Обобщите основные пути повышения способности микроорганизмов к образованию антибиотиков

Добавим воды из того, что знаем:

1. подбор правильных условий культивирования и компонентов среды;

2. генная инженерия и мутации;

3. селекция спонтанных мутаций.

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ АНТИБИОТИКООБРАЗУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МИКРООРГАНИЗМОВ

Микроорганизмы-продуценты антибиотиков, выделенные из природных субстратов, обычно обладают низкой антибиотической активностью. Так, например, различные штаммы Penicillium, выделенные из почв, образуют пенициллин при глубинном их выращивании в количестве от 10 до 30 ед/мл культуральной жидкости. Продуцент стрептомицина Streptomyces griseus, впервые выделенный Ваксманом с сотрудниками в 1944 г. из сильно унавоженной почвы, образовывал до 100 мкг/мл стрептомицина.

СЕЛЕКЦИЯ НАИБОЛЕЕ АКТИВНЫХ ФОРМ ПРОДУЦЕНТОВ АНТИБИОТИКОВ

В селекционной работе по получению активных продуцентов антибиотических веществ используют различные приемы, в основе которых лежат методы и законы генетики.

Микроорганизмы обладают естественной изменчивостью, т. е. среди,клеток или спор одного и того же штамма могут обнаружиться формы, отличающиеся по морфологическим или биохимическим, в том числе и по антибиотическим признакам. При селекции наиболее активных штаммов продуцентов ряда антибиотиков, выделенных из естественных мест их обитания, ис-нользуют антпбнотпкп. Например, для выделения из почвы наиболее активных штаммов продуцента стрептомицина в агаровую среду, используемую для их- вцсева, добавляют определенную концен-' трацию стрептомицина. Штаммы Sir.'griseus, образующие большие количества антибиотика, Способны выдерживать такую концентрацию стрептомицина и нормально развиваться в его присутствии. Менее активные штаммы не приспособлены к высоким концентрациям стрептомицина и в его присутствии не развиваются.

В питательную агаровую среду вносят стрептомицин в количестве 100 мкг/мл субстрата, а затем высевают выделенные штаммы актиномицетов, относящиеся к Str. griseus. В результате культуры, чувствительные к этой концентрации стрептомицина, не давали развития примерно в 80% случаев. Остальные 20% штаммов, среди которых были и довольно активные, вырастали на этой среде. Приведенный метод оказался полезным для первичного исследования почвенных культур актиномицетов.

Методы выделения наиболее активных форм, получающихся в результате естественной изменчивости, не далн значительного повышения образования антибиотиков.

Решающим приемом, обеспечивающим успех селекции многих продуцентов антибиотиков, является метод получения мутаций под влиянием сильнодействующих факторов — рентгеновских и ультрафиолетовых излучений, некоторых химических соединений (азотистой формы иприта, этиленимина и др.). При действии таких факторов в течение определенного периода времени происходит полная гибель микроорганизмов. Однако можно подобрать экспозицию (концентрацию) и силу воздействия, при которых часть клеток или спор изучаемого вида может выжить. У таких переживших особей под влиянием сильнодействующих факторов могут появляться формы с измененным характером отдельных звеньев обмена веществ, появиться варианты с измененными свойствами. Наряду с формами, потерявшими способность образовывать антибиотик, а их обычно бывает большинство, появляются такие, у которых обнаруживается значительное повышение антибиотикообразования.

Выявление высокоактивных штаммов осуществляется теми же методами, которые используются и при отборе вариантов, возникающих в результате естественной изменчивости. Довольно часто в селекционной работе применяют последовательное воздействие на организм различных факторов. В результате применения различных методов селекции удалось значительно (в 50—100 и более раз) увеличить образование таких важных антибиотиков, как пенициллин, стрептомицин, антибиотики тетрацн-кдииовой группы и др.

Для получения высокоактивных штаммов продуцентов стрептомицина были использованы различные воздействия на актиноми-цет. Вначале исходная культура, образующая до 200 мкг/мл стрептомицина, пересевалась на среды, содержащие постепенно увели-, ччвающиеся дозы стрептомицина. Удалось получить штамм, адаптированный к 400 мкг/мл антибиотика. Затем взвесь спор актиномицета в дистиллированной воде подвергалась облучению ультрафиолетовым и рентгеновским излучениями в экспозиции, при которой гибель спор составляла 99%. Облученная суспензия с 1% выживших спор высевалась на чашки, и каждая выросшая при этом колония изучалась на образование стрептомицина. В результате этого был выделен вариант актиномицета, образующий до 2000 мкг/мл стрептомицина (табл. 36).

Необходимо отметить, что селекция продуцента стрептомицина более сложна. Хорошие результаты получаются при многократном облучении актиномицета ультрафиолетовым излучением при высокой плотности облучения, доходящей до 10 000—20000 эрг/ммг (летальные дозы). Для повышения выживаемости облученных спор применяется выдержка их на видимом свете. В итоге работ по селекции продуцента стрептомицина удалось получить штаммы, способные образовывать до 6000 мкг стрептомицина в 1 мл среды.

В последние годы при создании новых высокопродуктивных штаммов микроорганизмов используется ряд новых приемов, в их числе конъюгация плазмидами, слияние протопластов (даже межвидовых), трансформация хромосомных генов и др. Метод слияния протопластов позволяет получать гибриды промышленных штаммов стрептомицетов, а облучение клеток донора и реципиента дает в этом случае увеличение частоты рекомбинаций. Трансформация протопластов хромосомальной ДНК возможна лишь в том случае, если протопласты заключены в липосомы; при этом методе также возрастает частота рекомбинантов. Таким образом, при использовании различных методов селекции имеется возможность значительно повысить биосинтез ценных антибиотических веществ, образуемых плесенями, актиномицетами и бактериями.