Генетика — наука о наследственности и изменчивости, которая изучает механизмы передачи наследственных признаков от родительской клетки к дочерней из поколение в поколение. Носителями генетической информации являются нуклеиновые кислоты — ДНК (в основном) и РНК. ДНК локализуется в нуклеотиде у прокариотов и в ядре у эукариотов. Нуклеотид бактерий называется хромосомой. Вдоль хромосомы в линейном порядке располагаются неоднородны» генетические участки — гены. Каждый ген контролирует развитие определенных свойств организма. Совокупность генов, которыми обладает организм, составляет генотип, т. е. наследственные признаки, полученные им от материнской клетки. Сумма признаков, которые имеет генотип, реализованных в конкретных условиях, составляет его фенотип. В зависимости от условий организмы одного генотипа могут образовывать особи с разными фенотипами. Кроме хромосом, в некоторых бактериальных клетках содержатся внехромосомные генетическиеструктуры —эпиосомы или плазмиды. Это также молекулы ДНК.
Сохранение определенных свойств организма на протяжении ряда поколений называется наследственностью. Под влиянием условий внешней среды наследственные признаки могут изменяться. Различают фенотипическую генотипическую изменчивость.
При фенотипической изменчивости бактерии, образовавшиеся из одной родительской клетки, могут различаться между собой по ферментативной активности, морфологическим признакам, потребности в источниках питания. Фенотип не наследуется. Фенотипические изменения не затрагивают генотипа и могут носить временный характер. К фенотипической изменчивости относятся: физиологическая адаптация —изменение, связанное с приспособлением микроорганизмов к развитию в новых условиях жизни; диссоциация —культуральная изменчивость, когда, например, из засеянной на плотную питательную среду чистой культуры вырастают резко отличающиеся по морфологической структуре колонии (типS — гладкие, типR - шероховатые, тип М - слизистые); модификация - обратимые изменения, легко исчезающие при устранении условий, их вызывавших.
Генотип передается по наследству. Однако и он подвержен изменениям в связи с тем, что генетическая информация, закодированная в ДНК, не является стабильной и образуется в результате структурных изменений генов, приводящих к появлению нового признака. Это так называемая генотипическая изменчивость. В основе генотипической изменчивости лежат мутации. Мутация —внезапные, случайные наследственные изменения у микроорганизмов. Эти изменения стойкие, необратимые, передаются по наследству. Особенно часто получение стойких мутаций микроорганизмов возможно при воздействии лучистой энергии (рентгеновскими, ультрафиолетовыми лучами), некоторых химических веществ (азотистой кислотой и др.). Такие факторы называются мутагенными.
Кроме мутаций к изменению наследственности приводят рекомбинации — изменение комбинации генов. Рекомбинации представляют собой процесс обмена фрагмента ДНК донорной клетки (клетки, передающей свойственный ей признак) с подобным же фрагментом ДНК клетки-реципиента (клетки, воспринимающей новое для нее свойство). Рекомбинации осуществляются путем трансформации, конъюгации, трансдукции и фаговой конверсии.
Трансформация — перестройка генотипа клетки-реципиента под влиянием поглощенной из среды свободной ДНК, выделенной из бактерии донора. Ее источником могут быть свежеубитые микроорганизмы. Конъюгация (спаривание) — передана генетического материала от донорной к реципиентной клетке путем их непосредственного контакта через цитоплазматический мостик. Трансдукция — перенос генетического материала из одной клетки в другую бактериофагом.
Фаговая конверсия — это изменения свойств клетки (фенотипа), обусловленные заражением клетки фагом.
Процессы развития изменчивости микроорганизмов, хотя и подчиняются общим биологическим законам, происходят гораздо быстрее, чем у растений и животных. Основной задачей генетики является улучшение полезных свойств уже применяющихся производственных рас микроорганизмов и выведение новых рас с ценными свойствами. Так, с помощью мутагенных факторов были получены грибы рода Penicillium, продуцирующие в промышленных условиях много пенициллина. Адаптация стала одним из методов селекции микроорганизмов для производственных целей, например адаптация дрожжей к повышенному содержанию спирта.