Микроорганизмдердің өзгергіштігі

Микроорганизмдердің өзгергіштігі. Микробтар дүниесінің дамуы табиғаттағы жалпы биологиялық заңдылыққа бағынады.

Ч. Дарвин эволюцияның шешуші факторлары ретінде өзгергіштікті, бейімделушілікті (адаптация), тұқым қуалаушылықты және тіршілікте жеңіп шығуды атап көрсеткен болатын. Ол белгілі бір сыртқы жағдайда осы факторлардың өз ара әсер етуінің табиғи сұрыптау үшін зор маңызы барлығын айтқан болатын.
Қандай организмді алсақ та ол өзінің ата-тегіне бір ұқсастығы болады. Арнаулы структуралық және атқаратын қызметі жағынан белгілі бір қасиеттің сақталып, ұрпақтан-ұрпаққа беріліп отыруын біз тұқым қуалаушылық деп атаймыз. Бірақта әрбір жеке организм-нің осымен бірге ата-аиасынан өзіндік ерекшеліктері де болады. Бұл құбылысты өзгергіштік деп атайды.
Организмді қоршап тұрған ортаның өзі де құбылмалы болғандықтан осындай жағдайда тіршілік ететін микроорганизмдердің физиологиялық және биохимиялық қасиеттері де өзгеріске ұшырап отырады. Егерде бұл орта біршама тұрақты болса, пайда болған қасиетте микроорганизмдерде бекіп, бірқатар уақыттай сақталады. Бұның өзі микроорганизмдердің жаңа өзгерген ортаға бейім-делуінде зор маңызы бар жағдай.
Л. Пастер тіршілік ортасын өзгерте отырып, организмдегі пайдалы қасиеттерді ұзақ уақытқа жоғалтпай сақтап қалуға болады деп көрсеткен.
Жалпы табиғатта өзгергіштік пен тұқым қуалаушылық процестер өне бойы жүріп жатады. Осындай жағдайда көптеген микроорганизмдер табылып, зерттелінді. Практикада олардан ферменттерді, антибиотиктерді және басқа да түрлі заттарды алу ұйымдастырылды. Әрңне табиғаттағы кездесетін микроорганизмдер өнімділігі жағынан біздің талабымызға сай болмай шығуы да ықтимал. Сондықтан ғалымдар микроорганизмдердің пайдалы қа-сиеттерін одан әрі жетілдіріп, алынатын өнімнің сапасын және санын арттыруға бағытталған зерттеулер жүргізуде. Қазіргі кезде түрлі әдістерді қолдана отырып, алдын-ала жасалған жоспар бойынша белгілі бір пайдалы қасиеті бар микроорганизмдерді сұ-рыптап алуға жол ашылды. Бұны селекция — сұрыптау әдістерін қолдана отырып жүзеге асыруға болады.
Қазіргі кезде микроорганизмдер клеткасының құрылысы біршама жақсы зерттелді. Оньщ тұқым қуалаушылық қасиеті клеткадағы дезоксирибонуклеин қышқылына (ДНК) байланысты екені анықталды. ДНК-ны тұқым қуалаушылықтың материалдық негізі деп атайды. Ол тұқым қуалаушылықты бағыттайтын және бақылайтын фактор. Демек ол тіршілік кілті десек те қателеспейміз.
Бактериялар ядросында ДНК мөлшері мыңға жуық және олардың әрқайсысының ұзындығы түрліше болуы мүмкін. Клеткадағыгендер тобын өз ара байланыстырып ұстап тұруы үшін ДНК-лар өз ара бір сызық бойымен байланыса, яғни тізбектеле орналасуы тиіс. Мәселен, бактериялар ДНК-сы молекулаларынын ұзындығы 56—58 микрон (бір микрон — миллиметрдің мыңнан бір бөлігі). Осыған қарамастан ДНК молекулаларының құрылысы тым қарапайым. Олар бұралта жасалған басқыш тәрізді, өз ара байланысқан екі шынжырдан кұралады. Осы шынжырдың ішкі жағында — пурин және пиркмидиннен құралған азотты иегіздер болады. Ал шеттері фосфорлы — көміртекті қосылыстармен көмкерілген.
ДНК молекуласының құрылысын 50-ші жылдарда Америка ғалымдары У о т с о н мен К р и к ашқан болатын. Осы ашқан жаңалықтары үшін оларға халықаралық Нобель сыйлығы берілді.
Ал ДНК молекулалары белгілі бір жағдайлар әсерінен өзгеріске түсуі де мүмкін. Сонда микроорганизмнің тұқым қуалаушылық қасиеті де өзгереді. Бұны генетикада мутация деп атайды.
Мутация латынша ггшіаііо — өзгеріс деген сөз. Бұрын ұрпақтан-ұрпаққа берілетін өзгерістердің барлығы дерлік мутация болады деген пікір басым болды. Қазір мутацияға хромосомдар структурасында және олардың химиялық қүрамында болатын молекула дәрежесіндегі өзгерістерді жатқызады. Ол өзі морфологиялық және биохимиялық қасиеттердід өзгерісінен барып зат алмасудың тиісті бір бөлімінің қайтадан құралуына әкеліп соқтырады. Бұл қасиеттердің өзгерісі әр түрлі жағдайлардан: сәуле энергиясынан (рентген, ультракүлгін сәулелер), түрлі химиялық заттар әсерінен (иприт, мышьяк, креозит, хром т. б.) және басқа да факторлардың, яғни генетика тілімен айтқанда мутагендердің әсерінен болуы ықтимал. Мәселен, ультракүлгін сәулемен әсер ету арқылы пенициллум саңырауқұлағының жаңа тобы алынды. Олар бастапқы топқа қарағанда пенициллинді мың есе көп түзді. Сол сияқты рентген және басқа да күшті сәулелермен әсер етіп, практикада мукор, ашытқы саңырауқұлақтарының, азотобактердің, тқым қуалаушылық қасиетіне берілетіы, біржолата бүл қасиеттер бекіген жаңа топтары алынды. Реңтген сәулесінІң микроорганизмдерде жаңа қасиет туғызатынын 1925 жылы Г. А. Н а д с о н мен П. С. Ф и л и п-п о в ашқан болатын. Бұл әдісті қолдана отырып, халық шаруашы-лығына аса қажет заттарды микроорганизмдер көмегімен әндіруге болады. Алмастырылмайтын амин қышқылдарын: лизин және глютамин қышқылдарын өндіруде де бұл әдістің зор маңызы бар. 1963 жылы тек Жапонияның әзінде ғана микробиологиялық жолмен 48000 тонна кристалл күйіндегі глютамин қышқылы өндірілді. Бұнда қолданылған микробтар өздерінің ататегіне қарағанда бүл заттарды 3000 еседей кеп түзетіні анықталды.
Лаборатория жағдайында таза микроорганизмдер топтарының өзгергіштігі байқалады. Оны бактериялар дріссоциациясы деп атайды. Диссоциация барысында микроорганизмдердің әр түрлі белгілерінің езгеруі мүмкін. Осындай микроорганизмдерді қатты қоректік ортаға сепкенде морфологиялық жағынан бір-бірінен айырмашылығы бар екі типті колония түзіледі.1. 5 — типті (ағылшынша Зтооіһ — тегіс) —тегіс, мөлдір, ептеп шырышталған, ылғалды және жиектері тегіс дөңгелек колониялар. 2. К — типті (ағылшынша Кои^һ — қыртысты) — құрғақтау, пішіні және шеттері тегіс емес колониялар.
Көптеген зерттеулерге қарағанда диссоциация — бакгериялар* дың әр турлі қолайсыз орта жағдайларына қайтаратын жауабы деп түсіндіріледі. Бұндай жағдайларға орта қышқылдығы, температура, радиациялық әсерлер, мутагендік заттар әсері және т. б. жатады. Мәселен, аэробты микроорганизмдерді колбаға құйылған ет-пептонды сорпада өсіргенде, оның бет жағындағы бактериялар аса қолайлы жағдайда болса, ал түбіндегі бактерияларға жағдай қолайсыз. Бір топтағы бактериялардағы әр түрлі морфологиялық және биологиялық қасиеттердің болуы да міне осы жағдайларға байланысты болады.
Әдетте микроорганизмдер тіршілігі барысында өне-бойы бір жағдайда бола бермейді, олар жаңа өзгерген жағдайға да ұшырауы мүмкін. Бұнда оларда жаңа қасиет пайда болады да, ол тұқым қуалап, бекиді. Бұны адаптация дөп атайды. Бұндай жаңа жағдай ол микроорганизмдер үшін қажетті жағдайға айналады. Онсыз олар тіршілік ете алмайды.
Адаптация көмегімен өндіріске қажетті микробтарды сұрыптап алады. Осындай жолмен қантты жақсы ашытатын ашытқы саңы-рауқүлақтар спиртке төзімді, спиртті көп түзетін ашытқы саңырауқұлақтар, сірке қышқылын көптеп түзетін сірке қышқылы бактериялары таңдап алынып отыр.
Адаптация жолымен ауру қоздырушы микроорганизмдердің зиянды әсерін төмендетуге мүмкіндік ашылды. Әлсіретілген осындай микробтардан тірі вакциналар даярлана бастады. Олар: топалаң, бруцеллёз, туляремия және басқа да ауруларға қарсы қолданылып жүрген вакциналар. Адаптацияның негізгі мәні әлі толық зерттеліп, шешілген жоқ.
Екі клеткадағы гендерді орналастыру арқылы микроорганизм-дерде түқым қуалайтын өзгерістерді алу үшін трансформация, трансдукция және коньюгация әдістерін қолданады.
Трансформация кезінде ДНК бір бактерия клеткасынан бөліыіп шығып, екінші бактерия клеткасына енеді. Бұны лаборатория жағдайында да қолдан қосуға болады. Мәселен, антибиотикке төзімді бактериялардан бөлініп алынған ДНК көмегімен, осы қа-сиетті басқа антибиотикке шыдамсыз бактерияларға беруге болады. Сонда басқа клеткаға енетін ДНК, оның болашақтағы түқым қуалаушылық қасиетін анықтай алады екен.
Ал жалпылама бір фаг көмегімен бір микробтан екінші бір туыстас микробқа бір немесе көптеген тұқым қуалаушылық белгілерді беруді трансдукция деп атайды. Бұнда енген фаг микробтардың клеткасын зақымдайды. Паратифті қоздыратын бактериялардан трансдукция көмегімен, мәселен клетканың қоректік заттарға түрліше талабын, антибиотиктерге қарсы тұра алатындық немесе түра алмайтындық қасиетін, қозғалғыштықты, жіпшелердің қүра-мын басқа клеткаларға ауыстыруға болады.
Трансдукцияның мәні мынада: бактериофаг синтез кезінде бакте-риялардың гендік заттарының майда бөлшектері бактериофагтардың ішіне енеді. Ал фагтар екінші клеткаға енгенде бірінші клетканың гендік заттары екінші-ге еніп, оның құрамына айналады. Ол клеткаға гендік заттың бір кішкене бөлшегі ғана енгендіктен екінші клетканың барлық емес, тек бір ғана қасиеті өзгереді.
Бактерияларда гендік заттың (ДНК) бір клеткадан, екінші клеткаға бір жақты берілуі де байқалады. Әр түрлі генотипті екі клетка өз ара жұқа цитоплазма-лық көпіршелермен жалғасады. Бұл көпірше арқылы гендік материалдар бір клеткадан екіншіге ауысады. Сонда пайда болған будан клеткаларда ата-аналарының екеуінің де қасиеті байқалады. Бұны коньюгация деп атайды. Ол ішек таяқшасы бактериялары өніп-өскенде анық байқалады және ол жоғары сатыдағы жануарлардың жынысты көбеюіне тым ұқсас келеді. Электрондық микроскоптың көмегімен қарағанда ішек таяқшасы клеткаларының арасында жіңішке көпіршелер түзілетіні байқалады. Сонда бір клеткадан екінші клеткаға осы көпіршелер арқылы ДНК құйылады. Қоньюгация кезінде бактерияларда жыныстық процесс толығымен орын алады деу қиын. Сондықтан да бак-териялар клеткаларының басым көпшілігі аналық клеткалар болып есептеледі.
Микроорганизмдердегі өзгерістердің кейбіреулері уақытша фи-зиологиялық бүліну түрінде кездесуі де ықтимал. Сол өзгерісті туғызатын орта жағдайлары жойылысымен-ақ, бүл өзгерістер де жойылады. Бұндай ата-тегіне бөкімеген уақытша тұқым қуалаушылықты модификация деп атайды. Мәселен, топалаң микробы орта температурасы 45° және одан да ыстығырақ болғанда спора түзуін тоқтатады, ал оны қайтадан 35—37°-та өсіргенде бұл қасиеті қайтадан қалпына келеді. Көптеген микроорганизмдердегі түрлі пигменттердің түзілуі де түрақсыз қасиет деп есептеледі. Модификацияның өзін жағдайға бейімделудің, яғни адаптацияның жаңа түрі деп қарауымыз керек. Бірақ бұнда өзгергіштік тек жардымсыз ғана, сондықтан ол зат алмасу процесінің түұқым қуалаушылық түріне ешқашан да ауыса алмайды.
Генетиканың микробиология саласындағы жетістіктері антибиотиктерді және басқа да биопрепараттарды даярлауда көп көмегін тигізді. Мәселең, антибиотик институтыыда индукциялық мутация көмегімен, яғни этил-енимин мен ультракүлгін сәуленің көмегімен пеницилиннің әнімі 12 есе арттырылды. Биомицин түзуші штаммалардың осындай әдіспен өнімділігі 600%-ке, террамицинді түзушілер өнімділігі 800%-ке өсірілді.
Генетиканың әдістері кәмегімен лизин және глютамин қышқылдарын ендіру арттырылды.
Генетикалық жолмен алынған микроорганизмдердің жоғары өнімді формалары витаминдерді, гармондық препараттарды, ферменттерді және басқа да сол сияқты қажетті заттарды өндіруде зор маңызы бар.
Қазір микробиологтар алдында бактериялар физиологиясын жете зерттеп білу, соның арқасында олардың қасиеттерін өзгертуді меңгеру міндеті тұр.