює: генотипу клітини. Хоч добре відомо, що всі ознаки клітини визначаються її генотипом, але в певних умовах вона використовує не ввесь свій геном, якого в ній с набагато більше, ніж необхідно клітині для існування у конкретних умовах. Модифікаційна мінливість є результатом пластичності клітинного метаболізму, який спричинює фенотипове виявлення в конкретних умовах генів, які до цього «мовчали».

Незважаючи на те, що модифікаційна мінливість не є спадковою, вона все ж таки робить певний внесок у процес еволюції. Адаптивні модифікації розширюють можливість організму до виживання і розмноження в ширшому діапазоні довкілля.

3. Мутації

Мутації (від лат, mulatio -- зміна). Раптові зміни в генетичному апараті клітини, що приводять до появи нових ознак і властивостей, які передаються наступним поколінням, дістали назву мутацій. Мутації, які виникають у нормальних умовах самовільно і мають випадковий характер як у часі, так і просторі, називаються спонтанними. Індуковані мутації виникають після дії на прокаріотні клітини фізичних і хімічних чинників; їх можна штучно викликати і вони піддаються контролю. Чинники (ультрафіолет, радіація, температура, хімічні речовини тощо), які спричиняють мутації, називають метагєнами . Індукувати мутації можуть також і мігруючі елементи. Вперше індуковані мутанти дріжджів було одержано Г.А. Надсоном і Г.С. Філіповим у 1925 р. Мутації виникають з частотою 10-4--10-10 за одну генерацію.

За кількістю мутуючих генів і характером змін, які відбуваються в структурі ДНК, серед мутацій розрізняють генні і хромосомні. Перші відбуваються лише в одному гені, тобто при генних мутаціях хімічні зміни стосуються тільки одного нуклеотиду, а тому їх те називають точковими. Хромосомні мутації поширюються на кілька генів. Вони пов'язані зі значними перебудовами в окремих фрагментах ДНК. Ці мутації виявляються в результаті випадання тієї чи іншої кількості нуклеотидів, і їх називають дилуції. Мутації, що супроводжуються повертанням ділянки ДНК на 1800, дістали назву інверсії, а якщо під час мутації повторюється який-небудь фрагмент ДНК, то це -- дуплікація .

Мутації можна розглядати по окремих групах. За зміною ознак розрізняють морфологічні, фізіологічні і біохімічні мутації. Мутації стійкості до антибіотиків, лікарських препаратів, токсикантів пов'язані зі здатністю бактерій синтезувати ферменти, які здійснюють інактивацію цих речовин. За напрямом зміни ознаки мутації бувають прямі і зворотні. Перші є змінами в генах бактерій дикого типу, наприклад поява ауксотрофних мутантів із прототрофів. Зворотними називають мутації віл мутантного типу до дикого, наприклад реверсія (повернення) від ауксотрофності ло прототрофності. Зворотні мутації, які приводять до відновлення фенотипу і генотипу, називають прямими. Зворотні мутації, які відновлюють лише фенотип, а генотип лишається мутованим, дістали назву суперсорних. При цьому відбувається вторинна пряма мутація в іншому гені, яка пригнічує виявлення першої.

Протягом еволюції у прокаріотів виробились способи захисту генетичного матеріалу від пошкодження різними мутагенами (радіація, хімічні речовини тощо). У них виявлено ефективні системи репарації (відновлення) мутаційних пошкоджень ДНК. Отже, в клітинах існують ферментні системи, що здатні усувати пошкоджені ділянки ДНК.

Особливою формою мінливості прокаріотів, в основі якої також лежать мутації, є дисоціація -- розщеплення однорідної популяції бактерій за культуральними властивостями на типи, які відрізняються від вихідного зовнішнім виглядом і структурою колоній, а також стійкими змінами деяких фізіолого-біохімічних властивостей тощо. Найчастіше за дисоціації спостерігаються зміни форми і структури колоній на твердих поживних середовищах.

прокаріот мутація бактерія

4. Генетичні рекомбінації у бактерій

До іншого типу спадкової мінливості належать зміни, які виникають у прокаріотів внаслідок рекомбінації генетичного матеріалу. Це процес генетичної рекомбінації, суть якого полягає в тому, що із клітини-донора у клітину-реципієнт переноситься частина генетичного матеріалу; при цьому відбувається рекомбінація генів і утворюється рекомбінантна хромосома. Як правило, реципієнтна клітина одержує тільки фрагмент хромосоми донора, а тому вона стає лише частково диплоїдною. Така часткова передача генетичного матеріалу дістала назву мероміксису.

Генетичні рекомбінації у прокаріотів істотно відрізняються під подібних процесів у еукаріотів. У останніх підчас запліднення об'єднуються два повні гаплоїдні набори і утворюється диплоїдна зигота, в якій після низки мітотичних поділів відбувається рекомбінація генетичного матеріалу і редукційний поділ (мейоз), внаслідок якого знову утворюються гаплоїдні клітини (гамети).

Генетичні рекомбінації є невичерпним джерелом мінливості, оскільки в природних умовах прокаріоти перебувають у складі різних асоціацій -- біоценозів і паразитоценозів, що створює сприятливі умови для обміну генами. Процес генетичної рекомбінації у бактерій належить до так званих парасексуільних процесів. Відомо три типи таких процесів: трансформація, кон'югація і трансдукція

5. Трансформація

Передача генетичного матеріалу від донора до реципієнта за допомогою вільної ДНК, виділеної з клітини донора, дістала назву трансформації, її вперше описав Ф. Гріффітс у 1928 р. під час дослідження природи вірулентності пневмококів.

Механізм трансформації було розшифровано у 1944 р., коли О. Евері, К. Мак-Леод і М. Мак-Карті встановили хімічну природу трансформуючої речовини пневмококів. Нею виявилася ДНК. Цим визначним відкриттям було встановлено хімічну природу «гена». Саме хімічна характеристика трансформуючого начала була першим прямим доказом, шо ДНК є носієм генетичної інформації.

У трансформації можна виділити кілька стадій: а) контакт ДНК і поверхнею клітини; б) проникнення ДНК у клітину; в) з'єднання донорної ДНК з відповідною ділянкою хромосоми реципієнта. Трансформація можлива тільки тоді, коли реципієнта клітина перебуває у стані «компетентності», за якого вона здатна сприймати ДНК донора. Найчастіше цей період припадає на середину логарифмічної фази росту.

Після проникнення в клітину фрагмента (близько 1 %) донорної ДНК одна нитка розпадається, а друга вступає в генетичний обмін з реципієнтною ДНК. Інтеграція закінчується утворенням рекомбінантної хромосоми, в якій донорні і реципієнтні ознаки подекуди виявляються тісно зчепленими. Рекомбінантна ДНК далі реплікується як єдина структура.

Трансформацію встановлено в багатьох (понад 50) видів бактерій, але найкраще вона вивчена у сінної палички, пневмококів і бактерій інфлюенци. Розрізняють гомотрансформацію, при якій відбувається перенесення генетичної інформації від донора до реципієнта в межах одного виду, і гетеротрансформаціго -- перенесення ДНК під одного виду до іншого.

Відкриття явища трансформації у прокаріотів має велике теоретичне і практичне значення. Воно дало змогу встановити роль нуклеїнових кислот як носіїв спадкової інформації. Тепер ДНК відповідних штамів бактерііі використовують для трансформації їх властивостей: вірулентності, стійкості проти антибіотиків, зміни антигенного апарату тощо, а також для встановлення філогенетичної спорідненості донора і реципієнта. Трансформацію використовують і в селекції мікроорганізмів.

6. Кон'югація

Після відкриття трансформації почались інтенсивні пошуки можливості відтворення процесів генетичної рекомбінації, які б нагадували статеве розмноження в еукаріотів. У 1946 р, Дж. Ледербергу І.Е.Татуму вдалося встановити в умовах культивування двох штамів кишкової палички, які відрізнялися за кількома ознаками, передачу генетичного матеріалу від однієї клітини до іншої шляхом безпосереднього контакту між ними. Цей процес дістав назву кон'югації.

Підчас кон'югації здійснюється спрямоване перенесення генетичного матеріалу під клітини-донора до клітини-реципієнта. В цьому процесі беруть участь нерівноцінні батьківські клітини, їх нерівноцінність полягає в тому, що. як правило, в клітину реципієнта переноситься тільки частина геному клітиии-донора, в результаті чого утворюється неповна зигота, або мерозигота. Вона містить повний геном реципієнта і частину генома донорної клітини, а тому кон'югацію бактерій не можна ототожнювати зі статевим процесом.

Статева диференція бактерій зумовлюється статевим фактором, який позначається буквою «F». Він міститься лише в чоловічих клітинах. Фактор F -- це генетичний елемент, який відповідає за успадкування чоловічої статі. Він являє собою дволанцюгову ДНК, замкнену в кільце, і зумовлює утворення у бактерій статевих ворсинок (F-пілі), через канальні яких при кон'югації бактерій відбувається перенесення генетичного матеріалу.

У кон'югації можна виділити, за послідовністю проходження, такі стадії; а) випадкове зіткнення донорних і реципієнт-них клітин під час змішування їхніх штамів: б) зумовлене дією фактора F-з'єднання кон'югуючнх пар клітин: в) перенесення генетичного матеріалу; г) утворення рекомбігантної хромосоми; д) її реплікація.

Кон'югація може відбуватися не тільки між штамами одного виду, а й між представниками різних видів і родів, що приводить до утворення так званих міжвидових і міжродових рекомбінантів. Кон'югація є одним із поширених способів передачі генетичної інформації у прокаріотів. Наводяться дані про те, що генетичний обмін, зумовлений кон'югацією, відбувається в природі. З допомогою кон'югації проводять картування хромосом бактерій.

7. Трансдукція

Трансдукцією називають перенесення ДНК (хромосоми) віл клітини-донора до клітини-реципієнта за допомогою помірного бактеріофага. Цей процес супроводжується зміною генотипу реципієнтної клітини за одержання нею фрагмента генома донорної бактерії. Трансдукцію виявлено у дизентерійних бактерій, сальмонел, холерного вібріона, стафілококів, сінної палички та в інших бактерій. Відкрили цей процес у 1952 р. Н.Ціндер і Дж.Ледерберг під час дослідження сальмонел.

Розрізняють три типи трансдукції: запільну, специфічну і абортивну.

Загальна (генералізована, неспецифічна) трансдукція характеризується тим, що за нею можливе перенесення будь-якого гена або водночас кількох генів, які містяться в різних ділянках бактеріальної хромосоми. Трансдукція будь-якого маркера не залежить віл трансдукції інших за відсутності тісного зчеплення між ними. Перенесений фагом фрагмент ДНК-донора включається в гомологічну ділянку хромосоми реципієнта шляхом рекомбінації.

Специфічна трансдукція характеризується передаванням від донора до реципієнта строго визначених генів. Спеціалізовану (специфічну) трансдукцію Е.соІі фагом л вперше було виявлено і описано в 1956 р. Було показано, шо фаг л має здатність переносити бактеріальні гени, які містяться на бактеріальній хромосомі Е. соІі біля місця прикріплення фага. Гени, що містяться в інших ділянках хромосоми, фагом л не трансдукуються.

Цей тип трансдукції здійснюється дефективними помірними фатами, у яких частина геному замінена на фрагмент бактеріальної ДНК, шо завжди ковалентно зв'язаний з фрагментом фагової ДНК. Такі помірні фаги втрачають частину життєво важливих генів і здатність до лізису щодо трансдукованих бактеріальних клітин.

Абортивна трансдукція відрізняється від інших типів автономною поведінкою фрагмента донорного генома у разі перенесення його в реципієнтну клітину. Фрагмент ДНК хромосоми донора, занесений фагом, не включається в хромосому реципієнта, а локалізується в цитоплазмі. Тут він транскрибується, але не реплікується, а це приводить до того, що при поділі клітини цей фрагмент залишається лише в одній із дочірних клітин.

Трансдукція є досить поширеним механізмом рекомбінації у бактерій її використовують в гібридологічному аналізі ознак мікроорганізмів, при створенні генетичних карт тощо.

Набуття нових властивостей бактеріями у процесі літичної інфекції під впливом фага дістало назву фагової, або лізигенної конверсії. Конверсія відрізняється від трансдукції тим, шо фаг вносить у клітину ген іншої клітини. Фагова конверсія є одним із видів мінливості, завдяки якому клітина може набувати нових спадкових ознак.

8. 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.

Висновки

Найважливішими ознаками живих організмів є мінливість та спадковість. Основу спадкового апарату бактерій, як і всіх інших організмів, складає ДНК. Поряд з цим спадковий апарат бактерій і можливості його вивчення мають ряд особливостей: бактерії - гаплоїдні організми, тобто вони мають 1 хромосому. У зв'язку з цим при спадкуванні ознак відсутнє явище домінантності; бактерії мають високу швидкість розмноження, у зв'язку з чим за короткий проміжок часу (доба) змінюється кілька десятків поколінь бактерій. Це дає можливість вивчати величезні за чисельністю популяції і досить легко виявляти навіть рідкі за частотою мутації. Спадковий апарат бактерій представлений хромосомою. У бактерій вона одна. Якщо і зустрічаються клітини з 2, 4 хромосомами, то вони однакові.

Хромосома бактерій - це молекула ДНК. Довжина цієї молекули досягає 1,0 мм і, щоб "уміститися" у бактеріальній клітині, вона не лінійна, як у еукаріот, а суперспіралізована в петлі і згорнута в кільце.

Генотип (геном) бактерій представлений не тільки хромосомними генами. Функціональними одиницями генома бактерій, крім хромосомних генів, є: ІS-последовності; транспозони; плазміди.

У бактерій розрізняють 2 види мінливості - фенотипову і генотипову.

Фенотипова мінливість - модифікація - не торкається генотипу, але торкає більшість особей популяцій. Модифікації не передаються в спадщину і з часом загасають, тобто повертаються до вихідного фенотипу через більш (тривалі модифікації) або менш (короткочасні модифікації) число поколінь.

Генотипова мінливість стосується генотипу. В ее основі лежать мутації і рекомбінації.

Мутації бактерій принципово не відрізняються від мутацій эукариотических клітин. Особливістю мутацій у бактерій є відносна легкість їх виявлення, тому що існує можливість працювати з великими за чисельністю популяціями бактерій. За походженням мутації можуть бути: спонтанними; індукованими. По довжині: точковими; генними; хромосомними. По спрямованості: прямими; зворотними.

Рекомбінації (обмін генетичним матеріалом) у бактерій відрізняються від рекомбінацій у еукаріот: у бактерій є кілька механізмів рекомбінацій; при рекомбінаціях у бактерій утвориться не зигота, як у еукаріот, а мерозигота (несе цілком генетичну інформацію реципієнта і частина генетичної інформації донора у виді доповнення); у бактеріальної клітини-рекомбіната змінюється не тільки якість, але і кількість генетичної інформації.

Список літератури

1. Атабеков И.Г. Практикум по общей вирусологии. -- М.: Из-во Московского университета, 1981. -- 191 с.

2. Бойко А Л. Экология вирусов растений. -- К.: Вища шк., 1990. -- 165 с.

3. Борьба с вирусными болезнями растений. / Под ред. Х.Кеглер. М.: Агропромиздат. -- 1986. -- 326 с.

4. Вавилов Н.И. Иммунитет растений к инфекционным заболеваниям. - М: Наука, 1986. -- 520 с.

5. Векірчик К.М. Практикум з мікробіології: Навч. посібник. - К.: Либідь, 2001. - 144 с.

6. Вершигора А.Ю., Бранцевич Л.Г., Василевская И.А. и др. Общая микробиология. -- К.: Вища шк. Головное изд-во, 1988. -- 342 с.

7. Віруси і вірусні хвороби бобових культур на Україні. / Московець СМ., Краев В.Г., Порембська Н.Б. та ін. -- К.: Наукова думка 1971.-- 136 с.

8. Вірусні хвороби сільськогосподарських культур/ Московець С.Н., Бобирь А.Д., Глушак Л.Е. / Під ред. Бобиря А.Д. -- К.: Урожай, 1975. -- С.72-80.

9. Власов Ю.И. Вирусные и микоплазменые болезни растений. -- М.: Колос, 1992. -- 207 с.

10. Власов Ю.И., Ларина Э.И. Сельскохозяйственная вирусология. -- М.: Колос, 1982. -- С. 150-156.

11. Генкель Л. А. Микробиология с основами вирусологии. -- М.: Просвещение, 1974. -- 270 с.

12. Гиббс А., Харрисон Б. Основы вирусологии растений: Пер. с англ. -- М.: Мир, 1978. -- 430 с.

13. Гнутова Р.В. Серология и иммунохимия вирусов растений. -- М.: Наука, 1993. -- 300 с.

14. Гусев М. В., Минова Л. А. Микробиология. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1992. - 448 с.

15. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. - М.: Агропромиздат, 1987. - 368 с.

Размещено на Allbest.ru