Что нужно знать о методах селекции микроорганизмов — основные сведения

Какие организмы могут считаться микроорганизмами

Так выглядел Шарль-Эммануэль Седийо:

Микроорганизмы являются огромной совокупностью существ, которые являются одноклеточными, обычно это микробы, которые можно увидеть при помощи специального прибора — микроскопа. Микроорганизмы устроены примитивно, сильно отличается от животных или растений. К такого вида организмам можно причислить микоплазмы, бактерии, дрожжи, актиномицеты, небольшие грибы, а также водоросли. Иногда к этому разряду могут быть отнесены вирусы, а также примитивные организмы.

Микроорганизмы разделяются на две большие группы: эукариотов и прокариотов. Прокариоты обладают простейшей основой, в которой находится лишь одна хромосома, эта основа не обладает стенками, разделение частей в ней происходит при помощи перегородки, внутри цитоплазмы не наблюдается митохондрий, часто наблюдается полное отсутствие хроматофора. В свою очередь эукариоты очень похожи по своему строению на живые организмы высшего порядка, а также на некоторые виды представителей животного мира — то есть у них есть основа, в которой содержится определенное количество хромосомного набора, у данной основы существуют стенки, наблюдается обычный период размножения, клеточное строение характеризуется наличием эндоплазматической цепочки, у некоторых видов можно найти митохондрии и хлоропласты (в основном у видов, которые являются фотосинтетиками).  

Особенности микроорганизмов

Обычная величина организмов, которые человек не способен увидеть без специальных приборов, составляет меньше 0,1 миллиметра. Как уже говорилось выше, в типологию микроорганизмов относятся организмы, которые не обладают ядром (бактерии), а также ядерные организмы (грибы).

Микроорганизмы, как известно, обитают везде — во всех средах, на всех поверхностях, из-за этого из можно назвать самыми значимыми организмами в процессе вещественного круговорота. Такие виды организмов позволяют поддерживать относительную природную стабильность на планете.

Интересно то, что величина микроорганизма напрямую зависит от такого, насколько сложна его структура. Самые мелкие организмы ограничиваются «упаковкой» внутри себя лишь одной клетки. Чем больше клеток заложено в организме, тем больше будет организм, сложнее жизнедеятельность и структура.

Так выглядит строение микроорганизма:

Локус микроорганизмов

Микроорганизмы представляют собой особую часть всех процессов на земной поверхности. Они участвуют в обмене веществ, помогая как разлагать умершие организмы, так и производить новую живую массу.

Организмы, которые не способен видеть человеческий глаз, можно найти в самых разных областях. Они являются составляющей цикла ферума (Fe), сульфура (S), фосфоруса (P), а также многих иных химических элементов, которые способствуют гниению умерших организмов и нежизнеспособных элементов. Благодаря им также происходят процессы очищения водных ресурсов.

Организмы, которые человек не способен увидеть без специального оборудования, способны легко привыкать к новой для них среды — адаптация проходит быстро и безболезненно. Некоторые организмы способны развиваться в экстремально низких и высоких температурах. Самым адаптирующимся микроорганизмом можно назвать архею. Такие организмы способны развиваться при температуре, которая достигает свыше 110 градусов по Цельсию. На дне океана проживают существа, которые способны жить с такой температурой уже сейчас — черные курильщики находятся под огромным давлением, а также температурой.

Так выглядят черные курильщики:

Есть также организмы, которые могут развиваться в условиях высокого ионизирующего излучения, без кислорода вообще, либо при небольшом его количестве.

Микроорганизмы-симбионты способны находиться в человеческом теле, а также внутри многих представителей растительного и животного миров. Некоторые организмы не вредны для человека — они обеспечивают правильную работу человеческого кишечника, регуляцию кожного покрова.

Понятие селекции микроорганизмов

Так выглядит шалайка:

Изначально базой селективной методики является метод искусственного отбора, при котором ученые специально находят из части новых видов представителей животного или растительного вида тот сорт, который отвечает всем потребностям исследования. Примерно до 17 века процесс отбора совершался не постоянно, неаккуратно. Так в то время для работы пользовались лучшими полученными плодами или же организмами, целью этого процесса было лишь воспроизведение итогов прошлого исследования.

Без знания генетических принципов в последующие века пользовались осознанным отбором, совершая совмещение представителей растительного или животного мира с самыми проявившимися практически нужными свойствами.

Приведем пример: есть сорт пшеницы, у которого наблюдается особая прочность, он устойчив к непогоде, а также есть сорт, который не способен заразиться стеблевой болезнью. В процессе сочетания этих сортов проявляются новые признаки. Отбору подлежат только такие экземпляры, у которых проявились оба необходимых признака — прочность и устойчивость к заболеванию. Таким образом появляется новейший сорт.

Селекция организмов, которые человек не способен заметить без специального оборудования, сильно отличается от скрещивания видов представителей животного и растительного миров. Так, например, одна из особенностей заключается в том, что из-за специфики клеточного набора возможно заметить мутацию микроорганизма уже на первом этапе эксперимента. Микроорганизмы отличаются активным воспроизведением, что способствует уменьшению времени исследования по поиску необходимого результата.

После того, как производится отбор из одного варианта микроорганизма с нужными качествами, используют выборку самых эффективных вариантов. Далее часто используют рукотворное изменение структуры ДНК, что помогает проявить эффективность мутационного изменения. В качестве элементов изменения пользуются излучением ионами, добавлением элементов из химии, применением излучения ультрафиолета.

Для того, чтобы вывести новые штаммы с необходимыми свойствами, ученые используют особенные варианты селекции. Самый продуктивный двойник организма далее проходит процедуру пересадки на продуктивную область, которая повторяется несколько раз. Каждый раз ученый следит за тем, какой эффект получается после пересева. Основная задача подобных действия состоит в том, что получится гомогенная совокупность клеток. После того, как будут отобраны все эффективные варианты, будет произведено насильственное размножение данных клеток.

Подобная технология способствовала тому, что человечество приобрело виды, чья эффективность во много раз превышает виды, которые уже существуют в дикой природе. К примеру, в итоге рукотворного мутагенеза с последующей выборкой результатов нашли такой вид гриба пеницилла, который может производить в сотни раз больше пенициллина.

Выращивание новых организмов, которые не способен видеть человеческий глаз, является самым значимым течением всей биотехнологии.

Биотехнология выделилась в отдельную научную дисциплину при помощи работ ученого французского происхождения, основателя нынешней микробиологии, а также иммунологии, Луи Пастера. При помощи его работ в 19 веке стало возможным осознание того, что процедуру брожения производят именно микроорганизмы.

Так выглядел Луи Пастер:

Ближе к концу века начало свое развитие биоинженерное направление, которое делилось на два течения: биоинженерия генная, а также биоинженерия клеточная.

Принципы генной биоинженерии помогают вычленять нужный ген, а после внедрять в этот организм генетически измененные элементы. Основная задача такого процесса заключается в формировании вида с новейшими качествами, которые заранее запрограммированы. В рамках этого направления создаются совершенно новые гены, существование которых в жизни практически нереально.

После того, как данные гены были изменены достаточно, их внедряют в иные живые организмы (например, любые виды микроорганизмов). При помощи данных генов живые организмы могут производить материалы с модернизированными свойствами, которые необходимы человечеству.

Клеточный вариант биоинженерии базируется на выделении определенных тканей или же клеток в условиях рукотворных продуктивных сред. Результат такого вида эксперимента содержится в производстве необходимых элементов, которые нужно человечеству, к примеру, лекарственных препаратов.

Предварительным условием для совершенствования клеточной инженерии считается клеточная методика. В рамках этой методики возможно заниматься выведением конкретных не половых клеток на продуктивных средах.

Каждая процедура в биологии содержит большое количество ступеней: для начала подготовление того, над чем будут работать, возделывание, отбор, очищение, изменение, вычленение результата. Вегетативный вид воспроизведения представителей растительного мира осуществляется в асептических условиях.

Получается, что такой тип воспроизведения на рукотворных продуктивных областях помогает практически перманентно воспроизводить один живой организм из небольших частей его строения. Подобная техника активно используется в случае разведения овощей, декоративных и плодовых сортов.

Посредством данной техники существует возможно производить вида представителей растительного мира, которые не могут быть с легкостью воспроизведены в естественной среде. В итоге происходит сохранение набора генов, а далее формируется фонд генов в пробирках, после чего можно спокойно использовать новые виды для создания еще более модифицированных сортов.

Часть эксплантов кладут в продуктивную среду, в этой среде в итоге изменения клеток формируется гомогенная масса из клеток. Данную массу потом делят, внедряют в нее нужные гормоны растительного происхождения, благодаря которым происходит разделение клеточного строения, а также развитие организма. Таким образом формируется клон исходного организма. После этого пробирку с выведенными организмами кладут в специальное место, где уже установлены необходимые температурные режимы, которые не навредят организму.

При помощи клеточной биоинженерии возможно в огромных количества производить растительные организмы, что способны формировать в исключительных условиях температурного режима. Приведем пример: известное растение, которое применяется в лечении многих болезней — женьшень — крайне долго формируется, для его выращивания нужно создать специфические условия. Корень у женьшеня, который и является ценным, растет за двенадцать месяцев всего на пару граммов. На производствах, где производят лекарства, женьшень помещают в специфические условия, при которых за меньше, чем месяц, выращивают его корень до 100 граммов. При помощи микробиологии возможно сформировать более пяти тонн клеточной массы женьшеня в год.

Технологии биотехнологии используются в рамках помощи реабилитации природных ресурсов. Известно, что организмы, которые не может видеть человек, имеют способность ликвидировать различные соединения углерода и водорода. Таким образом получается очищать землю, а также водные ресурсы от разливов нефтяных продуктов.

Исследовали нашли еще одну способность микроорганизмов — они могут вырабатывать электричество, если их поместить в определенные обстоятельства. Так в сосуде с объемом в 10 мл бактерии способны создать примерно 0,7 вольт. Таким образом, микроорганизмы могут использоваться и для создания энергетический ресурсов.

Самый основной объект процедуры биологического метода — клетка. В клетке каждую минуту происходит огромное количество самых разных процессов. Базой для нынешнего производства биологических технологий является выведение разных элементов при помощи клеточного строения микроорганизмов. Лучше всего использовать именно клетки микроорганизмов, потому что клетки высшего порядка — животного и растительного происхождения обычно предъявляют больше требований к собственному выведению.

Список методов селекции микроорганизмов

К самым главным вариантам селекции организмов, которые не видны человеческому глазу без специального оборудования, относятся:

1. Индуцированное изменение ДНК. При такой технологии для изменения организма применяют излучение ионами, а также различные химические элементы. Данный метод подразумевает появление изменений у бактерий в сотни раз меньше, чем у иных живых организмов. Однако коэффициент вычленения изменений по определенному геному намного больше (часто в тысячи раз). Обычно для вычленения изменений применяют выборочные среды. В этих условиях измененные организмы развиваются, а организмы, которые не изменяются, умирают.
2. Перераспределение генов: деление материала генов между микроорганизмами; передача генов другим микроорганизмами при помощи организмов, которые восприимчивы к бактериям; изменение (транспортировка ДНК в клетки), размножение (воспроизведение количества нужного гена).
3. Скрещивание различных вариантов микроорганизмов при помощи соединения протопластов.
4. Рукотворная селекция по принципу воспроизведения и эффективности.

Значение и роль селекции микроорганизмов в жизни человека

Для хозяйства большая часть организмов, которые не способен воспринимать человеческий глаз без специальной аппаратуры, использует человек. Как уже говорилось ранее, основное предназначение такого вида организмов в жизни людей состоит в формировании большого количества натуральных компонентов. К ним относятся аминокислоты, липиды, протеины, нуклеиновые кислоты, ферменты, глюкоза, красители, антибиотики, а также витамины.  

За прошедшие годы человечество активно начало исследовать вопрос микроорганизмов, потому что при помощи полноценного освоения этих организмов возможно начать пользоваться всеми характеристиками этого вида живых организмов для сатисфакции всех желаний человечества во всех сферах.

В 20 веке нашли еще одно использование микроорганизмов — создали бактериологические виды оружия, которые способны стереть все человечество с лица Земли.

Таким образом, микроорганизмами возможно пользоваться практически во всех сферах жизни человека. В современном обществе их уже применяют в разных экономических секторах: при создании пищевых ресурсов, при создании вина, при производстве масла и молока, в лекарственном секторе. При помощи микроорганизмов возможным стало производство многих лечебных препаратов, к примеру антибиотиков различного спектра, продуктов для роста растений и других живых существ. Они активно используются в качестве биологической добавки в пищу для укрепления иммунитета, состояния тела в целом. Невозможно представить выпечку без использовать дрожжей, также без них невозможно производить спирт, различные вина, пиво и другие виды товаров.

Были найдены виды грибов, которые способны создавать добавки в корм из того, что остается после смерти растительных организмов. Существуют организмы, которые могут находить драгоценные или редкие природные ископаемые из руды или же отходов производства. Такие организмы применяются также для уничтожения грызунов и других вредителей для урожая.

Роль селекции организмов, которые не может увидеть человек без специального оборудования, в нынешнем производстве такова:

1. Из них производят различные ферменты, которые позже применяют в производстве (часто продукты микроорганизмов можно встретить в порошках для стирки, муке и других продуктах).
2. При помощи них производят нужные для человека аминокислоты.
3. При помощи них производят различные виды антибиотики.
4. Микроорганизмы могут выступать как еще один вариант создания энергетических ресурсов.
5. Производство товаров для удовлетворения потребностей людей.
6. Очищение водных ресурсов от загрязнения (даже нефтяного разлива).