Биотехнология
Знайдені віруси фітопатогенних бактерій і актиноміцетів, виявлені паразити
паразитів на різних рівнях організації живого. Таким чином, створений
арсенал для розвитку класичного методу біологічного захисту рослин, який
передбачає використання живих організмів для контролю числа небажаних (в
тому числі патогенних) організмів в агроценозі.
Американські мікробіологи Каліфорнійського університету в місті
Берклі звернули увагу на те, що в умовах Каліфорнії більшість цитрусових
пошкоджується слабкими заморозками (0оС) за рахунок утворення кристаликів
льоду в тканинах рослин. Більш того пошкоджуються не всі рослини підряд, а
вибірково, стійкість до заморозків залежить від сорту та виду рослин.
Зацікавившись цим явищем, група дослідників під керівництвом Ліндов
виявила, що за це явище відповідальні бактерії, що існують на листках і в
тканинах рослин. Це бактерії Pseudomonas syringae, які відносяться до
великої групи бактерій, що викликають хвороби листків і пагонів рослин, і
Erwinia herbicola – бактерії кишечної групи, які викликають ураження
коренів рослини. Обидва види бактерій заселяють тканини цитрусових без
помітних ознак їх пошкодження, але в той же час не можуть існувати за
межами рослини і швидко гинуть в грунті, воді та інших можливих
середовищах. В випадку утворення кристалів льоду неважко виділити мутантні
клітини, що втратили цю здатність, але не змінили здатність заселяти
тканини рослин. При обробці молодих рослин кукурудзи, томатів або полуниці
суспензією клітин бактерій Pseudomonas syringae, що втратили здатність
утворювати кристали льоду, рослини нормально заселяються бактеріями і не
пошкоджуються заморозками. Отже, можна захистити рослини, якщо замінити
“нормальну” мікрофлору такою самою, але мутантною, яка втратила здатність
до синтезу фактору утворення льоду. Важливим є те, що такі мікроорганізми
тісно зв’язані з рослиною і не допускають заселення родинними організмами.
Дійсно, рослини, заселені мутантними бактеріями, не в змозі заселяться
такими самими клітинами дикого типу, які утворюють кристали. Але якщо
рослина вже заселена клітинами бактерій дикого типу, то вона вже не може
заселятись мутантними. Таким чином, для успішного захисту рослини цим
способом необхідно зробити її хоча б частково стерильною або по крайній
мірі зменшити кількість клітин дикого типу. Цього можна добитись,
наприклад, попереднім опрацюванням хімічними речовинами, або, як
запропонували американські вчені, препаратом вірусів бактерій
(бактеріофагів), до якого чутливі клітини дикого типу, але стійкі мутантні.
Зараз в США та в деяких інших країнах розроблені препарати для
захисту рослин від заморозків і проводиться їх ретельна перевірка в
контролюючих умовах на можливу патогенність до широкого кола господарів,
токсичність і віддалені наслідки для людини і екологічну нешкідливість.
Існує побоювання, що витіснення з природи бактерій, що утворюють кристали
льоду, може порушити процеси утворення дощу та снігу.
Але поки проходять досліди, створені і відпрацьовуються комплекси
препаратів найрізноманітніших напрямків. Наприклад, з допомогою сучасних
методів отримані бактерії псевдомонад, які володіють антагонізмом до ряду
збуджувачів хвороб, які здатні заселяти листки рослин або корені і
синтезувати токсини проти комах. Отже, отриманий препарат, що здатний стати
прообразом майбутніх біопрепаратів комплексної дії для захисту рослин від
шкідників і хвороб. Необхідна тривала і ретельна перевірка цього препарату
в контролюючих умовах, але вже зараз він знайшов собі застосування як
біоінсектицид. Вбиті клітини цих бактерій в два рази довше утримують токсин
на листках рослини, ніж клітини бацил.
Інтенсивне вивчення взаємовідносин між мікро- та макро- організмами в
біогеоценозах на всіх можливих рівнях (популяційному, організмовому,
клітинному і молекулярному) дає право надіятись, що вже в найближчий час
будуть встановлені нові закономірності, на основі яких будуть розроблені
методи біологічного контролю складу агроценозів. Одним зі способів
здійснення такого контролю може бути застосування препаратів різних типів
та властивостей на основі живих мікроорганізмів.
2.3 Традиційна біотехнологія в інших сферах життя
Також життєдіяльність мікроорганізмів використовується ще в деяких
галузях людського буття. Так, наприклад в кондитерській промисловості
широко використовують лимонну кислоту, яку дістають в результаті
життєдіяльності спеціально виведених мікроорганізмів. Зараз в світі
виробляється близько 400 тис. тонн цього продукту. Такої кількості лимонної
кислоти не забезпечили б жодні цитрусові плантації.
Все ширше стає асортимент ферментів — протеази, нуклеази, амілази,
глюкоамілази, каталази – які продукують мікроорганізми; деякі з них,
наприклад, нуклеази, використовують в генній інженерії.
Крім того, мікроорганізми використовують для отримання вакцин.
Перспективним є використання мікроорганізмів у гідрометалургії для
вилужування металів із бідних руд з метою підвищення їхнього добутку.
3 ПЕРСПЕКТИВНІ НАПРЯМКИ НОВОЇ БІОТЕХНОЛОГІЇ
Коли кажуть про нову біотехнологію, то мають на увазі генетичну і
клітинну інженерію, які створили можливість переробки спадкового апарату
організмів.
3.1 Клітинна інженерія
Рослини мають ряд переваг перед тваринами, бо майже у всіх рослин
можна одержати з однієї соматичної клітини цілу рослину, яка має здатність
до запліднення і утворення насіння. На цьому етапі діє клітинна інженерія,
розвиток якої пов’язаний з технікою культивування клітин і тканин вищих
організмів, яка вже пробила собі дорогу в промисловість.
Під час культивування клітини вищих рослин можуть розглядатись як
типовий мікрооб’єкт, що дозволяє застосовувати до них не лише технологію і
апаратуру, але і логіку експериментів, які прийняті в мікробіології.
Культивовані клітини в ряді випадків зберігають тотипотентність, тобто
здатність перейти до виконання програми розвитку, в результаті якого із
культивованої соматичної клітини виникне ціла рослина, яка здатна до
нормального розвитку і розмноження.
Крім того, потрібно підкреслити, що техніка культури соматичної
клітини зараз стає винятково важливим інструментом в генетичній інженерії і
біотехнології.
Для культивування можуть використовуватись клітини пухлинних тканин,
клітини різноманітних органів, лімфоцити, фібропласти, ембріони і т.д. Дуже
часто використовуються для наукових цілей перевиваїмі лінії, які можна
культивувати як завгодно довго. Це клітини нирок людини і тварин, ракові
клітини людини (Hela) т.ін.
Клітини тварин і людини вирощують в спеціальних середовищах в вигляді
монослою на склі. Для вирощування суспензійних культур використовують
найрізноманітніші судини-хемостати, ферментери, флакони.
Щоб клітини гарно росли, необхідне їхнє постійне переміщення. Для
цього розроблені способи культивування клітин за принципом безперервної
зміни середовища (хемостати). Культивування клітин проводять при визначеній
температурі (37оС) і РН середовища (6,8…7,5). Основними компонентами
середовищ для культури є: мінеральні солі, амінокислоти, вітаміни,
антибіотики. Зараз технологія культивування деяких типів клітин тварин
настільки гарно відпрацьована, що може широко використовуватись в
виробничих умовах для отримання різних продуктів.
Застосування культури клітин людини і тварин для практичних цілей
почалось вперше з робіт, в яких була продемонстрована можливість
вирощування вірусів в культивуючих клітинах. Для цього були (1949 р.)
використані клітини нирок людського зародку, нирок дорослих мавп, клітини
кур’ячого ембріону, а також клітини перевиваїмих ліній – Hela, BHK-21
(клітини нирки ембріонів хом’яка) т. ін. Застосування методу клітинних
культур дозволило налагодити нарощування вірусів в необхідній кількості і в
досить чистому вигляді, що сприяло розвитку діагностики вірусних
захворювань і отриманню необхідних для медицини вакцин.
Важливе значення для розвитку клітинної біотехнології мали праці по
гібридизації соматичних клітин. В 1960 р. французький вчений Ж.Барський
вперше виявив, що соматичні клітини тварин здатні зливатись і об’єднувати
генетичну інформацію двох батьківських клітин. Але утворення гібридних
клітин в звичайних умовах відбувається дуже рідко.
Тому була розроблена техніка гібридизації соматичних клітин з
використанням інактивованих вірусів парагрипу типу Сендай, здатного
“склеювати” і зливати клітини між собою. При отриманні вірусу Сендай
