Человека окружает среда обитания, определенные составляющие которой мы неспособны увидеть. И поскольку помимо человека и животных существует еще и микромир, непосредственно или косвенно влияющий на всю среду, его требуется изучить. Наукой, методы и цели которой направлены на изучение живых микроорганизмов, закономерностей их развития и жизни, а также на особенности взаимодействия с природой и непосредственно с человеком, является микробиология.
Становление микробиологии
В рамках стандартного университетского курса под названием "Микробиология" лекции включают материалы, связанные с историей науки. Причем в ее развитии выделяется описательный период, который начался с изобретения микроскопа и рассмотрения первых бактерий. Затем новые организмы постепенно открывались науке, а их значение становилось более понятным человеку. При этом далее были открыты патогены, вызывающие заболевания человека.
Период с 1880 по 1890 год, который считается "золотым веком" микробиологии, отмечен наибольшим на тот момент количеством открытий. И заслуга (на фото ниже), разработавшего методы выделения микробов из очагов, не может оставаться без внимания. Впоследствии уже разрабатывались другие методы выявления микроорганизмов. Их свойства и роль в биоценозах, а также в жизнедеятельности человека изучались подробнее.
Вклад ученых в развитие науки
Первым ученым, который попытался систематизировать организмы микромира, стал Отто Фридрих Мюллер. Он выделил 379 отдельных видов микроорганизмов. Он же отнес их к определенным классам. Микробиология, санитария и эпидемиология тогда еще не были внедрены в практику, а о микробах уже имелось представление как об отдельных организмах, живущих в недоступном для глаза человека мире.
Распознать и узнать о нем больше помогли исследования Луи Пастера и Роберта Коха. Последний смог разработать принципы выделения микроорганизмов из исследуемого материала, взятого у больных людей, а Пастер (вместе с Кохом) заключил, что микробы - это и есть возбудители инфекционных патологий. К слову, в то время, когда инфекции вносили наиболее значительный вклад в общую заболеваемость, роль этих исследований была очень важной.
Уже после этого в истории науки появляется множество новых имен. Так и развивалась микробиология. Ученые вносили в сие великое дело огромный вклад, прославляя свои имена. В качестве примера можно привести таких исследователей, как М. В. Бейеринк, С. Н. Виноградский, Г. Х. Грам, И. И. Мечников, Д. И. Ивановский, Л. С. Ценковский, Э. А. Беринг, З. А. Ваксман, А. Кальметт, Р. Ф. Пейтон и другие. Конечно же, это далеко не полный список светочей науки, и уж тем более мы не смогли бы в рамках статьи описать все их заслуги. Курс под названием "Микробиология" (лекции и практические занятия) подробно рассматривает многие из результатов исследований этих ученых.
Развитые направления микробиологии
На современном этапе развития любой науки совершенствуются методы исследований, а значит, появляются возможности более полного изучения определенных микроорганизмов и их особенностей. В результате совершаются открытия, позволяющие косвенно или напрямую применить знания о микробах в любой отрасли хозяйствования. По этой причине микробиология - это не просто теоретическая область знаний. Это наука, имеющая некоторые ответвления:
- общая микробиология;
- медицинская (микология, бактериология, вирусология, протозоология);
- ветеринарная;
- промышленная;
- сельскохозяйственная;
- отрасль санитарной микробиологии;
- водная микробиология.
Медицинская микробиология является полноценной наукой, включающей микологию, бактериологию, протозоологию, вирусологию, санитарию и иммунологию. Разработаны методы, позволяющие распознавать возбудителей инфекционных заболеваний и применять эффективные препараты для их лечения, заниматься профилактикой болезней, ранее приводивших к пандемиям с огромными показателями смертности.
Цели микробиологии
У каждой отдельной отрасли микробиологии есть свои цели и методы, которые позволяют их достигать. В частности, медицинская микробиология ставит целью изучить максимально возможное количество патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, их взаимодействие с организмом человека, а также возможные способы противодействия контактам с инфекциями и их лечения.
Совершенствование микробной диагностики, ликвидация очагов патогенной микрофлоры в биосфере, а также вакцинная профилактика дополняют методы медицинской микробиологии. При этом, вследствие недостатка финансирования и из-за возможного риска нарушения процессов в биоценозах, пока нет возможности полностью избавиться от возбудителей инфекционных заболеваний. Однако уже на современном этапе санитария и гигиена, микробиология и иммунология позволяют значительно снижать количество такого рода патологий и их осложнений.
Промышленная микробиология ставит целью изучить свойства микробов, которые возможно применить на различных стадиях производства. В частности, наиболее перспективным направлениям таких научных разработок является применение бактерий для разложения промышленных отходов. В сельскохозяйственной микробиологии целью является потенциальное применение мельчайших организмов для повышения урожайности культур и возможной борьбы с вредителями и сорняками.
Ветеринарная микробиология, так же как и медицинская, изучает возбудителей заболеваний у животных. Методы выявления недугов, их диагностика и лечение у друзей наших меньших столь же актуальны, как и у людей. Водная микробиология занимается изучением состава микроорганизмов Мирового океана с целью систематизации знаний и потенциального их применения в промышленности или сельском хозяйстве.
Изучает пищевые продукты и выявляет в них микробов. Ее целью остается совершенствование методов, позволяющих проверять партии продукции пищевого назначения. Вторая задача - противодействие эпидемиям инфекционных заболеваний и оптимизация режимов нахождения людей в различных учреждениях, опасных с точки зрения эпидемии контактных инфекций.
Общая микробиология
Общая микробиология - это наука, методы которой позволяют изучать любые микроорганизмы в различных средах обитания. Это базовая отрасль, которая предоставляет полученную информацию промышленной, сельскохозяйственной, ветеринарной и медицинской микробиологии. Она изучает бактерии и их семейства, способности микроорганизмов расти на различных питательных средах, закономерности заселения определенных климатических зон.
Генный дрейф также является одним из основных интересов бактериологов, так как этот механизм позволяет бактерии приобретать новые способности в течение коротких промежутков времени. Одной из самых нежелательных является антибиотикорезистентность. Появление новых, устойчивых к конкретному противомикробному препарату штаммов бактерий существенно усложняет задачи медицинской микробиологии.
Но это еще не все. Общая микробиология - это наука о вирусах, грибках, простейших. Это еще и учение об иммунитете. В соответствии с определенными интересами выделены и отдельные ветви науки: вирусология, микология, протозоология, иммунология. Новые данные, полученные в ходе исследования штаммов бактерий, грибков и вирусов, будут применены в любой другой отрасли микробиологии и имеют определенную важность.
Бактериология
Царство бактерий считается самым многочисленным среди всех остальных, которые изучает микробиология. Темы по исследованиям бактерий из-за этого являются наиболее узкими. Для отнесения определенного организма к одному виду требуется тщательное изучение его морфологии и биохимических процессов. К примеру, многие бактерии кишечной группы ферментируют глюкозу и на основании данного критерия относятся к конкретной группе.
Из некоего сообщества организмов в дальнейшем будет выделен штамм - чистая бактериальная культура. Все ее особи будут характеризоваться одинаковым генетическим материалом, таким же, что и у других представителей одного вида. А главное, все эти бактерии будут вести себя одинаково в рамках популяции, проживающей в этой среде. В других условиях эта же культура свободно мутирует и адаптируется, из-за чего формируется новый штамм. Он может отличаться другим набором ферментов и вирулентных факторов. Потому и его способность вызывать заболевание будет иной.
Вирусология
Вирусы являются очень простыми организмами с пока не до конца изученными механизмами функционирования. Они не могут метаболизировать питательные вещества, но остаются живыми. Не имея структур, отвечающих за жизнедеятельность, они все равно существуют. Более того, вирус можно представить как генетический материал с механизмами его внедрения в клетки, где будет осуществляться размножение.
Очевидно, что этот механизм внедрения и размножения "разработан" таким образом, чтобы обходить все мыслимые защитные барьеры клетки. Примером является вирус ВИЧ, который, несмотря на мощную защиту иммунной системы, легко и просто инфицирует человека и приводит к иммунодефициту. Поэтому микробиология и иммунология должны совместно заниматься данной проблемой, разыскивая пути ее решения. А поскольку у вирусов из-за поразительной скорости мутации становится больше возможностей, то механизмы борьбы с этими патогенами нужно разработать как можно быстрее.
Микология
Микология - общей микробиологии, которая изучает плесневые грибки. Эти организмы склонны вызывать заболевания человека, животных, а также вредят сельскохозяйственным культурам. Плесневые грибки портят продукты питания и за счет того, что способны образовывать споры, практически неуязвимы. Однако пока они имеют небольшое количество факторов вирулентности и достаточно медленно размножаются, их вклад в общую заболеваемость невелик.
Грибки остаются самыми приспособленными организмами для жизни в самых экстремальных условиях на суше. Они редко обитают под водой, но отлично себя чувствуют в условиях средней и высокой влажности. И, что примечательно, грибки растут на корпусах космических кораблей на околоземных орбитах, а также заселили корпус поврежденного реактора Чернобыльской АЭС. Учитывая колоссальную устойчивость к факторам борьбы с этими микроорганизмами, микробиология продуктов питания и санитария должны развиваться активнее. Этому должно способствовать развитие микологии и остальных отраслей общей микробиологии.
Протозоология
Микробиология изучает и простейших. Это одноклеточные организмы, которые отличаются от бактерий более крупными размерами и наличием клеточного ядра. Из-за его наличия они более приспособлены к стационарным условиям окружающей среды, нежели к динамически изменяющимся. Однако болезни они способны вызывать не реже остальных.
Согласно статистике, предоставленной ВОЗ, около четверти всех случаев заболеваний приходится на долю малярии. Пока с ней невозможно справиться полностью, потому как существует несколько видов плазмодия. Значит, важность дальнейшего изучения всех протистов в целом и плазмодия в частности очень большая.
Иммунология
В НИИ Микробиологии СССР проводилось множество исследований иммунной системы человека. Наработки по ним пока сложно применить для лечения, однако для диагностики они сейчас незаменимы. Речь идет о серологической диагностике ряда инфекционных заболеваний. Именно микробиологии клиническая медицина обязана наличием в своем арсенале такого ценного диагностического метода.
Важно, что все кафедры эпидемиологии и микробиологии так или иначе затрагивают понятие иммунитета. И обе дисциплины широко применяют вакцины. Их разработка также является результатом научных трудов иммунологов и микробиологов. Они представляют собой наиболее эффективные профилактические средства, позволяющие ограничить (а в некоторых случаях даже исключить) вероятность заражения при контакте с патогенным вирусным или бактериальным возбудителем. Сейчас ведется разработка вакцин против ВИЧ и вирусов, вызывающих появление онкологических опухолей.
Методология микробиологии
Изучить определенный микроорганизм - это значит определить особенности его морфологии, оценить полноту биохимических реакций, на протекание которых он способен, распознать его РНК, отнести к определенному царству и назвать штамм. Такой объем работы требуется выполнить при открытии новой культуры. Если же микроб уже известен (определен по особенностям ферментации субстратов питательных сред или по тогда требуется отнести его к определенному штамму. Любая из данных задач требует наличия стандартизованных методов и определенного оборудования.
Также медицинская микробиология имеет свои задачи: найти возбудителя заболевания в биологических жидкостях и в тканях, являющихся мишенями для вирулентных инфекций, выявить наличие патогена по серологическим маркерам, определить чувствительность человека к некоторым заболеваниям. Эти задачи решают микробиологические, микроскопические, биологические, серологические и аллергические методы.
В учебнике под названием "Микробиология" Воробьев А. В. описывает, что микроскопия является основополагающим, но не основным методом изучения микроба. Она бывает световой, электронной, фазово-контрастной, темнопольной и флуоресцентной. Автор также указывает, что в качестве микробиологических методов наиболее важным считается культуральный, позволяющий вырастить колонию микробов, найденных в биологических жидкостях и средах пациента.
Культуральные методы могут быть вирусологическими и бактериологическими. Чаще всего для исследований требуется кровь, моча, слюна, мокрота, спинномозговая жидкость. Из них можно выделить организм и посеять его на Это необходимо для диагностики, потому как концентрация микробов в биологическом материале очень мала, а культуральный метод позволяет увеличить объем патогенной флоры.
В учебнике по дисциплине "Микробиология" Воробьев А. В. с соавторами описывает биологические методы изучения микробов. Они основываются на выделении специфических токсинов, свойственных либо группе видов бактерий, либо только одному штамму. Аллергические методы связаны со свойством токсинов бактерий вызывать аллергию (или сенсибилизацию) у макроорганизма при заражении. В качестве примера можно назвать Серологические методы, в свою очередь, представляют собой реакции со специфическими антителами и антигенами бактерий. Это позволяет быстро и точно определить наличие микроба в тканевом или жидкостном материале, взятом у пациента.
Грандиозные успехи медицинской микробиологии
Микробиология - это важная для практической медицины наука, которая за время своего недолгого существования позволила спасти огромное количество жизней. Наиболее показательным примером является открытие микробов, ответственных за инфекционные заболевания. Это позволило получить первый антибиотик. Благодаря ему от раневой инфекции удалось спасти огромное количество солдат.
Впоследствии применение антибиотиков стало расширяться, и сегодня это позволяет проводить сложные операции. Учитывая, что многие инфекции невозможно излечить без применения антибиотиков, их наличие попросту переворачивает всю медицину и дает возможность спасать многие жизни. Это достижение стоит наравне с вакцинопрофилактикой, также позволившей спасти многих пациентов от вируса полиомиелита, гепатита В и оспы. А сейчас разрабатываются иммунологические методы борьбы с онкологическими заболеваниями.
Микробиология (от греч. micros — малый, bios — жизнь, учение) — наука о мельчайших, не видимых невооруженным глазом организмах, названных микроорганизмами или микробами. Предметом изучения микробиологии служат бактерии и некоторые микроскопические грибы. Микробиология изучает строение, физиологию, биохимию, генетику и экологию микроорганизмов, их роль и значение в жизни человека, животных и продуктивности биосферы.
Своим успешным развитием микробиология обязана в первую очередь достижениям физики и химии, которые обогатили микробиологию оригинальными методами исследования, позволившими расшифровать некоторые особенности обмена веществ. Применение электронной микроскопии позволило изучить тонкую структуру бактериальной клетки, химия дала много новых аналитических методов исследования, что заставило пересмотреть пути и сущность энергетического обмена, химизм биосинтеза ряда веществ. В свою очередь, микробиология внесла ценный вклад в генетику, биохимию, молекулярную биологию. Использование микроорганизмов в качестве объектов генетических и биохимических исследований открыло новую эпоху в естествознании. С достижением микробиологии связано решение многих теоретических проблем общей биологии и медицины, а также широкое применение микробиологии в народном хозяйстве. На микроорганизмах впервые была установлена роль ДНК в передаче наследственной информации, доказаны сложная структура гена и зависимость мутационных процессов от изменений в структуре ДНК. Изучение биосинтетической деятельности микроорганизмов показало их способность (и высокую активность) к синтезу весьма ценных соединений, имеющих большое народнохозяйственное значение.
В процессе обогащения и развития микробиологии от нес отпочковывались новые научные дисциплины — микология и вирусология со своими задачами и объектами исследования. В дальнейшем в зависимости от экологии микроорганизмов и практических потребностей человека в микробиологии выделялись направления, различающиеся задачами исследования — общая микробиология, промышленная, геологическая, сельскохозяйственная, медицинская, ветеринарная и др.
Общая микробиология изучает строение и жизнедеятельность микроорганизмов, их распространение в природе, генетику, вопросы систематики и классификации. Этот раздел является базовым для всех других отраслевых разделов микробиологии.
Промышленная (техническая) микробиология изучает микроорганизмы, используемые в различных отраслях промышленности с целью получения пищевых продуктов, спирта, ферментов, аминокислот, витаминов, антибиотиков, кормового белка и других биологически активных веществ, а также разрабатывает способы предохранения продуктов и сырья от порчи их микроорганизмами.
Геологическая микробиология изучает роль микроорганизмов в образовании и разложении руд, получении из этих руд металлов, в образовании полезных ископаемых, в круговороте наиболее важных биогенных элементов.
Сельскохозяйственная микробиология изучает микроорганизмы, играющие роль в формировании почвенных структур, повышении плодородия почв, создании бактериальных удобрений, а также микроорганизмы, вызывающие заболевания сельскохозяйственных культур (фитопатогенные) и разрабатывает меры борьбы с ними.
Медицинская микробиология изучает микроорганизмы, вызывающие заболевания человека, и разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения этих болезней. Она также изучает условия сохранения патогенных микробов во внешней среде, пути и механизмы их распространения.
Ветеринарная микробиология изучает микроорганизмы, вызывающие инфекционные болезни сельскохозяйственных животных, промысловых и диких животных, рыб, пчел, а также возбудителей болезней, общих животным и человеку (зооантропонозы). Ветеринарная микробиология, кроме того, изучает микроорганизмы, имеющие значение в животноводстве (микрофлору кормов, желудочно-кишечного тракта) и технологии пищевых продуктов животного происхождения.
Ветеринарная микробиология состоит из трех частей:
общая микробиология — изучает морфологию, физиологию, распространение и сохранение патогенных микробов во внешней среде, генетику микроорганизмов, патогенность и вирулентность, роль микробов в инфекционном процессе, распространение и локализацию их в животном организме и др.;
иммунология — изучает закономерности проявления, механизмы и способы управления иммунитетом, антигены и антитела, иммунологическую толерантность, вопросы аллергии, специфической диагностики и др.;
частная (специальная) микробиология — изучает свойства возбудителей инфекционных болезней животных, вопросы патогенеза, лабораторной диагностики, специфическую профилактику и терапию.
В нашей стране имеется большое количество научно-исследовательских институтов (Всесоюзный институт экспериментальной ветеринарии, Всесоюзный институт ветеринарной вирусологии и микробиологии, Всесоюзный научно-исследовательский институт ветеринарной санитарии, Всесоюзный государственный научно-контрольный институт ветеринарных препаратов), ряд специальных научно-исследовательских институтов и проблемных лабораторий, сеть республиканских, областных, межрайонных и районных ветеринарных лабораторий, в которых работают микробиологи. Микробиологические проблемы по ветеринарии изучают также на кафедрах микробиологии в ветеринарных вузах и ветеринарных факультетах сельскохозяйственных вузов страны. Микробиологические исследования в вузе используют ряд смежных дисциплин: эпизоотологию, ветсанэкспертизу, акушерство, хирургию, фармакологию и др. Столь широкое применение микробиологических знаний и методов определяет их исключительно важное значение в формировании профессионального мышления ветеринарного врача широкого профиля.
Главные проблемы современной микробиологии — углубленное изучение молекулярной организации и метаболизма микроорганизмов, микробиологического синтеза новых ценных продуктов, влияния факторов среды на жизнедеятельность микроорганизмов; изыскание специфических средств борьбы с инфекционными болезнями человека, животных и растений.
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ: СТО ЛЕТ РАЗВИТИЯ
Академик РАСХИ И.А. ТИХОНОВИЧ,
Все росс и й с к и й н ау ч н о- иссл едовател ьс к и й и н ститут сельскохозяйственной микробиологии
По словам современников, в конце XIX в. агрономические знания
все теснее сплетались с бактериологическими открытиями. Взгляд на почву, как на мертвую среду, уступил представлениям о том, что она - живой организм, населенный, как тогда выражались, легионами микроскопических живых существ, которые и являются главными виновниками химизма всех протекающих в ней процессов.
Свое начато в нашем Отечестве сельскохозяйственная микробиология ведете 1891 п, когда в Санкт-Петербурге при Департаменте земельных отношений и имуществ была создана Сельскохозяйственная бактериологическая лаборатория по и с п ол ьзо ва н и ю м и кроо р га н и з м о в для борьбы с грызунами. Она, «удовлетворяя неотложным запросам сельских хозяев, должна была, прежде всего, взять на себя и сложную работу по реорганизации приемов бактериологической борьбы с вредителями
сельского хозяйства, заключающейся, как известно, в осуществлении на деле идеи искусственного распространения среди вредных животных свойственных им повальных болезней».
У ее истоков стояли выдающиеся микробиологи К.С. Мережковский, Б.Л. Исаченко (академик е 1946 г.) и др. И хотя основным направлением по-прежнему оставались работы по «м ы ш еуб и ваю щим» м и кроо рган из-
Азотфиксирующие клубеньки на корнях гороха.
мам, в этой лаборатории развернули исследования по микробиологии виноделия, сыроварения, другим актуальным вопросам. Такая деятельность сыграла огромную роль в пропаганде достижений и внедрению их в практику сельскохозяйственного производства страны.
Всесоюзный институт сельскохозяйственной микробиологии был создан в 1930 г. под руководством выдающегося биолога широкого профиля академика С. П. Костычева. Будучи физиологом и биохимиком, он
В лаборатории генетического конструирования растительно-микробных систем.
хорошо понимал те связи, которые существуют в природе. Вероятно, поэтому сферой интересов наших сотрудников была и остается широкая группа микроорганизмов, которая играет определяющую роль в почвообразовательном процессе, формировании агрофитоценозов, биологическом контроле ряда важнейших болезней и вредителей растений. Одна из важнейших заслуг института - постоянное привлечение в сельскохозяйственную практику новых видов бактерий и грибов, выявление их полезных функций, разработка приемов использования.
Сегодня наше учреждение - основной компонент отечественной научной школы сельскохозяйственной микробиологии. Среди его сотрудников в разное время были академики E.H. Мишустии, Г.А. Над-сон, И.И. Самойлов, академики ВАСХНИЛ Г.С. Муромцев, O.A. Берестецкий, видные ученые В.П. Израильский, Г.Л. Сел ибер и др. Ныне исследователи, вышедшие из наших стен, работают во многих известных лабораториях России и за ее пределами (Великобритания, Франция, Австралия, Германия, Нидерланды и др.).
Как и вначале существования, сейчас деятельность института посвящена фундаментальным вопросам микробиологии и разработкам, которые находят свое применение в сельскохозяйственном производстве. Относительно неплохая материальная база института включает среди прочего
секвенатор генов, хроматографы, локальную компьютерную сеть и позволяет вести работу на современном уровне.
Принципиально новые возможности открываются в связи с участием института в международных проектах, когда объединяются усилия исследователей многих лабораторий и стран (мы сотрудничаем с учеными из Европы, США, Австралии, Японии, Южной Кореи). Часто в основе комплексных проектов лежат биологические модели, созданные у нас, что значительно поднимает престиж института. Не случайно на нашей базе проходил 10-й Конгресс по биологической фиксации азота, в котором участвовали более 700 специалистов из 72 стран, а ныне идет активная подготовка к Конгрессу по молекулярному взаимодействию микроорганизмов и растений (он состоится в Санкт-Петербурге в 2003 г.).
Одна из важнейших задач сельскохозяйственной микробиологии - выяснение роли микроорганизмов в агроландшафте, вычленение наиболее значимых видов, изучение их функций, селекции и интродукции в окружающую среду, что впоследствии позволит направленно регулировать почвенно-микробиологические процессы. В этой связи отметим, что у нас заметный прогресс достигнут в использовании ризосферных* микроорганизмов, в том числе клубеньковых бактерий, усваивающих в сим-
* Ризосфера - слой почвы, примыкающий к корням растений (прим. ред.).
биозе с бобовыми атмосферный азот и обогащающих им почву, а также микроорганизмов, полезных для остальных растений. Мы собрали национальную коллекцию штаммов ризо-бактерий, в том числе характерных для растений, произрастающих не только в России, но и в различных регионах мира. Совершенствуется система их использования для инокуляции посевов. Ежегодно проводится проверка эффективности производственных и перспективных штаммов в учреждениях нашей географической сети опытов.
Изучение клубеньковых бактерий уже сегодня позволяет, используя методы генной инженерии, проводить направленное конструирование соответствующих штаммов, обладающих комбинацией хозяйственно ценных признаков: высокой эффективностью симбиоза и повышенной конкурентной способностью, а также в самое ближайшее время приступить к работам по геномному типи-рованию активных пар «штамм-растение-хозяин».
Кроме присущих бобовым, выделена группа ризосферных микроорганизмов, применение которых на практике впервые было осуществлено в нашем институте. На их основе создано новое поколение биопрепаратов. Предварительно полезные микроорганизмы отбирали по фиксации азота на корнях небобовых растений. Но в дальнейшем было установлено: их использование позволяет существенно повысить урожай-
Теплица для оценки эффективности штаммов клубеньковых бактерий, полученных генетическими методами.
ность сельскохозяйственных культур за счет комплексного воздействия.
Проблема микробно-растительно-го взаимодействия стала особенно актуальной в связи е развитием экологически устойчивого земледелия, в значительной степени основанного на оптимизации природного потенциала агрофигоценозов. При этом растения и микроорганизмы эволю-ционно связаны принципом разделения функций. Первые как бы доверяют ряд признаков своим сожителям. Если в процессе современного хозяйствования эта связь разрушается, то восполнять недостающие функции приходится земледельцам, что часто ведет к нарушению экологической устойчивости. Складывающиеся в ризосфере фитопатогенные отношения также в значительной степени яапяются единой генетической системой, в данном случае служащей интересам патогенной микрофлоры.
Снизить ущерб от фитопатогенеза можно или направленной регуляцией генетических взаимоотношений его участников, или применением полезной микрофлоры, пригодной дня борьбы с почвенными инфекциями. Осознание процессов, лежащих в основе восприимчивости, или, наоборот, устойчивости культурных растений к различным болезням, позволит выработать новые подходы к выведению иммунных сортов. Это направление также развивается в институте в содружестве с Санкт-! ктербургским государственным университетом. I а основании полученных данных планируется начать изучение действия
симбиотических бактерий на индукцию системной приобретенной устойчивости растений к патогенам (SAR). Это позволит получить штаммы эндосимбиотичееких и ассоциативных бактерий, пригодные для иммунизации сельскохозяйственных культур. Другая перспектива - разработка приемов практического использования штаммов в условиях как теплиц, так и открытого фунта. Для этого будет применен ранее предло-жснный нами метод активной селекции - в результате будут созданы организмы, сочетающие высокую колонизирующую способность, ростсти-мулирующую и антипатогенную активность.
Как известно со школьной скамьи, бобовые культуры формируют два типа симбиозов: с клубеньковыми бактериями и эндомикоризными грибами, играющими важную роль в минеральном питании растений-хозяев. Высокая эффективность этих систем обеспечивается специальными структурами (а также органами), изучение которых представляет большой интерес зля понимания механизмов взаимодействия между партнерами - обмена молекулярными сигналами, регуляции скоординированной дифференциальной экспрессии их генов, процессов дифферен-цировки и дедифференцировки клеток и тканей, генезиса упомянутых структур (органов) партнеров, эволюционного становления симбиозов. В череде перечисленных проблем особое внимание уделяем созданию моделей для понимания мо-
лекулярных механизмов взаимодействия между симбионтами и выявления исходного материала для селекции гороха на повышение его потенциала совместного существования с бактериями. С этой целью проводим анализ генетического контроля бобо-во-резобиального и эндомикоризно-го симбиозов со стороны растения-хозяина: идентификацию соответствующих генов, анализ их первичной структуры, функции молекулярных продуктов.
В институте сформирована одна из крупнейших в мире коллекций идентифицированных на сегодня мутантов гороха (120) по указанным признакам. Их фенотипическая характеристика позволила идентифицировать дискретные стадии процессов развития как азотфиксирующих клубеньков, гак и арбускулярнон микоризы*, контролируемые различными группами генов гороха. При этом выявлено: некоторые из последних необходимы дня развития обеих эндо-с и мб иоти чес ких систе м.
Детальная фенотипическая характеристика и генетическое картирование идентифицированных симбиотических генов гороха создали условия дня их клонирования с целью дальнейшего анализа первичной последовательности, структуры молекулярных продуктов, регуляции экспрессии.
Ну, а поскольку, как говорилось выше, обе эндосимбиотическне систе-
* Арб\ск1 1ы - спсииализмромянные органы микоризных грибов, развивающиеся в корнях растений (прим. авт.).
ДОБРОВОЛЬСКАЯ Т.Г. - 2004 г.
Сельскохозяйственная биология, 2011, № 3, с. 3-9.
УДК 631.46:579.64:}
