|
conform valorii biologice, aproape nu se va deosebi de cazeină - proteina
principală a laptelui.
Se mai ştie că animalele pot utiliza cu eficacitate numai o parte de
proteină din nutreţ care este proporţională cu partea cea
mai deficitară a aminoacidului indispensabil. De aceea dacă cel mai
valoros component al boabelor furajere - proteina - nu este echilibrată
după lizină, organismul animalelor o cheltuieşte nu pentru
formarea de carne, lapte, ouă ş. a., ci în calitate de
combustibil - pentru necesităţile energetice, lucru ce nu este deloc
convenabil. Acelaşi lucru se întâmplă dacă cerealele
furajere conţin o cantitate insuficientă de alţi aminoacizi -
triptofan şi treonină.
Drojdiile întrec mult după calităţile lor nutritive toate
celelalte plante superioare. De aceea ele au găsit o utilizare largă
în calitate de adaos furajer. Ele «se hrănesc» cu plăcere cu
hidrocarburi de petrol, purificând mediul ambiant de aceşti
poluanţi. Lista «bunelor servicii» ale lumii fiinţelor invizibile
poate fi continuată la infinit. Industria de producere a acestor celule
vii are ca scop tocmai transformarea microbilor în producători cu
profil larg, mai ales ţinându-se cont de viteza cu care ele
fabrică produsele. Vom aduce aici următoarea comparaţie a lui B.
Neiman: dacă s-ar iniţia o competiţie - cine va putea da mai
multă producţie, de exemplu de cea mai valoroasă proteină,
comunitatea celulelor microbiene mici la infinit şi-ar dovedi cu
siguranţă superioritatea faţă de un taur.
Aducem calculul lui B. Neiman: taurul cu o greutate vie de 300 kg după o zi
de îngrăşare intensă sporeşte în greutate cu
1,1-1,2 kg, inclusiv cu 20 grame de proteină. 300 kg de celule de drojdii
timp de o zi dau un spor de 25-30 mii kg de masă biologică, care
conţine II-13 mii kg ^ proteină digerabilă.
Aşa dar, drojdiile acumulează proteina de 100 mii de ori mai repede
decât organismul unui taur! Iar bacteriile acumulează masa
biologică şi proteina încă mai repede decât
drojdiile. După componenţa lor chimică şi structurală
aminoacizii bacteriilor, drojdiilor, plantelor superioare şi animalelor
sunt absolut identice. De aceea insuficienţa de lizină,
bunăoară din furajul animalelor sau din hrana omului, poate fi
compensată cu lizina bacteriilor sau drojdiilor.
,
Ştiinţa contemporană a pus în faţa industriei de
producere a celulelor vii, a microbiologiei industriale, care în
strânsă alianţă cu industria biochimică şi
ingineria genică formează esenţa noii orientări,
numită biotehnologie - sarcini complicate, de mare
răspundere.
Să examinăm acum în mod separat unele aspecte ale biotehnologiei.
11.2 Ingineria genică în natură: transformaţia,
transducţia şi conjugarea la bacterii
Pentru a înţelege de ce microbii au ocupat un loc atât de
important în ingineria genică, trebuie să ne familiarizăm
măcar în mod sumar cu metodele uimitoare ale schimbului de
informaţie genetică, ce le oferă natura.
Celula bacteriană se înmulţeşte prin diviziune simplă,
după care dintr-o celulă se formează două, şi fiecare
din ele conţine câte un analog propriu al nucleului - nucleoidul cu
ADN. De aceea celula maternă, înainte de a se diviza, trebuie
să aibă două genome absolut identice, cu alte cuvinte, două
molecule de ADN pentru a transmite una din ele celulei-fiice, iar pe
cealaltă pentru a o păstra pentru ea. Înainte de diviziune
celula maternă începe să sintetizeze o copie exactă a
ADN-ului său. Deoarece procesul înmulţirii se produce
fără participarea organismului masculin, celula-fiică poate
moşteni numai genele mamei - supersolitare. Ambele celule noi vor avea
garnitura de gene absolut identice.
Va fi bine dacă aşa va continua din generaţie în
generaţie? Din cauza lipsei unor combinaţii ereditare noi
selecţia naturală ar fi rămas «şomeră», şi
evoluţia n-ar fi avut nici o şansă de reuşită.
Pentru a înfrunta aceste piedici, natura a inventat multe metode, uneori
uimitor de simple, alteori cu adevărat fantastice.
În primul rând, trebuie să ne oprim asupra mutaţiilor,
adică a modificărilor în gene, moştenite de
celulele-fiice. Despre ele am mai pomenit. Dar probabilitatea mutaţiilor
este foarte mică. Afară de aceasta, majoritatea lor
covârşitoare poate provoca apariţia unor caractere şi
însuşiri inutile sau dăunătoare, descendenţa
purtătoare de aceste mutaţii va fi rebutată pe parcursul
selecţiei naturale. Tocmai aici va apare o altă descoperire -
recombinarea - un mijloc de schimb de informaţie genetică în
lumea fiinţelor invizibile.
Ca exemplu al acestui fapt serveşte capacitatea uimitoare a bacteriilor de
a absorbi din mediul ambiant gene străine şi de a degaja gene
proprii. Acest fenomen se numeşte transformare. Despre el am
menţionat în legătură cu studierea naturii factorului care
îl provoacă.
Transformarea este larg răspândită printre procarioţi
în condiţii naturale. Ea se produce şi în celulele
animalelor.
Cum se produce ea în cazul transformării schimbului de material genetic?
În ciclul de dezvoltare a bacteriilor apare periodic o stare
specifică, când peretele celulei devine penetrabil pentru ADN.
Celula care se află în această stare se numeşte
celulă competentă, ea poate absorbi din mediul ambiant o mare
cantitate de ADN străin. În acest scop la început ea
secretă o proteină specială, care se fixează de acest ADN,
după care ADN-ul străin este absorbit de celulă asemeni unei
frânghii, care este trasă de un capăt al ei.
Ce se întâmplă cu ADN-ul absorbit? Aproape jumătate din el
se scindează, iar partea rămasă este utilizată ca
sursă pentru noua informaţie genetică. La început
sistemele fermentative ale celulei desfac spirala dublă a ADN-ului, apoi o
descheie ca pe un fermoar şi taie în fragmente filamentele de
transmisie obţinute. După aceasta pe fiecare fragment care
conţine o genă «străină» se construieşte ca pe o
matriţă a doua catenă şi sectorul spiralei duble construit
astfel se încorporează în ADN-ul propriu al celulei (fig.
24).
La bacterii, spre deosebire de eucarioţi, schimbul de blocurile gata de ADN
este posibil nu numai între organismele de aceeaşi specie, dar
şi între cele de diferite specii, genuri şi chiar familii, ceea
ce conduce la modificări în salturi a proprietăţilor
ereditare.
Cercetarea multilaterală a procesului natural de transformare la
bacterii a deschis calea spre dirijarea eredităţii
microorganismelor, spre ingineria genetică şi biotehnologia
modernă.
Transformarea determină schimbul direct, nemijlocit de blocuri de ADN
între bacterii. Dar, după cum s-a constatat, natura mai are alte
metode de transmitere a genelor de la o bacterie la alta.
Deseori transportori de gene aparte sau de grupe de gene sunt virusurile
bacteriilor - bacteriofagii. Nu fagii agresivi (virulenţi) care,
pătrunzând în celulă şi înmulţindu-se
rapid, o devorează, o distrug, o dizolvă şi, după ce ies
din ea, se năpustesc asupra celorlalte celule. Aceştia sunt fagi
paşnici, aşa-zişii fagi moderaţi.
După ce au pătrunse în celulă, ADN-ul şi ARN-ul lor se
inserează în cromozomul bacteriei-gazde şi se transformă
în profag. Fagul inserat în genomul bacteriei (sau care i
s-a aliniat) se înmulţeşte împreună cu el, se
transmite celulelor-fiice şi se răspândeşte în felul
acesta în populaţie. El nu-şi pierde însă
«esenţa sa de lup». Dacă aceste celule nimeresc în
condiţii nefavorabile, fagul îşi leapădă «blana de
oaie» şi distruge celula ce l-a adăpostit. Separându-se de
genomul celulei, fagul ia cu dânsul o parte din genele acestuia. Fagul
moderat, molipsind o altă celulă şi inserându-se în
ADN-ul ei, aduce aici atât genele sale, cât şi pe cele
«furate» de la fosta gazdă, modificând ereditatea celulei noi. Acest
proces se numeşte transducţie (fig. 25).
Cunoscutul geneticiian S. Alihanean a menţionat că genele donorului
transdus (adică transportate de fag) joacă rolul de «pasageri», iar
fagul - de «birjar».
Lipsa la bacterii a înmulţirii sexuale, caracteristice pentru
eucarioţi, părea că trebuie să complice recombinarea
genelor şi a genomilor, prin urmare şi evoluţia lor. Dar
descoperirea la bacterii a factorilor acromozomici - a plazmidelor, a introdus
în aceste noţiuni rectificări serioase.
Savanţii au constatat că plazmidele sunt independente de ADN-ul
celulei şi se pot înmulţi independent, pot produce propriile
copii. Plazmidele poartă gene care atribuie bacteriilor unul sau
câteva caractere, de exemplu rezistenţă faţă de
preparatele medicamentoase, capacitatea de a sintetiza substanţe active
biologice ş. a. Plazmida poate, ca şi fagul, să se insereze
în cromozomul bacteriei şi să se separe de el. Asemenea fagului
ea lasă uneori în cromozom una sau câteva gene proprii şi
la plecare duce cu ea gene ale gazdei. În aceste cazuri
proprietăţile ereditare atât ale celulei, cât şi
ale plazmidei se pot modifica în mod simţitor.
S-a stabilit că un tip aparte de plazmide, numite plazmide F (prima
literă a cuvântului englez «fertilitate»), reconstituie la bacterii
un proces asemănător celui sexual.
Bacteria purtătoare a plazmidei F obţine însuşiri ale
donatorului - ale organismului masculin. Pe suprafaţa acestei celule se
formează vilozităţi fine. Când se
întâlneşte cu bacteria feminină care nu conţine
plazmida F (ea e numită recipient), bacteria masculină «se
căsătoreşte» cu ea, se conjugă, unindu-se cu ajutorul
vilozităţilor tubulare. Pe această punte prin canalul de
vilozităţi acoperit se transmite plazmida F şi celelalte
plazmide din celula donatorului în celula feminină.
Dacă plazmida F s-a încorporat în componenţa cromozomului
celulei, lucrările se vor desfăşura altfel. Plazmida
provoacă ruptura uneia din cele două catene de ADN ale donatorului,
după care capătul liber al filamentului cu o singură catenă
se transmite prin canalul vilozităţii bacteriei feminine, unde pe
acest filament se sintetizează îndată catena lui
complimentară. Plazmida F parcă împinge din spate segmentul ADN
al donatorului spre celula feminină. Astfel cu ajutorul plazmidei F
cromozomul donatorului sau o parte a lui se transmite celulei recipientului.
Ultima capătă caractere noi, care nu-i sunt proprii dar care sunt
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65
| 
