Генная инженерия

Проводятся поиски и  антивирусных антибиотиков. В некоторых  странах разрешено использовать антибиотики медицинского назначения или синтезированные защиты растений в чистом виде или в смеси с фунгицидамы.

Некоторые зарубежные фирмы  уже выпускают препараты антибиотиков специально для защиты растений: бластоцидин, касугимицин, полиоксин, валидамицин и другие. В нашей стране наиболее распространенными антибиотиками являются трихотецин, фитобактериомицин и фитолавин-100. Антибиотики являются продуктами биотехнологии, но все же их трудно признать средствами биометоду защиты растений. Принципиально они не отличаются от обычных фунгицидив и бактериоцидив химической природы, кроме того, что они являются продуктами жизнедеятельности микроорганизмов.

Это обычные органические соединения, но синтезированные не в химическом реакторе, а живой клетки. Антибиотики обладают всеми преимуществами и недостатками химических пестицидов:

1. Антибиотики активны не только против патогенов, но и против всей микрофлоры растения.
2. Антибиотики токсичны для теплокровных животных, в том числе и для человека и плохо влияют на растение. Исключение составляют, например, антибиотики пеницилинового ряда, которые нарушают синтез клеточной стенки бактерий.
3. Применение антибиотиков приводит к отбору микроорганизмов, в том числе и патогенов, устойчивых к их действию. Этот фактор делает нереальным применение большинства антибиотиков в сельском хозяйстве.
4. Стоимость препаратов, изготовленных на основе антибиотиков, выше стоимости препаратов химической природы. Учитывая эти факторы, можно сказать, что применение антибиотиков для защиты растений от болезней не имеет перспективы, если только не будут найдены высокоспецифические соединения, которые избирательно уничтожали патогены, при этом не нанося вреда растениям, животным и полезным микроорганизмам.

Чтобы избежать негативных последствий применения антибиотиков были предприняты попытки использовать микроорганизмы продуценты антибиотиков. Антагонизм характерен для большинства микроорганизмов, находящихся на всех частях растений и внутри тканей растений. Особенно сильное антагонизм проявляется среди почвенных микроорганизмов, где микрофлора весьма разнообразна и плотность микробного населения очень высока. Свойство антагонизма привлекла внимание микробиологов, работающих в области медицины фитопатологии растений, пищевой промышленности. За последние 40 лет исследователями микробиологами сделана огромная работа по выявлению антагонистов, изучению их биологии, взаимоотношений с патогенами и другими микроорганизмами, отношению к растениям и животным. В результате среди грибов, бактерий и большинства актиномицетов обнаружены антагонисты практически до всех патогенных грибов, бактерий, актиномицетов и даже микоплазма. Найденные вирусы фитопатогенных бактерий и актиномицетов, обнаружены паразиты паразитов на разных уровнях организации живого. Таким образом, создан арсенал для развития классического метода биологической защиты растений, предусматривающий использование живых организмов для контроля числа нежелательных (в том числе патогенных) организмов в агроценозах. Американские микробиологи Калифорнийского университета в Беркли обратили внимание на то, что в условиях Калифорнии большинство цитрусовых повреждается слабыми заморозками (0оС) за счет образования кристалликов льда в тканях растений. Более того повреждаются не все растения подряд, а избирательно, устойчивость к заморозкам зависит от сорта и вида растений. Заинтересовавшись этим явлением, группа исследователей под руководством Линдов обнаружила, что за это явление ответственные бактерии, существующие на листьях и в тканях растений. Это бактерии Pseudomonas syringae, которые относятся к большой группе бактерий, вызывающих болезни листьев и побегов растений, и Erwinia herbicola - бактерии кишечной группы, которые вызывают поражение корней растения.

Оба вида бактерий заселяют ткани цитрусовых без заметных признаков их повреждения, но в то же время не могут существовать за пределами растения и быстро погибают в почве, воде и других возможных средах. В случае образования кристаллов льда нетрудно выделить мутантные клетки, потеряли эту способность, но не изменили способность заселять ткани растений. При обработке молодых растений кукурузы, томатов или клубники суспензией клеток бактерий Pseudomonas syringae, утративших способность образовывать кристаллы льда, растения нормально заселяются бактериями и не повреждаются заморозками. Таким образом, можно защитить растения, если заменить "нормальную" микрофлору такой же, но мутантные, которая потеряла способность к синтезу фактора образования льда. Важно то, что такие микроорганизмы тесно связаны с растением и не допускают заселение родственными организмами. Действительно, растения, заселенные мутантными бактериями, не в состоянии будут жить такими же клетками дикого типа, которые образуют кристаллы. Но если растение уже заселено клетками бактерий дикого типа, то она уже не может заселяться мутантными. Таким образом, для успешной защиты растения этим способом необходимо сделать ее хотя бы частично стерильной или по крайней мере уменьшить количество клеток дикого типа. Этого можно добиться, например, предыдущим обработкой химическими веществами, или, как предложили американские ученые, препаратом вирусов бактерий (бактериофагов), к которому чувствительны клетки дикого типа, но устойчивые мутантные.

Сейчас в США и  в некоторых других странах разработаны препараты для защиты растений от заморозков и проводится их тщательная проверка в контролирующих условиях на возможную патогенность к широкому кругу хозяев, токсичность и отдаленные последствия для человека и экологическую безвредность. Существует опасение, что вытеснение из природы бактерий, образующих кристаллы льда, может нарушить процессы образования дождя и снега. Но пока проходят опыты, созданы и отрабатываются комплексы препаратов самых разных направлений. Например, с помощью современных методов получены бактерии псевдомонад, обладающие антагонизмом к ряду возбудителей болезней, которые способны заселять листья растений или корни и синтезировать токсины против насекомых. Следовательно, полученный препарат, способный стать прообразом будущих биопрепаратов комплексного действия для защиты растений от вредителей и болезней. Необходима длительная и тщательная проверка этого препарата в контролирующих условиях, но уже сейчас он нашел себе применение как биоинсектицид. Убитые клетки этих бактерий в два раза дольше удерживают токсин на листьях растения, чем клетки бацилл.

Интенсивное изучение взаимоотношений  между микро-и макро-организмами  в биогеоценозах на всех возможных  уровнях (популяционном, организменном, клеточном и молекулярном) дает право надеяться, что уже в ближайшее время будут установлены новые закономерности, на основе которых будут разработаны методы биологического контроля состав агроценозов. Одним из способов осуществления такого контроля может быть применение препаратов разных типов и свойств на основе живых микроорганизмов.

2.3 Традиционная биотехнология  в других сферах жизни 

Также жизнедеятельность  микроорганизмов используется еще  в некоторых областях человеческого  бытия. Так, например в кондитерской промышленности широко используют лимонную кислоту, которую получают в результате жизнедеятельности специально выведенных микроорганизмов. Сейчас в мире производится около 400 тыс. тонн этого продукта. Такого количества лимонной кислоты не обеспечили бы никакие цитрусовые плантации.

Все шире становится ассортимент  ферментов - протеазы, нуклеазы, амилазы, глюкоамилазы, каталазы - продуцирующие  микроорганизмы, некоторые из них, например, нуклеазы, используют в генной инженерии. Кроме того, микроорганизмы используют для получения вакцин.

Перспективным является использование микроорганизмов  в гидрометаллургии для выщелачивание  металлов из бедных руд с целью  повышения их произведения.

Литература:

Новости генетики. - К., 2002.

Генная инженерия в XXI веке: победа или поражение человечества? - К., 2003.