Селекция и скрининг микроорганизмов

Реферат по биологии, 11 класс.

Автор: Ярослав Д, 11 класс, Редькинская школа.


Скрининг (в микробиологии) — метод, используемый для выборочного выделения целевых видов микробов из огромного сообщества микробов.

Скрининг микроорганизмов на производство полезных продуктов является важным аспектом биотехнологии. Хотя достижения в области генетики и физиологии микроорганизмов также оказывают огромное влияние, программы скрининга основаны главным образом на так называемых классических методах обогащения и мутагенеза. 

Одной из областей, которая нуждается в дальнейшем активном развитии, является расширение знаний в области физиологии микроорганизмов. Недавние исследования показывают, что лидеры отрасли считают подготовку физиологов микробов ограничивающим фактором в развитии биотехнологии в предстоящем десятилетии. Это очень сложная область изучения, где не хватает специалистов. Самым большим препятствием для разработки новых методов скрининга является банальное отсутствие программ, специально направленных на разработку новых методов. В этом отношении японцы являются исключением; они доказали, что создание новых программ стоит затрат и усилий. Они — несомненно мировые лидеры в развитии методов скрининга и, следовательно, открытий новых продуктов. 

Изоляция микроорганизмов и постановка их в экстремальные условия имеет огромные перспективы в двух направлениях. Такие организмы служат моделями для понимания структуры и функций, которые облегчат генетическую манипуляцию организмами и повысят нашу способность проектировать новые ферменты. Такие достижения позволят в будущем оказывать большое влияние на программы и методы скрининга. 

Земля содержит огромное количество разнообразных и уникальных сред, от природных крайностей, таких как высокогорные пустыни и термальные источники, до техногенных сред, таких как промышленные отходы очистных сооружений, из которых, с помощью соответствующих методов и методик, мы можем изолировать и оценить новые потенциальные продукты.

Теоретический выбор микробной группы, наиболее подходящей для конкретной среды, т. е. процесс проектирования среды, является первым этапом отбора. Этот выбор используется для спецификации условий, наиболее подходящих для эксперимента.

Микробиологические методы, которые используются для отбора необходимых микроорганизмов, следующие:

  • отбор и изоляция чистой культуры,
  • отбор культур для обогащения,
  • выбор искусственной экосистемы.

Выделение чистой культуры (штамма микроорганизма), как правило, осуществляется разведением микробной суспензии в чашке Петри с полутвёрдой средой для производства 10-50 колоний после нескольких дней. Клетки одной колонии отбираются для следующего раунда эксперимента на полутвёрдой или жидкой среде. 


Вместо изоляции на полужидкой среде могут использоваться и другие методы, например, механическое разделение больших микробных клеток; сортировка клеток или микробов с иммобилизованной ячейкой с помощью сортировщика потока; магнитные манипуляции; хромотография клетки.

Чистая культура может быть объектом мониторинга процесса экологического инжиниринга.

Микробное сообщество с одним или несколькими доминирующими штаммами, которые накапливаются в системе культивирования за счёт предпочтительных условий (селекционного давления), и растят определённый штамм. 

Культивирование используется для выделения микроорганизмов, способных к определённым метаболическим преобразованиям. 

Селективные условия (селекционное давление) для производства культур обогащения учитывает и определяет:

  • источник энергии,
  • источник углерода,
  • источники азота и фосфора,
  • температуру,
  • водородный показатель,
  • концентрацию тяжёлых металлов,
  • наличие специфического антибиотика в среде,
  • концентрацию растворённого кислорода,
  • осмотическое давление среды,
  • спектр и интенсивность света.

Механизмы отбора культуры обогащения заключаются в следующем:

  • более быстрый или более эффективный рост одного или нескольких штаммов (положительный рост)
  • более быстрые или более эффективные биохимические функции одного или нескольких штаммов (положительный метаболический выбор)
  • более медленный или менее эффективный рост одного или нескольких штаммов (отрицательный рост)
  • медленные или менее эффективные биохимические функции (негативные метаболические выборы)
  • лучшая выживаемость при вредных условиях (положительная автоселекция, связанная с выживанием)
  • более слабое сопротивление к некоторым факторам окружающей среды (отрицательное выживание, ауто-отбор)
  • более сильное или специфическое прилипание клеток к поверхности (положительной или отрицательной клетке — это ауто-отбор, связанный с присоединением).

Устойчивость к тяжёлым металлам, антибиотикам, окислителям и органическим растворителям, таким как этанол или бутанол, можно использовать для выбора инженерных микроорганизмов со специфическими свойствами, важных для хозяйства.


Источники:

  1. Techniques for selection of industrially important microorganisms. Steele D B, Stowers M D.
  2. Techniques for Selection of Industrially Important Microorganisms. Annual Review of Microbiology.
  3. Principles of Fermentation Technology:(2nd edition, by Peter F. Stanbury, Allan Whitaker and Stephen J. Hall, Butterworth-Heinemann, Animprint of Elsevier Science.)
  4. Industrial Microbiology: (By Casida L. E.New Age international (P) ltd publications)
  5. A Text Book of Industrial Microbiology:(2ndedition By Wulf Crueger & Anneliese Crueger)
  6. Biotechnology:Food Fermentation Microbiology, Biochemistry & Technology Vol. 1 & 2:(By V.K. Joshi & Ashok Pandey)
  7. Википедия, открытая энциклопедия.