Как и весь мир живых организмов, микробы постоянно претерпевают процесс эволюции, основанный на изменчивости и наследственности.

Способность всех живых существ наследовать свойства родительских организмов характерна и для микроорганизмов.

Простота строения, быстро протекающие жизненные процессы и быстрая сменяемость поколений являются причинами высокой приспособляемости микроорганизмов. Приспособление (адаптация) к различным факторам у микроорганизмов протекает неодинаково. Адаптация, например, к изменениям температуры, особенно повышенной, происходит медленнее, чем к использованию новых источников питания.

Способность микроорганизмов сравнительно легко приобретать новые свойства используется в практике для получения особо ценных, высокопродуктивных их разновидностей (штаммов), применяемых в пищевой промышленности, производстве медицинских препаратов и для других целей.

Путем селекции, т. е. многократного отбора, получены штаммы спиртоустойчивых дрожжей и кислотоустойчивых уксуснокислых бактерий. В результате неоднократно повторенного отбора выделены улучшенные расы дрожжей, применяемые в производстве шампанских вин. Путем направленного изменения свойств получены авирулентные (не способные вызывать заболевание) расы многих болезнетворных бактерий — сибиреязвенных бацилл, чумной палочки, бруцеллеза и др. Такие штаммы используются для производства вакцин.

Согласно теории, объясняющей механизм наследования признаков и сформулированной в середине прошлого века Иоганом Грегором Менделем, в клетках живых организмов находятся особые наследственные задатки, или факторы. С ними новым поколениям передается вся наследственная информация о программе развития.

Установлено, что первичная наследственная информация сосредоточена в особых структурных элементах ядра клетки — хромосомах.

Главной составной частью хромосом является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). ДНК всех организмов содержит всего четыре нуклеотида, образованных соответствующими азотистыми основаниями — аденином (А), гуанином (Г), тимином (Т) и цитозином (Ц). Нуклеотиды, помимо азотистого основания, содержат дезоксирибозу (сахар) и остатки фосфорной кислоты. Повторяясь множество раз и в разной последовательности, они образуют бессчетное количество различных сочетаний в молекуле ДНК. Эти особенности структуры ДНК каждого организма и являются шифром, с помощью которого закодированы все свойства и признаки.

ДНК построена в виде двух цепочек нуклеотидов, спирально закрученных навстречу одна другой и соединенных через пары нуклеотидов. Строение ДНК принято сравнивать со спиральной лестницей. Молекулы ДНК очень велики, в их состав входят тысячи и даже миллионы нуклеотидов. Молекулярный вес ДНК бактерий достигает 5 000 000—8 000 000. Отдельные участки цепочки ДНК, или так называемые гены, ответственны за то или иное конкретное свойство, признак организма.

В процессе размножения организмов двойная спираль ДНК расщепляется, и на каждой половинке «лестницы» достраивается точная копия отщепившейся части. Так удваивается набор ДНК. Половина набора, т. е. уже целая молекула ДНК, попадает во вновь образовавшуюся клетку и обеспечивает ее соответствующее развитие, строение, свойства.

Помимо селекции, возникновение измененных форм микроорганизмов может происходить путем мутации, адаптации и диссоциации.

МУТАЦИЯ

Это изменение в химической структуре того или иного участка хромосом (гена) и возникшие в связи с этим изменения свойств организма, наступающие внезапно. Иногда под мутацией понимают любое изменение в наследственном механизме клетки.

Мутации микроорганизмов могут происходить естественным путем и вызываться искусственно, с помощью, например, химических воздействий, ультрафиолетового облучения, рентгеновского облучения, действия хлористого марганца, перекисей, минеральных масел. В результате таких воздействий на клетки у некоторых из них возникают повреждения, перестановки отдельных нуклеотидов в цепочке ДНК и др.

Мутанты, т.е. клетки с измененной наследственностью, при одном и том же воздействии могут оказаться с совершенно различными свойствами, в большинстве случаев невыгодными для самих микробов и ненужными для человека. Но среди множества мутантов могут находиться особи с более полезными в хозяйственном отношении свойствами, чем исходные формы.

Наиболее перспективным методом для получения мутантов и последующего выделения полезных форм является радиационная и химическая обработка. Так, облучением гриба Пенициллиум удалось получить полезные мутанты, которые в 50–100 раз активнее образуют пенициллин по сравнению с исходными формами.

В сотни раз более активные мутанты используются в производстве глутаминовой кислоты. С помощью микроорганизмов получают также в значительных количествах аминокислоту лизин.

АДАПТАЦИЯ

Это приспособление микроорганизм а к новым условиям во внешней среде, к появлению в ней иных источников питания, антибиотиков и т. д.

Среди множества клеток, обитающих в том или ином субстрате, в результате неожиданных постоянно происходящих мутаций всегда могут находиться отдельные клетки с повышенной способностью воспринять эти новые условия. Частота их появления как 1 : 10⁷. Размножаясь в благоприятных для них условиях быстрее остальных, со временем они становятся преобладающими, составляя основную массу по численности или даже полностью замещают, исходную культуру.

Таким образом, адаптация представляет собой сочетание мутаций с последующим отбором.

ДИССОЦИАЦИЯ

Заключается в расщеплении культур микроорганизмов при выращивании в лабораториях на несколько типов, отличающихся внешними особенностями колоний.

Известны типы S — гладкие, R — шероховатые, М — слизистые и другие.

С внешними отличиями связаны и некоторые отличительные физиологические свойства. Если, например, у патогенных исходных S–форм все свойства типичны, то у R–форм может быть ослаблена вирулентность (способность вызывать заболевание), иными окажутся характерные признаки роста на лабораторных питательных средах.

Принято считать, что R–формы и прочие появляются в ответ на воздействия фагов, лечебных сывороток. Это как бы приспособленный переход в новое состояние. Возможно обратное превращение М–форм, через R в S, но происходит оно труднее.

Большой интерес представляет изучение механизма изменчивости и наследования приобретенных признаков, последовательности расположения в молекуле ДНК участков, ответственных за те или иные признаки, свойства. Знания в этой области имеют большое теоретическое значение, а в перспективе могут дать возможность целенаправленного формирования новых разновидностей и форм микроорганизмов с необходимыми свойствами.