Глава 10. генетика микроорганизмов

Способность живых организмов сохранять определен­ные признаки на протяжении многих поколений называется наследственностью.

В процессе изучения наследственности оказалось, что каждое последующее поколение под влиянием различных факторов может приобретать признаки, отличающие их от предыдущих поколений. Это свойство называется измен­чивостью. Таким образом, наследственность и изменчи­вость тесно связаны между собой.

Наука, изучающая наследственность и изменчивость живых организмов, называется генетикой (от греч. genos — рождение).

Еще в XIX веке Ч. Дарвин доказал, что все существу­ющие виды живых организмов произошли путем изменчи­вости от немногих форм, а возникшие изменения, переда­ваемые по наследству, являются основой эволюцион­ного процесса. Теория Дарвина получила высшую оценку у классиков марксизма-ленинизма. Ф. Энгельс рас­сматривал ее как одно из величайших открытий XIX века.

Изучение наследственности и изменчивости у высших организмов связано с большими трудностями из-за боль­шой продолжительности их жизни и немногочисленности потомства.

Удобным объектом для этого изучения являются микроорганизмы, для которых характерен короткий жизненный цикл, быстрое размножение и способность давать многочисленное потомство. Кроме того, они обла­дают выраженной морфологией, которую можно изучать визуально при помощи светового микроскопа. Микроорганизмы биохимически активны, что легко учи­тывать при использовании специальных питательных сред.

Способность микроорганизмов изменять свои свойства при воздействии различных факторов (температура, уль­трафиолетовое и рентгеновское излучение и др.) позволя­ет широко использовать их в качестве модели при изуче­нии наследственности и изменчивости.

Первым объектом генетических исследований была кишечная палочка, которая хорошо культивируется в лабораторных условиях. Важное значение имело также то, что морфологические, культуральные и биохимические свойства этой бактерии хорошо изучены. В дальнейшем объектом генетических исследований стали и другие бак­терии, а также вирусы.

Исследования генетики микроорганизмов показали, что у них роль носителя генетической информации играет ДНК (у некоторых вирусов РНК).

Молекула ДНК в бактериях состоит из двух нитей, каждая из которых спирально закручена относительно другой. При делении клетки нитчатая спираль удваивает­ся—каждая из нитей служит как бы шаблоном или матрицей, на которой строится новая нить.

Рис.52

При этом каждая нить, возникшая в процессе деления клеток, содержит вновь образовавшуюся двунитчатую молекулу ДНК.

В состав ДНК входят четыре азотистых основания — аденин, гуанин, цитозин и тимин, порядок располо­жения в цепи у разных организмов определяет их наслед­ственную информацию, закодированную в ДНК.

Функциональной единицей наследственности является ген, который представляет собой участок нити ДНК. В генах записана вся информация, касающаяся свойств клетки.

Полный набор генов, которым обладает клетка, называется генотипом. Гены подразделяются на структурные, несущие информацию о конкретных белках вырабатываемых клеткой, и гены-регуляторы, регули­рующие работу структурных генов. Например, клетка вырабатывает те белки, которые необходимы ей в данных условиях, однако при изменении условий гены-регуляторы изменяют свойства клетки, приспосабливая их к новым условиям.

Изменения морфологических, культуральных, биохи­мических и других свойств микроорганизмов, возника­ющие под действием внешних факторов, взаимосвяза­ны. Например, изменения морфологических свойств соп­ровождаются обычно изменениями физиологических осо­бенностей клетки.

В процессе изучения изменчивости микроорганизмов была обнаружена особая форма изменчивости — диссоциация. Этот вид изменчивости был описан П. де Крюи и Дж. Аркрайтом и выражается в том, что при посеве некоторых культур на плотные питательные среды происходит разделение колоний на два типа: гладкие, круглые, блестящие колонии с ровными краями — S-форма (от англ. smooth — гладкий), и плоские, непрозрачные колоний неправильной формы, с неровными краями — R ­форма (от англ. rough —шероховатый). Существуют так­же переходные формы: М-формы (слизистые) и g-формы (карликовые).

Колонии, относящиеся к гладкой S-форме, могут при определенных условиях переходить в R-форму и обратно, однако переход R-формы в S-форму происходит труднее.

Диссоциация наблюдается у ряда бактерий, в частности у возбудителей сибирской язвы, чумы и др.