Современная генетика
оnainte de toate cu gravele boli infec?ioase, provocate de ei. Pu?ini оns?
cunosc activitatea cu adev?rat fantastic? a acestora, participarea extrem
de activ? a bacteriilor la procesul de formare a scoar?ei p?mвntului, la
formarea sedimentar?, z?c?mintelor de petrol, c?rbune, metale ?i a
celorlalte minerale utile
Pe uscat activitatea biologic? a bacteriilor a pus temeliile regnului
vegetal, inclusiv bazele agriculturii - solul roditor. Savan?ii consider?
c? solul este un laborator microbiologic al naturii.
Plantele agricole absorb din sol anual peste 110 mln tone de azot. Odat?
cu sporirea recoltei cre?te ?i consumul de azot de c?tre plante. Oamenii оi
restituie solului оn form? de оngr???minte minerale numai jum?tate din
azotul absorbit de plante, de aceea, dac? n-ar exista microorganizmele care
asimileaz? azotul din aer, lanurile ar fi de mult sec?tuite
Un mare aport оn fondul «azotului biologic» оl aduc оn primul rвnd
bacteriile care tr?iesc оn nodozitd?ile de pe r?d?cinile plantelor
leguminoase. Tocmai ele fixeaz? azotul liber ?i оl transmit plantelor. Cele
mai bune culturi de bacterii radicicole sunt utilizate la prepararea
nitraginei - оngr???mвnt bacterial care este introdus оn sol оmpreun? cu
semin?ele leguminoaselor pentru a intensifica fixarea azotului din
atmosfer?.
La fabricile industriei microbiologice bacteriile ?i drojdiile se
utilizeaz? cu succes la fabricarea unui produs nutritiv de valoare - a
concentratului de protein?-vitamin?. Savan?ii se st?ruie cu insisten?? s?
creasc? prin metodele ingineriei genetice ni?te microbi оn stare s?
«m?nвnce» petrolul ?i consider? aceste organisme drept prieteni, nu
du?mani, deoarece ele vor ajuta la purificarea suprafe?ei m?rilor ?i
oceanelor de petrolul care ar nimeri оn ele оn cazurile de avariere a
petrolierelor. Academicianul A. A. Im?ene?chii consider?, pe bun? dreptate,
c? оmp?r?irea microbilor оn microbi d?un?tori ?i microbi utili, оn microbi
buni ?i microbi r?i este foarte conven?ional? ?i nu totdeauna just?. F?r?
activitatea gigantic? a acestor sanitari, inaccesibili ochiului nostru, apa
?i p?mвntul demult ar fi acoperi?i cu resturi de plante ?i cadavre ale
animalelor ?i pe?tilor.
Оn lumea microbilor au fost descoperite fenomene noi, cu totul
nea?teptate, cu adev?rat «minunate» S-a constatat, bun?oar?, c? bacteriile
elimin? оn mediu ambiant ?i asimileaz? din el unele gene ?i chiar blocuri
оntregi de gene sub form? de fragmente de ADN. A?a se realizeaz? metoda de
schimb de informa?ie ereditar? оntre microorganismele necunoscute оnainte
?i оntre cele ce apar?in speciilor оndep?rtate.
Majoritatea covвr?itoare a microorganismelor descoperite pвn? оn prezent
ne sunt prietine, оn anumite condi?ii ele pot fi utilizate cu eficacitate
оn interesele omului. Important este s? fie utilizate «la maximum» formele
de microorganisme produc?toare de protein? ?i de substan?e cu activitate
biologic? atвt de necesare pentru medicin?, agricultur?, diferite ramuri
ale industriei, precum ?i de microorganisme capabile s? extrag? metale
neferoase, nobile ?i rare, s? distrug? resturile de pesticide, de?eurile
materialelor sintetice care polueaz? mediul ambiant.
Оn anii r?zboiului al doilea mondial frontul ?i spatele frontului aveau
nevoie de substan?e medicamentoase antimicrobiene de mare eficien??.
Medicii ?tiau c? оnc? оn anul 1929 microbiologul englez A. Fleming a
descoperit c? ciuperca de mucegai, penicilium, secret? ni?te substan?e
nimicitoare pentru bacterii ?i care nu sunt d?un?toare pentru celulele
omului ?i animalelor. Оn anul 1941 savan?ii de la Universitatea din Oxford
(SUA) au creat pe baza acestor date primul preparat antibiotic penicilina,
despre оnsu?irile lui t?m?duitoare circulau legende.
Microbiologii din fosta URSS n-au avut la dispozi?ie o tulpin? (o
cultur?) asem?n?toare de ciuperc? de mucegai care s? produc? penicilina. S-
au оnceput c?ut?ri оndelungate ?i dificile pentru a g?si un produc?tor
propriu 3. Ermoleva ?i T. Balezina, colaboratoare la Institutul unional de
medicin? experimental?, controlau pe rвnd activitatea biologic? a
diferitelor probe de ciuperc? de mucegai ?i numai una dintr-o sut? de probe
- penicilium crustozum s-a dovedit a fi potrivit?. Ea a devenit
«produc?torul» preparatului de penicilin?.
Оn anul 1944 dintr-o alt? cuperc?-actinomicet? a fost separat?
streptomicina. Acest antibiotic a devenit pentru mult timp substan?a
medicamentoas? fundamental? contra multor boli: tuberculoz?, pest?,
tularemie, bruceloz? ?. a. Оn multe ??ri au fost organizate lucr?rile оn
vederea c?ut?rii de noi specii de actinomicete, produc?toare de
antibiotice. Dac? pвn? la descrierea streptomicinei microbiologii cuno?teau
35 de specii de actinomicete, оn prezent se cunosc sute de acestea.
Astfel pe parcursul studierii resurselor inepuizabile ale
microorganismelor s?lbatice (naturale), microbiologii asemeni geologilor,
care efectueaz? lucr?rile de explorare a minereurilor utile, caut? ?i
g?sesc mereu noi specii ?i tulpini de bacterii, ciuperci, virusuri cu
caractere ?i оnsu?iri utile, descoper? capacit??ile ?i «talentele» lor.
Dintre aceste ciuperci fac parte ?i ni?te organisme monocelulare enigmatice
- drojdiile.
La multe fabrici de drojdii furajere sunt instalate aparate ce produc 28-
30 tone de mas? biologic? uscat? pe zi. O ton? de drojdii con?ine
aproximativ 500 kg de protein? digerabil?. Prin urmare, оn fiecare dintre
aceste aparate (fermentiere) se formeaz? оntr-o zi aproape 15 tone, iar
оntr-un an 4-5 mii tone de protein? digerabil? de оnalt? calitate. Este
mulg sau pu?in?
Un fermentier este egal ca productivitate cu aproximativ 4-5 complexe de
cre?tere a porcilor a cвte 100 mii de porci fiecare. Aceste cifre
demonstreaz? conving?tor ce prezint? sinteza microbian?, cвt de mare este
intensitatea ?i productivitatea ei.
E de la sine оn?eles c? drojdiile nu au calit??ile c?rnii de vit? sau ale
celei de porc. Din ele nu se pot prepara biftecuri. Dar nutre?urile оn care
se adaug? drojdii ?i alte substan?e microbiologice - vitamine, fermen?i,
aminoacizi - fac minuni. Animalele tinere devin mai s?n?toase, mai
puternice, cresc ?i se dezvolt? mai repede, spore?te prolificitatea
femelelor, se ridic? sporul оn greutate, iar termenele de оngr??are se
reduc. Proteina ce se con?ine оn drojdii este doar mai bine echilibrat? din
punct de vedere al componen?ei aminoacizilor (lizin?, metionin?, triptofan,
treanin?) indispensabili, decвt proteinele cerealierelor. Drojdiile de
nutre?, fiind un concentrat natural de protein?, vitamine ?i alte substan?e
biologice active, оntrec dup? valoarea lor biologic? cu mult boabele de
graminee. Se ?tie, c? dac? la un kilogram de gr?un?e de grвu se adaug?
numai patru grame de lizin?, 1,5 grame de treanin?, proteina acestei pвini,
conform valorii biologice, aproape nu se va deosebi de cazein? - proteina
principal? a laptelui.
Se mai ?tie c? animalele pot utiliza cu eficacitate numai o parte de
protein? din nutre? care este propor?ional? cu partea cea mai deficitar? a
aminoacidului indispensabil. De aceea dac? cel mai valoros component al
boabelor furajere - proteina - nu este echilibrat? dup? lizin?, organismul
animalelor o cheltuie?te nu pentru formarea de carne, lapte, ou? ?. a., ci
оn calitate de combustibil - pentru necesit??ile energetice, lucru ce nu
este deloc convenabil. Acela?i lucru se оntвmpl? dac? cerealele furajere
con?in o cantitate insuficient? de al?i aminoacizi - triptofan ?i treonin?.
Drojdiile оntrec mult dup? calit??ile lor nutritive toate celelalte
plante superioare. De aceea ele au g?sit o utilizare larg? оn calitate de
adaos furajer. Ele «se hr?nesc» cu pl?cere cu hidrocarburi de petrol,
purificвnd mediul ambiant de ace?ti poluan?i. Lista «bunelor servicii» ale
lumii fiin?elor invizibile poate fi continuat? la infinit. Industria de
producere a acestor celule vii are ca scop tocmai transformarea microbilor
оn produc?tori cu profil larg, mai ales ?inвndu-se cont de viteza cu care
ele fabric? produsele. Vom aduce aici urm?toarea compara?ie a lui B.
Neiman: dac? s-ar ini?ia o competi?ie - cine va putea da mai mult?
produc?ie, de exemplu de cea mai valoroas? protein?, comunitatea celulelor
microbiene mici la infinit ?i-ar dovedi cu siguran?? superioritatea fa?? de
un taur.
Aducem calculul lui B. Neiman: taurul cu o greutate vie de 300 kg dup? o
zi de оngr??are intens? spore?te оn greutate cu 1,1-1,2 kg, inclusiv cu 20
grame de protein?. 300 kg de celule de drojdii timp de o zi dau un spor de
25-30 mii kg de mas? biologic?, care con?ine II-13 mii kg ^ protein?
digerabil?.
A?a dar, drojdiile acumuleaz? proteina de 100 mii de ori mai repede decвt
organismul unui taur! Iar bacteriile acumuleaz? masa biologic? ?i proteina
оnc? mai repede decвt drojdiile. Dup? componen?a lor chimic? ?i structural?
aminoacizii bacteriilor, drojdiilor, plantelor superioare ?i animalelor
sunt absolut identice. De aceea insuficien?a de lizin?, bun?oar? din
furajul animalelor sau din hrana omului, poate fi compensat? cu lizina
bacteriilor sau drojdiilor. ,
?tiin?a contemporan? a pus оn fa?a industriei de producere a celulelor
vii, a microbiologiei industriale, care оn strвns? alian?? cu industria
biochimic? ?i ingineria genic? formeaz? esen?a noii orient?ri, numit?
biotehnologie - sarcini complicate, de mare r?spundere.
S? examin?m acum оn mod separat unele aspecte ale biotehnologiei.
11.2 Ingineria genic? оn natur?: transforma?ia, transduc?ia ?i conjugarea
la bacterii
Pentru a оn?elege de ce microbii au ocupat un loc atвt de important оn
ingineria genic?, trebuie s? ne familiariz?m m?car оn mod sumar cu metodele
uimitoare ale schimbului de informa?ie genetic?, ce le ofer? natura.
Celula bacterian? se оnmul?e?te prin diviziune simpl?, dup? care dintr-o
celul? se formeaz? dou?, ?i fiecare din ele con?ine cвte un analog propriu
al nucleului - nucleoidul cu ADN. De aceea celula matern?, оnainte de a se
diviza, trebuie s? aib? dou? genome absolut identice, cu alte cuvinte, dou?
molecule de ADN pentru a transmite una din ele celulei-fiice, iar pe
cealalt? pentru a o p?stra pentru ea. Оnainte de diviziune celula matern?
оncepe s? sintetizeze o copie exact? a ADN-ului s?u. Deoarece procesul
оnmul?irii se produce f?r? participarea organismului masculin, celula-fiic?
poate mo?teni numai genele mamei - supersolitare. Ambele celule noi vor
avea garnitura de gene absolut identice.
Va fi bine dac? a?a va continua din genera?ie оn genera?ie? Din cauza
lipsei unor combina?ii ereditare noi selec?ia natural? ar fi r?mas
«?omer?», ?i evolu?ia n-ar fi avut nici o ?ans? de reu?it?.
Pentru a оnfrunta aceste piedici, natura a inventat multe metode, uneori
uimitor de simple, alteori cu adev?rat fantastice.
Оn primul rвnd, trebuie s? ne oprim asupra muta?iilor, adic? a
modific?rilor оn gene, mo?tenite de celulele-fiice. Despre ele am mai
pomenit. Dar probabilitatea muta?iilor este foarte mic?. Afar? de aceasta,
majoritatea lor covвr?itoare poate provoca apari?ia unor caractere ?i
оnsu?iri inutile sau d?un?toare, descenden?a purt?toare de aceste muta?ii
va fi rebutat? pe parcursul selec?iei naturale. Tocmai aici va apare o alt?
descoperire - recombinarea - un mijloc de schimb de informa?ie genetic? оn
lumea fiin?elor invizibile.
Ca exemplu al acestui fapt serve?te capacitatea uimitoare a bacteriilor
de a absorbi din mediul ambiant gene str?ine ?i de a degaja gene proprii.
Acest fenomen se nume?te transformare. Despre el am men?ionat оn leg?tur?
cu studierea naturii factorului care оl provoac?.
Transformarea este larg r?spвndit? printre procario?i оn condi?ii
naturale. Ea se produce ?i оn celulele animalelor.
Cum se produce ea оn cazul transform?rii schimbului de material genetic?
Оn ciclul de dezvoltare a bacteriilor apare periodic o stare specific?,
cвnd peretele celulei devine penetrabil pentru ADN. Celula care se afl? оn
aceast? stare se nume?te celul? competent?, ea poate absorbi din mediul
ambiant o mare cantitate de ADN str?in. Оn acest scop la оnceput ea secret?
o protein? special?, care se fixeaz? de acest ADN, dup? care ADN-ul str?in
este absorbit de celul? asemeni unei frвnghii, care este tras? de un cap?t
al ei.
Ce se оntвmpl? cu ADN-ul absorbit? Aproape jum?tate din el se scindeaz?,
iar partea r?mas? este utilizat? ca surs? pentru noua informa?ie genetic?.
La оnceput sistemele fermentative ale celulei desfac spirala dubl? a ADN-
ului, apoi o descheie ca pe un fermoar ?i taie оn fragmente filamentele de
transmisie ob?inute. Dup? aceasta pe fiecare fragment care con?ine o gen?
«str?in?» se construie?te ca pe o matri?? a doua caten? ?i sectorul
spiralei duble construit astfel se оncorporeaz? оn ADN-ul propriu al
celulei (fig. 24).
La bacterii, spre deosebire de eucario?i, schimbul de blocurile gata de
ADN este posibil nu numai оntre organismele de aceea?i specie, dar ?i оntre
cele de diferite specii, genuri ?i chiar familii, ceea ce conduce la
modific?ri оn salturi a propriet??ilor ereditare.
Cercetarea multilateral? a procesului natural de transformare la bacterii
a deschis calea spre dirijarea eredit??ii microorganismelor, spre ingineria
genetic? ?i biotehnologia modern?.
Transformarea determin? schimbul direct, nemijlocit de blocuri de ADN
оntre bacterii. Dar, dup? 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 (virulen?i) care, p?trunzвnd
оn celul? ?i оnmul?indu-se rapid, o devoreaz?, o distrug, o dizolv? ?i,
dup? ce ies din ea, se n?pustesc asupra celorlalte celule. Ace?tia sunt
fagi pa?nici, a?a-zi?ii fagi modera?i.
Dup? ce au p?trunse оn celul?, ADN-ul ?i ARN-ul lor se insereaz? оn
cromozomul bacteriei-gazde ?i se transform? оn profag. Fagul inserat оn
genomul bacteriei (sau care i s-a aliniat) se оnmul?e?te оmpreun? cu el, se
transmite celulelor-fiice ?i se r?spвnde?te оn felul acesta оn popula?ie.
El nu-?i pierde оns? «esen?a sa de lup». Dac? aceste celule nimeresc оn
condi?ii nefavorabile, fagul о?i leap?d? «blana de oaie» ?i distruge celula
ce l-a ad?postit. Separвndu-se de genomul celulei, fagul ia cu dвnsul o
parte din genele acestuia. Fagul moderat, molipsind o alt? celul? ?i
inserвndu-se оn ADN-ul ei, aduce aici atвt genele sale, cвt ?i pe cele
«furate» de la fosta gazd?, modificвnd ereditatea celulei noi. Acest proces
se nume?te transduc?ie (fig. 25).
Cunoscutul geneticiian S. Alihanean a men?ionat c? genele donorului
transdus (adic? transportate de fag) joac? rolul de «pasageri», iar fagul -
de «birjar».
Lipsa la bacterii a оnmul?irii sexuale, caracteristice pentru eucario?i,
p?rea c? trebuie s? complice recombinarea genelor ?i a genomilor, prin
urmare ?i evolu?ia lor. Dar descoperirea la bacterii a factorilor
acromozomici - a plazmidelor, a introdus оn aceste no?iuni rectific?ri
serioase.
Savan?ii au constatat c? plazmidele sunt independente de ADN-ul celulei
?i se pot оnmul?i independent, pot produce propriile copii. Plazmidele
poart? gene care atribuie bacteriilor unul sau cвteva caractere, de exemplu
rezisten?? fa?? de preparatele medicamentoase, capacitatea de a sintetiza
substan?e active biologice ?. a. Plazmida poate, ca ?i fagul, s? se
insereze оn cromozomul bacteriei ?i s? se separe de el. Asemenea fagului ea
las? uneori оn cromozom una sau cвteva gene proprii ?i la plecare duce cu
ea gene ale gazdei. Оn aceste cazuri propriet??ile ereditare atвt ale
celulei, cвt ?i ale plazmidei se pot modifica оn mod sim?itor.
S-a stabilit c? un tip aparte de plazmide, numite plazmide F (prima
liter? a cuvвntului englez «fertilitate»), reconstituie la bacterii un
proces asem?n?tor celui sexual.
Bacteria purt?toare a plazmidei F ob?ine оnsu?iri ale donatorului - ale
organismului masculin. Pe suprafa?a acestei celule se formeaz? vilozit??i
fine. Cвnd se оntвlne?te cu bacteria feminin? care nu con?ine plazmida F
(ea e numit? recipient), bacteria masculin? «se c?s?tore?te» cu ea, se
conjug?, unindu-se cu ajutorul vilozit??ilor tubulare. Pe aceast? punte
prin canalul de vilozit??i acoperit se transmite plazmida F ?i celelalte
plazmide din celula donatorului оn celula feminin?.
Dac? plazmida F s-a оncorporat оn componen?a cromozomului celulei,
lucr?rile se vor desf??ura altfel. Plazmida provoac? ruptura uneia din
cele dou? catene de ADN ale donatorului, dup? care cap?tul liber al
filamentului cu o singur? caten? se transmite prin canalul vilozit??ii
bacteriei feminine, unde pe acest filament se sintetizeaz? оndat? catena
lui complimentar?. Plazmida F parc? оmpinge din spate segmentul ADN al
donatorului spre celula feminin?. Astfel cu ajutorul plazmidei F cromozomul
donatorului sau o parte a lui se transmite celulei recipientului. Ultima
cap?t? caractere noi, care nu-i sunt proprii dar care sunt caracteristice
pentru donator. Astfel se produce amestecul caracterelor ereditare a dou?
celeule diferite. Nu este oare acesta un adev?rat proces sexual? (fig. 26)
Plazmida F, dup? ce a p?truns оn celul?, produce curвnd descenden?a sa.
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
|