Гибридизация микроорганизмов

Наиболее простой способ создания организмов с желаемым комплексом генетически обусловленных признаков – это скрещивание организмов, принадлежащих к противоположным половым типам. Однако до недавнего времени гибридизация как метод селекции в микробиологии и биотехнологии применялся чрезвычайно редко, т.к. скрещивание несвойственно миру микроорганизмов и встречается в природе как исключение, а не как закономерный способ размножения.

1. Парасексуальный цикл у грибов. В селекционной работе для гибридизации грибов используют вегетативную гибридизацию: генетический материал двух вегетативных клеток обменивается в результате клеточного слияния – парасексуального цикла. Он состоит из нескольких последовательных этапов. На первом этапе с помощью цитоплазматического мостика происходит соединение двух рядом расположенных гиф мицелия (возможно, принадлежащим к разным штаммам гриба). Через мостик происходит обмен цитоплазматического материала обеих клеток, в том числе и обмен ядрами. Ядра в гетерокарионе сливаются, образуя диплоидное ядро. Диплоидизация иногда приводит к увеличению продуктивности клеток, например, по биосинтезу органических кислот или антибиотиков. В диплоидных клетках очень часто происходит митотическое деление ядра, в результате которого могут возникать как гаплоидные, так и диплоидные рекомбинанты. Следовательно, в результате парасексуальной гибридизации достигается главная цель – образование рекомбинантного гибрида, в геноме которого объединена генетическая информация разных индивидов. Вегетативная гибридизация грибов является естественным процессом и встречается как в природе, так и в микробиологической практике. Этот метод применялся при работе с грибами таких промышленно важных родов как Aspergillus, Penicillium, Cephalosporium, Fusarium. В настоящее время разработаны методы искусственной вегетативной гибридизации, основанные на принудительном слиянии протопластов, а также на ряде приемов клеточной инженерии, позволяющих целенаправленно сливать протопласты даже генетически отделенных клеток и тем самым расширять возможности гибридизации.

2. Конъюгация у бактерий. Кроме гомологичной рекомбинации, в результате которой в хромосомах происходит обмен аналогичными генами, существуют другие формы рекомбинации генов, при которых к геному клетки добавляются новые гены. Такой тип рекомбинации генов осуществляется при помощи плазмид. Во многих случаях плазмиды включают гены, детерминирующие устойчивость клетки к тому или другому антибиотику, способность микроорганизма к образованию токсинов, а также другую наследственную информацию. Плазмида способна интегрироваться с определенной хромосомой хозяина.

Значение метода гибридизации:

- возможность объединения в одном организме (клетке) желаемых свойств двух или более штаммов или видов;

- использование рекомбинантов, отобранных среди второго поколения гибридов, с оригинальными свойствами, нехарактерными родительским клеткам;

- обогащение генома выращиваемого микроорганизма мутациями, полученными независимо у разных штаммов (это освобождает селекционера от необходимости длительного ступенчатого отбора);

- возможность переноса в клетку микроорганизма генов, нехарактерных для данного вида, а также возможность увеличения численности уже существующих генов, тем самым усиливая те свойства микроорганизма, за которые отвечает данный ген.

В настоящее время селекция микроорганизмов достигла больших успехов, обогатилась достижениями молекулярной биологии. Существует множество высокопродуктивных микроорганизмов, осуществляющих в промышленных условиях биосинтез многих ценных веществ. Однако использование методов генной инженерии значительно расширяет возможности селекции.