Молекулярная биология гена - Уотсон Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Иначе обстоит дело с многими одноклеточными микроорганизмами. Такие клетки обычно нормально растут в свободном состоянии и сразу же отделяются друг от друга после завершения клеточного деления. Поэтому эти одноклеточные организмы очень легко выращивать в строго определенных лабораторных условиях, которые пе так уж сильно отличаются от естественных условий их обитания. Многие бактерии в отличие от клеток млекопитающих хорошо растут на простых питательных средах. Папример, кишечная палочка (Е. coli) растет в водном растворе, содержащем только глюкозу и различные пеоргапичсские соли. Ниже показан состав такой среды *.
NH4C1 1,0 г Na,HP04 6,0 г
MgS04 0,13 » Глюкоза 4,0 »
1ШгР04 3,0 » Вода 1000 мл
Для роста бактерий обычно не требуется каких-либо особых источников углерода. Большинство бактерий легко адаптируется к тем органическим молекулам, которые могут использоваться в качестве источника углерода и энергии. Глюкозу можно заменить различными другими органическими веществами; при этом, как правило, чем более разнообразен набор вносимых в среду веществ, тем быстрее растут клетки. Если .например, Е¦ coli растет на среде, содержащей только глюкозу, то при 37° С для удвоения клеточной массы требуется ВО мин; но если к глюкозе добавить различные аминокислоты, а также пуриновые и пиримидиновые основания {предшественники нуклеиповых кислот), то удвоение массы происходит уже за 20 мин. Этот эффект объясняется прямым включением указанных соединений в белки и пуклеиповые кислоты, благодаря чему клетка избавляется от необходимости синтезировать «строительные блоки». Однако существует известный предел для времени, в течение которого происходит удвоение клеточной массы (его обычно называют временем генерации): даже при самых благоприятных условиях роста бактерии не способны делиться быстрее чем каждые 20 мин.
E.ICOL1 - ОРГАНИЗМ, НАИБОЛЕЕ ПОЛПО ИЗУЧЕННЫЙ НА МОЛЕКУЛЯРНОМ УРОВНЕ
В течение последних 30 лет число работ с- Е. coli и эволюционно близкими ей организмами непрерывно росло. Этот оргаиизм очепь мал, хорошо культивируется в лабораторных условиях и не патогенен; имепно поэтому он изучается сейчас наиболее интенсивно (если, разумеется, не считать человека). Конечно, многие другие бактерии обладают точно такими же преимуществами, и в свое время выбор пал на Е. coli, в сущности говоря,
1 Для роста Е. coli требуются также и следы других ионов (например, Fe2+), но их обычно не добавляют, так как они содержатся в виде примесей в других солях и воде.
Химия бактериальной клетки
случайно. Однако, поскольку серьезные работы были начаты имепио с Е. coli, переключаться на другие организмы уже не было оснований. Число работ с этим объектом продолжает увеличиваться и теперь, так как наряду с химическими исследованиями ведутся также и успешные генетические работы. Благодаря этому генетика Е. coli изучена значительно лучше, чем генстпка любой другой бактерии или низшего растения.
Как мы увидим дальше, совместное применение генетических и биохимических методов оказалось столь действенным, что использование в биохимических исследованиях организмов, у которых генетический анализ невозможен, часто представляется просто нецелесообразным.
Клетка Е. coli (рис. 3-1) — это палочка длиной около 2 мкм и диаметром 1 мкм. Она растет в длину и затем делится пополам с образованием двух одинаковых палочек. Лучше всего клетки Е. coli растут при 37° С; это, очевидно, объясняется тем, что они часто паразитируют в кишечнике млекопитающих. Однако и при более низкой температуре клетки растут и регулярно делятся, но только эти процессы сильно замедлены: при прочих оптимальных условиях время генерации составляет при 20° G около 120 мин.
Число клеток и их величину часто определяют с помощью светового (или электронного) микроскопа. Однако, рассматривая клетку в микроскоп, мы обычно не знаем, жива она или мертва. Это можно точно определить, лишь наблюдая рост и деление клетки, для чего небольшое количество клеток высевают на поверхность застывшего агара, содержащего все необходимое для их роста (рис. 3-2). Если клетка жива, то она делится, дочерние клетки также делятся, и через некоторое время (12—24 ч при 37° С) на агаре образуются отдельные скопления бактериальных клеток (колонии). Каждая такая колония состоит из потомков одной-единствен-ной клетки.
Бактерии можпо выращивать и в жидких питательных средах. Если в питательную среду внести небольшое количество быстро делящихся клеток, взятых из такой же среды, то они продолжают делиться через определенные промежутки времени и каждый раз за время генерации удваивают свое число. Таким путем количество клеток увеличивается по экспоненциальному закону (рис. 3-3). Этот экспоненциальный рост продолжается до тех нор, пока условия (из-за непрерывного увеличения числа клеток) не перестанут быть оптимальными.
Обычно в первую очередь ограничивает рост нехватка кислорода. Когда число клеток мало, им достаточпо кислорода, диффундирующего из воздуха в жидкую питательную среду, но с увеличением числа клеток потребность в кислороде возрастает. Часто кислород я^одят, пропуская ток газа через среду или энергично взбалтывая ее. Однако даже при очеиь хорошей аэрации скорость роста начинает снижаться (и сами клетки оказываются мельче), когда число клеток достигнет 109 на 1 мл. При плотности 5 X 10° на 1 мл рост прекращается вообще по еще не ясным причинам. Кривая роста — это кривая, описывающая увеличение числа клеток как функцию времени.
