caracteristice pentru donator. Astfel se produce amestecul caracterelor
ereditare a două celeule diferite. Nu este oare acesta un adevărat
proces sexual? (fig. 26)
Plazmida F, după ce a pătruns în celulă, produce
curând descendenţa sa. Celula feminină, devenind
stăpână a acestei plazmide, ce transformă imediat
în donator şi, venind în contact cu alte celule feminine, le
transmite factorul F şi celorlalte plazmide, de exemplu plazmida R.
Plazmida R (R-prima literă a cuvântului «rezistent») transmite
bacteriilor imunitatea pentru antibiotice şi pentru preparate
medicamentoase. Răspândirea fulgerătoare a acestor plazmide
prezintă un mare pericol, căci chiar cele mai eficiente mijloace de
combatere a bolii infecţioase devin inactive. În asemenea cazuri
trebuie schimbat de urgenţă medicamentul.
Interesant este că în condiţii naturale plazmidele R se
întâlnesc mai des la bacteriile patogene, contra cărora
medicii duc o luptă permanentă. Prin urmare, utilizarea largă a
antibioticelor contribuie la selectarea unor bacterii, ce conţin plazmida
R, rezistente la aceste antibiiotice.
Bacteriile manifestă caractere de mare valoare în lupta pentru
existenţă în condiţii extremale. Oare nu este aceasta o
adevărată inginerie genică, care are loc în natură?
Toate aceste unelte şi subterfugii fine, elaborate de lumea microbilor pe
parcursul luptei crâncene pentru existenţă, trebuie
însuşite pentru a-i sili pe muncitorii microlumii să
acţioneze spre binele omenirii.
11.3 Ameliorarea microorganismelor
Separarea din natură a unor noi tulpini de microorganisme prezintă
doar prima etapă a muncii de selecţionare. Sarcina ulterioară
constă în ridicarea gradului de calificare a acestor microbi.
Savanţii caută să înţeleagă nu numai tehnologia
proceselor de sinteză şi de metabolism din celulele microbiene, dar
şi să descopere posibilităţile de ameliorare, de
perfecţionare, de modificare a eredităţii cu ajutorul acestei
tehnologii.
În prezent industria microbiologică utilizează mii de tulpini
ale multor sute de specii. Ele au fost izolate de sursele naturale şi
ameliorate prin intermediul mutagenezei induse şi selecţiei
ulterioare a caracterelor utile. Pentru antrenarea potenţialului genetic
al unui număr tot mai mare de microorganisme, la construirea tulpinilor
industriale sunt utilizate atât microorganismele «de model», cât
şi tulpinile folosite în industria microbiologică.
În calitate de model de bază se utilizează cunoscutul bacil
coli, mulţumită căruia biologia moleculară modernă
a atins nişte culmi nemaivăzute; de el ţin şi primele
succese importante în domeniul biotehnologiei şi ingineriei genice.
Există tulpini de bacili coli producători de hormoni
(somatostatină, somatotropină, insulină ş. a.), de
aminoacizi (treonină, prolină, homoserină ş. a.), de
diferiţi interferoni ş. a.
Printre tulpinile utilizate în industria microbiologică
menţionăm în primul rând drojdiile, bacilii, ciupercile
inferioare, actinomicetele ş. a. Ele toate produc substanţe variate
de mare valoare biologică. Menţionăm că în prezent
70% din antibiotice se produc numai cu ajutorul actinomicetelor. Este cea mai
mare subramură a industriei microbiologice mondiale, care aduce un venit
anual de 8-9 miliarde de dolari.
Bacteriile de genul pseudomonas conţin plazmide purtătoare ale
genelor degradării biologice a compuşilor organici, inclusiv a
acelora care nu se întâlnesc în natură (de exemplu,
pesticidele), fapt ce deschide mari perspective în utilizarea lor pentru
protecţia mediului ambiant.
Selectarea tulpinilor de microorganisme cu înaltă productivitate a
obţinut în unele decenii mari succese pe baza realizărilor
multor ştiinţe. Geneticiienii şi selecţionatorii,
utilizând pentru provocarea mutaţiilor mutagenele chimice şi
radiaţiile ionizate, au obţinut noi tulpini care întrec ca
productivitate de 100 şi chiar de mai multe ori formele iniţiale.
Dacă penicilina a devenit în prezent accesibilă fiecăruia,
aceasta se explică, în primul rând, prin faptul că
selecţionatorii au crescut o cultură de microorganisme cu o
capacitate de 20-25 mii de unităţi la un mililitru cub de mediu,
în loc de 100 de unităţi, obţinute la tulpinile
iniţiale. Conform opiniei lui S. Alihanean, aceasta înseamnă
că în loc de 200 de fabrici de penicilină este destul să
avem doar una singură.
Prin metoda conjugării la pseudomonade a fost realizată cu succes
transferarea genelor şi construită o tulpină ce are drept
sursă de carbon unul din cei doi componenţi ai «substanţei de
oranj» - un defoliant toxic pentru oameni, folosit pe larg de SUA în
războiul din Vietnam. Aducem încă un exemplu despre
geneticiienii şi selecţionatorii care în colaborare cu
inginerii genici «domesticesc» microbii şi crează pentru industrie
noi tulpini cu caractere proiectate. Este vorba despre crearea de către
savanţii Institutului de cercetări ştiinţifice în
domeniul geneticiii şi selecţiei microorganismelor industriale
(IUCŞ) a unei tulpini noi de bacterii producătoare de treonină.
Treonina, la fel ca şi lizina, este necesară pentru
îmbogăţirea nutreţurilor şi produselor alimentare.
Aminoacizii lizina, metionina, treonina şi izoleucina, în ordinea
în care sunt prezentate aici, sunt sintetizate de bacterii din acid
asparagic. Aici se respectă ordinea următoare: ca să oprim
sinteza, de exemplu, la etapa de lizină, trebuie să închidem
drumul pentru transformările continue ale acidului asparagic în
metionină, treonină şi izoleucină. Şi atunci în
bacterie începe suprasinteza, adică producerea accelerată a
lizinei. Iar dacă este nevoie de reducerea intensă a treoninei,
trebuie blocată transformarea ei continuă în izoleucină.
Specialiştii IUCŞ în domeniul geneticiii microorganismelor,
în frunte cu directorul său V. Debabov, au ales pentru efectuarea
cercetărilor lor colibacilul de care ţin multe din succesele
obţinute în ingineria genetică. Sectorul ADN al acestei
bacterii, responsabil pentru sinteza treoninei (acest sector poartă numele
de operon), este compus din trei gene şi din regiunea reglatoare
care le dirijează. Acest operon codifică formarea a patru
fermenţi care transformă succesiv acidul asparagic în
treonină, iar apoi în izoleucină.
Cu preţul unor mari eforturi savanţii au reuşit să provoace
mutaţii ale genelor operonului, datorită cărora celulele mutante
au încetat a sintetiza izoleucina, acumulând astfel mai multă
treonină.
Dar şi aceste celule sintetizau foarte puţină treonină.
Atunci în ele a fost inserat cu ajutorul fagului o genă
specială, al cărei produs activiza, la rândul său, munca
genelor responsabile pentru sintetizarea treoninei. După efectuarea
acestei operaţii celulele colibacilului au început să elaboreze
câte 2-3 grame de treonină la un litru de lichid cultural.
Începutul promitea multe, cu toate că pentru a fi bună pentru
producţia industrială tulpina trebuia să producă cel
puţin de 10--15 ori mai mult aminoacid de acest fel.
Ce se putea face? Şi aici specialiştii şi-au concentrat
atenţia asupra uneia din particularităţile foarte importante ale
plazmidelor, care, pătrunzând în bacterie, începe
să se reproducă repede şi formează, de obicei, 15-20 de
copii. Dacă însă în mediul cultural se introduce şi
cloramfenicolul, în celulă se opreşte sintetizarea proteinei
şi sporeşte brusc numărul de copii ale plazmidei. Uneori ele
ating cifra de 3000. Tocmai acest fapt le-a sugerat savanţilor cum să
procedeze în acest caz.
Iniţial, cu ajutorul fermenţilor respectivi, ei au tăiat din
cromozomul tulpinii de bacterie obţinute înainte un fragment de ADN,
care conţinea un operon de tulpină cu toate cele trei gene ale sale
şi cu sectorul de reglare. După aceasta, în laboratorul de
inginerie genică, operonul a fost inserat într-o plazmidă, iar
ea - într-o altă bacterie de aceeaşi tulpină. Plazmida
hibridă s-a înmulţit acolo şi a intensificat sinteza
treoninei. În 48 de ore de fermentare această nouă
tulpină sintetiza aproape 20 grame de treonină la un litru de lichid
cultural, iar când au fost ameliorate condiţiile de cultivare a
tulpinii, în 30 de ore au început să se acumuleze aproape 30
de grame de treonină.
Astfel a fost creată pentru întâia oară în lume o
tulpină industrială de microorganisme, care sintetizează
treonina, unul din aminoacizii cei mai importanţi pentru creşterea
animalelor. Pentru întâia oară în lume această
tulpină a fost obţinută printr-o metodă de construire a
ingineriei genice numai în trei ani; separarea unor noi tulpini prin
metodele tradiţionale de selectare dura zeci de ani.
11.4 Industria ADN şi biotehnologia
Pe parcursul ultimilor ani ia naştere o nouă ramură, absolut
nouă, de producţie materială - biotehnologia, care
utilizează procesele şi sistemele biologice pentru a obţine cele
mai diverse produse.
Oamenii au însuşit unele metode biotehnologice încă din
timpurile străvechi. Şi procesele de fermentaţie care permit
obţinerea produselor acidolactice, pâinii, oţetului ş. a.
fac parte din domeniul biotehnologiei.
În ultimele două-trei decenii, datorită schimbărilor
radicale ce s-au produs în ştiinţa biologică, s-a ridicat
la un nivel calitativ nou şi biotehnologia. Datorită acestor
realizări omul poate azi nu numai să folosească microorganismele
«gata», dar şi să modifice programul genetic al celulelor lor,
să le imprime caractere cu totul noi: tocmai în aceasta din
urmă constă sarcina ingineriei genetice moderne.
Datorită dezvoltării biologiei moleculare şi ingineriei genice,
biotehnologia a devenit o metodă universală de obţinere în
orice proporţii a celor mai diverse substanţe organice,
permiţându-ne să renunţăm la procesele tehnologiei
chimice care-s voluminoase şi deseori puţin eficace.
Savanţii şi-au concentrat atenţia în primul rând
asupra problemelor de sinteză a hormonilor, care, alături de
vitamine, servesc drept reglori de mare importanţă ai metabolizmului
şi ai multor procese fiziologice din organismul omului şi animalelor.
Moleculele hormonilor au dimensiuni mici. Structura multor dintre ele a fost
studiată detaliat, dar sinteza lor chimică s-a dovedit a fi prea
dificilă şi scumpă. Deaceea savanţii au ales în acest
scop o altă cale: sintetizarea prin metodă chimică nu a
proteinei-hormon, ci a unei gene incomparabil mai simple care codifică
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
|