Клеткалық биотехнология негіздері: оқу құралы. 9965294453, 4310020000

Citation preview

ƏЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

С. Қ. Тұрашева

КЛЕТКАЛЫҚ БИОТЕХНОЛОГИЯ НЕГІЗДЕРІ Оқу құралы Стереотиптік басылым

Алматы «Қазақ университеті» 2020

ББК 28. 0я 73 Т 88 Баспаға əл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті биология факультетінің Ғылыми кеңесі; əл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің жанындағы ҚР БжҒМ-нің жоғары жəне жоғары оқу орнынан кейінгі білім берудің Республикалық оқу-əдістемелік кеңесінің гуманитарлық жəне жаратылыстану ғылымдары мамандықтары Секция мəжілісі шешімімен жəне Редакциялық-баспа кеңесі ұсынған (№ 1 хаттама 19 қараша, 2009 жыл)

П і к і р ж а з ғ а н д а р: биология ғылымдарының докторы, профессор К.Ж.Жамбакин; биология ғылымдарының докторы Н.Қ.Бишимбаева; биология ғылымдарының кандидаты, əл-Фараби атындағы ҚазҰУ профессоры Г.Ж.Уəлиханова

Т 88

Тұрашева С.Қ. Клеткалық биотехнология негіздері: оқу құралы. – Стер. бас. – Алматы: Қазақ университеті, 2020. – 125 бет. ISBN 9965-29-445-3

Оқу құралында клеткалық биотехнологияның теориялық жəне қолданбалы негіздері қарастырылған. Сондай-ақ негізгі салаларына сипаттама берілген. Өсірілетін клеткалардың физиологиялық, биохимиялық ерекшеліктері, клеткалық биотехнологияда қолданылатын жаңа əдістері мен тəсілдері, технологиялары көрсетілген. Оқу құралы жоғары оқу орындарының студенттері мен магистранттарына, биотехнолог жəне биолог мамандарына арналған.

Т

4310020000 - 119 460(05) - 09

ББК 28. 0я 73 © Тұрашева С. Қ.,2020 © Əл-Фараби атындағы ҚазҰУ, 2020

ISBN 9965-29-445-3 2

КІРІСПЕ

Биотехнология (гр. bios - тiршiлiк, techne - өнер, шеберлiк, logos сөз, ғылым) - экономикалық жағынан тиiмдi де маңызды заттар өндiру жəне жоғары өнiмдiлiгi бар микроорганизмдер штамдарын, өсiмдiктердiң сорттары мен формаларын, жануарлардың асыл тұқымдарын шығару үшiн биологиялық процестер мен нысаналарын пайдалануға негiзделген ғылым мен өндiрiстiң жаңа саласы. Биотехнология ғылыми-техникалық прогрестiң маңызды бағыттарының бiрi болып табылады. Биологиялық жəне техникалық ғылымдар саласындағы генетикалық жəне клеткалық инженериядағы осы заманғы жетiстiктерiнiң негiзiнде, адамдардың өмiр сүру деңгейiн көтеру үшiн мақсатты түрде жасалған тiрi жүйелердiң (ең алдымен микроорганизмдердің) барлық мүмкiндiктерiн пайдалануға болады. Биотехнологиялық өнiмнiң көмегiмен жақын болашақта да жəне стратегиялық тұрғыда да өндiрiстiк-технологиялық, экологиялық жəне əлеуметтiк-экономикалық мəселелер шешiлуде. Биотехнологияның қалыптасуы ғылыми-техникалық дамуымен байланысты. Клеткалық биотехнология көптеген ғылымдардың түйісуі арқасында пайда болған, сондықтан оның дамуы молекулалық биология, биофизика, биохимия, клеткалық жəне молекулалық иммунологияның жетістіктеріне жəне қазіргі заманның инженерлік технологияларына негізделеді. Клеткалық биотехнологияның теориялық мəселелерін шешу үшін іn vіtro өсірілетін клеткаларды пайдаланады. Сонымен қатар биотехнологияда мынандай биологиялық жүйелерді: микроорганизмдер, өсімдіктер жəне жануарлардың клеткалық линияларын, вирустарды, субклеткалық макромолекулалық құрылымдарды қолданады. Бірақ биообъектілерді өнеркəсіптік ірі көлемде пайдалану үшін технологияны өндіру, сондай-ақ өнеркəсіптік биотехнологияның теориялық негіздерін білу керек, яғни жеке клеткалардың жəне клеткалық популяцияның физиологиялық дамуы заңдылықтарын, биосинтезінің ерекшелігін, ферменттердің белсенділігін реттейтін механизмдерді білу қажет. Биотехнологиялық, биохимиялық жəне микробиологиялық əдістерді өнеркəсіпте қолданып, адамға қажетті өнімдерді (мысалы, биологиялық белсенді заттар, антибиотиктер, витаминдер, гликозидтер, интерферондар, моноклондық антиденелер, т.б.) алуға болады. Биотехнологиялық əдiстермен өндiрiлген фармацевтикалық өнiмдер əлемдiк 3

бағыты биотехнологиялық нарықтың жартысына жуығын құрайды. Оларға емдеу, диагностикалық препараттар, вакциналар, емдік сарысулар, анатоксиндер, иммуноглобулиндер, бактериофагтар, нормофлора дəрідəрмектер, аллерген диагностикумдар, профилактикалық құралдардың бəрі жатады. Мысалы, ХХІ ғасыр басында Ресейде иммунобиологиялық препараттардың 300 атауы сатып алынып, 500-ге жуық атауы өндiрiлдi. Ал Қазақстанда фармацевтикалық дəрілік өнімдердің 550 атауы сатып алынып жəне сəйкессінше, 150-ге жуық атауы өндіріледі. Клеткалық инженерия жəне гендік инженерия арқылы жаңа заттарды, өсімдіктердің жаңа сорттарын жəне асыл мал тұқымдарын шығаруға мүмкіншілік бар. Қазiргi уақытта гендiк-инженерлiк дəрi-дəрмек препараттарының өндiрiсi биотехнологиялық фарминдустрияда жетекшi сектор болып табылады. Дүниежүзiнде тек ғылыми-зерттеу зертханаларымен қуатты өндiрiстiк базаның өзара əрекеттесетiн кешендерi сыртқы нарыққа сапалы жəне бəсекеге қабiлеттi өнiмдердi өндiредi. Бiрiккен Ұлттар Ұйымының сарапшыларының қорытындысы бойынша, болашақта биотехнология өзінің барлық қызмет салаларында жəне ең бiрiншi кезекте азық-түлiк өнiмдерiн, медициналық препараттарды алуда, ауыл шаруашылығында, экология, энергетика салаларында адамзаттың омірі дұрыс дамуын анықтайтын болады. Соңғы жылдары биологияда болған өзгерiстер биотехнологияның дамуында қағидалы жаңа перспективаларды ашты, өндiрiсте биологиялық процестердi қолдану шектерiн кеңейттi жəне "осы заманғы биотехнология" деген жалпы атауымен бiрiктiрiлген жаңа бағыттардың пайда болуына əкелді. Бұл оқу құралының мақсаты - студенттер мен магистранттар клеткалық биотехнологияның теориялық негіздерімен қатар қолданбалы практикалық негіздерін бірдей игеруін ынталандыру болып табылады. Осы оқу құралында клеткалық биотехнологияның негізгі салаларына толық сипаттама берілген. Сонымен қатар өсірілетін клеткалардың физиологиялық-биохимиялық ерешеліктеріне негізделген, биотехнологияда қолданылатын жаңа əдістері мен технологиялары көрсетілген, өнеркəсіптің əртүрлі салаларында пайдаланатын тағам өнімдерін, дəрі-дəрмектерді, биологиялық белсенді заттарды алатын биотехнологиялық тəсілдері қарастырылған.

4

БІРІНШІ ТАРАУ

БИОТЕХНОЛОГИЯНЫҢ ТЕОРИЯЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ

1.1. Биотехнологияның даму тарихы Биотехнология биологиялық, химиялық, техникалық ғылым арқылы түзіледі. Биотехнология – өте күрделi, интегралды ғылым. Сондықтан, оның теориялық негiзi биология ғылымының көптеген салаларынан (цитология, физиология, генетика, биохимия т.б.) нəр алып, ұсыныстарын сiңiрiп, олардың басты принциптерi мен əдiстерiн өзiне бағындыру арқылы қалыптасқан. Голланд ғалымы Е.Хаувинк биотехнологияның пайда болуы мен даму тарихының 5 ғылыми кезеңін ажыратқан. Олар: 1-кезең (1865 ж.) - Пастер ғасырына дейінгі кезең – сыра, шарап, нан өнімдері жəне сыра ашытқыларын, ірімшік алғандағы спирттік жəне сүт қышқылды ашытуды қолдану, сірке қышқылын жəне ферментативті өнімдерді алу. 2-кезең (1866-1940 ж.) - Пастер ғасырлық кезеңі – этанол, бутанол, ацетон, глицерин, органикалық қышқылдарды, вакциналарды, сондай-ақ көмірсулардан азықтық ашытқыларды өндіру, канализациялық суды аэробты тазалау. 3-кезең (1940-1960 ж.) - антибиотиктер өндіру кезеңі – тереңдетілген ферментация жолымен пенициллин жəне басқа антибиотиктерді, вирустық вациналарды алу, өсімдік жасушаларын in vitro жағдайында өсіру, стероидтардың микробиологиялық биотрансформациясын жүзеге асыру. 4-кезең (1961-1975 ж.) - меңгерілетін биосинтез, яғни микробты мутанттар көмегімен амин қышқылдарын өндіру, тазартылған ферменттік препараттар алу, иммобилденген ферменттерді жəне жасушаларды өндірісте қолдану, бактериалды полисахаридтерді 5

өндіру, канализациялық суларды анаэробты тазалау жəне биогаз алу. 5-кезең (1973 жылдан бастап) – жаңа биотехнология – биосинтез агенттерін алу мақсатында жасушалық жəне генетикалық инженерияны қолдану. Моноклонды антиденелерді өндіретін будандарды, протопласттарды жəне меристемді дақылдарды будандастырып алу, эмбриондарды трансплантациялау. «Биотехнология» терминін алғаш рет 1917 ж. венгр ғалымы Карл Эрике енгізді. Биотехнология физика-химиялық биология, молекулалық биология, генетика, микробиология, биоорганикалық химиямен өте тығыз байланысты. Биотехнологияның əдістері мен принциптері осы ғылыми салаларға негізделеді. Себебі ол тірі организмдердің белгілі биохимиялық процестерді пайдалану арқылы тиімді өнімдерді өндірістік жолмен алудың əртүрлі тəсілдер жүйесінен тұрады. Биотехнологиялық жолмен алынатын өнiмдерге көптеген дəрi-дəрмектер, ақуыздар мен ферменттiк препараттар, құлпырған табиғи бояулар, хош иiстi заттар, витаминдер жəне тағы басқа да биологиялық белсенді қосындылар кiредi. Биотехнологиялық əдiстердiң көмегiмен селекция процессiн жүргiзуде ежелден қолданылып келе жатқан тəсiлдердi (будандастыру, мутагенез, сұрыптау т.б.) едəуiр жеңiлдетуге, тездетуге болады. Биотехнологиялық тəсілдері арқылы, əсіресе, биоинженерия (клеткалық инженерия, гендiк инженерия) тəсілдері арқылы өсiмдiктердiң сапалы сорттары, малдың асыл тұқымдары, микроорганизмдердiң аса өнiмдi штамдары алынады. Сонымен биотехнология - биологиялық процесстердiң өту заңдылықтарын терең зерттеп, ұғу, биологиялық нысаналардың қызметiн пайдалану негiзiнде iске асырылатын қазiргi заманның өте тиiмдi де биiк деңгейдегi технологиясы болып табылады. 1.2. Биотехнологияның негізгі салалары мен міндеттері Биотехнологиядағы ғылыми-зерттеулер мен технологиялық жұмыстардың объектілеріне микроорганизмдер, жануарлар мен өсімдіктердің жасушалары мен тіндері жатады. Жасуша 6

физиологиясының метаболизмін, генетикасын зерттеу, зертханалық жағдайда дақылдандыру əдісін жасау, өндірістік биомасса көлемін арттыру, жасушалық метаболиттерді бөліп алу жəне тазарту биотехнологияда бір ғана мақсатты көздейді, ол адам тіршілігіне пайдалы өнімдерді түзетін микроорганизм штамын, жануар мен өсімдік жасушасын дақылдандыруды жасау. Бұл жағдайда биологиялық нысаналарының сапалық сипаттамасына биологиялық өнім құндылығы тəуелді болады. Сондықтан продуцент микроорганизмдердің биологиялық қасиеттерін зерттеу, сұрыптап алу, генетикалық түрлендіру, трансгенді жануарлар мен өсімдіктерді алу негізінен биотехнологиялық үдірісте негізгі буын тізбегінің, биологиялық технология бастамасы болып саналады. Сонымен қатар биотехнология – пайдалы-шаруашылық мақсатта медициналық тəжірибе, экологияны жақсарту жəне т.б. үшін продуцент есебінде жануарларды, өсімдіктерді жəне микроорганимздерді қолданумен, технологиялық үдірістердің туындауымен, жетілдіруімен байланысты ғылым. Сондай-ақ, биотехнологияның жетiстiктерiн экономиканы дамыту үшiн қолдануға байланысты ауылшаруашылық биотехнологиясы, медициналық биотехнология, геобиотехнология, биоэлектроника, биоэнергетика, экологиялық биотехнология, бионанотехнология сияқты салалар қалыптасты (1-сурет). Сонғы онжылдықта биотехнологияның жаңа бағыты – ғарыштық биотехнология дами бастады. Биотехнология ғылыми пəн жəне өндірістік технология есебінде тірі жасушаның биоөндіргіштік белсенділігін зерттеуге, сапалы өндірушілік қабілеті бар жəне əртүрлі салаларда: ауылшаруашылығында, фармацевтикада, медицинада, тағам өнеркəсібінде, биоэнергетикада, қоршаған орта ремедиациясында, биоэлектроникада, тағы басқаларда қолданылатын жаңа объектілерді құрып, жетілдіру мақсатына арналған жұмыс бойынша орасан көңіл бөлінеді. Биотехнология жоғары технологиялардың қазіргі саласы есебінде, оның тірі организмдері мен биологиялық үдірістерін құрайды жəне əртүрлі ауылшаруашылық, өнеркəсіптік, экологиялық, иммунобиотехнологиялық өзіндік ғылыми бағыттар бойынша дамиды 7

Биотехнология

Өнеркəсіптік биотехно -логия

Ауыл шаруашылық биотехно -логия

Медициналық биотехно -логия

Экологиялық биотехно -логия

Биоэнергетика

Биоэлектроника

Ғарыштық биотехно -логия

1-сурет. Биотехнологияның негізгі салалары

Биотехнологияның міндеттері: • белсенді заттарды, дəрілік препараттарды диагностиканы жасау жəне ауруларды емделу үшін медицинада пайдалану; • өсімдіктер мен жануарларды вирустік аурудан сақтайтын жəне зиян келтіретін құрт құмырсқадан қорғайтын биологиялық препараттарды еңгізу, сонымен қатар биотикалық жəне абиотикалық факторларға төзімді өсімдіктердің жаңа сорттарды алу, оларды ауыл шаруашылыққа еңгізу; • жем қоспаларды (жем белокпен, аминқышқылдармен лизин жəне метионинмен – байытылған қоспаларды) мал өнімділігін арттыру үшін оларды өндіріп, практикада қолдану; • тамақ-тағам өндірісте, химиялық, микробиологиялық жəне өнеркəсіптің тағы басқа салаларында қолданылатын экономикалық тиімді заттарды алудың жаңа технологияларын енгізу; • ауылшаруашылықтық, өнеркəсіптік қалдықтарды, қоқысты қайта өндеп, сарқынды суды пайдаланып сапалы тынайқыштарды жəне биогазды, биоэтанолды, биогенді көмірсүтектерді (яғни қайта қалпына келетін жанар майдың, энергияның көзі) алу үшін жаңа технологияларды енгізу, яғни, биоконверсияны жасау). Сонымен қатар биотехнологияның мақсаттары – биофармацевтикалық препараттарды өндіру (протеиндерді, ферменттерді, антиденелерді, т.с.с.), генетикалық өзгерілген (модифи8

кацияланған) өсімдіктерді алу жəне оларды ауылшаруашылыққа еңгізу, жанармайды биологиялық тəсілдерімен өндіру, өнеркəсіптің əртүрлі салалар үшін ферменттерді жəне биоматериалдарды шығару, жоғары сатыдағы организмдердің геномды белгілеу жəне түзіту (коррекциялау), ластанған қоршаған ортаны тазарту. 1.3. Биотехнологиялық əдістер Он жылдың iшiнде сидам химия (биокатализаторлар, органикалық синтездiң өнiмдерi), өндiру өнеркəсiбi (биогеотехнологиялар, топырақ биоремедиациясы), жартылай өткiзгiштердi өндiру (жаңа өткiзгiш материалдар), ақпараттық технологиялар (микроэлектрондық жүйелер, биоинформатика құралдары, биологиялық қағида негiзiндегi құрылғылар, биокомпьютерлер) сияқты экономиканың маңызды салаларында биотехнологияны қолдау аясын кеңінен кеңейту болжанып отыр. Негізгі биотехнологиялық əдістерге: • гендік инженерия; • клеткалық инженерия; • хромосомалық инженерия; • ақуыздық инженерия; • инженерлік энзимология жатады. Гендiк инженерия – молекулалық жəне клеткалық биологияның қолданбалы саласы, яғни белгiлi қасиеттерi бар генетикалық материалдарды (гендердi) in vitro жағдайында алдын ала құрастырып, оларды тiрi жасушаға енгiзiп, көбейтiп, зат алмасу процессiн өзгеше жүргiзу. Негізінде «инженерия» құрастыру деген мағынаны білдіреді. Клеткалық инженерия мен гендік инженерия биоинженерлік əдістерге жатады. Əлемдiк биотехнологияда гендiк инженерия кең дамыған. Биоинженерияда барлық əлемдiк зерттеулердiң негiзгi бағыты адам үшiн пайдалы белгiлерге ие генетикалық модификацияланған организмдердi (ГМО) жасауға шоғырландырылған. Гендiк-инженериялық қызметтiң кең мағынада үш негiзгi: фармакологиялық жəне тамақ өнеркəсiбi үшiн генетикалық модификацияланған (бұдан əрi – ГМ) өсiмдiктердi, ГМ-жануарларды жəне ГМ-микроорганизмдердi (немесе рекомбинантты микроорганизмдерді) жасау мақсаты бар. 9

Ғалымдар бiрiншi рет гендiк инженерия əдiсін микроорганизмдерге қолданды. Гендiк инженерияның мəнi – жеке гендердi бiр организмнен алып басқа организмге көшiрiп орналастыру. Бұған рестриктаза мен лигаза ферменттер қатысады. Рестриктазалар (рестрикциялық эндонуклеазалар) – ДНҚ молекуласын белгiлi жерлерден жеке үзiндiлерге қиып бөлшектейтiн ыдыратушы фермент. Алынған полинуклеотид бөлшектерiнiң (ДНҚ фрагменттерiнiң) комплементарлық немесе "жабысқыш" ұштарын ДНҚ лигазасы бiр-бiрiне "желiмдеп" реттеп жалғастырып қосады. Осы ферменттердiң көмегiмен бiр ДНҚ молекуласынан қажеттi ген бөлiнiп алынып, басқа ДНҚ молекуласының үзiндiлерiмен құрастырылып рекомбинанттық, яғни жаңа будан ДНҚ жасалады. Одан кейiн рекомбинанттық ДНҚ бiрнеше əдiстермен тiрi жасушаға енгiзiледi. Бөтен гендi жасуша iшiне тасымалдап алып баратын арнаулы ДНҚ молекуласын вектор дейдi. Оған төмендегідей талаптар қойылады: • өз алдына репликациялану, яғни клетка iшiне бөтен гендi алып кiрген соң жасушамен бiрге немесе өз алдына көбейе алатын болуы немесе вектор жасуша хромосомасының құрамына енiп, онымен бiрге ұрпақ жасушаларға берiлiп отыруы керек; • трансформацияланған жасушаларды анықтау үшiн оның ерекше генетикалық белгiлерi (маркерлерi) болуы керек (мысалы антибиотикке төзiмдiлiгi); • құрамында рестриктазалар үзе алатын нуклеотидтер тiзбегi болуы жəне репликацияға қабiлетiн жоғалтпауы керек; • векторға орналастырылған бөтен ген оның атқаратын қызметiн бұзбауы керек, ал вектор болса, ол да енгiзiлген геннiң iшiнде дұрыс реттелiп жұмыс iстеуiн қамтамасыз ететiн болуы тиіс; • вектордың көлемi кiшiгiрiм болуы керек. Вектор ретінде бактериалды плазмидаларды, хлоропласттық жəне митохондриалдық ДНҚ, вирустар мен вироидтар, транспозондар қолданылады. Бөтен генді микроинъекция, биобаллистикалық, электропорация тəсілдері арқылы енгізуге болады. Жаңа геннiң 10

экспрессиясы өткенен кейін, клетка сол ген белгiлейтiн ақуызды синтездей бастайды. Қысқаша айтқанда рекомбинанттық ДНҚ технологиясы: 1) организмге көшiрiлетiн құрылымдық гендi бөліп алу; 2) генді вектордың құрамына енгiзу, яғни рекомбинанттық ДНҚ жасау; 3) рекомбинанттық ДНҚ-ын қожайын жасушасына тасымалдау; 4) жасушаларында бөтен ДНҚ-ның экспрессиясын талдау кезеңдерден тұрады. Сонымен, жасушаға рекомбинанттық ДНҚ молекуласы түрiнде жаңа генетикалық информацияны енгiзiп, ақырында жаңа белгiсi бар организмдi алуға болады. Бұндай организмдi трансгендiк немесе трансформацияланған организм деп атайды, себебi бiр организмнiң өзгерiп басқа қасиетке ие болуын трансформация дейдi. ГМ-өнiмдердiң алғашқыларының бiрi инсулин болды – рекомбинанттық ДНҚ-технологиясы арқылы бактерияның ДНҚ-сына инсулинның синтезiне жауапты ген енгiзiлдi. Қазiр əлемде барлық инсулин рекомбинантты бактериялардан өнеркəсiптiк тəсiлмен алады. Кейiнiрек ғалымдар көптеген қажеттi ақуыздарды бактериялар көмегiмен алуға мүмкiн емес екенiн айқындап, пайдалы сапаларға ие трансгендiк өсiмдiктер мен жануарларды шығаруымен айналыса бастады. Дəрiлiк препараттарды өндiру трансгендiк жануарлар көмегiмен ғана емес, өсiмдiктер арқылы да алуға болады. Ғылыми əзiрлемелердiң басқа бағыты – ауруларға қарсы жоғары тұрақтылыққа не басқа да пайдалы қасиеттерге ие жануарлар мен өсiмдiктердi шығару. Биоинженерия жолымен алынған дəрi-дəрмек препараттары (атап айтқанда, синтетикалық инсулин, рекомбинанттық интерферон, гепатитке қарсы екпелер) дүниежүзiнде ғылыми ортада жəне тұтынушылардың тұрақты сұранысымен белгiлi. Ең алдымен адам мен жануарлар ақуызының негiзiндегi гендiкинженерлiк дəрi-дəрмек препараттары, көбiне, тек биотехнологияның көмегiмен ғана алынуы мүмкiн жəне олар ауыр науқастарды емдеу кезiнде айырбасталмайтын теңдесi жоқ əрі болып табылады. Мысалы, проурокиназалар - тромболитиканың 11

төртiншi шығарылған жаңа түрiн пайдалану миокард инфаркттан өлудi бес есеге азайтады. Лактоферриндi пайдалану "жасанды тамақтандырылған" балалардың гастроэнтериттермен ауруын 10 есеге азайтады. Қазiргi уақытта əлемде 143 гендiкинженерлiк дəрi-дəрмек субстанцияларын өндiруге рұқсат берiлдi жəне 26-сы рұқсат алу кезеңiнде. Биоинженерия негiзiндегi биотехнологияның негiзгi мəнi – тiрi организмдердi жетiлдiру жəне жетiлдiрген қасиеттерге ие жəне табиғатта аналогы жоқ жаңа биологиялық белсендi қосылыстарды алу. Биоинженерия негiзiндегi биотехнология: денсаулық сақтау мен фармацевтикада (диагностикумдардың жаңа ұрпағын, рекомбинанттық ақуыздар, ферменттер, гормондар негiзiнде дəрi-дəрмек препараттарды жасау); өнеркəсiптiң əртүрлi салаларында (өнеркəсiптiк жүйенi қарқындату үшiн биокатализаторларды, модифицикацияланған ферменттердi, рекомбинанттық микроорганизмдердi жасау); ауылшаруашылығында (жетiлген қасиеттермен жəне жоғары өнiмдiлiгiмен трансгендiк өсiмдiктер мен жануарларды жасау, гендiк-инженерлiк өсiм реттеуiштерiн, биотыңайтқыштарды пайдалану); қоршаған ортаны қорғауда (қалдықтарды пайдаға асыру, ксенобиотиктердiң биодеградациясы, суды тазалау) қолданылады. Өндiрудiң басталуын екi-үш жылдан кейiн күтуге болатын адам геномының мағынасын ашу, таяу арада адамның жаңа реттеуiш ақуыздарының ашылып жəне олардың негiзiнде жаңа дəрi-дəрмек препараттары жасалынады деп болжам жасауға мүмкiндiк бердi. Адам геномын білу медицина үшін өте маңызды. Қазіргі кезде адам генетикасын зерттеуге деген көзқарас бұрынғыдан да артып отыр. Ертеректе генетика тек тұқым қуалайтын ауруларға қатысты деп есептелінсе, қазір аурулардың көпшілігі гендерге байланысты екендігі белгілі болып отыр. Тұқым қуалайтын аурулар ДНҚ құрамындағы геннің өзгерісін тудыратын мутацияға байланысты болады. Ал, басқа аурулар, əдетте, геннің құрылымынан емес, оның экспрессиясы реттелуінің бұзылуының нəтижесінде түзеледі. Гендік ауруларға - ДНҚ-ның ген деңгейінде бұзылуы нəтижесінде пайда болатын тұқымқуалайтын аурулардың үлкен бір тобы жатады. Популяциядағы гендік аурулардың жалпы жиілігі 1-2% құрайды. 12

Адамдардың геномында 1112 “гендер аурулары”, оның ішінде 94 “құрама” гендер, ісік тудыратын гендер бар. 2005 жылдың наурыз айында адамдарда 24000 белокты кодталған ететін гендер («Адам геномы» жобасы бойынша) анықталған. Оның ішінде 1700 гендердің экспрессиясы ауру тудырады. Осы 1700 гендер арасынан 14500 мутация (орташа 26 ген) аурулармен байланысты сырқаттар табылған, ал қалған 10.000.000 мутация анықталмаған. Бұл зерттеулер геномика ғылымы арқылы жəне хромосомалық инженерия көмегімен жүргізілген. Тұқым қуалайтын ауруларды анықтау үшін хромосомалық генетикалық картаны жақсы білу керек. Генетикалық карта адам геномының біріншісі картасы болды, оның негізінде картирлеу бойынша кезекті жұмыстары құрылды. Əрбір адамда əртүрлі нуклеотидтердің кезектіліктері бар хромасома аймақтары белгіленді. Құрылымдық геномика арқылы хромасомалардың бірінші нуклеотидтен соңғысына дейін толық беретін нуклеотидтер кезектілігін алады. Полимеразалы тізбек реакция (ПТР) арқылы ДНҚ фрагментін (сиквенс) in-vitro синтездеуге жəне оны химиялық таза зат ретінде алуға болады. Синтез үшін ДНҚ-ның қысқа синтетикалық бөліктері қолданады, оларды праймер деп атайды. Геномның физикалық карталары бір-бірінен тəртіп бойынша орналасқан векторлы молекулаларда клондалынған ДНҚ фрагменттерінен жұбымен беріледі. Қазіргі уақытта гендік терапияда олигонуклеотидтерді қолдану арқылы дəрілік препараттар дайындайды, олар геннің экспрессиясын тежейді. Гендік терапияда ауытқы гендерді бөліп алып, олардың орнына жасанды жағдайында синтезделген гендерді орналыстырады, нəтижесінде, тұқым қуалайтын аурулар емделеді. Клеткалық инженерия – клеткаларды өсіру, оларды будандастыру жəне қайта құрастыру арқылы клетканың мүлдем жаңа типін жасау əдісі. Клеткалық инженерияда кең қолданылатын бұл сомалық будандастыру. Сомалық будандастыру деп дене клеткаларының яғни сомалық клеткаларының қосылуын айтады. Ең алғаш рет будан 1960 жылы жануар клеткаларынан алынған, əдетте, биология мен медицинаның теориялық мəселелерін шешуге сомалық клеткаларды будандастыру пайдаланылды. Қазіргі кезде сомалық будандастыруды өсімдіктің 13

сомалық буданы жəне жануарлар сомалық буданы деген екі бағытта кең қолданылады. Сомалық буданның жыныстық буданға қарағанда артықшылығы көп, əдетте жынысты буданнан алынған ұрпақ ата–анасының бізге қажет емес жарамсыз белгілерін ала жүру əбден мүмкін. Онда бізге қажет бағалы бір ғана белгі болуы мүмкін емес. Осы себептен де жынысты жолмен будан ұрпақ алу генетикада шектелген. Тіпті біз көздеген қасиетімізбен қатарласып, зиянды белгінің де жарыққа шығу мүмкіншілігінде жоққа шығаруға болмайды, осындай белгілердің жарыққа шығуын жою үшін, қайта–қайта будандастыру керек. Ал бұл уақытты зая кетіреді жəне қаражат жағынан шығынды артады, жыныстық будан физиологиялық жағынан ғана жақын түрлермен ғана шектеледі. Міне, сондықтан жыныстық будан биотехнологияның даму қажетінің талабынан шыға алмайды, сол себепті ғалымдар көп еңбек ету арқылы сомалық буданды ойлап тапты. Сомалық будан нəтижесінде жыныстық процесс арқылы емес, басқа клеткалардың қосылу нəтижесінде будан алынады. Бұл будандастыру жыныстық будандастырудағы физиологиялық жақын түрлермен шектелмей, түр аралық қана емес туыс аралық, тіпті, оданда алшақ түрлерді будандастырады. Жануарлар биотехнологиясында клеткалық инженерияны моноклонды антиденелерді алу үшін пайдаланады. Моноклонды антиденелер В-лимфоцитер мен ісік клеткаларды будандастырудың нəтижесінде пайда болған өнім. Емханаларда зиянды, уытты заттарды табу үшін, қазіргі кезде əртүрлі патогенді микроорганизмдерді анықтау үшін моноклонды антиденелерді қолданады. Сомалық клеткаларды химиялық, яғни арнайы химиялық заттармен, əсіресе, фюзогендермен (мысалы, полиэтиленгликольмен) өндеп, жəне физикалық (мысалы, электро өрісімен өндеп) тəсілдер арқылы будандастырады. Клеткалық инженерия əдістеріне протопластарды, сомалық клеткаларды қосып будандастырудан басқа, клеткалардың жеке бөліктерінен оларды қайта құрастыру (реконструкциялау) да жатады. Клетканы қайта құрастыру (реконструкциялау) – клетканың құрамына кіретін ядроны, цитоплазманы, митохондрияларды, хлоропластарды, хромосомаларды бір клеткадан басқа клеткаға көшіру негізінде мүлдем жаңа клетканы жасау. 14

Ақуыздық инженерия жəне инженерлік энзимология əдістері. Ақуыз заттар тіршіліктің негізгі көзі деп қаралатындықтан, организм денесі тұтас ақуыз заттардың жиынтығы (протеом) болып есептелінеді. Осы заттар қазіргі қоғамдағы ең көп сұранысқа ие болған биотехнологияның ең басты зерттеу нысанысына айналды. Протеомика ғылымының мақсаты – организмнің геномындағы кодталған барлық ақуыздарды жəне олардың бір-бірімен байланысын анықтау. Протеомиканың əдістемелік базасы – тірі жүйедегі ақуыздардың биохимиялық құрамы туралы ақпаратты алу. Организмде тіршілік процестерінің бірқалыпты жүруі ферменттер əсеріне байланысты. Ферменттік реакцияларда тулатын жайсыз өзгерістер əртүрлі паталогияға, дертті өзгерістерге əкеліп соғады. Ферменттердің белсенділігін анықтау арқылы əртүрлі өзгерістерге тұжырым жасап, адамның, жануардың ауру жағдайын, диагностикасын бақылайды. Емханаларда кейбір ауруларды емдеуде пепсин, трипсин, химотрипсин сияқты протеолиттік ферменттерді пайдаланады. Бір қатар ферменттер тамақ өнеркəсібінде, жеңіл өнеркəсібінде қолданады. Ферменттерді тоқыма, фармацевтика, былғары, медицина, ауыл шаруашылығы, органикалық жұқа синтезде жəне т.б. өндірістердің əртүрлі салаларында биологиялық катализаторлар ретінде пайдаланады. Инженерлік энзимология əдістің негізінің бірі – иммобилденген ферменттерді дайындау. Иммобилденген ферменттер (лат. immobilis–жылжымайтын, қозғалмайтын) – табиғи немесе синтетикалық заттардың беткі қабатына бекіген немесе полимерлік гельдер құрамына енгізілген, қозғалысы шектелген ферменттер. Бекітілген ферменттерді қолдану бұрыннан белгілі, мысалы, 1916 жылы Дж. Нельсон мен Е.Гриффин көмірге адсобцияланған инвертаза өзінің каталитикалық белсенділігін сақтайтынын көрсеткен. Иммобилденген ферменттердің нативті ферменттермен салыстырғанда елеулі артықшылықтары бар. Мысалы, олар реакциялық ортадан оңай бөлінеді. Бұл реакцияны кез келген уақытта тоқтатып, катализатормен ластанбаған өнімдерді алуға жəне фермент препаратын бір немесе бірнеше рет пайдалануға мүмкіндік береді. Иммобилденген 15

ферменттердің технологиялары, сондай-ақ, биотехнологиялық жүйелерді үздіксіз жүргізу, катализдейтін реакцияның жылдамдығын реттеу ағынның жылдамдығын өзгерту жолымен, өнімді шығару мүмкіншілігімен анықталады. Иммобилизация əдістерімен сəйкес тасымалдаушыларын іріктеп алу, ферменттердің арнайылығын көрсететін pH, температурасына тəуелділігін, сондай-ақ денатурлаушы əсерлерге тұрақтылығы сияқты қасиеттерін мақсатты түрде өзгертуге болады. Ферментті арнайы тасымалдаушы (органикалық, бейорганикалық, синтетикалық) субстратпен байланыстырады. Целлюлоза, декстран, агароза жəне олардың туындылары сияқты полисахаридтерді тасымалдаушы ретінде кеңірек пайдаланады. Олардың ерекшеліктері: əртүрлі функционалды топтарының болуы, жоғары деңгейдегі гидрофильділігі, қолайлығы болып саналады. Сонымен қатар қосылыс-тасымалдаушылар – каррагинан, альгин қышқылы жəне олардың тұздары альгинаттар төмен температурада қолайлы, белгілі жағдайларда гель түзеді. Соңғы жылдардағы жұмыстарда тасымалдаушы ретінде хитин мен хитозанның пайдаланып жүргені жарияланды. Бұл тасымалдаушыға иммобилденген ферменттердің белсенділігі жоғары, термотұрақты, бактерияларға төзімді келеді. Ферменттердің иммобилизациясына арналған синтетикалық полимер тасымалдаушылар мына заттардың: стиролдардың негізінде дивенилбензол сияқты тігуші агенттер, полиуретан негізінде полимерлер жасалады, ПААГ, поливинил спирті негізінде тігуші агент ретінде глутар альдегидін пайдаланады. Органикалық төмен молекулалы тасымалдаушылар – бұл табиғи липидтер немесе олардың синтетикалық аналогтары. Липидтік тасымалдаушылар əртүрлі беткейлерде моноқабат түрінде немесе сфера пішінді биқабат (липосома) түрінде пайдаланады. Органикалық емес тасымалдаушылар – силикагель, сазбалшық, керамика, табиғи минералдар жəне олардың оксидтері негізіндегі саңылаулы жəне саңылаусыз матрицалар болуы мүмкін жəне олар түйіршікті түрінде немесе монолиттік түрінде қолданылады. Бұл тасымалдаушылардың артықшылығы – оңай регенерацияланады жəне кез келген құрылымды бере алады. Иммобилденген ферменттер мен иммобилденген жасушалар 16

биокатализаторлық жүйе ретінде өнеркəсіпте қолданылады. Жылжымайтын жəне агар қосылған ортада өсірген жасушалар сұйық ортада өсірген клеткаларға қарағанда қосымша метаболиттерді көбірек синтездейді. Иммобилденген ферменттер мен жасушалар технологияда ұзақ уақыт пайдаланылатын болғандықтан биокатализ жүйесі арзанға түседі. Жасушаларды 4 тəсілмен: 1) жасушаларды əр түрлі оқшау (инерттік) заттармен қаптаумен (альгинат гельмен, агармен, полиакриламид гельмен -ПААГ, желатинмен, коллагенмен); 2) оқшау заттың беткі қабатына ферменттерді жəне жасушаларды адсорбция арқылы орналастырумен; 3) оқшау заттың беткі қабатына жасушаларды биологиялық макромолекулалармен (лектиндермен) «тігумен»; 4) ферменттерді жəне жасушаларды коваленттік байланыстар арқылы оқшау субстратқа орналыстырумен (мысалы, карбоксиметилцеллюллозаға-КМЦ) иммобилдеуге болады. Биологиялық жағынан оқшау затқа бекіген ферменттер мен жасушалар өз өміршендігін сақтайды. Бекіген жасушалар төңірегінде қоректік орта көп мөлшерде жүріп тұрады, оның құрамын өзгертіп, өсу қарқындылығын бəсендетіп, қосымша заттарды көбірек алуға болады. Қазіргі кезде ферменттер иммобилденуінен қажетті ферменттерді синтездейтін микроорганизмдерді полимерлерге тұрақтандыру жүзеге асты. Яғни бактериялардың бірнеше есе ұзақ жұмысы мен өндірістік шығындар едəуір төмендегендей болды. Бақылау сұрақтары: 1. Биотехнологияның даму тарихында қандай негізгі кезеңдері бар? 2. Биотехнологияның басқа ғылымдарымен қандай байланысы бар? 3. Биотехнологияның негізгі бағыттары мен міндеттері қандай? 4. Биотехнологияда қандай əдістер мен тəсілдер қолданылады? 5. Иммобилденген жасушалар мен ферменттер деген не?

17

ЕКІНШІ ТАРАУ

ƏРТҮРЛІ ОРГАНИЗМДЕРДІҢ ЖАСУШАЛАРЫН IN VITRO ЖАҒДАЙЫНДА ӨСІРУ ƏДІСТЕРІ МЕН ПРИНЦИПТЕРІ

2.1. Бионысаналар жəне оларды жасанды жағдайында өсіру əдістері Биотехнологиядағы ғылыми-зерттеулер мен технологиялық жұмыстарда нысаналар ретінде микроорганизмдер, жануарлар мен өсімдіктердің жасушалары мен тіндерді пайдаланады. Іn vitro жағдайында өсетін жасушалар – жаңа жасанды жүйе, оның бірнеше ерекшеліктері бар. Жасушаларды стерильды жағдайында, қоректік ортамен қамтамасыз етіп, арнайы физикахимиялық жағдайында, арнайы аспаптарда (биореакторларда, колбаларда, пробиркаларда, мадженттарда, планшеттерде, флакондарда) өсіреді. Өнеркəсіптік масштабында қолданылатын микроорганизмдер бірнеше талаптарға сай болуы керек. Өндірістік микроорганизм топтарын 1987 жылы А. Воробьев төмендегідей көрсеткіштермен сипаттады: - арзан жəне оңай қол жететін субстратта өсу; - биомассаның жоғарғы өсуі жəне субстрат қорына өнімнің жоғарғы болуы, өнімділікке тұрақты, генетикалық біртекті болуы; - бактериофагтарға, бөгде флораларға тұрақты болу; - адамға, қоршаған ортаға зиянсыз болу; - мүмкіндігінше продуценттер термофильді жəне ацидофильді болуы керек, сонда бөгде микрофлора инвазиясынан сақталады; - пайдаланған субстраттан оңай бөлінуі керек. 18

Дайындау кезеңі штамм–продуцентті таңдаудан, оның өнімділігін бағалаудан, яғни қажеті метаболиттің синтезін жылдам жəне тиімді жүргізу қабілетінен, оның фаголизиске төзімділігінен, рН өзгерісінен жəне температура тəртібінен, аэрацияға төзімділігінен, тапшылықтың емес арзан қоректеніп ортада жақсы өсу қабілетінен басталады. Осы кезең бүтіндей биологиялық нысанаға – «өндіріс күшіне» арналған. Одан кейін зертханалық жағдайда ферментация сатысына беру үшін биопродуценттің таза дақылы жиылады, бұл тұқымдық материалды дайындау кезеңі. Қоректік ортамен биореакторға енгізілген тұқымдық материал немесе штамм-продуценттің таза дақылы бірден көбеймейді. Микроорганизмдерді өндіру үшін микробиологиялық синтезге негізделген ферментативті үдірістер қолданылады. Ферментация үдірісі арнайы жасалған жабдықтарда – биореакторларда (немесе ферментаторларда, ферменттерде) жүзеге асады. Өндіріс биореакторлар көлемі ондаған мың литрге дейін жетеді. Ферментациялық жабдықтар - биореакторлар - цилиндрлік сыйымды аппараттар болады, биіктігі диаметрінен 2-2,5 есе артық, тотықпайтын құрыш материалдарынан дайындалады (2сурет). Аппарат ішінде əртүрлі типті араластырғыштар орналастырылады – турбиндік, пропеллерлы – олардың көлемі аппарат ішкі диаметрінің 1/3 бөлігін алады.

2-сурет. Өнеркəсіптік биореакторлар

19

Биореакторда мына үдерістер жүреді: - сұйық фазада микроорганизмдер өседі, дамиды; - микробтың жасушаларына қоректік заттарды тасымалдайды; - микробтың жасушалардан олардың алмасу өнімін алыстатады; - өсірілген биомассадан жасушалардың тіршілік əрекеті нəтижесінде бөлінген жылуды алыстатады; Ферментация үдерісін автоматты реттеу үшін өлшеуіш аспаптар қосылған. Аспап саңылаусыздығы енгізілетін заттардың зарарсыздығы (субстрат, ауа көбік басушылар, жұмысшы ерітінділер), ферментация процессінің негізгі шарттары өсірілетін сұйық биомасса көлемі аппарат сыйымдылығының жалпы көлемінен 7/10 аспауы керек, көбік жиналатын сұйық биомасса бетіндегі бос кеңістік – буфер, сондықтан дақылды сұйық шығынын болдырмайды. Берілетін ауа фильтрлер арқылы циклдар бойынша бақыланып, меңгеріледі. Продуцент-микроорганизмге, жұмсалған субстратқа, алынған өнімге байланысты ферментация үдерісінің жағдайы жəне аспап құрылысының белгілі ерекшеліктері болуы мүмкін. Кезеңдік немесе үздіксіз жұмыс істейтін ферментерлер пайдаланылады. Кезеңдік ферментациялар аспап қоректік орта субстратпен толтырады, себу материалы (продуцент-штамдары) кіргізіледі, ферментация жүргізіледі, белгілі уақыттан кейін биореактор тоқтатылады, ақырғы өлім мен биомасса шығарылады. Аппарат зарарсыздандырылып, аппарат толтырылған кезден бастап, ферментация үдірісі динамикасында биореакторға үздіксіз белгілі жылдамдықпен жаңа қоректік орта беріледі жəне үздіксіз биомассасының мөлшері алынып тасталынады. Ферментация үдіріс бірнеше тəулік жалғасады. Биореакторлар жұмыс тəртібі жағынан ғана емес, (кезеңдік, үздіксіз) көлемі алға қойған мақсаты жағынан (зертханалық 310, тəжірибе – өндірістік 30-100 л, одан да көп), өсіру жағдайы бойынша (аэробтық жəне анаэробтық, мезо- жəне термофильді, беттік жəне тереңдікте өсіру) ерекшеленеді. Өсірілген жасушылардың биокатализдік қасиеттерін тиімді пайдалау үшін, оларды биореактор ішіндегі ұстағыштарға орнықтырады, ал қоректік зат оларды жуып өткен сияқты болады, жасушылар ұзақ уақыт ферментативтік белсенділікті көрсетеді. 20

Ферментативтік үдерістің химиялық синтезден елеулі айырмашылығы бар: 1) аэрацияланған биомассаны араластыруда физика-химиялық əсерлерге, химиялық катализаторға қарағанда жасушалар сезімталдығы; 2) химиялық реакцияларға қарағанда жасушалардың өсу жылдамдығы төмен; 3) биореакторда зарарсыздықты ұстау, саңылаусыздығын сақтау; 4) жасушалар өсуі, биохимиялық механизмдерді реттеудің біршама күрделілігі. Алынған ақырғы өнімнің тұрақтылығы химиялық синтезден ферментацияның биореакторда биокатализдік реттеудің белгілі күрделіліктерімен, технологиялық ерекшеліктер көмегімен, биологиялық метаболизмнің өзгешеліктерімен байланысты. Микроорганизмдердің штамдар, аса жоғары продуценттер көбінесе ауксотрофы болып келеді, сондықтан өндірістік микроорганизмдерді жинақтамаларда (коллекцияда) сақтайды. Олардың коллекцияларындағы тіршілік қабілеті мен өндіргіштік қасиетін қолдайды. Дəстүрлі микробиологиялық өндірістерді мейілінше жетілдіру үшін биотехнологияның жаңа бағыттарындағы тəсілдерін кеңейту үшін микроорганизмдердің жинақтамаларын пайдаланады. Коллекцияның міндеті – микроорганизмдердің тіршілік қабілеттерін қолдау жəне басқа микрофлора мен ластанудың алдын алу үшін керекті барлық сақтық шараларын іске асыру, белгілі уақытқа дейін сақтау. Микроорганизмдердің жинақтамаларын қолдау мен дамыту үшін ерекше жұмыс жүргізеді, микроорганизмдердің таксономикалық зерттеу жүргізу, микроорганизмдерді белсенді түрінде сақтау əдістерін өңдеумен қатар биотехнология орталығында өнеркəсіптік микроорганизмдердің штамдарының жинақтамалары бар. Бұл жинақтамалардың құрамындағы микроорганизмдерді гендік-инженериялық жұмыстарда пайдаланылады. Өсімдіктер жасушалар микроорганизмдерге қарағанда анатомо-морфологиялық құрылысы жағынан ерекшеленеді. Өсімдік мүшесінің кесіндісін, яғни эксплантты зарарсызданған қатты немесе сұйық ортаға отырғызады. Əртүрлі тəсілмен зарарсыздандырылған нысаналардан керекті ұлпалар бөлініп алынады. 21

Ұлпаны бөліп алуды жəне оны қоректік ортаға отырғызуды ламинар боксінде өткізеді. Бұл бокстің ішіне фильтрден өткізіліп, микроорганизмдерден тазартылған ауа беріліп тұрады. Организмдің əрбір түрі, тіпті сол бір түрінің кез келген мүшелері мен ұлпалары жақсы өсу үшін белгілі қоректік ортаны талап етеді. Қоректік ортаның құрамына минералды тұздар, көмірсулар, витаминдер, фитогормондар, амин қышқылдары кіреді (1-қосымша). Жасушалар in vitro жағдайында көмірсутегіне мұқтаж, себебі олар гетеротрофты қоректенеді. Көмірсутегі ретінде сахароза немесе глюкоза қосылады. Қоректік ортаны таңдау организмнің түріне жəне тəжірибенің мақсатына байланысты келеді. In vitro жағдайында өсімдіктердің маманданған (дифференцияланған) жасушалар, бөліну қабілеті тежелген жасушалар қайтадан бөліне бастайды, яғни меристемалық күйіне оралады. Толық белгіленген дифференцияланған жасушаларда пролиферация (яғни бөліну арқылы көбею) қабілетінің қайта пайда болуы дедифференциялану үдерісі деп аталады. Ал дифференциялану - бұл əртүрлі маманданған жасушалардың түзілуі, яғни даму үдерісінде біртекті меристемалық жасушалардан морфологиялық құрылымы жəне атқаратын қызметі əртүрлі маманданған жасушалардың түзілуі. Мысалы, дифференциялану нəтижесінде меристемадан пайда болған маманданған жасушалар (мезофилл, эпидермис тағы сондай сияқты ұлпаның жасушалар) сол меристемаға да жəне де өзара бір-біріне мүлдем ұқсамай кетеді. Дедифференциялану үдерісі арқылы маманданған жасуша бөліну күйіне қайта оралады да меристема тəрізді каллус жасушаларына айналады. Бұл жасушалар көбінесе жұқа қабықты болып, паренхималық жасушаларға ұқсайды. Каллус – бұл ұлпаның ерекше түрі, өсімдік жасушалардың ретсіз бөлінуі нəтижесінде пайда болған ұлпа, баскаша айтқанда ол - бүтін өсімдіктің зақымданған жері (жарасы) біте бастаған кезде түзілетін білеуленген бұлтық. Барлық физиологиялық процестерді реттейтін фитогормондар болғандықтан, олар қоректік ортаның маңызды құраушылары деп есептеленеді. Жасушаларға бөліну жəне дифференциялану үшін əсіресе ауксин мен цитокинин қажет. Тек қана ісік жасушалары мен «қалыптасқан» ұлпалар гормондары жоқ ортада өсе алады. «Қалыптасқан» 22

каллус жасушалары гормондарды қажет етпейді, олар гормондарға прототрофты келеді, себебі өздерін-өздері қамтамасыз ете алады. Өндірісте иммобилденген жасушаларды жалпақ түбіне негізделген биоректорларда немесе бағана (колонна) тəрізді биореакторларда өсіреді. Өндірісте қолданылатын иммобилденген жасушаларды өсіру үшін биореактордың бағана тəріздесі қолайлы, өйткені мұнда орын үнемделеді жəне жасушалар арқылы ағып жатқан қоректік ортаны бақылау оңайланады. Иммобилденген жасушалар түрлі заттардың биотрансформациясына да қолданылуы мүмкін. Көптеген жануар жасушасын антидене сияқты ақуыздарды бөліп шығарады. Бірақ бір жасушаның бөліп шығаратын ақуызының шамасы өте аз болады, қайткенде көп мөлшерде ақуыз шығарып алуға болады, ол үшін зор көлемде жануар жасушасын өсіруі керек. Жануар жасушасын өсіруге қолданылатын өсіру ертіндісі өсімдіктер ұлпаны өсіруге қолданылатын қоректік ортасына құрамы жақтан ұқсамайды. Жануарлар жасушасын өсіретін ертіндінің құрамында үнемі глюкоза, аминоқышқылдар, минералды тұздар, витамин жəне жануарлардың қан сарысуы болады. Өсірілетін жануарлар жасушасының басым көпшілігі жануарлардың эмбрионынан немесе туылғанына көп уақыт болмаған жас жануарлардың орнынан немесе ұлпадан алынады. Ұлпаны ажыратып алғаннан кейін, əуелі трипсин сияқты ферментпен ұлпаны жеке жасушаларға ыдыратады, онан соң белгілі қою жасуша суспензиясын алып, оны өсіру шөлмегіне құйып, өсіру сандығында өсіреді. Бұл кезең алғашқы ұрпақты өсіруі деп аталады. Жасуша өсіру шөлмегінің қабырғасына жабысып өседі. Жасушаның өсуіне жəне көбеюіне ілесіп, өсіру шөлмегіндегі жасушалар барған сайын көбейіп, трипсин арқылы жасушаларды шөлмектің қабырғасынан түсіріп, жасуша суспензиясын жасауды, екі немесе оданда көп өсіру шөлмегіне бөліп өсіруді қажет етеді. Бұл – ұрпақ жалғастыру деп аталады. Жануарлар жасушасын өсіру техникасының қолданылатын жақтары көп. Вирусқа қарсы вакциналар, интерферон, моноклонды антидене қатарлы аса бағалы көптеген биологиялық бұйымдар жануарлар жасушасын зор көлемде өсіру арқылы өндіріледі. Күйген адамның терісінен сау жасуша алып өсірсе, 23

көп мөлшерде өзіндік тері жасушалары өндіріліп, жараланған терісіне жалғау ретінде көшіруге болады. Өсірілген жануар жасушасы тағы улы заттарды тексеріп анықтауға қолданылады. Тірі организмдердің жасушаларды əртүрлі тəсіл арқылы өсіреді. Мысалы, жасушаларды қорландырып мерзімді өсіреді, яғни жасушалар суспензиясын жабық ыдыста бастапқы құйылған қоректік ортасы жаңартылмай өсіреді немесе жасушаларды үзіліссіз өсіреді. Ол жасушаларды сұйық қоректік ортаның үзілмей беріліп тұратын ағынында өсіру тəсілі. Жоғарыда айтқандай, микроорганизмдерді өсіргенде жасушаларды ағынды жабық жүйеде өсіреді. Мұндай жағдайда жасушалар өсетін сұйық орта үздіксіз жаңа қоректік ортамен қамтамасыз етіліп тұрады, сұйық ортаның кіріп құйылу қарқыны мен оның төгіліп сыртқа шығу қарқыны бірдей болады. Сонымен қатар ағындыағынсыз жүйеде өсіру мен жасушаларды ағынды ашық жүйеде өсіру тəсілдері бар. Жасушаларды ағынды-ағынсыз жүйеде өсіруде сұйық қоректік ортада өскен жасушалар суспензиясының бір бөлігі оқтын-оқтын алынып тұрады, оның орнына нақ сондай мөлшерде жаңа қоректік орта құйылып тұрады. Жасушаларды ағынды ашық жүйеде өсіру - үздіксіз ағып кіріп тұрған жаңа қоректік орта мен төгіліп сыртқа ағып шыққан жасушалар суспензиясының қарқыны (көлемдерінің) тең болуы. Өндірістік микроорганизмдердің штамдарын əртүрлі тəртібінде өсіріп олардың өсу қарқындылығын бақылайды. Бұл турбидостатта өсіру (лат. turbo – құйын, шыр айналу) – фотоэлементті қолданып биомасса концентрациясын тікелей бақылау арқылы, жасушаларды сыртқы жағдайдан ешқандай шектеусіз, үздіксіз өсіру жəне жасушаларды хемостатта өсіру (гр. chemia – химия), яғни құрамында өсуді тежейтін концентрациясы белгілі құраушылары бар жаңа қоректік орта тұрақты жылдамдықпен биореакторға құйылып түсіп тұрады да, сондай жылдамдықпен өскен жасушалар суспензиясы алынып отырады. Бірнеше сағат бойы организмдердің жасушалары жаңа жағдайға, жұмсалатын субстрат құрамына бейімделеді – лаг-фаза (бүркеулі, жасырын кезеңі) – бұл кезде су мен қоректік заттарды сіңіру процесі жəне бөлінуге дайындық белсенді өтіп жатады, жасушалардың өсуі, ферменттер, нуклеин қышқылдарының, əсіресе РНК құмарлығының артуы орын алады. Одан кейін үдеу 24

кезеңі, бұл кезде жасушалар бөлініп, созылып өсе бастайды. Келесі экспоненциалды даму кезеңі басталады, жасушалар жылдам бөлінеді, жасушалар көбейеді, олардың биомассасының жоғарылауы байқалады. Экспоненциалды немесе лог-фазада өсу жылдамдығы өте қарқынды, уақыт өткен сайын екі еселеніп өседі. Əрі қарай қоректік ортаның қоспа бөлшектері біртіндеп төмендейді, жасуша метаболиттерінің құрамы артады, жасушалар өсуі мен көбею қарқының төмендесуіне əкеліп соғады. Бұл баяу өсу кезеңі (өсудің бəсендеу фазасы). Стационарлық кезең – бұл жаңадан пайда болатын жəне жасаушалардың тең қатынасы салдарынан қоректік ортада жасушалар санының бірталай тұрақтылығымен сипатталады. Ақырында жасушалардың біртіндеп жойылып құруы, өсу мен көбеюі жоғарыда көрсетілген кезеңдердің жүру ұзақтығына, биопродуценттің физилогия ерекшеліктеріне байланысты. Мысалы, Baccillus thuringiensis– тің өсу циклі – 36 сағат, Аspergillus awamori – 144 сағат. Жасушалардың өсуі S-тəрізді қисық сызықпен бейнеленеді (3сурет).

1-латенттік (бастапқы бұл кеніш, жасырын) фазасы 2-үдеу фазасы 3-экспонациалық (логарифмдік) фазасы 4-бəсендеу фазасы 5-стационарлық (бір сарында) фазасы 6-жойылу фазасы

3-сурет. Жасушалар өсуінің S-тəрізді қисық сызығы

25

2.2. Жасушалардың өсуіне əсер ететің факторлар Ферменттерлерде биомассаның үнемі араласуы, жалпылай алмасуы қоректік ортамен өсірілетін жасушалардың біркелкі жанасуын, оттегінің жасушаларға уақытында жеткізілуін – субстраттың тез шығындалуын, үнемі қажеттілік құнарлықты қамтамасыз етеді, заттардың біркелкі, тұрақты жанасуын, заттар құнарлығын рН жəне температураның белгілі тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Биореактор қоректік ортаны (субстратты), су жəне буды, рН-ты реттейтін ортаны, ерітінділерді, көбікті басушыларды, өсірілетін биомассаны аэрациялау үшін, зарарсыздауды беру үшін түтіктердің арнайы жүйесімен жабдықталған. Температуралық тəртіпті ұстап тұру үшін 35-370 С сыртқы жəне ішкі қабаты берілген температурада су ағыны болады немесе иірілім типті жылу алмасушы орналастырылады. Жасушалардың өсуіне бірнеше физика-химиялық факторлар əсер етеді. Физикалық факторларға: температура, қысым, араластыратын айналу жиілігі, көбік түзелу, ауа ағынының жылдамдығы, қоректік ортаны, субстратты беру жылдамдығы, тұтқырлығы, турбулентті; химиялық факторларға: қоректік ортасының рН, тотығу – тотықсыздану потенциалы, еріген оттегі мен көмірқышқыл газының мөлшері, көміртегі, азот, фосфор, магний, калий, кальций, натрий, темір, т.б. иондары мен тұздарының құнарлығы жатады. Қазіргі микробиологиялық өндірісте ең жиі қолданылатын реактор субстрат пен оны зат алмаспайтын микроорганизмдер араласатын резервуар болып табылады, онда реакциялар жүру үшін қолайлы жағдайлар жасалынады, температура мен рН реттеледі. Қоректік орта арқылы кейде оттегімен қаныққан сүзілген ауа айдалады, химиялық жəне биологиялық талдау үшін екі тəсіл: 1) барлық кіретін саңылаулар зарарсыздандыру; 2) реактор ішінде атмосфералық қысымынан артық қысым жасалыну қолданылады. Бірнеше сағаттан бірнеше күнге дейін созылатын үдіріс аяқталғанда, барлық қоспаны реактордан алып тастайды, бұл өнімді бөліп, тазалау үшін жүзеге асады. Организмдердің жасушалары, ұлпалары, мүшелері өсуіне қоректік ортадан басқа да жағдайлар əсер етеді. Өсімдіктер клеткаларының қатты жəне сұйық ортада жақсы өсуі үшін, оның 26

рН көрсеткішінің маңызы өте зор. Табиғи жағдайында жасушаның тіршілік əрекеттері сутегі иондарының қолайлы концентрациясында (рН 5,5-7,5) өтеді. Өсімдік жасушаларды өсіру үшін 250 С шамасында температура қажет. Жасушалардың өсуіне əсер ететін сыртқы факторлардың бірі – жарық. Жалпы in vitro жағдайында өсірілетін өсімдік клеткаларында жасыл пигмент яғни хлорофил түзілмейді, сондықтан олар əдеттегідей фототрофтық (автотрофтық) жолмен емес, гетеротрофты қоректенеді. Жасушаларда қосымша заттар түзілуіне жарықтың сапасы (яғни жарық спектрдің құрамы), қарқындылығы жəне фотопериодтың əсер ететіндігі дəлелденген, сондықтан жасушалық технологияны жасаудағы басты мақсаттың бірі – жасушаларды өсіру үшін қажетті жарықтың сапасы мен қарқындылығын анықтау. Жасушалардың өсуіне аэрацияның əсері зор (бұл тұрғыда арнайы суспензияға қажет). Аэрация болмаса, жалпы алғанда, суспензияның өсуі мүмкін емес. Клеткалар суспензиясы (лат. suspension – асып қою) – жеке жасушаларды немесе кішігірім жасушалар топтарын аппаратура арқылы ауамен қамтамасыз етіп жəне араластыра отырып сұйық қоректік ортада өсіру. Жасушаларды өсіргенде қоректік ортаның осмос қысымын да ескеру керек. Жоғары осмос қысымы қоректік заттарды жасушалардың сіңіруін қиындатады. Экспланттан пайда болған каллус ұлпаларды əрбір 3-4 апта сайын жаңа қоректік ортаға көшіріліп отырса, олар шексіз ұзақ өсе береді. Осындай морфогенді каллусты жарықта, 270 С температурада өсіргенде регенерант-өсімдік дами бастайды . Жасушаларды жасанды жағдайында өсіргенде олардың бір өсу кезеңнен екіншісіне өтуін ішкі жəне сыртқы факторлар бақылайды. Ішкі факторларға пролиферативтік қор, созылып өсу ұзақтығы жəне жасушаның күйі жатады. Сыртқы факторлар: қоректік ортаның құрамы, рН, оттегінің мөлшері, температура, жасушалар тығыздығы. Жасушалар өскен сайын оларды жаңа ортаға көшіру керек, яғни пассаждау (фр. passage егу) – жасушаларды жаңадан дайындаған қоректік ортасы бар шыны ыдысқа ауыстырып отырғызу. Трансплантты немесе сұйық қоректік ортада өскен жасушалардың бөлігін (инокулюмды) жаңа қоректік ортаға отырғызғаннан бастап келесі жаңа қоректік ортаға ауыстырғанға дейінгі өсу кезеңін - өсіру циклі (гр. kyklos- дөңгелек, шеңбер) деп атайды. 27

Бақылау сұрақтары: 1. Биотехнологияда пайдаланатын нысаналары қандай? 2. Жасанды ортада өсірілетін жасушалар неліктен биотехнологияның нысаналары бола алады? 3. Ферментациялық жабдықтарға не жатады? 4. Ферментативтік үдерістің химиялық синтезден қандай айырмашылығы бар? 5. Жасушаларды өсіру тəсілдері мен əдістеріне сипаттама берініз. 6. In vitro жағдайында жасушалардың өсуіне қандай факторлар əсер етеді? 7. Жасушалардың өсуі кезеңі қандай?

28

ҮШІНШІ ТАРАУ

КЛЕТКАЛЫҚ БИОТЕХНОЛОГИЯНЫҢ НЕГІЗГІ САЛАЛАРЫ

3.1. Микроорганизмдер биотехнологиясы 3.1.1. Биосинтездік өнеркəсібі Қазiргi уақытқа осы заманғы адамның тамақтану құрылымы бойынша жиналған деректер тағамның ауыстырылмас құрылымдық бөлiктерiн жеткiлiксiз тұтыну алатындығы кең тарағанын көрсеттi. Ұсынылатын тұтыну мөлшерін ескере отырып, қазiргi адамның рационын оңтайландыру денсаулыққа зиян келтiрместен табиғи азық-түлiк өнiмдерiн тұтынуды қарапайым жолмен ұлғайтуға қол жеткiзу мүмкiн емес, бұл жаңа тəсiлдер мен шешiмдердi қажет етедi. Мұндай тəсiлдердiң бiрi тағамға поливитамин, витаминдiк-минералдық қоспалар жəне өсiмдiк кешендер түрiнде табиғи биологиялық белсендi заттардың биологиялық белсендi қоспалары болып табылады. Биологиялық белсенді заттарды, яғни биоөнiмдi əртүрлi жiктейдi, мысалы, парафармацевтика – дəрi-дəрмекке жақын заттар; нутрицевтика – сауықтыру қоспалары қосылған азық-түлiк өнiмдерi; витаминдiминералдық кешендер. Өсiмдiк жəне жануар шикiзатынан барлық биологиялық белсенді қосылыс (ББҚ) топтарын химиялық экстракциямен де, биотехнологиялар көмегiмен де алады. ББҚ нарыкқа шығару дəрi-дəрмек жəне диагностикалық препараттар шығару сияқты рұқсат беру рəсiмдерiн талап етпейдi, бұл өндiрiстiң тартымдылығын жəне iс жүзiнде барлық ең iрi фармацевтикалық жəне биологиялық фирмалардың қатысуын шарттайды. Азық-түлiк өнiмдерi өндiрiсiнiң көлемiн ұлғайтудан гөрi организмдi тапшы заттармен қосымша қамтудың тез жəне қол жетерлiк қажеттiлiгi туралы шешiм сұранып тұрғандай. 29

Осындай рөлдi бүкiл дүниежүзiне тараған əртүрлi фармацевтикалық түрдегi (тұнбалар, экстракттар, бальзамдар, шырындар, концентраттар, изоляттар, ұнтақтар, дəрiлер, капсулалар жəне т.б.) не биологиялық белсендi заттар қосылған азық-түлiк өнiмдер түрiндегi тамақ iшу кезде тағамға салынатын биологиялық белсендi қоспалар (ББҚ) орындауы тиiс. Халықтың тамақтануы мен денсаулығын жақсартудың осы жолы биоорганикалық химия мен биотехнологияның (толық жəне сапалы заттарды бөлу), нутрициология мен фармакологияның (организмде биологиялық белсендi заттардың iс-əрекетi мен айналдыру тетiгiнiң мағынасын ашу) тиiмдiлiгiне негiзделген. Кез келген тірі организмде зат алмасу үдірісіне қатысатың əртүрлі қосымша заттар синтезделеді. Жасушалар in vitro жағдайында организмнің əр түріне тəн қосымша заттарды синтездеу қабілетін сақтап қалады. Көптеген микроорганизмдер биологиялық белсенді заттардың продуценттері болып табылады, мысалы В12, В2, Д витаминдердің продуценттері – пропионқышқылды бактериялар, өңездер, сахаромицеттер. Рибофлавин В2, Д2 витаминдердің продуценттері – актиномицеттер (Aspergillus niger - өңездер, Nocardia eriropolis, Aspergillus sp. жəне Penicillium sp.), полисахаридтердің (декстрандар, гликандар, левандар, зимозан, продигиозан, хитин, маннандар, т.б.) продуценттері - псевдомонадалар, кандидалар, бациллалар жəне басқа микроорганизмдер өнеркəсіптік микробиологияда қолданылады. Бұл биологиялық белсенді өнімдер қанның плазма ауыстырушылары, антикоагулянттар, иммуностимуляторлар есебінде, вакциналарды жасауда қолданылады, тағам өндірісінде жəне ауыл шаруашылығында, мұнай өңдеу мен химиялық өнеркəсіпте пайдаланылады. Микроорганизмдер биотехнологиясы өнеркəсіптің дамуында үлкен үлес қосуда. Ертедегі уақыттан əртүрлі заттардың өндірісін іске асырғанда микроорганизмдер қатысуымен ашу процесі пайдаланылады, мысалы, этанол, глицерин өндірісінде (ашу үдеріс - бұл микроорганизмдердің қатысуымен іске асатын ферментациялық үдерісі). Ашу үдеріс əртүрлі өнімдерді алу үшін биотехнологиялық дəстүрлі əдіс. Қазіргі күнге дейін бұл əдіс кең қолданылыды жəне келешегі бар тəсіл болды. Ферментация процестік өнімдеріне антибиотиктер, витаминдер, ферменттік препараттар жатады. 30

ДНҚ-ң рекомбинатты технологиясының пайда болғанына дейін, адамзатқа ақуыз, ферменттік препараттарды алу аз мөлшерде ғана жүзеге асатын, сонымен қатар, оларды өндіру өте қымбат тұратын гендік-инженериялық əдісті, рекомбинантты ДНҚ технологияны пайдаланып, микроорганизмге жаңа генді енгізуі немесе олардың гендерін өзгертуі мүмкін (4-сурет).

4-сурет. Рекомбинантты ДНҚ технологиясы

Бұл жұмыстардың негізгі мақсаты – рекомбинантты микроорганизмдерді құру, себебі олар жаңа ферменттік белсенділігіне ие болады. Нəтижесінде алынған микроорганизмдер бағалы өнімді, мысалы, дəрі препаратты алу үшін пайдаланады. Қазіргі кезде əртүрлі адам ақуыздардың 400 гені клондалған. 31

Олардың көпшілігі дəрілік препарат саналады. Көптеген фармацевтикалық фирмалар ақуыз препараттарына көңіл аударуда. Мамандар болжауынша, жылсайынғы əлемдік нарықта адам ақуызы негізіндегі дəрілік препараттар 150 млрд. долларды құрайды. 3.1.1.1. Антибиотиктерді алу технологиялары Өнеркəсіптік жолымен медицинада, ветеринарияда, ауыл шаруашылығында жəне ғылыми зерттеулерде кеңінен қолданылатын антибиотиктерді алады. Антибиотиктер – микроорганизмерді таңдамалы зақымдайтын немесе жоятын əсер көрсететін, табиғи биологиялық, химиялық қосылыс болып табылады. «Антибиотик» терминін 1889 жылы А.Вьюимен ұсынды. Антибиотиктерге ең бай көзі ретінде өмір сүретін организмдер топырақта кездеседі. Микроб текті антибиотиктер тағам өнеркəсібінде қолданылады жəне инфекциялық ауруларды емдеуде қажет. Кейбір антибиотиктер тамақ өнеркəсібінде тез бұзылатын өнімдерге консервант ретінде қолдынылады. Медицина практикасында қолданылатын антибиотиктер актиномицеттермен (сəулелі саңырауқұлақтар), зеңді саңырауқұлақтармен, сонымен қатар кейбір бактериялармен өндіріледі. Бұл топтың препараттарына синтетикалық аналогтар мен табиғи антибиотиктердің туындылары да жатады. Антибиотиктерді зерттеу антибиотикке тұрақты микроорганизмдердің жəне антибиотикке тəуелді штамдардың пайда болатынын анықтады. Сонымен қатар, антибиотиктерді ретсіз пайдалану адамдарда жəне жануарларда какдидомикозды, стафило- жəне стрептококкты аурулардың пайда болуына жəне асқорытудың бұзылуына алып келеді. Осы мəліметтерге орай, антибиотиктерді қолданудан шығару туралы пікірлер туды. Бірақ, қазіргі таңда антибиотиктерді алмастыратын ешқандай дəрілік препарат жоқ. Көбіне бактерияларға əсер ететін антибиотиктер келесі топтар түрінде ұсынылған: • құрылымында β-лактамды сақинасы бар антибиотиктер (пенициллиндер, цефалоспориндер, карбапенемдер, монобактамдар); • макролидтер-құрылымында макроциклдік лактонды сақинасы бар антибиотиктер (эритромицин) жəне азалидтер (азитромицин); 32

• тетрациклиндер – құрылымдық негізі 4 конденсациялық 6 мүшелі циклдан тұратын антибиотиктер (тетрациклин жəне т.б.); • диоксиамино-фенилпропан туындысы (левомицетин); • аминогликозидтер–молекуласында амин қанттары бар антибиотиктер (стрептомицин, гентамицин жəне т.б.); • циклдік полипептидтер тобының антибиотиктері (полимиксиндер); • линкозамидтер (линкомицин, клиндамицин жəне т.б.); • гликопептидтер (ванкомицин). Антибиотиктердің əсер ету молекулярлық механизмі бойынша мынадай топтарға бөлінеді: • бактерияның жасуша қабығына əсер ететін антибиотиктер (пенициллиндер, цефалоспориндер); • ақуыз синтезін бұзатын антибиотиктер (тетрациклиндер, левомицитин, аминогликозидтер жəне т.б.); • генетикалық кодтың тəртібін бұзатын антибиотиктер; • нуклеин қышқылының синтезін бұзатын антибиотиктер (мысалы, рифампицин); • цитоплазмалық мембрана өткізгішін бұзатын антибиотиктер (мысалы, полимиксиндер). Антибиотиктерді ұзақ мерзімде қолдану осы препаратқа тұрақты патогенді организмдердің дамуына алып келеді. Сондықтан антибиотиктердің бір түрін екінші түрімен алмастырып отыру қажет. Ол үшін антибиотиктердің продуценті болып табылатын микроорганизмдерді табу керек. Антибиотик-продуценттерді табудың негізгі кезеңдері: - топырақтан микроб антагонистерді анықтау; - антагонистік спектрін жəне белсенділігін анықтау; - продуценттерін in vitro өсіру үшін жағдай жасау; - антибиотиктерді анықтау жəне химиялық тазалау; - физико-химиялық жəне фармакологиялық қасиеттерін анықтау; - химия-терапевтикалық əсерін бақылау; Антибиотиктердің негізгі продуценті актиномицеттерді өсіру үшін, көміртегінің көзі болатын крахмал немесе глицерин қосатын синтетикалық қоректік орталарды пайдаланады 33

(мысалы, Чапек, Игл қоректік орталарды). Азоттың көзі ретінде ортаға нитрат тұздарын қосады. Мұндай орталарда бактериялардың өсуі тездейді, ал саңырауқұлақтар аз мөлшерде дамиды. Антибиотиктердің құрамы мен мөлшерін анықтайды. Егер жаңа антибиотик тапса, алдымен бірінші реттік анықтау жəне химиялық тазалау жүргізеді, оның улы жəне химия терапевтикалық əсерін əртүрлі аурулардың қоздырғыштарымен жараланған жануарлар арқылы анықтайды. Анықталған антибиотиктердің штам-продуценттері тұрақты емес, сондықтан сұрыптау əдісімен бағалы штамды таңдайды, содан соң индуцирленген мутанттарға талдау жүргізеді. Микроорганизмдерге мутантты əсер ету əртүрлі сəуле энергияларын (физикалық факторларын), яғни ультракүлгі сəулесі, рентген сəулесі, нейтрон қолдану арқылы болады. Микроорганизмдердің (антибиотик-продуценттері) даму үдерісінің ережесі бойынша екі кезеңдіқ сипаты бар. Бірінші даму кезеңі – трофофаза немесе өсудің теңдестіру кезеңі антибиотик продуцентінің дақылында биомасса мөлшерінің көбеюімен сипатталады. Ол негізгі субстрат компоненттерін (көміртегі, азот, фосфор жəне т.б. көздері) қолдану арқылы жүреді. Ортаның рН көрсеткіші төмендетіледі, нəтижесінде қышқыл заттар түзіледі. Екінші кезеңі - идиофаза - өсудің теңдестіру емес кезеңі, барлық биомасса мөлшерінің төмендеуімен сипатталады. Екінші кезең кезінде микроорганизмдердің өсуі байқалады жəне жаңа жасушалар түзіледі, бірақ дақылда жалпы биомасса мөлшерін төмендетуге əкелетін автолитикалық үдерістердің басым болуы көрініс береді. Орта зат алмасу өнімдеріне жəне жасушаның автолиз өнімдеріне байланысты түседі, рН мəні өседі, антибиотиктің биосинтез процесі қарқынды болады. Антибиотиктерді дайындау аяқталған соң оларды тест-штамдарға қарым-қатынас белсенділігін тексереді. Шығарылатын антибиотиктердің көп бөлігін пенициллиндер, гентамицин, цефалоспориндер, тетрациклиндер, стрептомициндер жəне т.б. құрайды. Антибиотиктердің өнеркəсіптік өндірісін гентамицин сульфатының мысалында қарастырыламыз. Гентамицин сульфат – аминогликозид тобына жататын антибиотик, Micromonospora purpurea- дан түзілген грам оң 34

жəне грам теріс бактериялардың өсуін тежейтін антибиотик. Препарат негізінен зəр шығару жолдарының, респираторлы жəне асқазан-ішек ауруларының инфекциясына əсері болады. Гентамицин сульфатты алудың қазіргі күнгі өндірісі – ол қиын көпсатылы жүйе. Олар кезекті технологиялық сатылар ретінен тұрады. Тентамицин сульфаттың массасы көлемді жəне ақ түсті ұнтақ күйінде болады. Өндірістін бірінші кезеңі – егу материалын дайындау. Өнеркəсіпте гентамициннің негізгі дақылы штамы ВНИИ-7 R болып табылады, оны колбада агарлы Гаузе-1 ортада өсіріледі. Егу материалын дайындау гентамицинді алудағы биотехнологиялық процестердің ішіндегі жауапты операциялардың бірі. Егу материалының мөлшері мен сапасына дақылдардың биореакторда дамуы, сондай-ақ гентамициннің биосинтезі жүзеге асады. Екінші генерацияның вегетативтік егу материалын алу үшін бірінші генерацияның вегетативтік егу материалын қолданады. Ол төменгі талаптарға жауап беруі керек: - биомассаның орташа қоюлығы сарғылттан ашық-қызыл түсіндей болады, шайқаған кезде мицелий флакон қабырғаларын бүркемейді, түбіне шөкпейді жəне жойылмайды; - болған препаратты микроскопия əдісі арқылы қарағанда микроколониялар байқалады, гифтері ұзын немесе орташа ұзындықта, толқынды, протоплазмасы базофилды, кейде пунктир күйінде болады; - басқа микрофлора болмайды. Екінші генерацияның вегетативтік егу материалдарын өсіру терең дақылдауға арналған егу биореакторларда жүзеге асады. Ол араластырғышпен, ауа бергіш барбатермен, қыздыру жəне салқындату ортасымен жабдықталған (5-сурет). Егу ортасын БИОР-0,1 биореакторында жүзеге асырады. Антибиотиктің өндірісінің келесі кезеңі – гентамицин биосинтезі. БИОР-0,25 қондырғыдағы гентамицин синтезі мерзімді тереңінен дақылдау əдісімен болады. Егу материалын жалпы көлемінің 5-10% мөлшерін құрайтын ферментті ортаға енгізеді. Дақылдау 6-7 тəулікке созылады. БИОР-0,25 биореактордағы продуценттің дақылдану тəртібі мицелий даму процесінде өзгереді. Биоректордағы аэрация тəртібінің өзгерісі сульфиттік мөлшер бойынша қондырғының массалмасу сипатта35

масының есебінен жүргізіледі. Биосинтез процесіндегі қысым 0,05-0,2 кгс/см3 шегінде болады. Дақылдық сұйықтықтың көбіктенуі кезінде зарарсыздануы көбік өшіргішті қосады. Егу материалының агарлы қоректік ортада дайындалуы ↓ Вегетативтік егу материалын колбада өсіру ↓ Биореакторларда мицелиялардың өсуі ↓ Гентамициннің биосинтезі ↓ Алдын ала өндеу жəне гентамициннің сұйық дақылының ультрасүзуі ↓ КБ-2 катиониттегі гентамициннің аммоний формасындағы сорбциясы жəне десорбциясы ↓ Гентамицин концентратын алу ↓ Гентамициннің түссіз концентратының алынуы жəне оның сульфатты формаға айналуы ↓ Гентамициннің сулы ерітінділерінің ұнтақтап кептірілуі ↓ Өлшеу, қаптау жəне белгілеу (маркировкалау) ↓ Бақылау 5-сурет. Гентамицин сульфатының алыну жобасы

Дақылдық сұйықтықты алдын ала өңдеу жəне ультрасүзу кезеңі. Биорекатордағы дақылдық сұйықтықты қабылдау құрылғысына енгізеді, араластыру үшін насосты қосып жəне ақуыздың коагуляциясы мен поливалентті металдарды жою үшін ізінше реагенттерді (қымыз қышқылының ерітіндісі, бромидтің цетилперидині) қоса отырып, алдын ала өңдеу жұмысын жүргізеді. 36

Ультра сүзу процесі УСФ-1 типті қондырғыда жүргізіледі. Дақылдық сұйықтықтың ультрасүзу кезінде жоғары молекулалы қосылысты ерітінділердің концентрация процесі жүреді. Сондай-ақ бір уақытта оларды мембрана арқылы өткізіп, төмен молекулалы қосылыстардан арылтуға болады. Гентамициннің КБ-2 катионитіндегі аммоний формасындағы сорбциясы жəне десорбциясы кезеңі. КБ-2 катионитінде гентамицинді бөліп алу жəне химиялық тазарту процесі төмендегіше жүзеге асырылады: нативті ерітіндіден гентамициннің сорбциясы, минорлы заттардың жуылып шайылуы, гентамициннің десорбциясы. Гентамициннің сорбциясы кезінде оның нативті ерітіндісі жинағыш құрылғыдан сорғыш аспап арқылы ион алмастырушы колоннаға төменнен жоғары қарай əкелінеді. Десорбция колоннасында химиялық тазарту (гентамицин тəрізді жəне бояғыш қосылыстардың жойылуы) кезеңі жəне гентамициннің десорбциясы жүзеге асырылады. Қосылыстардың минорлы заттардың жуылып шайылуы 0,043 Н аммиак ерітіндісімен жүргізіледі. Оны катионит қабатынан ион алмастырушы колоннаға жоғарыдан төмен қарай өткізеді. [R(COO)5– гентамицин-минорлы қосылыстармен комплексі] + 5NH4OH→ [R(COO)5–гентамицин-минорлы қосылыстың комплексі] + [гентамицин тəрізді минорлы қосылыстар]+5. Гентамициннің десорбциясы 5 % аммиак ерітіндісімен жүреді, оны жоғарыдан төмен қарай катиониті бар колоннада өткізеді. Гентамицин концентратының алынуы кезеңі. Алынған гентамициннің элюатын температурасы 50-550 С жəне қысымы 0,085 МПа болатын ИР10М роторлы буландырғышта аммиакты жою үшін жəне гентамицинді 60000-70000 мкг/см3 дейін құнарландыру үшін булайды. Гентамицин концентратын көмір негізімен түссіздендіру жəне оны сульфат формаға айналдыру кезеңі. Тазартылған жəне құнарландырылған гентамицин негізін колбаға орналастырады жəне рН 6-6,5 дейін 20 % күкірт қышқылының ерітіндісімен қышқылдандырады, активтелген көмір салып (концентрат көлемінен 7 %) жəне 30 мин. Араластырып6 40-450 С дейін қыздырады, содан кейін көмірді сүзеді. Гентамициннің сульфатының сулы ерітіндісін ұнтақтап кептіру кезеңі. Гентамицин сульфаттың түссізденген ерітіндісін ұнтақтап кептіру УРС-0,5 типті зертханалық кептіргіште жүргізіледі. Тазартылған 37

ауа кептіргіш болып табылады. Жұмыс басталмас бұрын барлық детальдарды кептіргіш камерада жуады, спиртпен сүртеді, кейін жинап жəне 1080 С ыстық ауамен кептіреді. Жылу ұстағыш – ауа температурасын белгілейді: кептіргіш камераға кіру кезінде – 175-1850 С, кептіргіш камерадан шығу кезінде – 103-1050 С. Кептіргіш камераға берілетін антибиотик ерітіндісін қызған ауа тогында майда тамшыларға дейін ұнтақтайды. Гентамицин сульфат препаратын өлшеу, қаптау жəне белгілеу кезеңі. Препаратты кептіргіштен жүктеп жəне оны түсіру, сондай-ақ оның өлшенуі асептикалық жағдайы бар ғимаратта жүргізіледі. Өлшеу КОН-В ламинар боксте жүзеге асырылады. Гентамицин сульфат ұнтағын бұрандалатын мойны жəне бұрандалы қақпағы бар, қызыл-сары əйнектен жасалған банкаларға салады да этикетка жабыстырады. Этикеткада өндіруші кəсіпорын, оның тауар белгісі, препараттың аты, 1 мл-ғы белсенділігі, ƏБ миллиардындағы белсенді заттардың құрамы, салмағы, тіркелген нөмірі, жарамдылық мерзімі, сақтау жағдайы (бөлме температурасында, қаранғы, құрғақ жерде) белгіленеді. Антибиотиктер микроорганизмдерге олардың көбеюін (бактериостатикалық) баса немесе олардың жойылуын (бактерицидтік) тудыра отырып əсер етеді. 3.1.1.2. Вакциналарды алу өндірісі Микроорганизмдер қатысуымен вакциналарды да өндіреді. Вакциналар – микроорганизмдерден немесе олардың тіршілік əрекетінен түзілетің өнімдерден жасалатын препараттар, оларды профилактикалық жəне емдік мақсатта адам жəне жануарлардың иммундық жүйесін жақсартуға қолданады. Вакциналарды өндіргенде антигендер ретінде: тірі белсінділігі төмен (аттенуирленген) микроорганизмдерді, тіршілігі жойған (инактивті) тұтас микробтық жасушалар немесе вирустардың бөлшектерін; микроорганизмдерден бөлініп алынған күрделі антигенді құрылымдарды (протективті антигендер); микроорганизмдердің тіршілік əрекеті нəтижесінде түзілген өнімдерді (токсиндер, молекулалық протективті антигендер); гендік инженерия əдісінің негізінде алынған химиялық немесе биосинтез жолымен алынған антигендерді қолданады. Тірі вакциналар микроорганизмдер штамдарынан алынады. 38

Олар адам организміне төмен вирулентті қасиетке ие, антигендердің толық жиынтығы бар жəне жасанды аттенуирленген микроорганизмдер штамдарынан тұрады. Тірі вакциналардың құрамында ластағыш вирустар (контаминанттар) болады, олар маймыл вирусы СПИД жəне ісік вирустарына қатысты қауіпті болады. Тірі жасушалардың дұрыс дозасын таңдап алу мен биологиялық бақылау қиынға соғады. Жоғары температураға өте сезімтал, оларды сақтау (төменгі температура) талабы жоғары болады. Инактивтелген (өлі) вакциналар тұрақты жəне қауіпсіз болады, себебі олар вируленттік реверсиясын тудырмайды. Оларды қыздыру немесе химиялық жолмен алады.Өлі вакциналар молекулалық (химиялық) жəне корпускулярлық деп жіктеледі. Молекулалық вакциналарды биосинтездік немесе химиялық жолмен алынған молекулалық спецификалық протективті антигендер негізінде құрастырады. Оларға микробтық клеткалардан түзілген (дифтериялық, тырысқақ, т.б.) токсин молекулалары формалинмен тазартылған анатоксиндер жатады. Корпускулярлы вакциналар физикалық (жылу, ультракүлгін, т.б.) немесе химиялық (фенолдық заттар, этанол) жолдармен белсенділігі жойылған біртұтас микроорганизмдерден немесе микроорганизмдерден бөлініп алынған субклеткалық молекулалықбеттік антигендік құрылымдардан алынады (субвирионды вакциналар, сплит-вакциналар). Өлі вакциналарды сақтау женіл, суықта сақтауды талап етпейді, осы қасиеттеріне байланысты практикада қолдануға өте ынғайлы болады. Бактериялар мен вирустардың молекулалық антигендерін немесе күрделі протективті антигендерді синтетикалық жəне жартылай синтетикалық вакциналарды алу үшін қолданады. Соңғылары полимерлі құрылым мен адьюванттан (иммунитетті күшейтетін химиялық қосылыс) тұратын спецификалық антигенді комплекс болып табылады. Химиялық вакциналар ауру қоздырғыштың жасуша қабығынан немесе басқа да бөліктерінен, микробтық жасушалардан тазартып алынған антигенді компоненттерден тұрады. Бұл жағдайда микроорганизмдердің иммуногенді сипаттамаларына ие антигендер ғана қолданылады. Векторлық вакциналарды гендік инженерия əдіс арқылы алады. Олардың құрамында бөтен антиген гені бар штамдар болады. Ген-инженерлік 39

(биосинтетикалық, рекомбинантық, векторлық) вакциналар жасанды жолмен құрастырылған микроорганизмдердің антиген детерминаторлары бар вакциналар. Биосинтетикалық вакциналар амин қышқылдарынан синтезделген пептидті бөлшектер болып табылады, олар белгілі бір вирустың (бактерияның) ақуызды құрайтын амин қышқылдарының тізбектеріне сəйкес келетіндіктен организмнің иммундық жүйесімен танылып, иммундық жауап реакциясын тудырады. Рекомбинанты вакциналарды алуы вирулентті микроорганизмдегі протективті антиген синтезіне жауап беретін гендерді қауіпсыз микроорганизм геномына тігіп, жасанды жағдайда өсіру нəтижесінде белгілі бір антигенді өндіріп əрі жинақтап алуға негізделген. Вакциналарды өндіруде өсірудің барлық талаптары дұрыс орындалуы қажет, мысалы, аттенуирленген вакциналық штамды өсіру барысында таза штамдардың дақылдарын алу жəне олардың басқа микроорганизмдермен ластанбауы (микоплазма, ісік вирустар) тиіс, оларды соңғы өнім алу үшін тұрақты өсіріп, стандарттау қажет. Бактериалды вакциналық штамдарды сұйық (құрамында казеин гидролизаты немесе ақуыз бен көмірсулар бар) қоректік орталарда, көлемі 0,1 м3 - 2 м3 ферментерлерде өсіреді. Вакциналық штамнан алынған таза дақылдарға протекторлар қосып лиофильді тəсіл арқылы кептіреді. Вирустық жəне риккетсия тірі вакциналарды алу үшін штамдарды вирустық лейкоздан таза тауық немесе бөдене эмбриондарында немесе микоплазмалардан айрылған жасуша дақылдарында өсіреді. Стандарт талабына сай тазартылған антигендер бірліктерінің иммуногенді қасиетін жоғарылату мақсатында адьюванттар (көбінесе, аллюминий тұздары мен гельдер) қосылады. 3.1.2. Ауыл шаруашылығында қолданылатын микробтық биопестицидтер, биотыңайтқыштар, эубиотиктер, микробтық жем-қоспалар Адамзаттың өмір сүруі мен дамуы алуан түрлі организмдермен тығыз байланысты. Сан қилы организмдер жер шарына мол тіршілік тынысын силаған. Ұзақ уақыт тарихи даму барысында адамдар ауылшаруашылық өндірісімен шұғылданумен жануарлар мен өсімдіктерге қарсы дерт-дербездердің алдын ала дəрі– дəрмекке қатысты білімдерді таратқан. Ауыл шаруашылығында 40

химиялық заттарды (ортаны ластайтын) қолданудан бас тартып, биологиялық (экологияның таза) күрес түріне, көшу қажеттілігі кезек күттермейтін мəселе болып отыр. Пестицидтерді қолдану – ауылшаруашылығын интенсификациялаудың негізгі жолы. Пестицидтер - зиянкестер мен өсімдіктер ауруларына қарсы қолданылатын адам қолдан жасаған заттар тобы. Пестицидтер: инсектицидтерге (зиянды жəндіктермен күресте қолданылатын химиялық препараттар), фунгицидтер мен бактерицидтерге (өсімдіктердің саңырауқұлақтық, бактериялық ауруларына қарсы қолданылатын препараттар), гербицидтерге (арамшөптерге қарсы синтетикалық заттар) бөлінеді. Пестицидтер химиялық зат болғандықтан, қоршаған орта арқылы адамға жəне табиғатқа үлкен зиянды əсерін тигізеді. Көптеген пестицидтер бір нысанадан екінші нысанаға ауыса отырып, қоршаған ортада ұзақ уақытқа сақталып, одан əрі улы қосындыларға айналады. Инсектицидтердің өндірістік көп мөлшерде өндірілуі ауаны, суда бүлдіретін басқа өнімдердің көбеюіне əкеліп соғады. Сулы ортада инсектицидтердің, фунгицидтердің, гербицидтердің мөлшері көп кездеседі. Синтезделген инсектицидтер негізгі үш: хлорорганикалық (2,4-Д, ДДТ жəне оның туындары - полихлорбифенил-ПХБ, хлордиен, алдрин, ГХЦГ, гепатохлор, таксофен, галихлоргинен), фосфорорганикалық (карбофос, метафос, трихлорометафос, фосфалид, хлорофос трихлорфос) жəне карбанаттар (севин, анабазин, пиретрум) тобына бөлінеді. Хлорлы органикалық инсектицидтер жартылай ыдырауының өзі ондаған жылдарға созылады, биодеградацияға өте төзімді. ПХБ қоршаған ортаға өндірістік қалдық суларды ағызғаннан жəне үйінділердегі қатты қалдықтарды жаққаннан түседі. Қатты қалдықтарды жаққаннан ПХБ атмосфералық жауын-шашын, қар арқылы жер шарының барлық аудандарына түседі. Эпидемия тудыратын жəндіктерге (бүрге, қандала, битке) қарсы хлорлы органикалық ДДТ жəне гексахлоран, гексахлорциклогексен (ГХЦТ), ГХЦГ-ның изомерлі лидан инсектицид қолданылады. Бұл улы заттар жүйке жүйесінен, бауыр, бүйрек, жүрек, ішкі секреция мүшелерін зақымдайды. Альдрин, дильдрин, гептахлор, токсафен, мирекс деген инсектицидтер кейіннен «ең лас» инсектицидтер түріне кіреді, қазіргі кезде халықаралық қауымдастықтың назарында. Екінші ұрпаққа 41

фосфор органикалық қосылыстар оның ішінде тиофосфор қышқылы жатады. Бұл қосылыстар класына – инсектицидтер, актаметилдер, тиофостар, меркамтофосстар жатады. Химиялық соғыста қолданылатын зарин, зонан – уландырғыш заттар да осы топқа кіреді. Химиялық қару мен пестицидтердің айырмашылығы аз, əскерилер бір қатар жағдайларда пестицидтер қорын стратегиялық жинақ (резерв) ретінде қарап, ал пестицид өндірісін əскери уландыру заттарын шығаратын өндірістің негізгі деп санады. Осы топқа зəр қышқыл (мочевина) синтездерінің өнімдері, синтетикалық фунгицидтер, бактерицидтер, зооцидтер, немацидтер жатады. 1950 жылдары 2-буын пестицидтерінің зиянды əсері қатты білінді. Қазіргі уақытта 900-ден аса зиянкес түрлері инсектицидтер түрлерінен «қорықпайды». Жəндіктердің ондаған түрлерінен көбі, оның ішінде шыбындар, таракандар, колорад қоңызы, капуста көбелегі инсектицидтердің барлық түріне төзімді келеді. Барлық пестицидтер мутагенді жəне тұқым қуалаушылыққа кері əсерін тигізеді. Қоршаған орта үшiн зияндылығы төмен не неғұрлым тиiмдi препараттар, соның iшiнде биопестицидтер қолданылуы экологиялық қауiпсiз, микробтық, өсiмдiк жəне жануар тектес өнiмдердi шығаруға көшкен өсiмдiктердi қорғау құралдарының өндiрушiлерiне коммерциялық табыс əкелуде. Микробтық пестицидтер белсендi ингредиент ретiнде бактериялардың, вирустардың, саңырауқұлақтардың микроорганизмдерiн құрайды. Биохимиялық пестицидтер – бұл қоршаған ортаға улағыш əсерiнсiз ауру қоздырғыштарын туғызушылардың жəне ауылшаруашылық өсiмдiктерi зиянкестерiнiң өсуi мен таралуын бақылайтын табиғи субстанциялар (феромондар, өсудi реттеуiштер, репродуктивтiк функцияларын реттеуiштер). Биопестицидтердiң құнын төмендету мақсатында фермерлiк шаруашылық жағдайында ферментерлерде өсiруден кейiн кептiрiлген микроорганизмдердi – бактериялар мен саңырауқұлақтарды қолдану технологиялары əзiрленуде. Өндірістік биотехнология халық шаруашылығының түрлі салаларын қамтиды, бұл салаға биопестицидтерді өндіру өндірістік масштабта жұмыс істеуді керек етеді. Табиғи пестицидтер ретінде түймедақ пиретрумның экстракты, тұнбасы, ұнтақ түрінде пайдаланады. Жасыл бұрыш, темекі, сарымсақ т.б. 42

өсімдік ерітінділері колорад қоңызы мен темекі жапырақтарының ауруларынан қорғайды. Теңіз молюска қабыршақтары, шаян, сауыттары т.б. ұнтақталған түрде топырақтағы зиянды жəндіктерді жояды. Шаруашылықта микроорганизм дақылдарынан өндірілген микробиологиялық препараттар қолданылады. Ресейде И.И.Мечников бидай қоңызына қарсы инсектицидті саңырауқұлақ бактеродекцияден жасады, ол тышқан тұқымдастарда тифті туғызады. Бунақденелерге (мысалы, колорад биті жəне т.б.) үшін патогенді саңырауқұлақтар, бактериялар, вирустар (Bacillus thurinqiensis, Beaurferia bussiana, Trihoderma spp, Verticulum lecanii) – жəндіктерге патогенді əсер етуші болып табылады. АҚШ-та 1980 жылдың аяғында биоинсектицид ретінде 16 микроорганизм, биогербицид ретінде 2 микроорганизм қолданылады. Биопестицидтерді, өндірістік микроорганизмдерді, əсіресе, саңырауқұлақтар, актиномицеттер, бактериялардың ферменттерін бөліп алып, өндіру арқылы алынады. Өндірістік микроорганизмдер ішінде кең танымал продуценттерге: энтомопатогендік бактериялар Bacillus thurinqiensis, Вacillus popilliае, Blares tea trispora жатады. Əсіресе, пестицидтік биопрепараттарды өндіруде ең жиі уытты зат (токсин) шығаратын Bacillus thuringiensis пайдаланылады. Ол зиянды шыбын шіркейлерге ұтымды əсер етеді, токсин адам, жануар жəне өсімдіктер үшін зиянсыз (зиянкестердің 150-ге жуық түрі препараттарға сезімтал келеді). Өсімдіктерге зиянсыз болғандықтан инсектицидтерді өсімдіктердің əртүрлі вегетациялық фазаларында қолдануға болады. Мысалы, триходермин (дəндік дақылдар, кенеп), мақта өсімдіктерінің ауруларына қарсы Trichoderma саңырауқұлақтың негізінде жасалған препарат. Биопестицидтер бактоларвицид, лепидоцид, энтеробактерин, дендробациллин, биотрол, агритрол, дипел, спореин т.б. ауылшаруашылық өсімдіктерін, жемісжидек дақылдарын қабыршақ қанатты шыбын шіркейлерден (ақ көбелек, қоңыр көбелек, күйе, жібек құрттарынан, шіркейлерден жəне масалардан) қорғау үшін қолданылады. Энтомопатогенді бактериялардың ішінде қарапайым қоректік орталарда энтомоцидті токсиндер синтездейтін бактериялар ерекше орын алады, əсіресе, аэробты спора түзуші бактериялар ерекше қызығушылық тудыруда. Микробтык инсектицидтер 43

өндірісінің негізі болып табылатын Bacillus thuringiensis бактериялар энтомоцидті белсенділігі жоғары спецификалық кристалды токсиндер (18 аминқышқылынан тұратын ақуыздар, 600 С температурада ыдырайды) бөліп шығару қасиетімен ерекшелінеді. Спора түзілгеннен кейін токсиндер сыртқы ортаға босайды, кристалдардың көлемі бактерия штамына қарай 1-3 мкм дейін жетеді. Энтомоцидты кристалл токсиндер қабыршақ қанатты зиянкестерге уытты əсер етеді, себебі көбелек құрттың ортаңғы ішегінің парализдеуін тудырады, бірақ жылы қандыларға, бал араларға, балықтарға жəне өсімдіктерге зиянсыз келеді. Bacillus thuringiensis бактерияларының кейбір түрлерінде кристалды токсиндерден басқа ортаға суда еритін энтомоцидты заттар бөледі, олардың ішінде термотұрақты токсин (100-1200 С ыдырамайды) немесе β-экзотоксин мамандардың ерекше қызығушылығын тудыруда. Бұл қосылыс төмен молекулалы нуклеотидті зат, экзотоксин құрамында туыстығы жағынан жақын А жəне В турингиензиндер болады. Энтомоцидті жəне термотұрақты қасиетке ие экзотоксин көптеген зиянкестерге өзінің бірегей таңдағыштық əсер етеді. Энтомоцидті кристалдар мен басқа да бактериалды токсиндердің əсеріне насекомдардың имунитеті жəне бейімделуі болмайды. Экзотоксин препараттары жылы қандыларға, балықтарға жəне өсімдіктерге зиянсыз болып табылады. Инсектицидті препараттарды өндіргенде түрлі қоспаларды (ағу, жабысу, бүрку қасиеттеріне ие) араластырады, олар бактериалды инсектицидті қолданудың тиімділігін арттырады. Препараттардың бүрку нормасы зиянкестердің түріне, метеорологиялық жағдайларға, өнделетін өсімдіктің мөлшеріне, бүркуге тəуелді. Микробтық инсектицидтерді түрлі химиялық қоспалармен қосып пайдалану болашағы зор, себебі олардың энтомоцидті əсерлерінде синергизм байқалады, энтомоцидті əсе ету спекторы ұлғаяды, шығымы азаяды. Вacillus popilliае бактерияларды жапон қонызының тікелей құрттарда өсіреді (имаго сатысында). Өлі, кептірілген құрттарды топыраққа себеді, онда бактериялардың споралары ұзақ уақыт тіршілігін жоймайды əрі қонызға вирулентті болады. Бұл бактерияларды насеком организмінде өсіру қиын əрі көп күш жұмсайтын процесс. Осыған орай, кейінгі жылдары осы 44

бактериялардың табиғаты жеттік зерттеліп, оларды жасанды қоректік орталарда өсіру əдістерін жасау көзделуде. Химиялық инсектицидтерге қарағанда бактериалды инсектицидтерден жасалған препараттардың сапасы жағымды қасиеттермен: 1) таңдамалы əсерімен; 2) жоғары белсенділігімен: 3) қолдану жиілігінің төмендігімен: 4) өндеу дозасының аздығымен; 5) зиянкестердің препараттарға бейімделмейтіндігімен ерекшелінеді. Əйтсе де оларды химиялық инсектицидтермен қосып пайдалану препараттардың сапасын анағұрлым жоғарылататыны дəлелденген. Микроб биомассасының биотыңайтқыш, биоинсектицид ретінде соңғы өнімі болса, бұл өндірістік микроорганизмді жасауда қарапайым болады. Биотыңайтқыштарды азотобактерин, нитрагин, фосфобактерин, т.б. 1986 жылы Албанияда Ноббе мен Гильтнер он тоғыз бұршақтылар түрлері үшін түйіндейтін бактериялар қоспасы бар коммерциялық препарат – нитрагинді жасап шығарды. Осы күнгі азотобактерин мен нитрагин тыңайтқыштар ретінде түйіндейтін бактериялар мен азотобактериядің биомассасы болып табылады, оларға тұрақтандырғыштарды (меласса мен тиомочевина) жəне толтырушыны (бентонит, топырақ) қосады, топырақты азотпен байыту үшін пайдаланылады. Фосфобактерин – фосфордың күрделі органикалық қосылыстарын қарапайым, жеңіл қорытылатын түрге айналдыратын өсімдіктің биопрепаратына жатады. Көбінесе, цитрогин жəне азотты бактериялар препараттары топырақта байланысқан азотпен байыту үшін қолданылады. Эубиотикалық препараттар - пропиолвит, пропиацид – пропион қышқылы жəне ацедофилдік бактериялар негізінде, ауылшаруашылық мал төлдері мен құстардың балапандарының асқазан-ішек ауруларының алдын алу мен емдеу мақсатында қолданылады. Антибиотиктер тамақ өнеркəсібінде тез бұзылатын өнімдерді, мысалы, балық, ет, қатты жəне жұмсақ ірімшік, түрлі көкөністер сақтау үшін консервант ретінде пайдаланылады. Кейбір антибиотиктер, мысалы низин (Streptococcus lactis синтездейді), субтилин (Bacillus subtilis синтездейді) – томаттарды, жасыл бұршақтарды, түсті орам жапырақтарды, көкөністерді, 45

т.б. консервілегенде қолданады. Оны қосқанда көкөністердің термиялық өңдеуі əжептеуір жұмсарады, бұл витаминдердің, дəмдік сапасын жəне консервіленген өнімнің консистенциясын сақтауға мүмкіндік береді. Триходермин мен трихоцетин (Trichoderma sp. бөледі) – көкөністік, дəндік жəне техникалық дақылдардың тамыр шіруімен күресу үшін де керек. Тағам өнеркəсібінде пайдаланылатын антибиотиктерді медицинада қолданбауы керек. Бұл адам үшін ауру тудыратын микроорганизмдерде антибиотиктерге төзімділіктің пайда болуы мен таралуының алдын алумен байланысты. Антибиотиктер ауыл шаруашылығы үшін емдік препарат ретінде өте керекті зат, соның ішінде мал, құс, ара, өсімдік шаруашылықтарында, ал жеке арнайы антибиотиктік заттар өсуін реттеушілер ретінде пайдалынады. 1966 жылы алғаш рет жануарлар азығына немесе кейбір жағдайларда азық-түлік тағамдарға қоспа ретінде пайдалануға арналған балдырлардың, бактериялардың, ашытқылардың жəне саңырауқұлақтардың бүтін түрде кептірілген, өлі жасушалар үшін «бірклеткалалылардың белогы» немесе SCP (Single Cell Protein) термині ұсынылды. Микробты биомассаны ақуыздардың орнына пайдалану идеясын Дельбрюк жариялады. Құрғақ биомассаның 40-65%-ға ғана ақуыздан тұратындығы белгілі, мұндай ақуыздардың адам жəне жануар организміндегі 80-90%, ал өсімдік тектес белок 80%, жануар тектес ақуыз 100% қорытылатындығы көрсетілді. Микроорганизмдерді өсіру арнайы ферментерлерде, үздіксіз дақылдау əдісі арқылы жүргізіледі. Алынған биомассаны дақылдық қоректік ортада сепарациялау жəне сүзу (фильтрациялау) арқылы бөліп алады əрі қарай оны жуады, концентрлейді жəне 80-900 С жылуымен ашытқыларды зарарсыздандырады. Ондай əдіспен алынған қаймақ тəрізді қою биомассаны ыстық бумен үрлеу арқылы кептіреді, одан кейін қораптарға салынып, тұтынушыларға жіберіледі. Бір клеткалы организмдер ақуызын өндірудің артықшылығы орасан зор. Мысалы, 500 килограмм ашытқы бір тəулікте 80 тонна ақуыз береді. Осындай салмақтағы өгіз организмінде бір тəуліктегі жиналатын белок мөлшері 400-500 грамды құрайды. Бір клеткалы организмдерді өсіріп алудың тағы бір жолы – субстрат ретінде өнеркəсіптік қалдықтарды пайдалану. Оған 46

мысалы, қағаз шығаратын өнеркəсіптен өнделген сульфитті ерітінді жатқызуға болады. АҚШ-та бұл ерітінділерде тағамдық ашытқыларды өсіреді. Мал шаруашылығын ақуызды азықтармен қамтамасыз етуде мал азықтық ашытқы саңырауқұлақтарды қолданудың маңызы зор. Мал азықтық ашытқы саңырауқұлақтар ақуызы аса құнды. Онда басқа азықтарда кездеспейтін, мал организміне аса қажетті лизин амин қышқылы бар. Сонымен қатар мұндай азықта В тобына жататын витаминдер, темір, мыс, мырыш, кобальт сияқты микроэлементтермен қатар фосфор, кальций иондары жеткілікті. Ашытқы саңырауқұлақтар азықтың дəмін жақсартады жəне түрлі витаминдермен байытады. Мал азықтың ашытқы саңырауқұлақтарды өсіру үшін əдетте ағаш ұнтақтары жəне өсімдік қалдықтары (жүгері тамыры, сабан, мақта қауашағы) қолданылады. Мал азығына микробты ақуызын қосқанда олардың өнімділігі артады жəне одан өнімнің өзіндік құны да төмен болады. Микроорганизмдер ылғалды жерде жақсы тіршілік ететіндіктен, көптеген азықтарды сақтағанда ылғалды реттеу қажет. Шырынды мал азығын даярлау үшін сүрлеу əдісі пайдаланылады. Сүрлеу дегеніміз – микробиологиялық жəне химиялық факторларды пайдалана отырып, жемшөпті маңызды биологиялық қосылыстармен байыту жəне сақтау. Микробтар көмегімен түрлі органикалық қышқылдар, витаминдер, амин қышқылдары түзіліп, азық сапасы едəуір жақсарады. Сапалы сүрлемде сүт қышқылы 1-1,5% балады. Осы сүт қышқылы көмегімен азық ұзақ уақыт бойы бұзылмай сақталады, яғни консервіленеді. Сүт қышқылының қажетті мөлшерде түзілуі үшін сүрленетін азықта жеткілікті мөлшерде қант пен оның эпифит микроорганизмдерінің құрамында сүт қышқылы бактериялары мол болуы тиіс. Жалпы сүрлем даярлаудың: салқын жəне ыстық сияқты екі əдісін ажыратады. Салқын əдіспен жемшөпті сүрлегенде онда температура +30...+350 С-дан аспайды. Бұл үшін алдын ала сүрлем салынатын орға шабылған шөпті турап салады да, оны əбден нығыздайды, үстінен ауа енбейтіндей етіп, қымтап жабады. Сонда сүрлемде тез арада органикалық қышқылдар түзіледі, оның басым көпшілігі сүт қышқылы болады. Ыстық əдіспен сүрлегенде орды азыққа бірден толтырмайды. Алдымен жемшөпті қалындығын 1,5 метр етіп салады да 1-2 күндей 47

нығыздамай, сол күйінде қалдырады. Сонда мұндай жемшөп өздігінен қыза бастайды да, температурасы +45...+500 С көтеріледі. Бұдан кейін сол шөптің үстіне қалындығын сондай етіп тағы да шөп салады. Осы шөп салмағының əсерінен төменгі қабаттағы ыстық ауа жоғары көтеріліп, сонғы салынған шөпті қыздырады. Мұнда жоғары температурада амин қышқылдары мен қанттар өзара əрекеттесіп, организмге жағымсыз меланоидин деген зат түзеді. Сондықтан бұл əдісті қазір шаруашылықта қолданбайды. Бірақ осы əдіспен құнарсыз азықтарды (топан, сабан, құнарсыз қурап кеткен шөптер) жəне ірі сабақты өсімдіктерді сүрлеуге болады. Генетика жəне микроорганизмдер селекциясы институтында треонин аминқышқылды артық мөлшерде синтездейтін микробтық штамды шығарды (мутантық ішек таяқша бактерияға негізділген штамм). Егер треонинмен байытылған ақуызды малға беретін жемге қосса, малдардың салмағы артады да мал шаруашылығына бірнеше миллиард теңге пайда түседі. Гендік инженерия көмегімен треонинді кодтайтын генді бактериялардың геномына енгізіп треонинмен байтылған белоктық биомассаны тез арада алуға болады. 3.1.3. Микроорганизмдерді экологияда жəне биоэнергетикада қолдану. Биодеградация жəне биоконверсия Адам əрекетінің əсерінен топырақтың жəне судың органикалық заттары негізгі биотопты құртады, осыған байланысты микроорганизмдер топтарының арасындағы метаболизм процесі өзгереді де, негізгі тазалау процестері бұзылады. Күнделікті ластанған топырақ микрофлорасында 100 грамм субстратты ластанушы бар деп есептелінеді. Қазіргі таңда да тіршілік үшін өте маңызды топырақтың ластануын экологиялық биотехнология зерттеу үстінде. Табиғатта кездесетін түрлі микроорганизмдер топырақпен өте тығыз байланыстар құрады. Мəселен, бір грамм бақша топырағынан табылған ондаған миллион микроорганизмдер, атап айтсақ, сапрофиттер, саңырауқұлақтар, олигонитрофильдер, азот сініруші бактериялары, түйнекті бактериялар, бактерия жасушаларына жайылған амонификатор анаэробты азот фиксаторлар. Микроорганизмдермен бірге топырақты тазалаушы микрофлора тобы құрылған метаболизмдің нəтижесінде 48

өлген организмдерді қарашіріктерге айналдыруды іске асырылады. Ластанған экожүйедегі микрофлорадан зиянды микроорганизмдер пайда болады. Бұлардан қаншалықта пайданың бар немесе жоғы жайында биотехнологтар зерттеу жұмыстарын жүргізуде, жалпы техногендік жəне антропогендік қауіпсіздіктер экологиялық баланстың санитарлық жағдайын төмендетеді. Экобиотехнологтардың көмегімен топырақтағы органикалық қалдықтарды жасанды ыдыратады (утилиздейді), яғни бұны биоремедиация дейді. Бұл сөз грек тілінен аударғанда bio өмір, remedio - пайдалы немесе емдеу деген мағынаны білдіреді. Тазаланған орта немесе өнделген қалдықтардың жоғарғы ерітінділерінен емдік қасиеті бар микроорганизмдер тобын шығаруға болады. Əрине, бұл процестер жасанды орталарда іске асып отырады. Биоремедиация жоғарғы қарқынды түрде ластанған қоршаған ортада экологиялық жəне гигиеналық қауіпсіздіктерді қалпына келтіруде немесе сақтап қалуда ерекше рөл атқарады. Яғни бұл жағдайда қоршаған ортаны қалпына келтіруі микроорганизмдердің қатысуымен жүзеге асып отырады. Бүгінгі биотехнологияда жасалып жатқан игі шаралардың бірі - түрлі проблемаларды шешу үшін арнайы биопрепараттарды жасау жұмыстары іске асыру. Мəселен, биологиялық препараттың бір түрі - «Микрозимtm». Осы биопрепарат арқылы экожүйедегі судың, топырақтың ластануы жайындағы проблемалардың біразын шеше аламыз. Яғни бұл биологиялық тұрғыдан ағын суларды тазарту. Экологиялық жағдайларды шешуге барынша септігін тигізетін биопрепараттардың бізге мəлім түрлері - «Микрозим tm», «Гриз Трит», «Вэйст Трит», «Дэйри Трит», «Септи Трит», «Петро Трит». Осылармен ағын суларды тазарту жəне тағыда басқа процестер іске асырылады. Экожүйені тазарту нəтижесінде биологиялық баланс қалпына келеді. Қазіргі таңдағы ауаның ластануы үлкен экологиялық шығынға əкеліп соқтыруда, осы мəселені шешу жолында экотехнологтар қызмет етуде. Ластанған ауаны тазартуда түрлі биотехникалық құралдар орнатылуы тиіс. Мысалы, биогаз саласында бүгінде ауаны газдың ластануынан сақтау үшін бензин майына – спирттің бір 30-40% қосса, онда бензин құрамы өзгеріп, экологияға барынша аз əсерін тигізеді жəне 49

«биоотын» мəселесін шешеді. Жалпы ағын суларды ластандыратын заттардың табиғаты жəне концентрациясы оның шығу көзіне байланысты болады. Ағын сулар өнеркəсіптік жəне тұрмыстық болып екі топқа бөлінеді. Тұрмыстық ағын сулар көбінесе көшелердегі қалдық, қоқыс, жуғыш заттармен ластанады. Олар суда (99%) суспензияланған қатты жəне ұшқыш заттар түрінде кездеседі. Суспензияланған қатты заттардың көп бөлігі целлюлозаның қосылыстары болып табылады, ластанғыш органикалық компоненттерге май қышқылдары, көмірсулар мен ақуыздар жатады. Осы заттардың ыдырауы нəтижесінде түзілетін өнімдер тұрмыстық ағын суларға жағымсыз иіс береді. Бұл судың микрофлорасы əр алуан болып келеді. Оның құрамына əртүрлі топырақ жəне ішек микроорганизмдердің аэробты, облигатты жəне факультативті аэробты түрлері бактериялар, ашытқылар, саңырауқұлақтар мен зеңсаңырауқұлақтары жəне вирустар кіреді. Соңғы кезде қалдық ағынды сулар, біріншіден, су қоймаларындағы тірі мекендеушілерге зиян келтіреді, екіншіден, қалдықтарды өңдеудегі аэробты жəне анаэробты процестерге қатысатын микроорганизмдердің қырылуына əкеледі. Қорыта айтқанда, биоремедиация судың, топырақтың жəне мұнай қорларының түрлі қалдықтарын пайдаланып, өнімді процесті іске асырады. Мұнай өндiру өнеркəсiбi. Қазiргi уақытта қоршаған ортаның химиялық ластануы, осы энергия тасушыларын өндiру, тасымалдау жəне өңдеудiң орасан ауқымына байланысты, соның iшiнде мұнай жəне одан өндiрiлген өнiмдерi ерекше қауiп төндiредi. Мұнай өндiруге байланысты ең өзектi тақырып кəсiптердегi сияқты шегiнен тыс құрғақта да, су алаптарының акваторияларында да шикi мұнайдың төгiлуiн жою болып табылады. Жаппай ластану қауіптi мұнайлық ластанумен күрес əдiстерiн əзiрлеудi ынталандырады. Соңғы уақытта микробиологиялық əдiске көп көңiл бөлiнуде. Бұл əдiстiң сөзсiз артықшылығы тиiмдiлiк, үнемдiлiк, экологиялық қауiпсiздiк, технологиялық бейiмдiлiк жəне екiншi рет ластанбауы болып табылады. Бүгiнгi күнде су қабатынан да, құрғақ жер қабатынан да мұнаймен ластануды толық жоюдың бiр де бiр тəсiлi табылмай отыр. Химиялық нейтралды материалдар негiзiндегi сорбциялық 50

тəсiлдер мұнайды экологиялық таза əдiстермен жою мəселелерiн шешуге мүмкiндiк бередi. Мұнай сiңiретiн сорбенттер ағынды суларды тазартқан кезде де, мұнай төгiлулерiмен күрестiң барлық кезеңдерiнде де пайдалануы мүмкiн. Мұнай өңдеудiң қалдықтарын пайдаға асырудың жаңа бағыты Массачусетс университетiнiң ғалымдарының бактериялар өндiретiн энергетикалық қондырғыны əзiрлеуi болып табылады. Отын ретiнде кез келген органикалық қалдықтарды, соның iшiнде мұнай өңдеудiң қалдықтарын пайдалануға болады. Құрылғының конструкциясы қарапайым, жақында тiршiлiк етуi туралы белгiлi болған бактерияның түрi ғана дағдылы емес. Оттегiнi талап етпей, көмiрсутектердi толық ыдыратып, олар электрондарды тiршiлiк етуiнiң жанама өнiмi ретiнде бередi. Мұндай экологиялық қондырғыда электр энергиясын алу мен мұнай өңдеудiң қалдықтарын пайдаға асыру пештерде өртегеннен едəуiр құнды болып көрiнедi. Көптеген дамыған елдерде қайта қалпына келетін (ҚҚК) энергия көздерінің пайдаланылуына көп көңіл бөліп жатыр, өйткені олар дəстүрлі энергия көздерінің (көмірдің, мұнайдың, табиғи газдың) пайдаланылуын кемітуіне, қоршаған ортаның экологиясын жақсартуға жəне қосымша жұмыс орындарының құрылуына себепкер болады. Биотехнологиядағы биоэнергетика саласында биогаз бен микробты этанол қолданылуда. Фотоэлектрлiк батареялар, күн жылытушылар, жел жəне биотермалдық сулар энергиясы негiзiндегi шағын электр станциялары, биомассаны жаңаратын энергия көзi ретiнде пайдалану жөнiндегi əзiрлемелер, көптеген жобалар - бұл өткен жүзжылдықтың 70-жылдардың жобалары. Бүгiнде жаңаратын ресурсты, атап айтқанда, биомассаны тарту идеясы бар. Егер өсiмдiктер фотосинтез көмегiмен жыл сайын көмiрсудың 30 миллиард тоннаға жуығын бекiтетiнiн ескерсек, ал мұнайды бiз он есе аз жоямыз, мұнда ойланудың себебi бар. Биологиялық ресурстар есебiнен энергетикалық базаны кеңейту нақты жағдайларды мұқият бағалау мен жүйелiк жақындау кезiнде ғана мүмкiн. Биомассаны пайдаланудың ең тиiмдi тəсiлi кейiннен газдық турбиналарда қосылуымен оны газдандыру болады. Принстон университетiнде жүргiзiлген алдын ала есептеулер, биомассаны газдандыру өнiмдерiнде жұмыс iстейтiн 51

турбогенераторлардың дəстүрлi жылу, ядролық жəне гидравликалық энергия қондырғыларымен бəсекелесе алатынын көрсеттi. Ондай турбогенераторларды қолданудың ең перспективтi салалары жақын болашақта биомассаның үлкен көлемдерi жинақталған экономиканың салалары (атап айтқанда, қант қамысын өңдейтiн қант жəне шарап, темекі зауыттар) болуы мүмкiн. Осылайша, Бразилияда шарап-темекi кəсiпорындарына биомассаны пайдалану кезінде электр энергиясы артылады, оны iске асыру спирттi мұнайдан арзан қылады. Осы заманғы техникалық биоэнергетикада органикалық қалдықтарды отын мен энергияның техникалық ыңғайлы түрлерiне айналдырудың екi негiзгi бағыты бар: 1) термохимиялық конверсия (тiкелей өртеу, пиролиз, газдандыру, сұйықтау синтез); 2) биоконверсия (биогазды, спирттер, сутегiнi, органикалық қышқылдарды, өсiмдiк майларын жəне т.б. алу). Бүкiл дүниежүзiнде дəстүрлi емес энергия ресурстарының көзi ретiнде биогаз жоғары қызығушылық туғызып отыр. Биогаз – биомассаның метан ашу процесі арқылы алынатын газ. Биогаз – бұл 65 % метан, 30 % СО2, 1 % Н2S, усар газының N, O2, H2 қоспасы болып табылады. Биогаздың негізгі артықшылығы қайта қалпына келетін энергия көзі. Мысалы, 28 м3 биогаз энергиясы, табиғи газдың 16,8 м3 энергиясына, 20,8 л мұнайдағы, 18,4 л дизель отынға эквивалентті. Биогазды өндіру атмосфераның метан газымен ластануына жол бермейді. Көміртегі газымен салыстырғанда метан газы жылы-жай эффектісінің түзілуіне 21 есе артық əсер етеді, сондай-ақ метан газы атмосферада 12 жыл сақталады. Атмосфераның метан газымен ласталуын болдырмау - əлемдік жылуды болдырмаудың ең тиімді əдісі болып табылады. Өнделген көң, барда, тағы басқа қалдықтар ауыл шаруашылығында тыңайтқыш ретінде пайдаланылады. Бұл химиялық тыңайтқыштарды қолдану мөлшерін азайтады, жер асты суларының ластануына жол бермейді. Биогаз алу үшін метаногенді ашу немесе биометаногенезді (анаэробты ашу процес) жүзеге асырады. Биометаногенез процесінде 190-нан астам əртүрлі микроорганизмдер қатысады жəне де оның 3 сатысы бар. Биомасса құрамындағы ерімейтін органикалық заттар қарапайым органикалық қосылыстарға 52

ыдырайды. Бұл сатыны гидролиз деп атайды, ол ацетогенді бактериялардың қатысуымен жүзеге асады. Екінші сатысында (ацидогенез) гомоацетатті бактериялардың қатысуымен қарапайым органикалық қосылыстардың бір бөлігі гидролиздік тотығуға ұшырап, нəтижесінде ацетат, көмір қышқыл газы жəне бос сутек түзіледі. Үшінші саты метан түзуші бактериялардын (Methanotrix, Methanosarcina, Methanococcus, Methanogenium, Methanospirillum) қатысуымен өз алдына екі процесс арқылы жүзеге асады. Бактериялардың екі тобы (мезо- жəне термофильді метанды бактериялар) екінші сатыда түзілген қоректік заттарды метанға СН4, суға Н2О, көміртегі оксидіне СО2 айналдырады: 4Н2+СО2 → СН4+2Н20 3Н2+СО →СН4+Н2 2Н2О+4СО →СН4+3СО2 4НСООН →СН4+3СО2+2Н2О 4СН3ОН →3СН4+СО2+2Н2О СН3СООН →СН4+СО2 Мезофильді метанды бактериялардың температуралық оптимумы 30-400С, рН 6-8 ал термофильді бактериялардың оптимумы 50-600С болады. Метаногенді бактерияларымен қатар жіптəрізді таяқшалар, ланцент тəрізделер, коккалар көміртегі оксиді мен сутекті метан мен суға айналдырады жəне құмырсқа қышқылын ацетон қышқылына жəне метан мен көміртек оксидіне айналдырады. Биогазды көміртегі газдан тазартқаннан кейін биометан алынады. Метаногенді бактериялар сазды батпақты аудандарда кең таралған, олардың əсерінен батпақ газы – метан түзіледі. Сондай-ақ, олар күйіс қайтаратын сүтқоректілер мен адам ішектерінде тіршілік етеді (метеоризмге жауапты). Метаногендер мұхит түбіндегі археялардың метан биосинтездейтін, сульфат түзілетін аудандарда таралған. Биогазды өндіру үшін пайдаға асатын органикалық шығарындылар: көң, тезек, құс саңғырығы, меласса жəне дəн спирт бардасы, қызылша сықпасы, фекалды қалдықтар, балық жəне мал сойысынан қалған қалдықтар (қан, май, ішек), шөп, тұрмыстық қоқыстар, сүт зауыт өнімдерінің қалдықтары (тұзды жəне тəтті сүт сары суы), биодизель өндірісінің қалдықтары (мысалы, рапстан алынған техникалық глицерин), шырын 53

өндірісінің қалдықтары (көкөніс, жеміс-жидек, жүзім, балдырлар), крахмал, сироп өндірісінде шығарылған қалдықтар, картоп өнімдерінен қалған қалдықтар т.б. Биогаз өнімі оны өндіретін шикі зат табиғатынан жəне мөлшеріне тəуелді болады. Биогазды есептеуде құрғақ зат (КЗ немесе ағылшынның TS) немесе құрғақ зат қалдығы деген ұғымдар пайдаланылады. Практика жүзінде 1 кг құрғақ заттан 300-500 литр биогаз алады. Белгілі бір шикі заттан алынған биогаздың шығымын анықтау үшін зертханалық зерттеулер жүргізу керек немесе анықтамалық мəліметтерге сүйеніп, майлардың, ақуыздың жəне көмірсулардың мөлшерін айқындау керек. Соңғыларды анықтау барысында тез ыдырайтын (фруктоза, қант, сахароза, крахмал) жəне баяу ыдырайтын заттардың (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин) арақатынасын білу маңызды. Шикі зат құрамын айқындау арқылы, əр заттан шығатын газ шығымын жеке анықтап, сонында оларды қосу арқылы жалпы шығымды есептеп алуға болады. Тұрмыстық қоқыстардан алынатын биогаздың бір түрі бұл қоқыс газы. Биогаз өндірілетін қондырғыларға метанотенк жатады. Метанотенктерде анаэробты ашыту ең көп таралған өндірістік əдіс болып табылады. Өндірістік қондырғыда: гомогенизациялаушы құты, қатты (сұйық) шикі зат салатын жабдық, реактор, араластырғыштар, газгольдер, су мен жылуды араластыратын жүйе, газ жүйесі, насостық станция, сепаратор, бақылау жүйесі, қауіпсіздік жүйесі сияқты құрылғылар болады (қосымша, 1-сурет). Шикі зат қалдықтары насос станциясы немесе қатты (сұйық) шикі зат салатын құрал арқылы реакторға беріледі. Реактор темір бетоннан құралған, ішінде миксерлері бар, жылытқыш жүйесі жұмыс істейтін резервуар болып табылады. реакторда қалдық заттармен қоректенетін «пайдалы бактериялар» тіршілік етеді. Бактериялардың тіршілік ету əрекетінде биогаз түзіледі. Бактериялардың тіршілігін қолдау үшін оларға қорек көзі – шикі зат қалдықтары, сондай-ақ 350 С жылу қажет. Сонымен қатар, биомассаны оқтын-оқтын араластырып тұру керек. Түзілген биогаз газгольдерлерде жинақталады, осыдан кейін биогаз тазартқыш жүйеден өтіп, тұтынушыларға (қазандықтар мен электрогенераторлар) беріледі. Реакторға ауа жіберілмейді, себебі биогаз алу процессі анаэробты жағдайларда 54

іске асады. Кейбір шикі заттардың ашуына арнайы екі сатылы технология қажет. Мысалы, құс саңғырығы мен спирт бардасынан кəдімгі реакторда биогаз алу мүмкіндігі болмайды. Мұндай шикі заттарды өндеу үшін қосымша гидролиз реакторы қажет. Мұндай реактор орта қышқылдық деңгейін бақылап, ондағы бактериялардың күшті қышқыл немесе күшті сілтіден қырылып қалуынан сақтайды. Биогаз өндірісте электр энергия, жылу немесе бу жəне автокөліктерге жанар-жағар май ретінде қолданылады. Биогаз қондырғыларын фермалардың, құс фабрикалардың, спирт жəне қант зауыттарының, ет комбинаттарының жанынан арнайы тазартқыш жабдықтар ретінде салуға болады. Биогаз қондырғылары ветеринарлық-санитарлық зауыттарды алмастыра алады, яғни өлекселерден ет жəне сүйек ұнын өндірудің орнына биогаз өндіруге пайдалануға болады. Ауыл шаруашылығы өндiрiсiнде, егiн шаруашылығында органикалық тыңайтқыштардың үнемi жетiспеушiлiгi, мал шаруашылығындағы фермаларда мал қалдықтардың болуы биогазды өндiру үшiн шикiзаттың мəселесiн, ал өңделген шикiзат тыңайтқыштардың жетiспеушiлiгiн, қалдықтар мəселелерiн шешiп электр энергиясымен қамтамасыз ете алады. Өндірісі дамыған елдердің ішінде Данияның жалпы энергобалансының 18% жуығы биогаз өндірісі үлесіне тиеді. Биогаз өндіретін ірі қондырғыларды пайдалану жағынан жетекші орын алатын ел - Германия. Биогаз қондырғылары Қытайда көп таралған, онда бір жылда 7 млрд. м3 жуық биогаз өндіріледі, бұл 60 млн. шаруаны жылумен қамтамасыз етеді. Швейцария биогазбен жүретін автобустарды жасап шығарады. Бақылау сұрақтары: 1. Қандай биологиялық белсенді заттарды іn vitro жағдайында өсірілетін жасушалар арқылы алынады? 2. Антибиотик-продуценттерді табудың негізгі кезеңдері қандай? 3.Антибиотиктерді алу үшін қандай технологияларды (гентамицин сульфат антибиотикті алу технологияның мысалында) пайдаланады? 4. Вакциналар деген не жəне вакциналар қалай ерекшелінеді? 5. Вакциналарды алу тəсілдері қандай? 6. Биодеградация, биоконверсия, биоремедиация дегеніміз не? 7. Ластанған ағынды суларды тазарту мəселелері неде? 8. Мұнай экологиялық таза өндіру өнеркəсібінің маңызы неде? 55

9. Биогазды алу технологиясы қандай кезеңдері бар? 10. Метанотенк қандай құрылғылардан тұрады?

3.2. Өсімдіктер биотехнологиясы 3.2.1. Биологиялық белсендi заттар жəне өсiмдiк тектес өнiмдерді алу биотехнологиясы Өсiмдiк тектес биологиялық белсендi заттар химиялық синтезi iс жүзiнде мүмкiн емес шексiз əртүрлi материалдарды ұсынады. Өсiмдiк тектес өнiмдердiң ауқымды тұтынушылары тамақ өнеркəсiбi жəне сусындар болып қалып отыр жəне 2003 жылға олардың тұтынушылығы 560 млн. долларды құрады. Мысалы, Ресейде қазiргi уақытта женьшень жəне қызғылт родиола жасушаларының биомассасы негiзiнде медициналық жəне парфюмерлiк препараттардың шығарылуы жүзеге асырылуда. Өсiмдiк жасушалары дақылдарын пайдалануымен биологиялық белсендi жəне дəрiлiк препараттарды алу кең таралып, үлкен перспективалары бар. Биосинтездік өнеркəсіпте қажетті өнімдерді биотрансформация арқылы алуға болады. Жасушалардың in vitro жағдайында биотрансформация жүргізуге мүмкіншілігі болатындығы дəлелденген, яғни кейбір биологиялық белсенді заттар арзан қарапайым бастаушы заттармен синтезделеді. Бұл қарапайым бастаушы заттар химиялық немесе микробиологиялық жолмен өзгерте алмайды, тек қана өсірілетің жасушалардың ферменттерінің ықпалымен ақырғы бағалы өнімге айналып кетеді. Қоректік ортаның құрамы жəне басқа өсіру жағдайлары өзгеруі арқасында синтезделетін өнімдердің мөлшері тұрмақ, сапасы да өзгереді, соның нəтижесінде мүлдем жаңа, негізінде басқаша əсер ететін қосылыстар пайда болуы мүмкін. Өнеркəсіпте өсіруге жарайтын жасушалар жабайы мен екпе дəрілік жəне техникалық өсімдіктердің, микробиологиялық өндірістің жəне химиялық синтездің бəсекесінен озып шығуы қажет. Өсімдіктер көптеген маңызды заттардың бірден-бір қайнар көзі болып келеді. Маңызды биологиялық белсенді заттарға: алкалоидтар, терпеноидтар, гликозидтар, полифенолдар, полисахаридтар, эфир майлар, ерекше пептидтар мен белоктар, таза 56

бояғыш заттар, стероидтар, дəм татымдық заттар, витаминдер, илік заттар жатады. Өкінішке орай, өсімдік шикі затының қоры табиғатта таусылып бара жатыр. Осыны еске алғанда, клеткалық технологиялардың орны болашақта ерекше зор екенін түсінуге болады. Технологияларды іске асыру үшін зерттеушілер ең алдымен жасушалардың жақсы өсуіне жағдай туғызады, яғни биомассаны жинақтауға, ал одан кейін сол жағдайлардың қосымша метаболиттердің синтезіне əсерін зерттейді. Өсірілетін жасушаларда қосымша заттардың қоры жиналуына бірнеше факторлар: 1) өсімдіктердің генотипі; 2) өсірген жасушалардың əртектілігі; 3) фитогормондар; 4) қоректік ортаның минералды жəне органикалық заттар (мысалы, фосфаттар, нитраттар, көмірсулар); 5) физика-химиялық факторлар – оның ішінде ең маңызды рН көрсеткіші, жарық, температура, газдың құрамы, араластыру тəртібі, аэрация (яғни ауамен, оттегімен қамтамасыздандыру) əсер етеді. Дағдылы биотехнологияларды бағалы биологиялық белсенді қосылыстарды алу үшін бүтін организмдерді пайдаланса, осы заманғы биотехнология ерікті немесе иммобилденген жасушаларын (немесе иммобилденген ферменттерді) өсіруге сүйенген клеткалық технологияларға негізделген. Өсімдік жасушаларды немесе протопластарды иммобилденуі олардың синтетикалық қассиеттерін, белсенділігін арттады. Иммобилденген жасушаларды алғашқы заттармен көп мөлшерде, бірақ төмен концентрацияда қамтамасыз ету керек. Бұл алғашқы заттар биосинтез жолдарында алынып отырған затқа мүмкіншілігінше жақын болуы қажет. Иммобилденген жасушалар ұзақ уақыт өсірілетін болғандықтан, бұл тəсілге өздері табиғи жолмен немесе белгілі факторлардың əсерімен қажетті заттарды сыртқа бөліп шығара алатын жасушаларды қолдану керек. Қажетті затты тек ішінде, мысалы вакуоль мен пластидтерде, жинақтайтын жасушалар иммобилдендіруге жарамайды. Қосымша заттарды алу үшін клеткалық технологиялардағы дайындау жұмысының кезеңдері: • 1-кезең. Экономика жағынан тиімді өсімдікті таңдап алу. 57

Өсіруге алынатын өсімдіктерде бағалы, экономика жағынан маңызды қосымша заттар айтарлықтай жоғары мөлшерде болуы қажет. Əсіресе бұл жағдайдың сирек кездесетін немесе жоғалып бара жатқан өсімдіктерге қатысы бар. • 2-кезең. Іn vitro жағдайына алғашқы енгізу. Ол үшін қажетті зат жоғары мөлшерде синтезделетін жеке өсімдіктер таңдап алынады. Алдымен алғашқы каллустарды қатты ортада өсіріп алады. • 3-кезең. Биомассада қосымша заттардың саңдық жəне сапалық құрамына химиялық зерттеу жүргізу. Бөлініп жатқан каллус жасушаларында көбінесе қосымша заттардың мөлшері бүтін өсімдіктер мүшелеріне қарағанда аз болады. Бұл тұтас өсімдікте қосымша заттардың синтезі цитодифференцировканың бақылауында болатындығын дəлелдейді. • 4-кезең.Үйлесімді қоректік орта мен өсіру жағдайларын іріктеу. Қосымша метаболизмді белгілейтін генетикалық ақпарат жүзеге асу үшін ерекше жағдайлар керек. • 5-кезең. Жасушалардың өнімді штамдарын шығару. Жасушалардың түріне тəн ерекше заттарды синтездеу қабілетін жоғары деңгейде сақтау үшін генетикалық деңгейіндегі əрекеттер мен жасушалық сұрыптауды қолданады. • 6-кезең. Ең жақсы өнімді штамдарды суспензияда өсіру. Қатты ортада алғашқы шыққан каллустар сұйық ортаға көшіріледі. Өсіру тəртібі өзгергенде штамм өзінің сапасын жоғалтпауы керек, яғни ол стресс жағдайларына төзімді болу керек. • 7-кезең. Өнімді жəне тұрақты штамдарды өндіріс жағдайына жақын көлемдері жүйелі кеңейтілетін ферментерлерде өсіру. Егер жасушалар осындай жартылай өндіріс жағдайында өсу қарқындылығын сақтап жəне қажетті заттың синтезін, жинақталуын жəне оның ортаға бөлініп шығуын өзгертпесе, бұндай штамды ірі масштабтық өндірісте пайдалануға болады. • 8-кезең. Жасушалық биомассаны алу жəне оны бағалаудың техникалық регламентін (іс тəртібін) жасау. Иммобилденген жасушаларымен қатар инженерлік энзимология көмегімен иммобилденген ферменттерді пайдаланады. Иммобилденген ферменттерді автомат анализаторда қолдану, көп рет көлемді сынамалардың талдауын жүргізуге жəне көп көлемді сұйықтықтар ағынының көрсеткішін үздіксіз тіркеуге 58

мүмкіндік береді. Əртүрлі өндірісте төменде ферменттердің иммобилденген түрдегі препараттарын кең пайдаланады: крахмалдан глюкозалық сироп алу үшін амилазаны, глюкозаны фруктозаға изомерлеу үшін глюкоизомераза; жеміс-жидек шырындарын жарықтандыру пектинметилэстеразаны; инверттік қант алу үшін инвертазаны; казеин гидролизатынан жəне алынған сүт белоктарын үздіксіз коагуляциялау үшін пепсинді; антибиотиктердің модификациялану реакцияларын катализдеу үшін пенициллинамидазаны жəне тағы басқа ферменттерді қолданады. Төмен сатыдағы өсімдіктер – балдырлар – көптеген биологиялық белсенді қосылыстардың көзі болып табылады. Мысалы, спирулинада (Spirulina sp.) ет өнімдері, бұршақтұқымдас жəне түрлі жарнақтарға қарағанда В1 витамині əлдеқайда жоғары. Құрамындағы В2 витамині бойынша жануартектес өнімдерді де артта қалдырады. РР витамині бойынша спирулина қара малдың бауырын, бүйрек, тіл, құс пен қоян етінен біршама жоғары, ал фолацин бойынша ол бауыр, бүйрек, ірімшік секілді тағамдарды да артта қалдырады, олардың құрамындағы фолациннің 90%-ы тағамдық өңдеуден өткен кезде жоғалтатынын ескерсек, спирулинаның табиғи түрде пайдалануының əлдеқайда эффективті екенін көрсетеді. Спирулина құрамында үш бояғыш-пигмент бар: каротиноидтар, хлорофилл жəне фикоцианин. Жапон жəне америка дəрігерлерімен өткізілген зерттеулер фикоцианиннің ағзаның лимфалық белсенділігін жоғарылататынын жəне иммунды жүйесін күшейтетінін көрсетті. Көк-жасыл балдырдан Ch1orella sp., ашытқылардан (Rhodotorula sp.), актиномицеттерден (Actinomyces sp.), мукорлық өңез Blakeslea trispora-дан каратиноидтарды алады. Əсіресе, β-каротин – тағам өндірісінде кең пайдаланылатын пигмент. 3.2.2. Клеткалық инженерия Ауыл шаруашылығында мəдени өсімдіктердің жаңа сорттарын алу үшін клеткалық инженерияны, гендік инженерияны, клеткалық селекцияны қолдананды. Ал селекциялық процесті жылдамдату, жеңілдету, сонымен қатар сауықтырылған вируссыз өсімдіктерді көбейту үшін гаплоидтық технологиямен микроклондық көбейту технологияны пайдаланады. 59

Клеткалық инженерияны қолданып түпкі тектері алыс жатқан өсімдіктерді будандастырып асимметриялық будандарды жəне цитоплазмалық гендері жағынан гетерозиготаларды алуға болады. Клеткалық инженерия арқылы өсімдіктердің жаңа формалар – сомалық будандар – алынады. Протопластар – клетка қабықшасыз жасуша – белгілі жағдайда бірімен-бірі құйылысып қосылып будан клеткасын түзеді, сол клеткадан кейін будан өсімдік пайда болады. Протопластарды алу үшін өсімдік жасушада плазмолиз құбылысты ынталандырып, жасушаны целлюлозо-пектинді қабықшаны ыдырататын ферменттермен өндейді. Протопластарды қосу арқылы будандастыруды əртүрлі атайды: сомалық будандастыру, парасексуальды будандастыру, жыныстық емес будандастыру, ал пайда болған буданды – сомалық будан деп атайды. Протопластар құйылысқанда алдымен олар бір-біріне тоғысып жабысады, оны агглютинация деп атайды. Содан кейін олардың мембраналары да қосылып, екі протопластан үлкен бір протопласт пайда болады. Протопластарды нəтижелі бөліп алу көптеген факторларға байланысты, мысалы: 1) ұлпаның шығу тегі (жапырақ, тұқымжарнақ, тамыр, тозаң түйіршіктері, каллус ұлпасы, суспензиядағы клеткалар); 2) өсімдіктің түрі мен сорты (оның генотипі); 3) өсімдіктің физиологиялық күйі; 4) ферменттердің құрамы жəне олардың сапасы; 5) ортаның рН жəне осмостық заттың түрі. Протопластардың тіршілікке икемділігін, яғни олардың метаболиттік белсенділігін анықтайтын арнайы əдіс бар, ол протопластардың флуоресцеиндиацетатпен (ФДА) боялуы. ФДА – бұл флуоресценциясы жоқ қосылыс, протопластардың мембранасынан жеңіл өтеді. Тірі протопластардың ішінде фермент эстеразаның əсерімен ыдырайды, соның нəтижесінде флуоресцеин босайды, оны протопластардың бүтін мембраналары ұстап қалады. Сондықтан метаболиттік белсенділігі бар (яғни тіршілікке қабілетті) протопластар ультракүлгін сəулесінде көзге көрінеді, себебі іштерінде жинақталған флуоресцеин ультракүлгін сəулесімен қоздырылып, жасыл сəулені тарата бастайды. Протопластардың сыртында теріс электр заряды болады, сондықтан олар суспензияда бір-бірінен оқшауланады. Құйылысу 60

үшін оларды алдымен бір-бірімен жанастыру керек, сондықтан плазмалемма зарядын өзгерту қажет. Протопластарды құйылысуы үшін химиялық жəне электрлік əдістерді пайдаланылады. Химиялық əдіс протопластардың құйылысуына жағдай жасайтын, плазмалемманың электрлік зарядын өзгертетін заттарды суспензияға қосуға негізделген. Электрлік құйылысу əдістің негізінде электр өрісі пайдаланады. Протопластар суспензиясы екі электродтың арасында орналасады. Айнымалы ток диэлектрофорезді қоздырады, протопластар бір-біріне тақалып бір қатарға тізіледі. Бұл тізбектер тек электр өрісі болған кезде тұрады. Оларға қосымша жеке қатты электр импульсін (600 В/см, 10-20 мксек.) бергенде, қатты қысылып тұрған плазмалық мембраналарда тесіктер пайда болады да, протопластар бірбіріне құйылып кетеді. Екі протопласт қосылған кезде, егер олардың ядролары қосылса, нағыз будан жасуша, яғни ядролық будан пайда болады. Ядролары қосылмаған будан жасуша гетерокарион деп атайды. Гетерокарионды ата-аналық біреуінің немесе екеуінің субпротопластарын будандастыру үшін пайдалануға болады. Субпротопласт – протопластың бөлігі, цитоплазмалық мембранамен қоршалған құрамында кейбір органоидтары бар протопласт; ядросы болса, ол - нуклеопласт, ядросы жоқ болса, ол – цитопласт, ядро мен цитоплазманың бөлігі болса, ол – мини-протопласт. Хлоропластар мен митохондрияларды бір жасушадан екіншісіне көшіру үшін цитопластарды пайдалануға болады. Ата-ананың біреуінің ядросы бар жəне цитоплазмалық гендерді екеуінен немесе біреуінен болса, онда цитоплазмалық будан (цибрид) деп аталады. Ата-аналық біреуінен цитоплазмалық гендері иеленген будандарды цитоплазмалық гетерозиготалық будан (цитогет) деп атайды. Жасушада цитоплазмалық гендер хлоропластар мен митохондрияларда болғандықтан жəне кейбір ядролық жəне цитоплазмалық гендері жойылу (сегрегация) арқасында, сомалық будандастыру нəтижесінде будандардың 27 түріне дейін алуға болады. Сонымен сомалық будандастырудың артықшылығы мынада: • əдетте жыныстық жолмен будандаспайтын тектер алысжақын түрлерді будандастыру; • ассиметриялық буданды алу, оларда аналық немесе 61

аталықтарының гендерінің жиынтығы толығымен болса, сомалық буданда бірнеше хромосомасы болса жеткілікті; • сомалық буданда үш немесе оданда көп, ата-аналық жасушаларды қосуға болады; • ядродан тыс цитоплазмалық гендері бойынша гомозиготаларды алу; • жыныстық жолдармен көбейе алмайтын түрлердің сортын алу. 3.2.3. Гендік инженерия Өсімдіктер қоршаған ортаның көптеген қолайсыз факторларының əсеріне: жоғары жəне төмен температура, ылғалдың жетіспеушілігі (құрғақшылық), топырақтың тұздануы (сор топырақ), ауаның газдануы, минералдық заттардың жетіспеушілігі немесе, керісінше, шектен тыс көбеюі т.с.с. тап болады. Бұл факторлар өте көп болғандықтан олардан қорғану жолдары да əртүрлі – физиологиялық қасиеттерден құрылымдық өзгерістерге дейін. Өсімдіктің қандай болмасын стресс факторына төзімділігі көптеген гендерге байланысты. Сондықтан, өсімдіктің бір түрінен екінші түріне барлық төзімділік белгілерін толығымен тасымалдап еңгізу тек қана бір əдіспен əрине мүмкін емес. Кейбір жағдайда гендік инженерия арқылы өсімдіктердің төзімділігін арттыруға болады. Мысалы, абиотикалық факторларына өсімдіктің метаболиттік реакциясын бақылайтын жеке гендермен əрекеттер жүргізуге жағдай бар. Қоршаған ортаның жағдайларына жауап реакцияларының физиологиялық, биохимиялық, генетикалық негіздерін, одан əрі зерттеулер гендік инженерия əдістерін қолданып төзімді өсімдіктерді шығаруға мүмкіндік береді. Генетикалық өзгерiлген немесе генетикалық модификацияланған өнiмдер - бұл ДНҚ-на ерекше табиғаттан берiлмеген ген енгiзiлген өсiмдiктерден алынған өнiмдер, оның арқасында олардың бойында əртүрлi жаңа қасиеттер пайда болады. Өсiмдiктердiң жаңа түрлерiн жасауда үш кезеңдi бөледi. Бiрiншi-вирустарға, паразиттерге немесе гербицидтерге қандай да бiр жаңа тұрақтылық қасиетi бар өсiмдiктердi жасау. Бiрiншi кезеңде өсiмдiктiң түрлерiн жасауда салыстырмалы шапшаң 62

жетiстiк енгiзiлген тұрақтылық қасиетi бiр генмен айқындалатынымен түсiндiрiлдi, ал гендер көзi өсiмдiктердiң вирустары немесе топырақ бактериялары (жəндiктерге, гербицидтерге тұрақтылықты кодтайтын гендерi) болды. Бiрiншi кезекте - бұл майлы дақылдарында өзгертiлген май құрамы, сондай-ақ құрамында витаминдерi көп жемiс пен көкөнiс, құнарлығы жоғарылатылған бидай дақылдары жəне т.б. Екінші кезең - жаңа агрономдық функциялық қасиеттерi бар өсiмдiктердi жасау. Бүгiнде əлемнiң жетекшi зертханаларында үшiншi кезеңнiң өсiмдiктерi жасалуда жəне таяудағы он жылда олардың нарыкқа шығуын күтуге болады. Кейбiр қағидағы бағыттар туралы сөз қозғасақ: өсiмдiктер – вакциналар, пластиктiң əртүрлi түрлерi, бояуыштар (мысалы, индиго), техникалық майлар жəне қозғауыштарға арналған қондырғылар секiлдi индустриялы өнiмдердi өндiру жөнiндегi өсiмдiктер - фабрикалар. Гендік инженерия əдісі көмегімен бактериялардың геномына жаңа гендерді плазмида арқылы яғни сақина тəрізді біртізбекті ДНК арқылы еңгізуге болады. Будандық плазмидаларды, яғни құрамында бізге қажетті генмен болатын плазмидаларды, E.coli дақылдарына қосады. Бактерияларда плазмида сіңіп ген ретінде қызмет етеді, сонымен қатар плазмида бактериялық жасушаларда көбейіп жаңа ақуыздын синтезін қамтамасыз етеді. Одан кейін рекомбинанттық ДНК өсімдіктердің тірі жасушаға енгізіледі. Жаңа геннің экспрессиясы өтеді де, жасуша бөтен ген белгілейтін ақуызды синтездей бастайды. Вектор ретінде агробактерия плазмидалар, хлоропластық жəне митохондриялық ДНҚ, жылжымалы генетикалық элементтер, вирустар қолданылады. Бөтен ДНҚ өсімдік клеткасына электропорация мен биобаллистика əдістері арқылы тікелей енгізуге болады (6-сурет). Электропорация жасуша мембранасында қосымша саңылаудың пайда болуына əкеледі. Электротоқ (1-2 кВ/см разряд арқылы) жасушалық мембрананы немесе вольфрам, кремний түйіршіктерді гелий газ көмегімен атқылайды да мембрананы теседі. Өсімдік клеткасына ДНҚ микроинъекция арқылы енгізуге болады. Ол үшін микроманипуляторды жəне арнайы инелерді пайдаланады (иненің сыртқы диаметрі 2 мкм, ішкі диаметрі -11,5 мкм болу керек). 63

6-сурет. Биобаллистика əдісімен трансгенді өсімдіктерді алу үшін пайдаланатын аспап

Бір өсімдіктің қор белогының сапасын жақсарту үшін оған басқа өсімдіктің қор белогының генін еңгізу жөнінде алғашқы əрекетті Д.Кемп пен Т.Холл жасаған. Олар бұршақтың басты қор белогы фазеолин генің Ті-плазмида көмегімен күнбағыстың геномына еңгізген еді (7-сурет). Күнбағыс жасушаларында фазеолиндік полипептидтер түзілетіндігі иммунологиялық жолмен анықталды. Өте маңызы зор бұл мəселе əртүрлі тұқымдастарға жататын өсімдіктер арасында гендерді тасымалдауға болатындығын дəлелдеді. Жоғары сатыдағы өсімдіктер атмосферадағы азотты сіңуі үшін гендік инженерия көмегімен Azotobacter, Klebsiella бактериядан (Rhizobium-ға жататын) өсімдіктердің геномына азотфиксациялайтын (азот сіңетін) генді еңгізу мүмкін.

7-сурет. Бактериалды Ті–плазмидаға еңгізілген жаңа ген (Б.Глик, Дж.Пастернак, 2002 ж.)

64

Бір қиыншылыгын тұғызатын мəселе – ол азот сіңетін қассиеттерін белгілейтін nif–генді астық дəнді өсімдіктерге еңгізу, себебі гендік инженерияда қолданылатың Ti- жəне Ri-плазмидамен тəн болатын Agrobacterium-лар астық дəнді өсімдіктерді зарардандырмайды (яғни бұл өсімдіктерге тəн емес), сондықтан трансгенозға лайықты векторді іздеу керек немесе бактерия мен астық дəнді өсімдіктер бірге тіршілік етуі (яғни симбиоз болуы) үшін Agrobacterium-нің геномды өзгерту керек. Қазіргі таңда бөліп алынған жəне клонданған sym-ген, бұл азотфиксациялайтын бактериямен бастапқы өсімдік пен арасында болатын симбиотикалық пайдалы қарым-қатынасты реттейтің ген. Егер осы генді азот сіңетін бактерияларға яғни Klebsiella, Azotobacter–ге еңгізсе, онда бізге қажетті барлық мəдени өсімдіктерімен симбиотикалық қарым-қатынас болу мүмкін. Болашақта күн сəулелерінің энергияны қайта пайдалану яғни биоконверсияны жасау үшін, оның тиімділігін жоғарлату үшін фотосинтездің жарық жəне қаранғы фазаларды реттейтің гендерді өзгерту идеясы бар, əсіресе көміртегі газдің сіңуін реттейтің cfx-генді өзгерту немесе кіші суббірліктегі РБФ-карбоксилазаны белгілейтін генді өзгертуі. Америкада бактерия мен ашытқылардан бөліп алынған гербицидтерге төзімділігін белгілейтін гендерді Nicotianum tabacum темекі өсімдіктеріне еңгізді, еңді гербецидтерді арам шөптерді жою үшін мəдени өсімдіктер өсетін бүкіл алаңға себуге болады. 3.2.4. Клеткалық селекция Өсірген жасушаларда мутацияларды қоздырып, оларды сұрыптап алып, кейін регенерант өсімдіктерін шығару, генетикалық базисті кеңейтудің тағы бір жолы, ол клетка деңгейінде өткізілетін селекция. Практика үшін ең маңыздысы, осы əдіспен жоғары жəне төмен температураға, тұздарға, гербицидтерге, патотоксиндерге төзімді мутант жасушаларын сұрыптап алу. Мысалы, ақуыз бен ауыстыруға болмайтын амин қышқылдарды (лизин, триптофан, треонин) өте мол синтездейтін биохимиялық мутанттарды алу немесе ауыстыруға болмайтын амин қышқылдардың аналогтарына төзімді жасушаларды өсіру арқылы темекінің лизинді 10 есе артық синтездейтін, сасық 65

меңдуананың триптофанды 44 есе жоғары синтездейтін жасуша линиялары алынған. In vitro өсірілген жасушалардың арасынан нақтылы бір селективтік жағдайға сəйкес өзгеріске ұшырап, пайдалы қасиетке ие болған жасушаларды көбейтіп сұрыптап алуды клеткалық селекция дейді. Əрбір жасушадан өсімдік шыға алатын болғандықтан, клеткалық селекцияны қолданып, өсімдіктердің жаңа пішіндерін тез алуға болады. Оларға бастама болған жасуша белгілі бір төтенше факторға төзімді келсе, одан шыққан өсімдікте көбінесе сол қасиетті сақтай алады (8-сурет).

8-сурет. Жасанды ортада каллустан пайда болған регенерант-өсімдік

Клеткалық селекцияның артықшылығы: • ауа райына жəне климат факторларына тəуелсіздігі; • жасуша деңгейінде жасушалық популяцияны зерттеп тез арада селекцияны (сұрыптауды) өткізу; • уақыт пен егіс көлемінің үнемделуі. In vitro өсетін жасушалық популяцияның əрбір жасушасын жеке организм деп теңесе, бір тəжірибенің өзінде-ақ миллиондаған дарақпен айналысуға болады, ал дала жағдайында ең көп дегенде ғалым мыңдаған ғана өсімдіктермен жұмыс істей алады. Молекулалық жəне хромосомалық деңгейлердегі өзгерістері мен организм деңгейінде белгілердің өзгергіштігі арасындағы байланыстар туралы мағлұматтардың жеткіліксіздігі клеткалық селекция жөніндегі зерттеулерге үлкен кедергі келтіреді, сондықтан бұл жұмыстар көбінесе эмперикалық жолмен жүргізіледі. 66

Селекцияны (сұрыптауды) қажетті бір бағытта өткізу үшін, яғни өсіп жатқан жасушалардың арасынан белгілі мутациялары бар жеке жасушаларды сұрыптау үшін оларды арнайы селективтік ортада өсіреді. Сондай жағдайда тек мутант жасушалар ғана өсе алады. Клеткалық селекцияны іске асыру үшін алдымен өсімдік ұлпаларынан протопластарды бөліп алады немесе каллус ұлпадан жасушалық суспензияны алады, содан кейін стрестік факторы бар сүйық ортада өсіреді немесе агарланған ортаға егеді. Стрестік фактор ретінде антиметаболиттерді, гербицидтерді, тұздың гипертоникалық еретендісін, ауыр металдарды, рН-тың төмен көрсеткіштерін, осмостық заттарды, төтенше температураларды, патотоксиндерді қолданады. Селективтік факторға төзімді клондарды сұрыптау (төзімді клондарды сұрыптап алады), төзімді каллус ұлпаны алады, органогенезді индукциялау, регенерант өсімдікті алады, соңғы кезең төзімділікті тексеру (төзімділікті тексергенде) іn vitro жағдайында ортадағы стрестік факторына жəне экологиялық стрестік факторына (яғни тірі патогендерге, топырақтағы ауыр металдарға, қышқыл топыраққа, температураға, ылғалдылыққа) төзімділікті тексеру болады. Сондай-ақ гормондарға, витаминдерге, амин қышқылдарына прототрофтық немесе ауксотрофтық жасушаларды сұрыптайды, яғни сол заттар ортада болмағанда немесе болғанда ғана өсе алатын жасушалар іріктеліп алынады. Клеткалық селекцияның екі: тура селекция жəне кері немесе негативтік селекция сияқты негізгі əдістері бар. Тура селекция барысында өсімдік жасушаларды (немесе протопластарды) стрестік зат қосылған ортаға егіп өсіреді. Біраз мезгілден соң жасушалардың көбі бөліне алмай, өсе алмай құриды, тек мутация немесе эпигенетикалық өзгерістер арқасында сол факторға төзімділік көрсеткен жасушалар ғана тірі қалады. Осындай тəсілді (тура селекция тəсілді) кейбір метаболиттерді (мысалы, амин қышқылын) көп мөлшерде түзіп өндіре алатын жасушаларды алу үшін қолданады. Кері немесе негативтік селекция əдісі бойынша жабайы жасушалардың жедел бөлінуіне жағдай жасалады. Сонан соң қоректік ортаға əдейілеп тимидиннің аналогін қосады. Оның молекулалары тимидиннің орнына ДНК құрамына енеді. Соның салдарынан ДНК синтезу бүлінеді де, жабайы жасушалар қысқа мерзім ішінде құрып кетеді 67

(«летальдық өсу» əдісі), ал мутант клеткалар бөліне алмайды, өспейді, бірақ тірі қалады. Басқаша айтқанда, қажетті қасиеттері бар жасушалар өспеу үшін ерекше жағдай туғызылады. Тірі қалған мутант жасушаларды қолайлы қоректік ортаға көшіріп, көбейтіп өсіріп, тұрақты линияларды алады. Төзімді жасушаларды сұрыптау əдісі бір сатылы жəне көп сатылы келеді. Бір сатылы сұрыптау кезінде жасушалар селективтік фактор өте жоғары мөлшерде болған ортада өсіріледі. Бірақ əсерлі фактордың жоғары концентрациялары барлық жасушалар бір мезгілде құрып кетуіне əкеледі,тіпті төзімді жеке жасушалар да тірі қалмауы мүмкін. Көп сатылы сұрыптау тиімді əдіс болып келеді. Бұл əдіс бойынша жасушаларды алдымен селективтік заттың төмен концентрациясы бар ортада өсіреді. Одан кейін жасушалар өсе келе селективті заттың концентрациясы артығырақ қоректік ортаға көшіріледі. Бұндай жағдайда тезірек өсетін төзімді жасушалар өсу жылдамдығынан жабайы жасушалардан оза бастайды. Тежеуші заттының концентрациясын біртіндеп өсіре отырып өте жоғары концентрацияда өсетін төзімді жасушаларды сұрыптап алады. Сонымен қатар, көп сатылы сұрыптаудың нəтижесінде төзімділік белгісі ылғи тұрақты болады. 3.2.5. Гаплоидты технология Өсімдіктердің жаңа сорттарды алу, сауықтырылған өсімдіктерді тез арада алу үшін бірнеше биотехнологиялық əдістерді пайдаланады. Олардың ішінде клеткалық селекция мен гаплоидтық технология, клондық микрокөбейтуді қолданады. Гаплоидты технологияның негізі – аталық (андрогенез) жəне аналық гаметофит (гиногенез) дақылдарынан екі еселенген гаплоидтар (дигаплоидтар) алу технологиясы. Андрогенез – аталық гаметофитті (тозаң мен тозаңқаптар) in vitro жағдайында өсіру жəне гаплоидтық өсімдіктерді алу əдісі. Асептикалық жағдайда гүлден тозаңдарды бөліп, алдын ала дайындалған қоректік ортаға отырғызады. Тозаңдарды жасанды ортада өсіргенде əртүрлі құрылымдар, мысалы, глобула, полиэмбриоидтар, эмбриоидтар, морфогенді жəне морфогенді емес каллустар пайда болады. Одан кейін эмбриоид немесе каллус органогенезге айналдыру үшін жəне регенерацияны 68

дамыту үшін арнайы қоректік орта керек. Сонымен андрогенездің тікелей жолы – эмбриогенез, ал андрогенездің жанама жолы – каллусогенез. Көбінесе, өсіп шыққан өсімдіктер гаплоидты хромосома санымен болады. Сол себептен дигаплоидты материал алу үшін бұл өсімдіктердің белгілі даму кезеңінде хромосомаларды колхицинмен екі еселендіреді (9-сурет). Андрогенез

Андрогенездің тікелей жолы (эмбриоидогенез) ↓

Андрогенездің жанама жолы (каллусогенез) ↓

эмбриоид ↓

каллус ↓ органогенез ↓ регенерант (п, 2п, 3п, анеуплоид)

гаплоидтық регенерант (п) ↓ өркенді колхицинмен екі еселендіру ↓ дигаплоид (2п)

9-сурет. Андрогенез жолымен гаплоидты өсімдіктерді алу сызба-нұсқасы

Тозаңқаптағы мыңдаған микроспоралардың ішінде тек қана кейбіреулері ғана эмбриоидты түзеді. Бұл құбылыс генетикалық деңгейде белгіленуі ықтимал. Андрогенезге бірнеше факторлар əсер етеді. Андрогенезде негізгі бастапқы факторлар өсімдіктің дамуы кезеңі, қоректік орта компонентерінің əсері жəне дақылдау жағдайлары (физика-химиялық факторлар, яғни жарық, температура, ауаның ылғалдығы, колхицинмен өндеу тəртібі) болып табылады. Іn vitro жағдайында тəжіриби жолмен гаплоидтарды шығару əдісінің кең таралуына екі кемшілік тегеурін болады: 1). гаплоидтық өсімдіктерінің аз алынуы; 2). олардың арасында (əсіресе, астық тұқымдастарында) альбиностардың көп кездесуі. Жалпы алғанда альбинизмнің себебі белгісіз, мүмкін ол тозаңның дамуының дұрыс емес өтуіне байланысты, 69

əлде ол микроспораларды өсірген кезде пайда болатын мутациялардың салдары шығар. Тозаңдықтармен салыстырғанда ұрықтанбаған түйіндерді өсіру нəтижесінде жасыл өсімдіктердің түзілу жиілігі жоғары келеді. Тозаң дəндері мен ұрықтанбаған түйіндерден алынған өсімдіктерді салыстыру барысында гиногендік гаплоидтық жасыл өсімдіктердің андрогенез жолымен салыстырғанда көбірек түзілетіндігі байқалды. Гиногенез – тұқым бүршігін (аналық гаметофитті) in vitro жағдайында өсіріп гаплоидты өсімдіктерді алу əдісі. Гиногенез апомиксистің бір түрі. Апомиксис – организмнің жыныссыз жолмен көбеюі. Жалпы алғанда апомиксис табиғи жағдайда кездесетің құбылыс, ал биотехнологиялық əдістермен оның тиімділігін арттыруға болады. Аналық гаметофиттен гаплоидты каллус 1964 жылы жалаңаш тұқымдылардың ежелгі өкілі Гинкго өсімдігінен алынған болатын. Тек осыдан 7 жыл өткеннен кейін ғана жабық тұқымды өсімдіктерде (картоп, жүгері) гаплоидты каллусогенез индукциясын жасауға мүмкіндік туды. 3.2.6. Өсімдіктер сауықтыру технологиясы Вирустар қоздыратын аурулармен күресудің негізгі жолы, ол аурудан таза, сауықтырылған көшет алу. Биотехнологиялық əдістерді қолданылып вирустан тазартылған өсімдіктерді алуға болады. Вирусы жоқ өсімдіктерді алу үшін апикальдық меристеманы өсіру əдісі қолданылады. Апикальдық меристеманы өсіру əдісі - өсу конусының ең жоғары ұшынан бір немесе екі алғашқы жапырақ бастамасы бар оқшауланған бөлігін залалсыздандырылған қоректік ортада өсіру əдісі. Бұл тəсіл вегетативтік жолмен, яғни жыныссыз жолмен көбейетін өсімдіктерге қолайлы болып келеді. Апекс - өсу конусының ең жоғары ұшыны. Апикальдық меристеманы өсіру əдісімен бірге термоөндеуді, хемотерапияны жəне вирустарды сарапқа салуды (тест өткізу) табысты қолданылады. Егерде апекс бөлініп алынатын өсімдікті жылумен өндесе, вирустың көбеюі тоқтап, өсіп шыққан өркеннің ұшында вирус болмайды. Ал сол меристемадан өсіп шыққан регенерант вирустан таза болады (10-сурет). Жылумен өндегенде өсіп келе жатқан өркен ұштарында вирустың көбею күшті тежеледі, сондықтан жаңадан пайда 70

болған меристема клеткаларында вирустың болмауы мүмкін. Жылумен өндеу нəтижелі болу үшін донорлық өсімдіктерді жоғары температурада (34-400 С) өсуге жақсы жағдай жасап ұзағырақ ұстау қажет. Вирустардың 34-400 С температурасында көбеюінің тежелуі зат алмасудың өзгеруімен байланысты. Сол кезде жаңадан өсіп шыққан өркендердің ұштары вирустан алас болады. Бірақ барлық өсімдіктер ұзақ мерзімді жылумен өндеуге шыдамайды. Олардың өсуі бəсең келеді жəне басқа да жағымсыз өзгерістер байқалады. Өсімдіктердің түріне байланысты жəне вирустың түріне қарай эксплантты 7 күннен 7 аптаға дейін жылумен өндейді. Сонымен қатар эксплант вирустарды тежейтін, бірақ өсімдіктердің өсу қарқынын арттыратын заттармен өнделеді. Танаптық жəне жеміс-көкөніс дақылдарын сауықтыру үшін термоөндеу, меристеманы өсіру жəне вирустық тест арқасында сұрыптау тəсілдері аралас қосыла қолданылады.

10-сурет. Вируссыз көшет алу технологиясы (Уəлиханова Г.Ж., 2001) 71

3.2.7. Өсімдік биотехнологияны экологияда жəне биоэнергетикада қолдану Экологиялық биотехнологиямен қатар фитобиотехнология да қоршаған ортаның поллютанттармен ластануынан қорғауында жəне тамақтанудың экологиялық таза өнімдерін алуда маңызды орын алуда. Ресейде де, басқа да бірқатар мемлекеттерде өткізілген зерттеулер еркін өмір сүретін фототрофты микроорганизмдер де, олардың су өсімдіктерімен (азолла, эйхорния, ряска) консорциумдарын да, ауылшаруашылығының жəне өндірістік кəсіпорындардың лас суларында да өмір сүре беретінін көрсетті. Оларды көмірсутектерден, ароматтық қосылыстарын, фосфаттардан, аммиактан, нитраттардан, сульфидтерден, несепнəрден (фекалий), органикалық қосылыстар мен ауыр металдардан тазалайды. Тазалау эффектілігі лас суларда эйхорнияның, азолламен жəне ряскамен бірге бір уақытта өсіру кезінде біршама жоғарылайды. Осы кезде ол биоценозды бұзбай, зиянды бактериялардың дамуын шектейді. Эйхорнияның құрғақ биомассасының бір маусымда шығуы 15-30т/га жетуі мүмкін, сондағы 1тоннада 60 кг К+, 20 кг N+, 17 кг Р+, 28 кг белок, көптеген алмаспайтын аминқышқылдары, β-каротин, А, В, С жəне Е витаминдері болады. Сондықтан мұнай жəне табиғи газдың кен орындарының көпшілігі Жердің экваторлы бөлігінде немесе ежелгі кезде климаттық жағдайлар бұл өсімдіктерге тұщы суларда белсенді өсуге мүмкіндік болған жерлерде болуы жайдан-жай емес. Эйхорния, азолла жəне ряскамен өткізілген зерттеулер сонымен бірге олардың ауыр тасымен жəне фосфор, металл иондарына жоғары төзімділікпен бірге оларды су орталардан жəне лас сулардан көп мөлшерде сіңіруге жəне жинау қабілетіне ие екенін көрсетті. Əдетте, бірқатар металл иондарының жоғары концентрациялары немесе жетіспеушілігі тірі организмдердің өсуін тежеп немесе əртүрлі ауруларды туғызатындай токсикалық əсер етеді. Эйхорнияда Pb2+, Cd3+ жəне Sr+ аккумуляциясы олардың зиянсыздануында жəне ол металдарға төзімділігін көрсетуінде қатысатын Са2+ оксалатының жинақталуымен корреляцияленеді (сəйкес болады). Ол металдардың 50%-нан көбісі тамырларда, 30%-ы жапырақтарда жəне 20%-ы жапырақ сабағында (қалемшелерде) табылған. Өткізілген зерттеулер жоғары көрсетілген су өсімдіктермен қатар хемотрофты жəне фототрофты 72

(пурпурлы күкірт жəне күкіртті емес бактериялар, цианобактериялар, жасыл балдырлар) микроорганизмдер де Ni+, Ru2+, Cu2+, Cr-, Pb4+, Zn2+, Se-, Tl+, Te+, Ag2+ жəне Au2+-ның аккумуляциясына қабілетті екенін көрсетті. Бұл оларды лас суларды ауыр металл иондарынан тазалау үшін де, қымбат шашыраңқы металдарды (Pt+, Ru2+, Au2+ жəне т.б.) алу үшін де қолдануға мүмкіндік береді. Пурпурды бактериялар Rhodabacter capsulatus Cu2+, Zn2+, + Ni -дің, ал Rhodoseudomonas spp. түрлі түрлері Hg2+-ді де аккумуляциялай алады. Ectothiorhodospira shaposhnikovii пурпур күкірт бактериясының биополимерлері электролизді өндірістің лас суларының мырыш пен мыстың 99%-нан астамын аккумуляциялайды. Сондықтан фототрофты микроорганизмдер мен өсімдіктердің бірқатарын лас суларды ауыр металл иондарынан тазалауымен бірге құрамында микроэлементозды ауруларды емдеу үшін қажет металл иондары бар гомеопатты препараттарды алу үшін қолдануға болады. Сонымен, физика-химиялық əдiстермен салыстырғанда биотехнологиялық əдiстердiң: • өңдеудiң экологиялық қауiпсiздiгi, пайдаға асырудың соңғы өнiмдерiнiң қоршаған орта үшiн зиянсыздығы; • əртүрлi ластауыштарға қатысты жоғары бейiмдiлiк пен ерекшелiк; • оңтайлы еңбек көлемi жəне жұмыстар құны; • қайта өңделетiн топырақтардың табиғи қалпы мен құнарлығын сақтау сияқты бiрнеше артықшылықтары бар. Адамзат алдында тұрған ең өзекті экологиялық мəселелердің бірі топырақтар санациясы, əскери полигондардың аумақтарын тазарту жəне химиялық қаруды жою мəселелері болып табылады. Бүгiнгi таңда ауыр металдармен жəне басқа да элементтермен ластанған топырақтарды тазарту мəселесi ашық қалып отыр. Металдарды өсiмдiктер жинау есебiнен топырақтардан алып тастау үшiн фиторемедиация тəсiлi iс жүзiндегi əдiстердiң (экскавация, жуу) альтернативасы, атап айтқанда аз шығындар салдарынан болып табылады. Өсiмдiктер есебiнен жел эрозиясы, нөсерлiк сулармен шығару жəне инфильтрация əсерiнен ауыр металдардың таралуы азаяды. Өсiмдiктер мен 73

металдарды жинау үшiн фотобарлау мен кен орындарын əзiрлеу, фитоархеология мен ризосүзу сияқты басқа да қолданулар жолға қойылды. Ресейде ғылыми-зерттеу, соның iшiнде қорғаныс, топырақтар ремедиациясы жəне химиялық қарудың детоксикациясы кезiнде пайда болатын реакциялық массалар мен сұйық қалдықтарды өңдеудiң биотехнологиялық əдiстер (микроорганизмдер мен өсiмдiктердi пайдалана отырып) əзiрленуде. Соңғы онжылдықтар қоршаған ортаға тiрi организмдер үшiн жиi улы болатын құрылымы жағынан əртүрлi синтетикалық органикалық қосылыстардың (ксенобиотиктердiң) елеулi санының келiп түсуiмен сипатталады. Өсімдіктердегі көмірсуларды спиртке айналдырып, оны энергия көзі ретінде пайдалану болады. Көмірсуларымен бай өсімдіктерге: меласса, картоп, маниок, жүгерінің сабағы, топинамбур, бидай, арпа, қант камыс, ананас, қызылша, сорго жатады. Қазiр осы дақылды өсiретiн 80 дамушы елдерде барлық көздермен өндiрiлетiн энергияның 50% тек қант қамысынан өндiрiледі. Өсімдіктер шикі затынан алынған этанолды жанар маймен араластырғанда (1:9 немесе 1:4 арақатынаста) оны биоотын ретінде қолданылады. Мысалы, АҚШ-та 6-9% бензин жəне 1% этанолдан тұратың газохол деген қоспаны автоиндустрияда пайдаланады. Францияда жанар майдың құрамында 10% метанол мен ацетонобутанол болады. Өсімдіктегі спиртті жанар маймен қатар антифриз ретінде, экстрагент, бояуларды субстрат, желім, пластификатор ретінде пайдаланады. Бақылау сұрақтары: 1. Өсімдіктер сомалық будандары қандай əдістер арқылы алынады? 2. Трансгенді осімдіктерді қандай тəсілдер арқылы алады? 3. Трансгенді өсімдіктерді алғанда вектор ретінде нені пайдалынады? 4. Гаплоидты өсімдіктерді қандай биотехнологиялық жолымен алады? 5. Андрогенез жəне гиногенез дегеніміз не? Вируссыз өсімдіктерді қалай алуға болады? 6. Абиотикалық жəне биотикалық стресс факторларға төзімді өсімдіктерді қандай əдіс арқылы алады? 7. Тура жəне кері клеткалық селекция дегеніміз не? 8. Бір сатылы жəне көп сатылы клеткалық селекцияның мəні неде? 9. Вируссыз өсімдіктерді қандай əдіс арқылы алады? 74

10. Фиторемедиация деген не? Оның мəні неде? 11. Көк-жасыл балдырларды ластанған суларды тазарту үшін қалай пайдаланылады?

3.3. Жануарлар биотехнологиясы 1825 жылы Роукс деген ғалым қоректік ортада тауықтың эмбрионының қабығын тірі күйінде сақтаған. In vitro жануар жасушаларды өсіру осыдан бастап пайдаланылған. Қазіргі кезде фибробласт дəнекер ұлпаны, эпителий ұлпаны, қаңқа шеміршек ұлпаны, бұлшық ет ұлпаны өте жақсы өсіреді. Жануар жасушаларды көптеген биологиялық белсенді заттарды алу үшін, гендік терапияда тұқым қуалайтын ауруларды емдеу үшін қолданады, кейбір гендерді ферменттік жүйелер арқылы бөліп алуда, моноклонды антиденелерді алуда жəне ветеринарияда көп қолданылады. Сонымен қатар, жануар жасушаларға кейін вирустарды егіп, антиденелерді алып, вакциналар жасау үшін кең пайдаланылады. 3.3.1. Гибридомалар жəне моноклонды антиденелерді алу технологиясы Жануарлар биотехнологиясында сомалық будан жасушаларды, əсіресе моноклонды антиденелерді синтездейтің гибридомаларды алу үшін клеткалық инженерияны қолданылады. Жануарлардың сомалық будан технологиясының дамуына келетін болсақ, алғаш рет ХІХ ғасырдың 30-жылдарында ғалымдар өкпе туберкулезі, шешек, үшпа шешек, қызылша сияқты ауруға шалдығушылардың ауру өзгерісі туылған ұлпаларынан көп ядролы клеткаларды байқаған. Сонымен қатар ХІХ ғасырдың 70-жылдарында ғалымдар бақаның қызыл жасушасынан да (эритроциттерден) көп ядролы құрылымдарды көрген. Бірақ сол кездегі ғылым техника даму өресінің шектелуінен олар мұндай құбылыстың мəніне толық назар аудармаған. 1958 жылы Жапония ғалымдары «Сендай» деген тіршіліктен айырылған вируспен ықпал етіп адамның құрсақ шеменін ісік жасушасына қосып табысқа жетті. Кейін келе ғалымдар тағы түрліше жануарлардың дене клеткасын осындай өлтірілген 75

вирустар ықпалымен қосып жаңалық ашты. Бұнда вирустың сыртындағы гликопротеин мен кейбір ферменттер жасуша ферменттерімен гликопротеинмен əрекеттесіп, жасушалар өзара байланды. Əрі қарай будан клеткаларды өсіреді. Бұл əдістің ең маңызды жолы – моноклонды антидене дайындау, ал моноклонды антиденені алу үшін ғалымдар белгілі антигенді жануарлар денесіне қайта–қайта құйып, онан соң жануарлардың қан сары суынан қажетті антиденені айырып алу əдісін қолданды. Осы əдіспен алынған антидененің өнім мөлшері төмен, өзгешелігі нашар, тазалық дəрежесі төмен, реакция белсенділігі жеткіліксіз болды. Бұл қиын мəселені шешу үшін, ғалымдар көп жылдар бойы зерттеп лимфоциттерді пайдаланды. Олар жануарларда иммунитеттің реакциясы пайда болу барысында денедегі Влимфа жасушаларының көптігінен миллион түрліден асатын өзгеше антидене бөліп шығаратынын, бірақ əрбір В-лимфа жасушасын жыныссыз көбейту яғни клондау, клеткалар тобын қалыптастыру тиіс. Дене сыртында, яғни сыртқы ортада өсіру жағдайында бір Влимфа жасушасының шексіз көбеюі мүмкін емес. Бұны Аргентина ғалымы Мильстейн мен неміс ғалымы Келлер тапқырлыққа ие тəжірибе жобасын жасау арқылы шешті. Олар дене сыртында өсірілу жағдайында зор мөлшерде көбейген бір түрлі клетканы тышқанның сүйек майы жасушасын белгілі бір түрлі В-лимфа жасушасына қосу арқылы алынған қоспа жасушаның көп мөлшерде көбейтсе, жеткілікті мөлшерде антидене алуға болады деп болжап, алдымен антигенді тышқанның денесіне егіп, онан соң тышқанның көк бауырынан антидене өндіретін В-лимфа жасушаларын алып, оған өлтірілген «Сендай» вирусының немесе полиэтиленгликольдің əсерінде тышқанның сүйек майы жасушасын қосты. Одан ерекше будан өспе жасушасын сұрыптап алды. Олар жеткілікті мөлшерде жасушаға ие болып, дене сырты жағдайында зор көлемде өсіру немесе тышқанның құрсақ қуысында көбейту үшін, бұдан өспе клеткасын өсіріп, одан антидене өндіре алатын қажетті жасушалар тобын таңдап алып үздіксіз өсірді. Осылайша моноклонды атты дене алу табысқа жетті. Олар осы еңбегі үшін 1984 жылы Нобель сыйлығын (медицина саласында) алды. Практикалық медицинада қолдану жақтарынан аурулардың диагностикасын жасау үшін, 76

жұқпалы аурулармен күресу үшін ауруларды емдеуде. Клиникаларда зиянды, уытты заттарды табу үшін, қазіргі кезде əртүрлі патогенді микроорганизмдерді анықтау үшін моноклонды антиденелерді қолданады. Негізінде антидене молекуласы (иммуноглобулин) 2 жеңіл (L), екі ауыр (Н), ақуыз тізбегінен тұрады (11-сурет). Олар өзара сутектік байланыспен байланысып, белгілі жерлерде дисульфидті көпіршелермен орналасқан. N–шеткі бөліктері (L жəне Н тізбек) антигенмен байланыстырушы сайт түзеді. Антидене молекулалары əртүрлі функциялық қызмет атқарады.

А

Ə А - антидене молекула (иммуноглобулин); Ə – антидене-антиген комплекстің түзілуі

11-сурет. Антидененің құрылысы жəне антидене-антиген комплестің түзілуі

Антиген байланыстырушы сайттар үш бөлімнен тұрады. Ол антидененің антигендік комплементтілігін анықтап, вариабельді (VН жəне VL) түзеді. Əр L тізбек константты бөлігі немесе домен (С2), ал əр Н тізбек – 3 константты бөлікті немесе домен (СН1 , СН2, СН3 ) болады. Антиденені ферментпен өңдегенде 3 фрагмент түзіледі: 2 бірдей Fав, əрқайсысы интакті L тізбекті, дисульфидті байланысқан СН2 жəне СН3 доменді Н тізбек. Fавфрагменті - антиген байланыстырушы қасиеті бар. Антигеннің интакті антиденемен байланысынан кейін келесі иммунды жауап реакциясы басталады: комплемент жүйесі белсенденеді. Ол клеткалық мембраналарды бұзады. Нəтижесінде Fe бөлігі антиденемен байланысып, Fe–рецептор эффекторлы жасуша бөтен жасушаны ерітетін бөлінді шығарады. Онымен синтездене 77

молекуланың Faв бөлігі байланысқан. Байланысқаннан кейін Faв бөлігі ерігіш антиген Fе–бөлігімен қосылады. Ол антиген– антидене комплексін бұзады. Қазіргі таңда гибридома алу жəне моноклондық антиденелер алу технологияны жетілдіріп медицинада жəне ветеринарияда пайдаланады. Арнайы антигенге қарсы моноклонды антидене (МКА) алу үшін BALB/c линиясының тышқандарының денесіне оны бірнеше рет егеді. Осының нəтижесінде тышқан организмінде антигеннің əрбір детерминанталарына қарсы бағытталған В-лимфациттер түзіледі. Иммундеу аяқталған соң тышқанның көк бауырынан оның лимфоцитерін бөліп алып, оларды ісік клеткаларымен араластырады. Сонан соң бұл жасушаларға бірбірімен қосыла алатындай жағдай жасайды. Көп қолданатын органикалық қоспалардың бірі – полиэтиленгликоль. Бұл жасушалардың гибридизациясы электр тогінің əсерімен де іске асады. Олар жасуша мембранасын тесіп жасушалардың қосылуына себепкер болады. Дегенмен араластырылған екі түрлі клеткалардың бірлігі бірдей бір-бірімен қосыла бермейді. Тек кейбіреулері ғана гибридомаларды түзейді. Гибридомаларды қосылмаған клеткалардан бөліп алу үшін, қоректік ортаға гипоксантинамидоптерин-тимидин (ГАТ) деген қарапайым қосылысты енгізеді. Ісік клеткалары гипоксантин гуанинфосфорибозилтрансфераза (ГГФРТ) деп аталатын ферментті синтездік қабілетінен айырылған, ал В-лимфоциттері жəне басқада сау жасушалардағы ГГФРТ гипоксантинды басқа қосылысқа айналдырып отырады, жасуша ішіндегі гипоксантин өзгеріске ұшырамаса жасуша үшін улы зат болып табылады. Сондықтан қосылмай қалған ісік жасушалары өледі, бірақ, будан жасушаларымен Влимфоциттері жоғарыда айтылған ферменттің болғандығынан тіршілік əрекетін сақтайды. В-лимфоциттер біраз уақыттан соң өзінен-өзі өледі, өйткені, ол жасанды ортада өсе алмайды, осылайша гибридомалар бөлініп алынады. Ісік жасушасымен лимфоциттерді бір-бірімен қосып, ГАТ қоспасы бар қоректі ортаға отырғызылған соң əр будан жасушада 10-14 күн арасында клон пайда болады. Будан жасушалардың ішінен антигенге қарсы антиденелер жасап жатқан гибридоманың клондары иммунологиялық тəсілдерімен анықтайды. Клон тек бір түрлі жасушалардан құралғандықтан жəне жасайтын 78

антиденелер бір текті болғандықтан осы гибридома өндіретін иммуноглобулиндерді моноклонды антиденелер деп атайды. МКА көп мөлшерде алу үшін гибридоманы сингенді тышқандардың бүйір қуысына енгізіп өсіреді. Бір тышқанның бүйірінде көбейткен гибридомадан 40-50 мг дейін МКА алуға болады. 3.3.2. Эмбриоинженерия. Бағаналы жасушаларды in vitro өсіру технологиялары Жануарлар биотехнологиясының қарқынды дами бара жатқан бағыттардың бірі эмбриоинженерия болып саналады. Эмбриоинженерия – эмбрионға əрекет жасау, яғни бағаналы жасушаларды, əсіресе, эмбрионалды бағаналы жасушаларды алып, оны өсіре алса көптеген ауруларды емдеуге болатындығы байқалды. Эмбрионалды бағаналы жасушалар гемопоэтикалық жəне стромалық жасушаларға бастама беретін ең алғаш бағаналы жасушалар болып табылады. Гемопоэтикалық жəне стромалық бағаналы жасушалар организмді құрайтын барлық ұлпалардың жасушаларының түзілуіне бастама болады. Сондықтан бағаналы жасушаларды плюропотентті деп атайды. Организм дамуының 7 тəулік аралығында қалыптасқан оншақты бластомерадан тұратын бластула (ең алғаш эмбрион) құрамына эмбрионалды бағаналы жасушалар кіреді (қосымша, сурет-2). Эмбрионалды бағаналы жасушалар маманданбай өте жылдам өседі, оларды ересек организмге енгізгенде көп жағдайда ісік жасушаларына айналу мүмкін. Эмбрионалды бағаналы жасушаларды алу өте күрделі процесс. Эмбрионалды бағаналы жасушаларды алуға қарағанда оларды белгілі бір бағытта мамандану, яғни белгілі бір ауру түрін емдеуге қажет жасушалар алу үдерісі қиынға соғады. Стромалық бағаналы жасушаларды төмен температурада криосақтау əдіс арқылы сақтап, кейіннен оларды белгілі бір жағдайда сырқатты емдеуге қолдануға болады. Медицина-биологиялық практикада стромалық бағаналы жасушаларды жілік майынан алу əдістері жақсы дамыған. Гемопоэтикалық бағаналы жасушаларды бала туылысымен оның кіндік қанынан алып криобанкте сақтау ұсынылуда. Негізінде гемопоэтикалық бағаналы жасушалар жілік майында көп мөлшерде синтезделеді, ал перифериялық қанда гемопоэтикалық бағаналы жасушалар өте аз мөлшерде кездеседі. Жалпы 79

айтқанда, барлық бағаналы жасушалар клеткалық терапияда косметология, медицина салаларында қолдануда. Қазіргі таңда бағаналы жасушаларды аутоиммундық ауруларды, дерматологиялық, эндокриндық, онкологиялық жəне жүрек ауруларды емдеу үшін кең пайдаланылады. 3.3.3. Жануарларды клондау технологиясы Биотехнологияның iрi жетiстiгi – эмбриондарды трансплантациялау əдiстерiн əзiрлеу, бұның мəнi- жоғары өнiмдi ірі қара малдардың, мысалы, сиырдың эмбрионын əдеттегiдей салады да, өзiнiң жоғары тектi енесiнiң белгiлерi мұраланған бұзауды алады. Табынның құрылымын жетiлдiру үшiн үлкен жетістіктері бар клеткалық деңгейде жынысты айқындау жəне басқару əдiсi əзiрленген. Клондау əдісі. Сомалық жасушаның ядросы осы организм туралы толық генетикалық ақпаратқа ие екендiгi белгiлi, егер бұл ақпаратты iске асыру үшiн барлық жағдайлар жасалса, онда жекелеген тұқымның генетикалық көшiрмелерiнiң (клондарының) шексiз санын алуға болады. Көп сомалық жасушалар ядролары дифференцияланған жіктелген қалыпта болғандықтан, алғашқы кезеңде бұл мəселенi олардың дифференциациясы өтпеген ұрық дамуының белгiлi бiр сатысында эмбрионалдық жасушаларды пайдалана отырып шешкен. Ядроларды толған бластомерлердi ооциттерге көшiру ондай мүмкiндiктi бередi, өйткенi ооциттердiң цитоплазмасы көшiрiлген ядроны қайта бағдарламалап, жаңа эмбрион дамуының бағдарламасын жiберуге қабiлеттi өзiндiк факторларды құрайды. Энуклеирленген аналық жасушаларға эмбриондық жасушалардың ядроларын көшiру жолымен эмбриондарды клондау. Эмбриондық жасушалардың ядроларын энуклеирленген (ядросыз) аналық жасушаларға көшiргеннен кейiн ядро қайта бағдарланады да жаңа эмбрион дами бастайды. Теориялық түрде донордың эмбрионынан барлық бластомерлерi бiр генетикалық негiзде жəне бiрдей тұқымдардың дамуын қамтамасыз етуде қабiлеттi болады. Ядроларды көшiргеннен кейiн дамыған эмбриондар өз кезегiнде ядролардың донорлары ретiнде пайдаланылуы мүмкiн. Бiрнеше генерациялардан кейiн жүздеген жəне мыңдаған бiрдей эмбриондарды алу мүмкiндігі туады. 80

Энуклеирленген аналық клеткаларға сомалық жасушалардың ядроларын көшiру жолымен жануарларды клондау. Тотипотенттiк жасушалардың ядролары эмбрионнан энуклеирленген аналық жасушаларға көшiру жолымен эмбриондарды клондаудан жинақталған тəжiрибе сомалық жасушалардың ядроларын энуклеирленген аналық жасушаларға көшiру жолымен жануарларды клондау əдiсiн əзiрлеу үшiн негiз болған. Эмбриондық жасушалардың ядроларын көшiру жолымен клондаудың қағидалық айырмашылығы тек өзара бiрдей жануарларды алуды ғана емес, сондай генотип бойынша донор жануармен ұқсас сомалық жасушаларды алуды қамтамасыз етуiнде. Бұл генетикалық ұқсас ұрпақтардың бiрiншi буында шексiз санын алуға мүмкiндiк ашады. Осы əдісті пайдаланып, алғаш рет 1997 жылы «Долли» атты деген қойды клондады. 3.3.4. Жануарлар гендік инженериясы Осы заманғы биотехнологияның негізгі мақсаты - малдың генотипін жаңадан құрастырып, олардан адам үшін бағалы өнім өндіру. Мұны іске асыру үшін қажет генді идентификациялау, бөлу жəне клонын алу, оларды зиготаларға ендіріп, экспрессиясын іске асырып жəне бөтен геннің енгізу ұрпаққа тұқым қуалауын шешу керек. Геномында бөтен ген (немесе гендер) бар жануарлар трансгенді (немесе трансформацияланған) деп аталады. Трансгенді жануарлар алу трансгеноз əдісі арқылы іске асады. Трансгеноз деп генді бір биологиялық жүйеден басқа жүйеге жаңа белгілері бар организмнің жаңа формасын алу үшін жасанды жолмен тасымалдау түсініледі. Трансгенді жануарлар əртүрлі биологиялық активті заттарды синтездеу жəне бағалы белгілері (тұқымдылығы жəне өсу қарқындылығы жоғары, вирустық ауруларға төзімді т.б.) бар малдардың жаңа тұқымдарын алу үшін қолданылуы мүмкін. Трансгеноз əдісімен бөтен генді эукариоттық жыныс клеткаға енгізіп, оның жұмысын бақылау арқылы гендік инженерияның көптеген іргелі мəселелері шешіледі, өйткені мұнда трансгенді эмбрионның жатырдағы даму ерекшеліктерін зерттеу мүмкін болады. Бұдан басқа ген жұмысы механизмдердің түр ерекшелік дəрежесін айқындауға болады. Трансгенді жануарларды алу үшін рекомбинантты гендерді 81

микротүтікше жəне микрокапилярлар көмегімен ұрықтанған ооциттің (жұмыртқа жасушаның) пронуклеусіне енгізу əдісі кең қолданылады (12-сурет). Трансгеноз əдісі арқылы трансгенді тышқандар алу жақсы зерттелген. Мұның басты себебі тышқан ооциттері цитоплазмасының мөлдір болуы саналады. Басқа жануарлардың, соның ішінде малдың ооциттері мөлдір емес, сондықтан рекомбинантты ДНҚ-ны пронуклеуске енгізу өте күрделі жəне қиын іс. Осыған қарамай, соңғы кезде əртүрлі əдістемелік жəне техникалық жетілдірулер арқасында трансгенді қой, сиыр, шошқа жəне қоян алу іске асты.

12-сурет. Қоянның зиготасына гендік конструкцияны енгізу (микроинъекция арқылы)

Трансгеноз жұмысы көп жақты жəне бірнеше сатылардан тұрады. Алдымен, екі пронуклеус (аталық жəне аналық) сатысындағы зиготаларды алу керек. Бұл үшін синхронды овуляция, уақытылы қолдан ұрықтау немесе шағылыстыру керек, осыдан кейін белгілі уақыт өткеннен кейін зиготаларды хирургиялық жолмен алуға болады. Алынған зиготаларға бөтен ДНҚ-ны енгізбестен бұрын, оны in vitro жағдайында əртүрлі əдістер мен тəсілдер арқылы сақтау керек. Енгізу кезінде зиготалар вазелин майының астындағы арнайы ерітіндінің тамшысына орналасады, бұл сұйықтықтың кеуіп кетуінен сақтайды. ДНҚ-ны 82

зиготаға енгізу үшін диаметрі 0,5-2 мкм аралығындағы шыныдан дайындалған микротүтікшелер қолданылады. Микротүтікшенің көмегімен 0,5 секундтап 2 минут аралығында ең аз дегенде онның минус он бір дəрежесі (10-11) миллилитр ДНҚ-ны зиготаға микроскоптан бақылап енгізеді. Микроиньекциялау үдерісі зиготалар үшін зиянды, сондықтан олардың біраз мөлшері жойылып кетеді. Микроиньекциядан кейін екі сағатқа жетпей жарамды зиготаларды (трансгенді) алдын ала, арнайы дайындалған аналық-реципиенттерге тасымалдайды. Бұл кезеңде де зиготалардың көп мөлшері зақымданады. Аяғында, трансгенді жануарлардың шығуы 1% тең болады. Алайда, мұның өзі трансформация жəне трансдукциямен салыстырғанда өте жоғары көрсеткіш болып саналады. Трансгенді малдарды алу зерттеулерінде тышқандардың трансгеноз əдісінің үлгісі икемделіп, қолданылады (қосымша). Жалпы трансгенді малдарды алу бірінің артынан бірі өтетін: • рекомбинантты ДНҚ-ның молекуласын құрастыру жəне оның клонын алу; • трансгенозға жарамды зиготалар алу жəне олардың пронуклеустерін айқындау; • рекомбинантты ДНҚ көшірмелерінің белгілі мөлшерін зиготалар пронуклеустеріне (мүмкіндігінше аталық) микротүтікше арқылы енгізу; • зиготаларды гормондық дайындықтан өткен аталықтардың жыныс жолдарына тасымалдау; • туылған малдардың генотипі жəне фенотипі бойынша бағалап, трансгенді екендігін анықтау: бөтен геннің жасуша ДНҚ-мен байланысуын, рекомбинантты ДНҚ-ның экспрессиясын, ген өнімінің синтезделуін анықтау; • трансгенді малдардың тұқым қуалау жаңа қасиетін бақылау кезеңдерінен тұрады 1980 жылы Ф.Раддел жəне оның қызметтестері алғаш рет герпес вирусының тимидинкиназа (ТК) генін тышқан жасушасының геномына енгізе алды. Трансгеноз нəтижесінде алынған жеті тышқанның төртеуі ТК гені бойынша трансгенді болып шықты. Трансгенді тышқандарды алу бойынша кейін жүргізілген көптеген зерттеулер оның тиімділігі əртүрлі факторларға 83

байланысты екендігін дəлелдеді. Рекомбинантты генді аталық пронуклеуске енгізу процесінде трансгенді жануарлар жиі шығатыны белгілі болды (Р.Бринстер жəне т.б. 1985, К.Гордон, Ф.Раддел, 1984 ). Бұдан басқа олардың пайда болу жиілігі ДНҚның үшінші құрылымына жəне оның мөлшеріне (түзу формалы ДНҚ-ның көп мөлшерін қолданғанда трансформация дəрежесі жоғарылайды) байланысты. Трансгендiк жануарлар маңызды биохимиялық жəне морфологиялық қасиеттерi бойынша өзгерудiң жоғары деңгейiмен сипатталады, бұл кейiннен қалаған жануар түрiн iрiктеу қызметiн арттырады, ал бұл дегенiңiз селекцияның мақсаты болып табылады. Дүниежүзiнде уақыттың азғана аралығында трансгендiк сиыр, ешкi, шошқа, қой жəне үй қояндарының шамамен 20-ға жуық түрi жасалды. Олар тiндiк плазминогендiк белсендiргiш, моноклондық антиденелер, эритропоэтин, инсулинтектес өсiм факторы, интерлейкин, антитрипсин жəне басқалар сияқты бағалы фармацевтикалық заттарды өндiрген. Арнайы векторарды пайдалану өзге гендiк конструкцияны гендi зигота пронуклеусқа енгiзген кездегiдей барлық жасушаларға емес, организмнiң жекелеген клеткалық популяцияларға ықпалдасуына мүмкiндiк бередi. Ондай жануарлар (сиырлар, ешкiлер, шошқалар) Бүкiл Ресей мал шаруашылығы институтының биотехнология бөлiмiнде шығарылған. Биотехнологияны дамытудың тағы бiр өзектi бағыты жасушалардың жəне мүшелердің ксенотрансплантациясы үшiн жануарларды шығару болып табылады. Осы тақырып бойынша жұмыстар Г.Брем профессорының тобымен бiрлесе жүргiзiлуде жəне алдын ала алынған нəтижелер биотехнологияның осы бағытының келешегi зор екенiн растады. Қазiргi таңда осы саладағы зерттеулер бiрнеше бағыттар: мал шаруашылығы тұқымдардың түрлерiне тəн емес белоктарды шығара алатын жануарларды жасау (мысалы, адамның интерферонын шығаруға қабiлеттi шошқаларды алуға бағытталған əзiрлемелер туралы хабарланды); адамға мүшелерді трансплантациялау кезiнде донор болып табылатын трансгендiк жануарларды жасау бойынша дамуда. Трансгеноздың тиімді бағыттарының бiрi сүтке дəрi-дəрмек заттарды секреттей алатын сүтқоректi жануарлар-"биореактор84

ларды" жасау болып табылады. Шотландия генетиктері Дж. Кларк жəне тағы басқа француз биологтарымен бірігіп, қой сүтінің – лактоглобулин белогы генін микроинъекциялау арқылы трансгенді тышқандарды алды. Мұндай тышқандардың сүт бездерінде жаңа белоктың синтезі өтіп, сүттің сапасы өзгерді. АБШ-та жануарлар биотехнологиясы саласының белгілі маманы Катерина Гордон сүт бездерінде бағалы медициналық препарат – адамның плазминоген белогы синтезделетін трансгенді тышқандар алды. Қазіргі кезде трансгенді тышқандар зертханада іргелі ғылыми-зерттеулерге үлкен үлес қосуда. Алайда, оларды биотехнологиялық өнімдер өндіру мақсаты үшін қолданудың белгілі қиындықтары бар. Сондықтан 1985 жылдан бастап, трансгенді мал алуда көптеген ғылыми жұмыстар жүруде. Трансгеноз əдісі ауылшаруашылық малдары ішінен алдымен қойда айтарлықтай ғылыми нəтиже берді. Австралия ғалымдары зиготаға өсу гормоны генін микроинъекциялау арқылы əлемде алғаш рет трансгенді қойлар алды. Зерттеушілер тəжірибеде тышқанның метилтионин промоторын қойдың өсу гормонының құрылымды генімен біріктірді. Бес аптадан кейін трансгенді қозыларға мырыштың аз мөлшерін енгізгенде рекомбинантты ДНҚ тізбегінің реттеуші бөлігі яғни промоторы активтеніп, соматотропин генінің экспрессиясы мен синтезі іске асты. Осының нəтижесінде 2-4 жылдан кейін трансгенді қойлар өздерінің тірі салмағы бойынша «құрдастарынан» 1,5 есе асып түсті. Қазіргі уақытта Австралия ғалымдары құрамында күкірт бар амин қышқылдарының синтезделуіне жауапты екі ферментті кодтайтін жаңа гендерді қойларға енгізу жұмысын жүргізуде. Бишоф бастаған зерттеушілер тобы адам қанының ұю факторын трансгенді қойлардың сүтінен алу жобасын іске асыру үшін қызу ғылыми жұмыстар жүргізуде. Олар қой геномына қан ұюының IX-факторының генін қойдың В-лактоглобулин промоторымен біріктіріп, енгізу мақсатын алға қойды. Ұю факторы қойдың сүт бездерінде синтезделіп, сүтке бөлінеді деп күтілуде. Зерттеу жұмысының бас кезінде қойдың лактоглобулин белогы тышқанның сүт бездерінде синтезделіп, сүтке бөлінді. Шотландия генетиктері сүтінде адамның антитрипсин А-1 белогы бар трансгенді қойларды алды. Бұл қосылыстың 1 литр сүттегі мөлшері 35 г. тең болды. Медицинада оны өкпе ауруларын 85

емдеу үшін қолданады. АҚШ ғалымдары трансгенді ешкілердің 1 литр сүтінен адам қанының тромбыларын ыдырататын плазминогеннің 3 грамын алды. (Р.Селтзер, 1992). Болашақтағы ғылыми жобаларда қойдың, сиырдың немесе ешкі мен мегежіннің сүт бездерінен интерферон, инсулин сияқты өте құнды дəрі дəрмек алу жолдарын ойластыруда. Бұл мəселелер тышқандарда белгілі деңгейде шешімін табуда. Трансгенді шошқаларды алудың өзіндік қиындығы бар, өйткені мегежін зиготаларының пронуклеустерін тіпті контрасты микроскоптан көру мүмкін болмайды. Оларды центрифугалау арқылы Р. Хаммер жəне Г. Брэм зертханада трансгенді шошқалар алынды. Р. Хаммер өзінің қызметкерлерімен адамның соматотропин генін (промотор бөлігі метилтионин-1 генінен) 316 зиготаларға жəне 1719 қос жасушалы эмбриондарға микроинъекциялады. Оларды реципиент - мегежін-дерге тасымалдап, 192 торай алды, олардың жиырмасы трансгенді болып табылды. Трансгенді торайлардың онбірінде бөтен геннің қызметі байқалды, яғни олардың қанында адамның өсу гормонының көп мөлшері синтезделді. Г. Брэм зертханасында осы генді зиготалардың пронуклеустеріне инъекцияланғаннан кейін реципиенттерге 268 зигота тасымалданды. Алынған жеті торайдың біреуі трансгенді болып шықты. Жыл сайын трансгенді малдарды алу ғылыми жұмыстары үдей түсуде. Қазіргі кезде əртүрлі ғылыми зертханаларда трансгенді ірі қара мал, қоян жəне балықтар алынды. Трансгенді ірі қара мал алу қиындығы биологиялық жарамды зиготалардың жеткілікті мөлшерін алу проблемасы əлі толық шешілген жоқ. Екінші жағынан генетикалық бағалы донор – сиырлардан ұрықтанған жыныс клетканы алу олардың көбею функциясының төмендеуімен байланысты. Бақылау сұрақтары: 1. Сомалық будандардың ерекшілігі неде? 2. Сомалық будандастырудың артықшылықтары қандай? 3. Гибридомалар деген не? 4. Гибридомаларды алу тəсілі неде? 5. Моноклонды антиденелерді алу технологиясының негізгі кезеңдері қандай? 6. Трансгенді жануарларды қандай əдіс арқылы алады? 7. Жануарларды клондау əдістері қандай?

86

3.4. Клеткалық биотехнологияны медицинада пайдалану Биотехнологиялық əдiстермен өндiрiлген фармацевтикалық өнiмдердiң əлемдiк нарық биотехнологиялық нарықтың жартысына жуығын құрайды. Дүниежүзiнде тек ғылыми-зерттеу зертханаларымен қуатты өндiрiстiк базаның өзара əрекеттесетiн кешендерi сыртқы нарыққа сапалы жəне бəсекеге қабiлеттi өнiмдердi өндiредi. Елде iс жүзiнде иммунобиологиялық өнiмнiң толыққанды нарықтың жəне өзiндiк өндiрiсiнiң жоқтығы, бiздiң əлемдiк нарыққа шыға алмауымызға ғана емес, керiсiнше көп жылдарға əлеуеттi импорттаушылар болуымызға əкелiп соғады. Қазiргi уақытта дамыған елдерде биотехнологиялық жолымен алынатын медициналық препараттардың бірі – қан препараттары. Донорлық қан плазмасынан медициналық препараттарды алу өнiмдi В жəне С гепатитiнiң, ЖҚТБ, соз жұқпалы аурулар антигендерiмен ғана емес, сонымен бiрге цитомегаловирус жəне Т-клеткалық лейкозбен жұқтырудың жолын кесетiн қатаң бақылау стандарттарымен реттеледi. Алайда осындай қан препараттарының өндiрiсi қазiргi уақытта осы заманғы талаптарына сай деп есептеуге болмайды, өйткенi сапалы қан препараттарының құрамында қабықсыз вирустар (А гепатиті, В 19 паравирус жəне басқалар) болуы мүмкiн. Салыстырмалы бiрде-бiр жоқ вирустарды тасымалдауда қан факторларының рекомбинанттық концентраттары едəуiр қауiпсiз деуге болады. Қазiргi уақытта рекомбинанттық та, плазмалық та тазартылған қан факторлары өндiрілмейді. Экономикалық жағдай жұқпалы болуы мүмкiн қан препараттарының өндiрiсiнде стандарттау қағидаттарын жеткiлiктi шамада iске асыруға мүмкiндiк бермейдi. Бұл медициналық мақсаттар үшiн олардың синтезi мүмкiн емес немесе өте қиын табиғи биореттеуiштер жəне биологиялық белсендi заттар. Қазiргi уақытта гендiк-инженерлiк дəрi-дəрмек препараттарының өндiрiсi биотехнологиялық фарминдустрияда жетекшi сектор болып табылады. Жаңа биотехнологиялық өнеркəсiп өнiмдерiнiң əлемдiк нарықта үлесi 18% құрайтын, ақшалай 3 млрд. доллардан астам гендiк-инженерлiк инсулиннiң өндiрiсi ең iрi өндiрiс болып табылады. Соңғы жылдар iшiнде гендiкинженерлiк дəрi-дəрмектер нарық сауданың көш басы анемия, 87

жүрек-қан тамырлары жəне онкологиялық ауруларды емдеу кезiнде қолданылатын түрлi модификациялары, рекомбинанттық эритропоэтин препараттары болған. Өте белсендi əзiрленiп жатқан гендiк-инженерлiк өнiмдер арасында цитокиндер тобының препараттары – интерлейкиндер, сондай-ақ антагонисттер интерлейкиндер рецепторлары бар. Бұл препараттар iсiкті, асқынып кеткен аутоиммундық ауруларды, сондай-ақ қан ауруларының ауыр түрлерiн емдеу үшiн тиімдi. Қазiргi кезде мал шаруашылығында трансгеноздi iс жүзiнде қолданудың: ауыл шаруашылығы өнiмiнiң сапасын жақсарту, ауруларға тұрақтылық, сүтте жəне басқа да биологиялық сұйықтарда рекомбинанттық белоктарды алу, ксенотрансплантация үшiн шошқалардың генетикалық модификациясы, жануарлар модельдерiн жасау перспективті мүмкiндiктерi қаралуда. Гендiк терапия жəне биоөндiрiс үшiн сомалық трансгеноздi қолдану талқылануда. Трансгендiк жануарларды жасау адамзат тарихының барлық ұзақтығында қақтығысқан көптеген мəселелердi шешуге əсерiн тигiзедi. Бұл - ең алдымен азық-түлiк өндіру жəне дəрi-дəрмек препараттарын жасау жəне оларды жеткiлiктi көлемде алу мəселесi. Трансгендiк тышқандар, үй қояндары жəне маймылдар генетикалық аурулар модельдерiн жасау жəне гендік терапия тəсiлдерiн санауға мүмкiндiк беретiн зертханалық құрал болып табылады. Бұл "жаңғыртылған" жануарлар зерттеу ресурсы ретiнде канцерогенез табиғатын түсiнудi жылдамдатуы тиiс. Диагностикалық құралдар. Бактериологиялық жəне физикахимиялық талдауға негiзделген дəстүрлi анықтау əдiстерi иммунологиялық жəне ДНК – анықтауымен белсендi ауыстырылуда. Экспресс талдауды жүргiзу жəне соз аурулары, гепатит, ВИЧ, туберкулез жəне қатерлi iсiктi қоса ауруларды ерте кезеңiнде анықтау бойынша препараттарды жəне жабдықтарды жасау саласындағы зерттеулер тез қарқынмен дамуда. Өзiнiң барлық қолданылу мерзiмi (18 ай) iшiнде адамның сiлекейiн талдау бойынша оның бойында ВИЧ антиденелерiнiң барын көрсетуге қабiлеттi экспресс анализаторлар (биочиптер мен биосенсорлар) сынақтан өтуде. Өте қарапайым талдаудың нəтижесi 20 минуттан кейiн дайын, оның нақтылығы - 99,6 %. 88

Клеткалық инженерия көмегімен алынған моноклонды антиденелерді (МКА) практикалық медицинада пайдаланады, əсіресе аурулардың диагностикасын жасауда (мысалы, жұқпалы ауруларды: «В» гепатит, бауырдың қабынуы, ұшық, СПИД, хламидиоз, легионеллез ауруларды анықтауда). Сонымен қатар, МКА жұқпалы аурулармен күресуде, яғни ауруларды емдеу үшін, патогенді микроорганизмдерді анықтауда қолданылады. Қазіргі күнде моноклондық антиденелер: 1) полипептидтік гормондарды, өсу гормондарды, пролактинді, тиреотропты гормонды, фолликуллостимулдау гормондарды; 2) ісік жасушаларының маркерді β-интерлейкин; 3) эпидермис өсу факторының рецепторын; 4) қуық асты безінің ерекше антигенді; 5) цитокиндерді 1-8 интерлейкиндерді колонияларды стимулдейтін факторды; 6) дəрі-дəрмек препараттарды (теофиллин, гентамицин, циклоспорин); 7) əртүрлі заттарды (тироксинді, В12 витаминді, ферритинді, ферритин ыдырағанда түзілетін өнімдерді) анықтау үшін қолданылады. МКА пайдалануы иммуноферменттік талдаудың тиімділігін жоғарлайды. Моноклонды анти денелердің негізінде стандартты диагностикалық реагенттер жасалады. Сонымен, иммунодиагностикада, рак терапиясында жəне басқа да ауруларды емдеуде қолданыс тапқан моноклондық антиденелер (МКА) əзiрленiп жатқан биотехнологиялық өнiмдер арасында жетекшi орын алады. In vitro жағдайында өсірілген жасушалардан алынған дəрілік заттар, əдетте in vivo-да аз əсерлі болады. Олардың мүшелерге немесе жасушаларға керекті концентрацияда жете алмауынан белсенділігі төмен келеді. Препарат мөлшерін көтеру мəселені шешпейді, өйткені ол кері əсер туғызуы мүмкін. Дəрілік затты тікілей мүшелерге дейін жеткізу үшін, оларға əсер ету үшін бірнеше əдістер бар: • Дəрінің маңызды бөліктерін липосома, липидті қабықшаға қосады; • Дəрілік заттар молекулаларын моноклонды антиденелерге қосады; 89

• Белсенді емес формадағы дəрілік заттарды қолданып, оларды ферменттердің арқасында белсенді күйге жеткізеді. Ол үшін дəрілік заттар керекті мөлшерде, тазартылған болуы тиіс, жасуша нысана ақуызбен байланысуы қажет, физиологиялық жағдайда тұрақты болу керек. Медицинада, мал шаруашылығында жəне құс шаруашылығында бактериялар мен саңырауқұлақтардың жасушаларылары кокцидозға қарсы препараттарды алу үшін пайдаланылады. Бұл микробиологиялық препараттар гельминт пен буын аяқтылар себебінен пайда болған ауруларды емдеу үшін тиімді, сусамыр, май басу, қанда майдың көбеюі, қанда холестериннің азаюы ауруларын емдеу үшін қолданылады. Жасанды жағдайда өсіретің пропиондық бактериялар (Propionibacterium sp.) В12 цианкобаламинді синтездейді, оны медицинада қаны аздық (анемия), бауыр циррозын емдеуде қолданылады, өсу себепкер шарттары ретінде пайдаланылады, ол қан түзеу қызметіне, ақуыз алмасуға жағымды əсер етеді, жемдік өндірісте салмақ қосуды арттыру жəне ауылшаруашылық малдары мен құстардың ішек инфекцияларының алдын алу үшін маңызды. Жұмыртқа сарысында витамин В12 мөлшері төмендеуі балапандардың шығуын күрт азайтады. In vitro жағдайында жануар жасушаларды өсіру барысында оларға кейін вирустарды егіп антиденелерді алады, вакциналар, жануар жасушалардан көптеген биологиялық белсенді заттарды (гормондарды, ферменттерді, витаминдерді, т.б.) алады. Қазақстанда ветеринария үшін ғылыми-зерттеу жұмыстарымен айналысатын жəне биопрепараттарды дайындайтын, ірі мекемелердің біріне биоқауіпсіздік мəселелерінің ғылымизерттеу институты бар. ҚР Білім жəне ғылым министрлігінің ұлттық биотехнология орталығында вакциналар мен диагностикумдер дайындалады. Вакциналар – адам жəне жануарлар организмдерінде белсенді иммунитет тудыратын препараттар болып табылады. Бұл тірі немесе аттенуирленген, өлтірілген немесе инактивтеленген жəне суббірліктік немесе микроб жасушалары компоненттерінен дайындалған вакциналар. Вакциналардың иммуногенді табиғатына қарай жіктейді: біртұтас микроорганизмдерден тұратын микробты немесе вирионды вакциналар; химиялық 90

вакциналар; микроорганизмдердің тіршілік əрекеті нəтижесінде түзілген өнімдерден (мысалы, анатоксиндер) немесе оның интегралды компоненттерінен тұратын субмикробты (корпускулярлы) немесе субвирионды вакциналар; ген-инженерлік вакциналар яғни арнаулы жасуша жүйелерде микроорганизмдердің жеке гендер экспрессияларынан түзілген өнімдер; химералық немесе векторлық вакциналар, мұнда қауіпсіз микроорганизмге протективті (қорғаныш) ақуыз синтезін бақылайтын ген ендіріледі, нəтижесінде ақуыздың синтезі егілген организмде жүзеге асады; синтетикалық вакциналар, бұл вакциналарда иммуноген ретінде протективті ақуыздың химиялық жолмен алынған аналогы қолданылады. Белгілі бір инфекцияға қарсы иммунизацияға арналған дара (моновакцинадан) вакциналарды біріктіріп, құрамында бірнеше моновакциналар бар күрделі препараттар дайындайды. Осындай поливакциналар (немесе ассоциацияланған вакциналар) организмді бірнеше инфекцияларға қарсы иммунитетпен қамтамасыз етеді. Мысалы, АКДС-вакцина, оның құрамына адсорбты дифтериялық жəне тырысқақ анатоксиндер мен көк жөтелдің корпускулярлы антигені бар. Сонымен қатар, полианатоксиндердің туыстары: ботулин пентаанатоксин, гангренаға қарсы тетраанатоксин, дифтерия-тырысқақ дианатоксин деген өкілдері бар. Аттенуирленген вакциналарға жатады: туберкулезге қарсы – БЦЖ, түйнемеге (сиырдың, қойдың ауруы – топалаң, ешкінікі – кебенек, жылқыда – жамандат, түйеде – ақшелек, қарабез, сиырда – қарасан ауруларға) қарсы – СТИ вакцина, полиомиелитке қарсы (Полио Сэбин Веро) вакциналар, паротитке қарсы вакциналар (Имовакс Орейон); Инактивтеленген вакциналарға: менингококк инфекциясына қарсы вакциналар, лептоспироздық, көкжөтелге қарсы вакциналар, А гепатитке қарсы вакциналар, құтырғанға қарсы инактивті вакциналар; Суббірліктік вакциналарға: холероген–анатоксин, сіреспеге қарсы анатоксин вакциналар; Химиялық полисахаридті вакциналарға: ацеллюлярлы көкжөтел вакциналар, Менинго А+С, Тифим Ви, Пневмо 23 вакциналар; Ген-инженерлік (рекомбинанттық) вакциналарға: ротавирусы 91

инфекцияға қарсы вакциналар, В гепатитке қарсы вакциналар, т.б. вакциналар жатады. Көптеген балдырларда (төмен сатыдағы өсімдіктер биотехнологиясының нысаналары болып табылады) маңызды иммунитетті күшейтетін заттар синтезделеді. Бұл заттар медицинада кең қолдануда. Мысалы, спирулинаның биомассасында адамға қалыпты тіршілік етуі үшін қажет барлық заттар бар. Спирулинаның жоғары сапалы тағам өнімі, биологиялық белсенді заттардың көзі ретінде, сонымен бірге фармацевтикалық жəне косметикалық мақсаттарға шикізат ретінде қолданудың көп жылдық ғылыми жəне практикалық зерттеулеріне қызығушылық белгілі. Спирулина – жеңілсіңірілетін белоктардың (6070%), микроэлементтердің жəне дəрумендердің таңғажайып көзі. Ерекше заттардың бірқатары - биопротектор, биокорректор жəне биостимуляторлар – табиғи өнімнің басқа ешқайсысында кездеспейді. Спирулина жиі ауыратын, əлсіз адамдарға өте пайдалы. Ресей ғалымдарының тобы спирулина балдырынан бөлініп алынған хлорофилдің биотехнологиялық жаңа өңдеуін жасады. Хлорофилл экстрактісі белсенді оттек бөлу есебінен иммунитетті белсендіріп, қайта қалпына келтіреді жəне күшейтеді. Бұл заттың патенттік атауы – «Радахлорофилл – С». Спирулинада 10-нан 20%-ға дейін қанттар бар. Олар инсулиннің минималды мөлшерімен ғана сіңіріледі. Спирулина – В каротиннің құрамы бойынша ең бай, ол сəбізге қарағанда он есе көп. Спирулинада маңызды витаминдердің – А, В, В2 , В3, В5, В6, В12, РР, С, Е, биотин, фолий қышқылы, инозитол, пантотенат,– жинақталуы да аса маңызды. Дəріханадағы поливитаминдер секілді синтетикалық емес, керісінше, табиғи, тірі жасушадан синтезделген витаминдер. Олардың қолданылуы əрине эффективті, тиімді. Жоғары сатыдағы дəрілік өсімдіктер аз құнарлықта биологиялық белсенді қосылыстарға (флавоноидтар, терпендер, стероидтар, эфирлік майлар, глицерозиндік қышқыл, кумариндер, алкалоидтар, т.б.) ие. Фитопрепараттар тіндер биомассасының су жəне этанолдық сығындылары түрінде жəне биореакторларда өсірілген өсімдік жасушаларының биомассасы түрінде басым, олар: 1) қабынуға қарсы (мияшөп, андыз, түймедағы, сəлбен, қызылмай, т.б.); 2) микроорганизмдерге қарсы (қырмызыгүл, 92

эвкалипт, шипалы май, шайқурай, суйелшөп); 3) иммундық күшейткіш (жень-шень, қытай серменесі, элеутерококк, каланхоэ, дəрілік сермене, құстық самалдық, т.б.); 4) антиоксиданттық (мияшөп, салсоколлин, диаскорея) қасиеттерге ие. In vitro жағдайындағы өсірілетін жасушаларды ақуызды алу үшін пайдалану. In vitro жағдайында өсірілген жасушаларды ақуыздарды алу үшін қолдану деген меселеде, ең алдымен биология ғылымының дамуына байланысты, жасанды қоректік орта жағдайында өсірілетін жасушаларды, яғни биологиялық нысаналар мен процестерді қолдану арқылы қажетті өнімдерді талабына сай ала бастады. Ферменттерді дəрілік зат ретінде генетикалық немесе басқа да бұзылыстар салдарынан ұлпада болмаған жағдайда пайдаланады немесе жағымсыз компоненттерді, мысалы, зəр қышқылды ыдырататын агенттер ретінде пайдаланады. Адамға қажетті табиғи ақуыздар – интерферондар (α-β-γ), инсулин - асқазан асты безі Лангерганс аймағы үшін негізгі ақуыз болып табылады. Оларды терапевтикалық қолдану үшін жасанды жолмен алады. Қазіргі кезде адам интерферондары ген инженерлік əдіспен алынады. Алғаш ген 1980 жылдары алынған болатын. Содан бері бірнеше интерферондар анықталды. Оларды 3 топқа бөлуге болады: ИФ α, ИФ β жəне ИФ γ. ИФ α жəне ИФ β жасушаларда синтезделеді, ИФ γ жасуша өсуін күшейтетін затқа жауап ретінде түзіледі. Адам интерферондарды: гепатит С, түкті лейкоплазия, қуық ісігі, бас жəне мойын ісігі – қатерлі меланома, ВИЧ –инфекция, СПИД, цирвикальді дисплазия, папилома вирусты емдеу үшін (α 2а интерферонды пайдаланады), созылмалы склероз, бүйрек ісігі, созылмалы гранулематоз ауруларды емдеу үшін қолданылады. Бағаналы жасушаларды жасанды жағдайында өсіріп немесе төмен температурада сақтап содан кейін косметологияда, медицинада, ветеринарияда пайдаланады. Стромалық бағаналы жасушалардан организмнің ішкі мүшелері мен ұлпалары түзіледі. Олардан жүрек, қан тамырлары, ми, бауыр, асқазан, асқазан асты без, ішек, тері, сүйек, дене буындары қалыптасады. Осыған байланысты стромалық бағаналы жасушаларды көптеген аса қауіпті жəне созылмалы ауруларды емдеуге болады. Гемопоэтикалық бағаналы жасушалар қан жасушалары мен иммунитетке бастама береді. Гемопоэтикалық бағаналы 93

жасушаларды қан ауруларын емдеуге (ауыр формадағы анемия, лимфогранулематоз т.с.с ауруларды) жəне түрлі иммундық жетіспеушілікті емдеуге (түрлі мүшелердің ісік ауруын, инфекцияларды, сепсис, үнемі шаршағыш, əлсіздік синдромын емдеуге) қолданады. Гемопоэтикалық бағаналы жасушалардан жүрек бұлшық ет жəне эндотелий жасушаларын алуға болады. Гендік терапия. Барлық тірі организмде ортақ негізі тұқым қуалау заңдылақтары толығымен адамға да тəн. Адам геномикасы адам популяциясындағы тұқым қуалаушылық пен өзергіштік құбыластарын, белгілердің қалыпты жағдайда тұқым қуалауы мен олардың сыртқы ортаның əсерінен өзгеру ерекшеліктерін зерттейді жəне медицинаның мəселелері мен болашағына тікелей қатысы бар ғылым саласы болып есептелінеді. Геномика – қазіргі кездегі молекулалық биологияның бағыты, басты мақсаты геномдарды секвендеу (қандай да бір организмнің ДНҚ клеткасындағы молекула санының жиынтығы), оларды карталау (гендердің идентификациясы мен хромосомадағы орнының локализациясы) жəне басқа организмдердің геномдық құрылымының салыстырмалы талдау. Геномиканың нақты шыққан күні – 1990 жылдың қазан айында «Адам геномы» проектына қол қойылды. Адам геномын түгелімен оқу 2005 жылы жобаланған. Адам геномы зерттеудің бір мақсаты адамның барлық хромосомаларының толық əрі нақты картасын жасау. Онда негізгі молекулалық параметрлер: гендер мен снипстердің таралуы, қайталанып отыратын нуклеотидтер тізбегінің орналасуы кестеде көрсетілген, бұл кестеде адамның жекелеген хромосомаларында болатын ДНҚ молекуласының мөлшері туралы жалпы мəліметтер, əр хромосомадағы адамда əртүрлі аурулар тудыратын гендердің саны, сол сияқты снипстердің саны келтірілген. Снипстерді зерттеу кейде бір ғана нуклеотидтің орын ауыстыруының өзі адамның қайсыбір аурудың дамуына бейімділігінің арттыратындығын көрсетті. Сонымен қорыта келгенде «Адам геномы» бағдарламасын жүзеге асыру жаңа ғылыми бағыттардың қалыптасуына алып келеді. Олар - геномика (ДНҚ–ның жиынтығын зерттейді), протеомика (организмдердегі белоктардың жиынтығын зерттейді), транскриптомика (организмдегі РНҚ транскриптерінің жиынтығын зерттейді). 94

Қазіргі таңда адам геномы негізінен секвинирленді, яғни барлық хромосомалардың бүкіл ДНҚ молекулаларындағы нуклеотидтердің орналасу реті анықталды. Адам геномына талдау жасаудың нəтижесі оның 3,2 миллиард жұп нуклеотидтерден тұратындығы жəне құрамында белоктарды кодтайтын 30-40 мыңдай гендердің болатындығын көрсетті. Ол гендердің бірбірінен мөлшері жағынан айырмашылықтары бар. Адам генінің орташа ұзындығы шамамен 27 мың нуклеотидтерден тұратындығы анықталған. Ондай геннің құрамында орта есеппен 9 экзон жəне 8 интрон болады. Ең қысқа ген мысалы, рақат сезімін тудыратын полипептидтер эндорфина бар-жоғы жиырма шақты, ал бұлшық ет белоктарының бірі миодистрофинді кодтайтын ең ұзын ген 2,4 миллион жұп нуклеотидтерден тұрады. Адам геномын зерттеудің басты нəтижелерінің бірі қазіргі кезде жедел дамып келе жатқан, медицинаның жаңа саласы – молекулалық медицинаның дүниеге келуі. Соңғы жылдары гендерді практикалық медицинада қолдану негізінде мүлдем жаңа технология – гендік терапия пайда болды. Гендердің құрылымы мен қызметі анықтау тұқым қуалаушылықтың адам денсаулығына əсер етуінің молекулалық негіздерін түсінуге мүмкіндік береді. Бағдарлама шеңберінде көптеген тұқым қуалайтын ауруларға диагноз қойып, емдеудің əдістері қарастырылуда. Адамда кездесетін бес мыңнан астам генетикалық аурулар мен кемістіктердің қазіргі кездегі жүзден артығын ДНҚ – диагностикалық жолмен анықтауға болады. Енді бұрыннан белгілі тұқым қуалайтын аурулардың көпшілігін адам дамуының кез келген кезеңінде анықтап білу мүмкін болып отыр. Қазіргі гендік диагностика, тұтасымен адам геномының құрылымын білумен тығыз байланысты. Егер ауруға қандай гендік мутацияның жауапты екендігі белгілі болса, онда оны аурудың алғашқы белгілері белгіленгенге дейін–ақ тестілеу арқылы анықтауға болады. Қазіргі күнің өзінде мысалы, Жапонияда барлық туылған сəбилер 11 генетикалық аурулар бойынша тестілеуден өтеді, олар Америкада – 7, Ресейде – 2 (фенилкетонурия жəне гипотиреоз). Гендік терапия ең алдымен моногендік тұқым қуалайтын аурулар үшін қолданады. Моногенді тұқым қулайтын аурудың нақты мысалына терапияның көмегімен емдеуге əрекет 95

жасалынып жүрген Дюменнің бұлшық ет дистрофия ауруын алуға болады. Бұрын мұны біз аутосомды – доминантты жолмен тұқым қуалайтын ауыр сырқат деп айтқан болатынбыз. DML – дистрофин генінің өнімінсіз бұлшық еттер жиырылмайды да əлсіздік пайда болады. Соған байланысты көкірек клеткасы қозғалмайды, ондай ауру адамның тыныс алу нашарлайды, аяқтары жұмыс істемей қалады. Дистрофин генінен айырылған миодистрофиямен ауыратын адамды емдеуге гендік терапияны қолданған кей жағдайда бұлшық ет талшықтарының бір шама бөлігінің (25% дейін) қызметті бұрынғы қалпына келген. Фармацевтикалық компаниялар, геномдық зерттеулерге үлкен үлесін қосуда. Барлық аурулар протеиннің өзгеруінен пайда болуы мүмкін. Мысалы, ДНҚ-дағы генетикалық мутация протеиннің дұрыс өңделмеуіне алып келеді. Мəселен, бұл орақ тəріздес қан аздықта болады. Гемоглобин протеині қызыл қан денешіктерін орақ тəрізді пішінге айналдырады. Аминқышқылының дұрыс құралмауы гемоглобиннің бұрыстығына əкеледі. Протеиндер өзгерісті қажет етіп, қан тромбосын жасайды. Трансляциядан кейінгі дұрыс болмауы протеиннің дұрыс емес қызмет атқаруына екінші себеп туғызады. Протеиннің тағы бір кемшілігі – полиморфизм. Бұл ДНҚ-ның вариациясы, тірі организмдердің бір-бірінен ажырауын жасайды. Белоктардың өзара өзгеруін бақылауға жəне аурулармен байланысын байқауға болады. Осы бағытта протеомика саласында дəрі-дəрмектер жасалады. Он жыл бұрын жаңадан геннің инвентаризациясын зерттеп, қазір белокты талдауды ете аламыз. Қазір тек болған жағдайды біліп қана емес, модифицирленген (өзгеріленген) жəне фосфорилденген, гликолизирленген ақуыздардың талдауын жасай аламыз. Ең басты жетістігіміз патологиялық өзгерген ұлпаның белогының диспропорциясын көре аламыз. Протеомдық талдауды мынандай жолмен жүргізеді: бірінші кезең – екі өлшемді электрофорез, екінші кезең – талдау. Патологиялық өзгерген ұлпаларда белок құрамы көбейеді, ал басқаларында кішірейеді. Үшінші кезең – масс-спектроскопия, осының көмегімен белоктың аяғы болатынын оқу. Сол арқылы оларды бөлмей-ақ глюкозаның тұнбасын, белок молекуласындағы фосфор қышқылын, белок қоспаларын білуге болады. 96

Бақылау сұрақтары: 1. Биотехнологияны медицинада пайдалану жолдары қандай? 2. Моноклонды антиденелерді практикалық мəселелерін шешу үшін пайдалану жолдары қандай? 3. Қандай биотехнологиялық əдістер арқылы алынған дəрі-дəрмек препараттарды білесіз? 4. Бағаналы жасушаларды медицинада қалай пайдаланады? 4. «Адам геномы» жобаның мəні неде? 5. Гендік терапия деген не?

3.5. Клеткалық биотехнологияның болашағы жəне даму бағыттары 3.5.1. Биоэлектроника Биотехнологияның дамып бара жатқан бағыты – биоэлектроника – биологиялық организмдердің құрылымдарымен жəне электронды құрылымдарымен тығыз байланысты. Оларға: биологиялық сенсорлар (биосенсор), биологиялық микрочиптер (биочиптер), биотесттер жатады. "Биосенсор" деген терминдi айқындайтын компоненттiң болуын тiкелей қоятын биологиялық материал: ферменттер, тiндер, бактериялар, ашытқы, антигендер/антиденелер, липосомалар, органеллалар, рецепторлар, ДНК бар сезiмдi қабат. Бұл компоненттiң шоғырлануымен функционалды байланысты, дабылды шығаратын құрылғыны түсiну қажет. Конструкциялық түрде биосенсор - бiр-бiрiмен тығыз байланыстағы екi биохимиялық жəне физикалық түрлендiргiш немесе трансдьюсерден тұратын құрамдас құрылғы. Қазiргi уақытта биосенсорлардың бiрнеше түрлерi бар. Ол - хеми- жəне биолюминисценция негiзiндегi ферменттiк электродтар, ферменттiк микрокалориметрлiк датчиктер жəне биодатчиктер. Биологиялық микрочиптер – əртүрлi биохимиялық талдауларды жүргiзу үшiн қолданылатын кiшкентай құрылғылар. Бұл талданатын нұсқалар құрамындағы кез келген заттармен өзара əрекеттесе алатын реакцияға қабiлеттi агенттер жиi салынған микропластинкалар. Оларда талданатын ерiтпелерде бар заттардың молекулаларын iрiктеп байланыстыратын функционалдық жағдайдағы биологиялық белсендi макромолекулалар химиялық байланған. Биочиптің негізі ондаған көзбен əрең көрiнетiн 97

əрқайсысының диаметрi 100 микроннан кем, жартылай сфералық гидрогендiк ұяшықтар салынған үлкен емес əйнектен жасалған пластинка. Молекулалық технология институтының ғалымдары əртүрлi заттарды жылдам жəне өте нақты айқындауға мүмкiндiк беретiн биочиптер - тест-жүйелердi ойлап шығарды. Кейбiр аурулардың бастапқы кезеңдерiнде ақуыз қатарында аздаған өзгерiстер болып жатады. Жаңа ғылым – протеомика – ақуыздарды зерттеуге, олардың тiрi организмдердегi синтезiне, олардың өзара əрекеттесуiне жəне күрделi қатынастарға арналған. Ресейлiк жəне француз ғалымдары ақуыздарда өзгерiстердi табуға жəне талдауға қабiлеттi аппаратураны жасауда. Протеомиканың негізгі бір бағыты ақуыздың өзара байланысын жəне молекула үсті кешенінде орналасуын анықтайды. Бұл бағыт биохимиялық үдерістер жасушада құрылған жəне олар ферменттер, рецепторлар жəне т.б. белсенді байланыстарды таңдау арқылы жасалады. Ақуыз–ақуыз байланысын анықтау үшін ашытқының екі гибридті жүйесін қолданады. Бұл əдіс ақуыз-ақуыз, ақуыз-ДНҚ, ақуыз–РНҚ байланыстарын анықтайды. Ғалымдар протеомика саласында ақуыздардың өндірілуін жəне олардың денедегі ақуыздардың ауысуын декомпозициясын, сондай-ақ организмде синтезделуінен кейінгі ақуыздардың қалай модификацияланатынын зерттейді. Бүгінгі нарықтағы фармакалогиялық заттардың тоқсан бес пайызы протеиннің əсеріне мақсатталған. «Thermo Finnigan» (АҚШ) компаниясы жоғары технологиялық талдаушы құралдарды жасайды. Бұл компания хроматография, масс спектрометрия жəне бағдарламалық өнімдерді шығарумен қатар осы бағытта өз күштерін шығарып жаңа құралдар шығарумен айналысуда. Мысалы, ақуыздық чиптер. Күрделi жұмыс ақуыздық микрочиптердi əзiрлеуде тұр. Ақуыздық микрочиптердi жасау үлкен инвестицияларды тартады. «Ciphergen Inc» компаниясы ең танымал ақуыздық чип шығарушы. Хроматографиялық ақуыздық чиптер мен масс спектрометрлік детекторды (анықтаушы) байланыстыратын құрылғы жасап шығарды (Protein Chip System). Бұл жүйе күрделі биологиялық ортадағы патологиялық жағдайдағы биомаркерлерді іздейді. Бірінші топ – ДНҚ чиптерінің миниатюралар құрылымы жасалып, моноклонды антиденелер немесе олардың 98

аналогы маркерлерге микроөріс құруға қолданылады. Бұл құралдар гендер мен оның өнiмдерiнiң өзара жiңiшке реттеуiн зерттеу үшiн молекулалық биологияның iргелi мiндеттердiң бiрi болып табылады. Голландиялық фирма «Glaucus Proteomics» осы тармақта лидер болып табылыды. Қазіргі күні сатылымда цитокинді, күйзелісті қоздыратын белокты анықтайтын ақуыздық чип бар. Екінші топ – in vitro трансляция арқылы жүзеге асатын ақуыз-ақуыз байланысы жəне фазаға азықты жағу. PISA (Protein In Sity Array) трансляцияның жасуша жүйесін жəне ПТР–азықты қолдану арқылы ақуыздарды тасымалдайды. Ақуыздық чипті шығаратын тағы бір компания «WITA Proteomics». Жасушалық дақылға токсиндік əсерді идентификациялайтын 2Д–электрофорезді қолданады ақуыздық биочип өте қарқынды дамып, медициналық диагностикада жəне жаңа дəрідəрмектерге қолдануда. Соңғы жылдары ДНК технологияларының-чиптердiң дамуымен қатты жазықтарда айқын молекулалардың селективтiк сорбция үдерістерi, детекцияның физикалық əдiстерiн қолданатын ДНК-сенсорлар деп аталатын чиптерi кеңiнен қолданыла бастады. ДНК-сенсор жоғары сезiмдi, шағын көлемдi, кiшi көлемде өлшеудiң байланыссыз əдiсiн iске асырады жəне орындауда арзан болуы мүмкiн. Қазiргi уақытта əртүрлi фирмалардың бағдарламалық қамтамасыз етуiмен нейлондық мембраналар – микроорганизмдердiң, өсiмдiктердiң, сүтқоректiлердiң жəне адамның гендерiмен сүзгiштерге негiзделетiн ДНК-микрочиптерге қол жеткiзiлдi. 3.5.2. Ғарыштық биотехнология Соңғы онжылдықта биотехнологияның жаңа бағыты ғарыштық биотехнология дамып отыр. 1957 жылдан бастап медицинабиологиялық тəжірибелер бойынша тірі организмдерге ғарыштағы болатын факторлардың əсерін зерттеулер жүргізілді. Алғашқы, бастапқы зерттеулерді «Бион» бағдарлама бойынша ғарыштық биология, медицина жəне биотехнология үшін жануарлар мен өсімдіктер организмдерді пайдаланып арнайы биоспутниктерде жүргізілген. «Бион М №1» ғарыштық аппарат ұшқан кезінде «БиоКосмос 1» жоба бойынша өсімдіктердің өсуіне жəне дамуына ғарыштық ұшуының факторлардың əсерін 99

анықтайтын зерттеулер жəне ғарыш жағдайында өсімдіктерді өсіру технологияны өңдеу бойынша зерттеулер жүргізілді. Ғарыштық ұшуының факторлары ретінде арттырылған (ұлғайтылған) радиациялық фон (радиация), ауыр зарядталған түйіршіктердің тасқын, микрогравитация, Жердің əлсізделген магниттік өріс, вибрация болады. 1989 жылы «Биопрепарат» акционерлік қоғамының негізінде ғарыштық биотехнология зертхана қалыптасты. Өсімдіктер жасуша дақылды бөліну, өсу процестерді зерттеу үшін, каллустардың қалыптасуы, жасушалық дифференциялану, морфогенез процестерді зерттеу үшін модельдік жүйе ретінде қолданылады. Сонымен қатар жасуша дақылы өсімдіктердің əртүрлі абиотикалық стресс факторларға төзімділігін зерттеу үшін модель ретінде өте лайықты болып келеді. Ғарышта қолданылатын аспаптар мынандай талаптарға сай болу керек: салмағы кіші (аспаптың массасы үлкен болмауы керек), шағындау, герметикалық, улы емес, химиялық заттар сұйық болмау (гель сияқты болу) керек. Осы талаптарға сай Петри табақшасында өсірілетін жасушалық дақыл болып табылады. Ғарыштағы тəжірибелерде нысана ретінде пайдаланатың жасушалық дақылдың артықшылықтарына: 1) нысаналарды яғни экспланттарды өте оңай өсіру; 2) ғарыш жағдайларында жасуша жəне ұлпалардың өсуі мен даму процестерді бақылау жəне реттеу мүмкіндігі; 3) жасушалық дақыл арқылы өсімдіктің барлық даму кезеңдерді (онтогенездің барлық кезеңдерді) зерттеу, яғни жыныс жəне сомалық жасушалардан бастап, көпклеткалық агрегаттардан, дифференцияланған жіктелген жасушалардан эмбриоид пен бүтін өсімдікке дейін зерттеу жатады. Қазіргі таңда ғарыштық биотехнология ғарыштык биологияның бір сатысы болып саналады жəне де «Биотрек, Биоэкология жəне Биоэмульсия» бағдарламалары бойынша «Фотон-М» деген ғарыштық аппаратты ұшыру арқылы іске асады. Жануарлар мен өсімдіктердің жасушаларымен қатар микроорганизмдердің ғарыштағы болатын өсу процестер зерттеленеді. Мысалы, «Биотрек» бағдарлама бойынша МКС-экипаж арқылы 2006 жылы ғарыштық кеңістікке микориза саңырауқұлақтардың штамдарымен төрт контейнер жіберілді. Сол контейнердің ішінде радиацияны 100

зерттеу үшін жəне ауыр элементтердің энергияны анықтау үшін радиодатчиктарды орныластырды. Осы бағдарламаның мақсаты – саңырауқұлактардың өнімділігіне жəне биохимиялық қасиеттеріне күшті радиацияның əсерін зерттеу. Ғарыштық биотехнология дамуының негізгі бағыттары: 1) ғарышта биологиялық құнды заттардың құрылысын анықтау үшін жəне оларды медицинада, фармакологияда, ветеринарияда қолдану үшін сапалық кристаллдарды алу; 2) ғарыштадағы микрогравитация жағдайында микроорганизмдердің рекомбинантық штамдарды, өсімдіктердің төзімді жəне жақсартылған жасушаларды сұрыптап алу, оларды медицинада, фармакалогияда, ауыл шаруашылығында, экологияда қолдану; 3) биология жəне биотехнология салаларында фундаменталдік білімін кеңейту үшін бионысаналарға ғарыштық факторлардың əсерін зерттеу. Қазақстанда 1991 жылдан бастап «Мақсат» атты ғарыштық бағдарлама бойынша əртүрлі жеті ғылыми-зерттеулер: 1) «Өсірілген бидай жасушаларына ғарыштық факторлардың əсерін зерттеу», 2) «Картоп селекциясында жаңа биотехнологияларды қолдану», 3) «Ғарыштық факторлардың əсерімен байланысты метаболизмнің ерекшілігін анықтау», 4) «Бидайдың селекцияда патогенге төзімділігіне микрогравитацияның əсерін зерттеу» жүргізілді. 3.5.3. Экологиялық биотехнология Жалпы биотехнологияның экологиялық биотехнология саласы көптеген экологиялық жағдайларға қатысты мəселелермен айналысады. Экологиялық биотехнология өнеркəсіптік əртүрлі қалдықтарды қайта өңдеу, қоршаған орта нысаналарын əртүрлі ластағыштардан, тазарту сияқты қоршаған орта мəселелерін шешуде биотехнологиялық əдістермен биологиялық емес технологияны біріктіре отырып, биотехнологияны қолдану болып табылады. Экологиялық биотехнология тұрғысынан алып қарағанда ағын суларды тазарту жəне тұрақтандырудың аэробты процестерін пайдаланудың маңызы зор. Бұл мақсатта əртүрлі конструкциялы реакторлар қолданады. Бүгінде біздерге мəлім болғандай экологиялық биотехноло101

гияның бірнеше бағыттары бар жəне олар алуан түрлі, бұл дегеніміз – биодеградация, яғни бұл тіршіліктегі зиянды заттарды жою болып табылады. Бұның бірден бір жолы биоконверсия – керегі жоқ зиянды заттардың қалдықтарын төгіп тастамай, оларды барынша қажетті пайдалы заттарға айналдыру ретінде жүргізіледі. Əсіресе бұл бағыттар ауыл шаруашылығына үлкен септігін тигізеді əрі пайдалы, яғни бұл – биогаз алу үшін жəне тағы да басқа түрлі жолдарды қарастырады. Мысалы, айтатын болсақ, биоремедиация деген бағыт – адамдардың қатысуынсыз қамтамасыз етілетін экожүйеде табиғатты өз бетінше тазартушы. Жоғарыда атап өткендей, экологиялық биотехнология қоршаған ортаны табиғи жағынан толық сипаттайды. Мұнда топырақ, су, мұнай тағыда көптеген мəселелер талқыланып отырады. Бүгінгі таңда шешілмей жатқан экологиялық мəселелер өте көп. Биотехнологиялық процестердің ерекшелігі – олар суды, ал аэробты жағдайда ауаны көп көлемде тұтынады да, алынатын қатты қалдықтар мөлшері тым жарамсыз болады. Микробиологиялық өнеркəсіптердің мекемелерінде екі мəселе шешіледі: 1. Өнеркəсіптік асептика, яғни биореактор ішіне бөгде микроорганизмдердің ену мүмкіндігін жою. 2. Қоршаған ортаны қорғау, яғни ауа жəне су қалдықтарына түзгіш жасушалардың еніп кетуін болдырмау. Бұл құбылыс қауіпті, өйткені адам үшін микроб белогы бөлек нəрсе, сондықтан ол халық арасында аллергиялық реакциялар қоздыруы мүмкін. Биотехнологиялық өнекəсіпте қоректік заттарды даярлау, жуу, бөліп алу үшін жəне сонымен бірге биореакторлардың режимдерін бір қалыпты дəрежеде ұстап тұру үшін көп мөлшерде су қажет. Айналадағы судың ағыны тұйық болса да, бұны тазалау жұмысы қарастырылып тұрылуы тиіс. Өйткені хладоагентке биореакторлардың конструкциялық ақауынан дақылдық жасушалары аз ғана мөлшерде болса да кез келген уақытта еніп кетуі ықтимал. Реакторлардан технологиялық суларды шығарып тазалауда көптеген қиындықтар кездеседі. Көбінесе, мұндай активті лай (тұнба) қолданады. Бірақ болашақта су тазалайтын мембрандық технологияны ендіру жəне бір реактордан шығарып микроорганизмдерден тазартылған технологиялық суларды басқа реакторлардағы жасушаларға қоректік зат ретінде пайдалану сияқты 102

метаболизмдерді айналымда болатын жабық өндірістерде жасау жұмыстары жүргізілуі тиіс. Биотехнология жəне қоршаған орта Қазақстандағы экология мəселелерi: Антропогендiк жүктемелер нəтижесiнде Қазақстанның iс жүзiнде барлық аумағында табиғи ортаның елдiң болашақ экономикалық жəне əлеуметтiк дамуын қамтамасыз ету қабiлеттiлiгi бұзылған. Ауыл шаруашылығы өндiрiсiнiң экстенсивтi дамуы жер азуы мен ландшафттың азаюы түрiнде iз қалдырған, елдiң аумағының 60% артығы қатаң шөлге ұшыраған, бұл топырақ құнарлығының төмендеуiне жəне мал шаруашылығы мен өсiмдiк шаруашылығының өнiмдiлiгiнiң азаюына əкелiп соғады. Бiр ұрпақтық көз алдында Арал теңiзiнiң көлемi екi есеге жуық азайған. Балқаш көлiн де ұқсас тағдыр күтедi. Республиканың су қажеттiлiгi бiр жылға 100 км3 кезiнде iс жүзiндегi қамтамасыз ету 34,6 км3 құрайды. Жан басына шаққанда сумен қамтамасыз ету бойынша Қазақстан ТМД елдерiнiң арасында соңғы орында. Жыл сайын республиканың су қоймаларына 200 млн. м3 артық ластанған сарқынды сулар төгiледi. Көлемдерi бiрнешеден жүздеген текше километрге дейiн ластанған жер асты суларының 3 мыңнан артық көзi айқындалған. Өңдеу жəне энергетикалық кешендердiң көптеген кəсiпорындарында жетiлмеген технологияларының, негiзгi өндiрiстiк қорларының табиғи тозуы бұл зиянды қалдықтардың санының артуына ықпал етедi. Ауаны, суды жəне топырақты қарқынды ластау, жануарлар мен өсiмдiктер əлемiнiң табиғи ресурстардың азаюы экожүйелердiң құлдырауына, шөлге жəне биологиялық жəне ландшафттық түрлiгiнiң жоғалуына, халықтың ауру жəне өлiм-жiтiмiнiң өсуiне əкелiп соқты. Биотехнология қоршаған ортаны - бактериядан адамға қажет емес папоротниктен жоғары өсiмдiктерге дейiн (папоротниктiң күмəндық қосылыстарды жинау қабiлеттiлiгi) жəне барлығын қорғауды да адамға қызмет етуге мəжбүр етедi. Егер қоршаған ортаны қорғау үшiн əлемдiк технологиялар нарығы қазiргi уақытта 235 миллиард долларға бағаланса, кейбiр бағалар бойынша, олардың 25-тен 40%-ға дейiн, биотехнологиялар үлесiне тиедi. Жиырмасыншы ғасырдың аяғында əлемде синтетикалық пластмассалардың өндiрiсi 30 млн.т/жылға жеттi. Пластмассаларды пайдаланудың жылдам дамитын бағыттардың бiрi қаптау болып 103

табылады. 1975 жылы полимерлер қаптау үшiн қолданылуы бойынша əйнек, қағаз жəне картоннан кейiн үшiншi орынға шыққан. Барлық шығарылатын пластиктердiң 41% қаптауда пайдаланылады, осы санының 47% азық-түлiк өнiмдерiн қаптауға жұмсалады. Егер əйнек ыдысы тұтыну циклінда болса, ал қағаз табиғи жағдайларда ыдырауға жатады, тұрмыстық қоқымның 40% құрайтын синтетикалық полимерлерден жасалған қаптау iс жүзiнде "мəңгi" – ол ыдырауға жатпайды жəне пластмассалық қоқыммен не iстеу жəне қалай болу керек мəселесi ғалымдық экологиялық мəселеге айналып отыр. Пластмассалық қалдықтар мəселесiн шешуде елеулi дəрежеде əлемдегi экологиялық жағдай жəне жиырма бiрiншi ғасырдағы синтетикалық пластмассалар өндiрiсiнiң дамуының қарқыны мен бағыттары тəуелдi болады. Керiсiнше жағдайда, бiз өз-өзiмiздi пластмассалық қоқыммен көмiп тастаймыз. Биотехнологияның дамуымен қатар қаптау материалдарын алу технологиялары да дамуда, сонымен бiрге қаптаудың функциялары кеңеюде. Азық-түлiк пен қоршаған орта арасындағы инерттi, индифференттiк кедергiден қаптау қазiргi уақытта өндiрiстiң факторына айналуда, өйткенi, оның көмегiмен: 1) өнiм құрамын өзгертуге бағытталған (бұл жағдайда қаптауды жасау үшiн иммобилденген ферменттер мен биологиялық белсендi материалдар қолданылады); 2) азық-түлiк өнiмдерiн, олардың "өмiрiн" ұзартып, микробтық бұзылудан қорғайды. Мысалға, "белсендi" қабықшадағы шұжық өнiмiнiң сақталу мерзiмi 2-3 есе артады; 3) қабықша iшiнде тиiмдi газдық ортаны жасайды, бұл азықтүлiк өнiмдерiн модификацияланған жəне реттелетiн ортада сақтау кезiнде кеңiнен пайдаланылады; 4) микротолқындық жылыту жағдайында азық-түлiк өнiмдерiн өңдеудiң температурасын реттейдi. Бұл бағыт сөзсiз қызығушылық туғызады, өйткенi, қоспаны тамаққа емес, полимерлiк қабықшаның матрицасына енгiзу оны азық-түлiк өнiмiне жаппай көшiрудiң жылдамдығын реттеп, қоспаның қолданылуын ұзартуға мүмкiндiк бередi. Қазiр əртүрлi ксенобиотиктердiң деструкция реакцияларын жүзеге асыратын ферменттердiң көптеген түрi бар микроорганизмдердiң əлеуетiн барынша пайдалану мiндетi тұр. Бұл əлеуеттi пайдалану "биоремедиация" болып табылады. Бүгін 104

өнеркəсіптік өндірістің 30 жəне одан да көп пайызын тазартушы құрылыстар салуға арналған шығыстар құрайды. Ағынды суларды тазартудың iс жүзiндегi əдiстерi үнемi жетiлдiрiлуде, бiрақ олардың тиiмдiлiгi кейде экологиялық талаптарға сай келмейдi. Ондай жағдайдан шығу жабық сұйық ағындарды пайдалану циклiмен қалдықсыз өндiрiстердi жасау мақсатында дəстүрлi өнеркəсiптiк технологияларды қайта қарау болып табылады. Осы мəселедегi қажеттi нормаларға дейiн тазартылған технологиялық циклiне қайтарумен немесе ағынды сулардан пайдалы биоөнiмдердi алумен жергiлiктi биотазарту технологиялары басты рөл атқарады. Бақылау сұрақтары: 1. Биоэлектроникада қандай биосенсорларды пайдаланады? 2. Биосенсорлар неден тұрады? 3. Белоктық чиптің маңызы неде? 4. ДНҚ-чиптерді не үшін пайдаланады? 5. Ғарыштағы тəжірибелерде нысана ретінде қандай жүйелерді пайдаланады? 6. Ғарыштық биотехнология дамуының негізгі бағыттары қандай? 7. Қазақстандағы ғарыштық бағдарламалардың маңызы неде? 8. Ғарыштық биотехнологияның болашағы қандай? 9. Экологиялық биотехнологияның қандай шешелмеген өзекті мəселелері бар?

105

ТЕРМИН СӨЗДЕРГЕ ТҮСІНІК (ГЛОССАРИЙ)

Аллель (гр. allelon - бiр-бiрiн, өзара) ор. аллель ағ. allele - геннiң бiрнеше баламалы формаларының бiр түрi. Альбинизм (лат. albus - ақ) ор. альбинизм ағ. albinism – организмнiң өзiне тəн пигментiнен айырылуы, ақ түстi өсiмдiк болуы. Амфидиплоид (гр. amphi - айнала, жанында; diploos - қос; eidos – түр) ор. амфидиплоид ағ. amphidiploid – түраралық будандастыру нəтижеciнде екi диплоидтық хромосомалар жиынтығы қосылады да (2nх2=4n), будан организм (клетка) пайда болады. Оны аллотетраплоид деп те атайды, себебi хромосомалардың диплоидтық екi жиынтығы да екi бөтен түрлерден дарыған. Андрогенез in vitro (лат. аndros - еркек; гр. enesis – тегi) ор. андрогенез in vitro ағ. in vitro androgenesis – аталық гаметофиттi жасанды қоректiк ортада (in vitro) өсiргенде, тек қана аталық хромосомалар жиынтығы бар өсiмдiктiң пайда болу процесi. Анеуплоид (гр. an – бiр нəрсенiң немесе құбылыстың болмауы, eu – жақсы, əбден ; ploos – еселi; eidos – түр) ор. анеуплоид ағ. aneuploid – ядро, клетка, организм хромосомалар жиынтығының (кариотиптiң) бiр немесе бiрнеше хромосомаға артуы не кемуi. Мысалы, диплоидтық хромосомалар жиынтығы жалғыз бiр хромосомаға кемiсе – моносомик, бiр жұп хромосомалары жойылса - нуллисомик деп аталады. Антигендер (лат. anti-қарсы, қарама-қарсы, гр. genos-туыс, шығу тегi), ор. антиген, ағ.antygene – иммундық жүйеде антиденелерді түзу қоздыратын ақуыздар, антиденелер антидене түзетін затпен арнайы өзара байланысуға қабілетті. Апикальдық меристеманы өсiру (лат. арех - ұшы, гр. meristos – бөлiнетiн) ор. культура апикальной меристемы ағ. apical meristem culture - өсу конусының ең жоғары ұшынан бiр немесе екi алғашқы жапырақ бастамасы бар оқшауланған бөлiгiн залалсыздандырылған қоректiк ортада өсiру. Антисарысу (ор.сыворотка) – бөтен агенттерге қарсы антиденесі бар иммунизацияланған жануар мен адамның сарысуы. Антидене (ор.антитело) – иммундық жүйемен шығарылатын ақуыздар, олар бөтен патогендік агенттердің, ақуыздардың (антигендер) əсерін тежейді. 106

Апомиксис (гр. аро – бiр нəрсенiң немесе құбылыстың болмауы; mixis – араластыру) ор. апомиксис ағ. apomixis – организмдердiң жыныссыз жолмен пайда болған ұрықтар арқылы көбеюi. Асептикалық жағдай (гр. а – бiр нəрсенiң немесе құбылыстың болмауы; septikos – шiрiк) ор. асептические условия ағ. aseptic conditions – толық залалсыздандырылған жағдай (шiрiктiң болмауын, шiрiмеудi қамтамасыз етедi). Ауксотрофтық жасуша (гр. auxo – өсiремiн, trophe – қоректену) ор. ауксотрофные клетки ағ. auxotrophic cells – қалыпты (прототрофтық) жасуша қажет етпейтiн, өзiнiң бөлiнiп өсуi үшiн сыртқы ортаның қосымша бiр факторын талап ететiн жасушалар. Бағдарламалы мұздату (ор. программное замораживание ағ. programm ed freezing) – алдын ала жасалған бағдарлама бойынша сұйық азот буын қосып, арнайы камерада жасушаларды мұздату. Басымдылық (лат. dominans – басым, үстемдiк етушi) ор. доминирование ағ. dominance – буден жасушада не аталық, не аналық геномының біреуінің гені экспрессияланып, қызметі белсенді болып айқындалса, екіншісінің гомологтық гені бола тұра оның белгісі білінбейді, яғни оның экспрессиясы өтпейді. Беккрос (ағ. back- керi қарай, cross – будандастыру) ор. беккросс (возвратное скрещивание), ағ. – backcross - қайыра будандастыру, буданды аталық немесе аналық форманың бiреуiмен қайта будандастыру. Биоқауіпсіздік (ор. биобезопасность, гр. bios-тiршiлiк) – табиғи немесе гендік инженериялық түрлендірілген биологиялық нысандарда жəне олардан алынған өнімдерде болатын улы жəне аллергиялық заттар мен қосылыстардың зиянды, өмір мен денсаулыққа қауіпті əсерінен адам, қоғам, өркениет жəне қоршаған ортаның қорғалу күйі. Биогаз (гр. bios-тiршiлiк, ағ. biogase, ор.биогаз) – субстраттың анаэробтық ашуы нəтижесінде түзілетін газ, ол негізгі метаннаң (60%), көмірқышқыл газдан (35-40%), жəне басқа газдардың аз мөлшерінен: күкірт, сутегі (2%-ға дейін) тұрады Биомасса - беттің бірлігіне немесе тұрған жерінің көлеміне сай бір түрдің дараларының, түрлер тобының немесе толық қауымдастықтардың жалпы массасы. Биореактор (ферментер) (гр. bios-тiршiлiк, ағ. reactor-құрылғы) ор. биореактор (ферментер) ағ. bioreaktor (fermenter) – биотехнология өндiрiсiнде микроорганизмдердi, өсiмдiк жəне жануар жасушаларын өсiру үшiн қолданылатын аппарат. Биотехнология (гр. bios-тiрш iлiк, techne – өнер, шеберлiк, logos сөз) ор.биотехнология ағ. biotechnology – экономикалық жағынан 107

тиiмдi де маңызды заттар өндiру жəне жоғары өнiмдiлiгi бар микроорганизмдер штаммдарын, өсiмдiктердiң сорттары мен формаларын, жануарлар асыл тұқымдарын шығару үшiн биологиялық процестер мен объектiлердi пайдалануға негiзделген ғылым мен өндiрiстiң жаңа саласы. Биотехнология жаңаша – генді-инженериялық жəне жасушалық əдістермен генетикалық трансформацияланған (түрлендірілген) өсімдіктердің, жануарлардың, микроорганимздер мен вирустардын əртүрлі бағытқа арналған жаңа өнімдерін алу мен өндірісті интенсификациялау мақсаттарында пайдалану жөніндегі ғылым. Биотрансформация (гр. bios – тiршiлiк, лат. trans formatio – айналу) ор. биотрансформация, ағ. biotrans formation – қоректiк ортада өскен клеткалардың ферменттерi қатысуымен арзан жəне қоры мол бастапқы заттардан биологиялық активтi қосылыстарды синтездеу (биологиялық жолмен бiр затты басқа затқа айналдыру). Будан ядро (ор. гибридное ядро ағ. hibrid nucleous) – аталық жəне аналық ретiнде қосылысқан клеткалардың екеуiнiң де бүкiл гендерiн (геномдарын) толығымен иемденген будан клетканың ядросы Будан ядролық (нағыз будан) (ор. гибрид ядерный (истинный гибрид), ағ. hibrid nuclear (hibrid true) – аталық жəне аналық ретiнде қосылысқан жасушалардың екеуiнiң де тек қана ядролық гендерiн (геномдарын) қабылдаған будан жасушаның ядросы. Будан асимметриялық (ор. гибрид асимметричный, ағ. hibrid asymmetric) – аталық жəне аналық ретiнде қосылысқан жасушалардың бiреуiнiң ядролық гендерiнiң толық жиынтығымен қатар екiншiсiнiң тек цитоплазмалық гендерiн қабылдаған будан жасуша. Будан цитоплазмалық (цибрид) (ор. гибрид цитоплазматический (цибрид) ағ. hibrid cytoplasmic) – аталық жəне аналық ретiнде қосылысқан жасушалардың тек қана бiреуiнiң ядросын (ядролық гендерiн) қабылдаумен қатар екеуiнiң де, немесе баламалы бiреуiнiң ғана цитоплазмалық гендерiн бойына дарытқан будан жасуша. Будан гетероплазмалық (гр. heteros-басқа, plasma-құрылған, түзiлген), ор.гетероплазматический гибрид, ағ. hibrid heteroplasmic) цитоплазмалық гендерi (плазмагендер ) бойынша гетерозиготалық будан жасуша. Вектор (лат. vector -алып жүрушi, ор. вектор, ағ. vector – өз алдына репликациялана алатын жəне бөтен генетикалық информацияны жасушаға тасымалдай алатын генетикалық элементтер (мысалы, плазмидалар мен вирустар). Вируленттiк (лат. virulentus-улы, ор. вирулентный ағ. virulent) – микроорганизмдердiң ауру тудырғығыштық қабiлетi 108

Вирусты айқындаушы өсiмдiктер (ор. растения-индикаторы, ағ. indicator plant) – вируспен зақымданған өсiмдiктен алынған шырынды жапырақ бетiне тамызғанда, сол шырында вирустар бар екендiгi туралы арнайы сезiмталдық реакция арқылы белгi беретiн өсiмдiктер (жұққан вирусқа тəн морфологиялық өзгерiстер тез арада айқын көрiнедi). Гаплоид (гр. haploos – сыңар, жалғыз, eidos – түр ор. гаплоид ағ. gaploid) – сыңар дара (гаплоидтық) хромосомалар жиынтығы болатын ядро, жасуша, организм; гаметаларда сыңар хромосомалар жиынтығы. Гемморизогенез in vitro (лат. gemma – буршiк, гр.rhiza – тамыр, ор. гемморизогенез in vitro, ағ. gemmorhizogenesis in vitro) - ұлпаларды жасанды қоректiк ортада (in vitro) өсiргенде бүршiктiн де тамырдың да пайда болуы. Ген (гр. genos-туыс, шығу тегi, ор. ген, ағ. gene) – тұқым қуалау информациясының генетикалық бiрлiгi; ДНҚ молекуласының нақтылы бiр бөлiгi, РНҚ-ның немесе полипептидтiң құрылымы туралы мəлiмет сақтайды. Гендер амплификациясы (лат. amplificatio-өсу, көбею, ор. амплификация генов ағ. gene amplificacion) – гендер көшiрмелерi (копиялар) санының көбеюi. Гендер цитоплазмалық (цитоплазмон) (ор. цитоплазматические гены, ағ. cytoplasmic genes) – ядродан тыс, митохондриялар мен хлоропластарда орналасқан гендер. Гендік ex vivo терапия (ор. генная терапия ex vivo, ағ. ex vivo gene therapy) – науқастың бөлінген жасушаларына генді енгізу. Өсіру мен трансформациялаудан кейін жасушаларды трансфузия, инфузия немесе инъекция жолымен науқасқа кіргізеді. Бұл емшалар генетикалық дефекттерді болдырмауға мүмкіндік береді. Генезис (гр. genesis – шығу тегi, ор. генезис, ағ. genesis) – шығу, пайда болу тегi ("ата тегi"). Генетикалық (гендiк) инженерия ор. генетическая (генная) инженерия ағ. gene(tic) engineering – белгiлi қасиеттерi бар генетикалық материалдарын in vitro алдын ала құрастырып, оларды тiрi клеткаға енгiзiп, көбейтiп, зат алмасу процесiн өзгеше жүргiзу. Генетикалық өзгергiштiк (ор. генетическая изменчивость ағ. genetic variability) – ДНҚ-нiң бiрiншi реттiк құрылымындағы тектiк өзгерiстер (мутациялар, гендер комбинациясы). Ген репрессиясы (лат. repressio – басу, ор. репрессия гена ағ. gene repression) – ген активтiгiн тежеу, көпшiлiк жағдайда транскрипция процесiн шектеу арқылы жүредi. Ген экспрессиясы (лат. expressio – əйгiлену, ор. экспрессия гена 109

ағ. gene expression) – ДНҚ молекуласындағы нуклеотидтер тiзбегiндегi генетикалық информацияны жүзеге асыру. Ол: транскрипция, процессинг, трансляция сияқты негiзгi үш сатыдан тұрады. Геном (нем. Genom, ор. геном ағ. genome) – белгiлi бiр түрге жататын организмдердiң тек өзiне ғана тəн сыңар (гаплоидтық) хромосомалар жиынтығы құрамына кiретiн тек өзiне ғана тəн барлық гендер. Генотип (гр. typos – iз, таңба, үлгi, қалып, ор. генотип ағ. genotype) - организмнiң немесе жасушаның тұқым қуалаушылық негiзiн құрайтын гендердiң жиынтығы. Гетерозис (будандық күш) (гр. heteroiosis-өзгеру, айналу, ор. гетерозис ағ. heterosis) – аталық-аналық формалармен салыстырғанда, олардан шыққан бiрiншi ұрпақ буданның бiрқатар көрсеткiштерi мен қасиеттерiнiң асып түсуi, басымдылығы. Гетерокарион (гр. heteros – басқа, karyon- жаңғақ, жаңғақтың дəнi, ор. гетерокарион ағ. heterokarion) – генетикалық айырмашылықтары бар екi жасушаның қосылуынан түзiлген, бiрақ онда ядролар бiрiкпеген будан жасуша. Гомокарион (гр. homos – бiрдей, тең, ортақ, ор. гомокарион ағ. homokaryon) – генетикалық айырмашылықтары жоқ екi жасушаның қосылуынан пайда болған, бiрақ онда ядролар бiрiкпеген будан жасуша. Гибридома (ор.гибридома, ағ. hybridoma) – қалыпты антидене түзуші жасушалар (лимфоциттер) мен миеломдық жасушалардың бірігуінен алынған, шексіз өсу мен моноклоналдық антиденелерді синтездеуге қабілетті жасушалық линия. Гиногенез in vitro (гр. gyne – əйел, genesis – шығу тегi, ор. гиногенез in vitro ағ. gynaegenesis in vitro) – аналық гаметофиттi жасанды қоректiк ортада өсiргенде, аналық хромосомалар жиынтығы бар өсiмдiктiң пайда болу процесi. Гистогенез in vitro (гр. histos-ұлпа, ор. гистогенез in vitro, ағ. histogenesis) – каллус ұлпалардын in vitro өсiргенде, əртүрлi ұлпалардын пайда болып, қалыптасуы; мысалы, ксилемалық жəне флоэмалық элементтердiң түзiлуi (ксилемогенез, флоэмогенез). Гомозигота (гр. homos – бiрдей, тең, ортақ, zygon – жұп, ор. гомозигота, ағ. homozygote) – диплоидтық немесе полиплоидтық жасушаа, организм; олардың гомологиялық хромосомалары белгiлi бiр геннiң ұқсас аллельдерiн ұстайды. Детерминациялану (лат. determinacio – шек қою, анықтау, ор. детерминация, ағ. determinacion – жасушалардың, ұлпа, мүше жəне организмнiң белгiлi бiр даму жолына түсуiне дайындылығы. Сонымен қатар басқа жолмен дамуға шек қойылады. Детертерминациялану 110

кезiнде морфологиялық жаңа бағыттың дамуына түрткi болуға қажет iшкi жағдайлар туады. Дедифференциялану (лат. de-жою, болдырмау, differentia-айырмашылы, ор. дедифференциация, ағ. dedifferentiation – маманданған, бөлiну қабiлетiнен айырылған клеткалардың жаңадан пролиферацияға (бөлiнуге) көшуi. Дифференциялану (ор. дифференциация, ағ. differentiation) – даму процесiнде бiртектi жасушалардың морфологиялық белгiлерi жəне атқаратын қызметi əртүрлi жасушалар түзiлуi (жасушалардың мамандануы) Дифференцировка (ор. дифференцировка, ағ. cell differentiation) – жасуша лардың басқа жасуша лардан ерекшеленiп, маманданған жағдайға көшуi. Диплоид (гр. diploos - қос, екi есе, eidos – түр, ор. диплоид, ағ. diploid) – гаплоид гаметаға қарағанда хромосомалар саны екi еселенген, яғни əрбiр хромосомасы жұптасып келетiн ядро, жасуша, организм. Диплоидтық хромосомалар жиынтығы сомалық (дене) жасушаларда болады. ДНҚ-ның лигазасы (ор. ДНК-лигаза, ағ. DNA-ligase) – ДНҚ-ның полинуклеотидтер бөлшектерiн (фрагменттерiн) бiр-бiрiне реттеп қосатын, жалғастыратын фермент. ДНҚ-ның репарациясы (лат. reparatio – бұрынғы қалпына келу, ор. репарация ДНК, ағ. DNA repair) – барлық организмдердiң жасуша ларындағы нормалы биосинтез кезiнде немесе түрлi физикалық жəне химиялық себептерiнен матрицалық ДНҚ-ның зақымданған жерлерiнiң дұрысталып жаңадан түзiлуi. ДНҚ-ның репликациясы (лат. replicatio – қайталану) ор. репликация ДНК ағ. DNA replication - ДНҚ-ның молекуласының екi еселенiп қөбеюi. ДНҚ-ның екi спиралi жазылады, сутектiк байланыстар ажырайды, жеке (матрицалық) тiзбекке үйлесiмдi, сəйкес жаңа тiзбек (реплика) түзiледi. Идиотип (гр. idios-өзіне тəн, typos – із, таңба, үлгі, қалып, ор. идиотип, ағ.idiotype) – организмнің барлық гендерінің (ядродағы, митохондриядағы, хлоропластардағы) жиынтығы. Иммобилденген жасушалар (лат. immobilis – жылжымайтын, қозғалмайтын, ор. иммобилизованные клетки, ағ. immobilbsed cells) – табиғи немесе синтетикалық заттардың беткі қабатына бекіген немесе полимерлік гельдер құрамына енгізілген, қозғаласы шектелген, осы ортада өсетін жасушалар. Иммуноферментік талдау (лат. immunitas- құтылу, босану, ор. иммуноферментный анализ, ағ.enzyme immunoassay – «антиген111

антидене» комплексінің ферменттік активтігін анықтауға негізделген иммунодиагностикалық əдіс; сезімталдығы өте жоғары. Индукциялау (лат. induction - қозу, ор. индукция, ағ. induction) – сыртқы орта факторлары немесе өсімдіктің бір бөлігінің екінші бөлігіне əсер етіп, өсімдіктің даму жолын белгілеу. Олар индукторлар, мысалы: гормондар, сыртқы ортаның түрлі факторлары, кейбір метаболиттер. Индуктор организмнің, мүшенің даму жолын бір жүйеге келтіреді, себебі сол жүйенің ғана индукторлық əсерді қабылдауға мүмкіндігі бар. Инокулюм (лат.inoculatio – егу, ор. инокулюм, ағ.inoculum) – жаңадан дайындалған қоректік ортаға көшіріп отырғызу үшін қолданылатын суспензияның азғантай бөлігі. In vitro (лат. in vitro - шыныда)- шыныда, жасанды жағдайда. In vivo (лат.in vivo - тірі организмнің құрамында) - тіршілік иесінде, оның құрамында, бөлінбеген күйде. Каллус (лат. callus - қалын тері, ор. каллус, ағ. callus – ұлпа, өсімдік жасуша ларының ретсіз бөлінуінің нəтижесінде пайда болады. Клеткалық циклі (гр.kyklos - дөңгелек, шеңбер, ор. клеточный цикл, ағ. cell cycle) – клетканың бір бөлінуінен екінші рет бөлінуіне дейінгі клеткада жүретін тіршілік процестердің жүйесі, ол митоздан (мейоздан) жəне интерфазадан (G1, S, G2) тұрады. Өсімдік жасушаларын өсіру (ор.культура клеток растений, ағ.plant cell culture) - өсімдіктердің жасушаларын, ұлпаларын жəне мүшелерін өсіру. Клеткалар суспензиясы (лат. suspension-асып қою, ор. суспензионная культура клеток, ағ. suspension cell culture) – жеке жасушаларды немесе кішігірім жасушалар топтарын аппаратура арқылы ауамен қамтамасыз етіп жəне араластыра отырып, сұйық қоректік ортада өсіру. Жасушаларды қорландырып (мерзімді) өсіру (ор. накопительное (периодическое) культивирование, ағ. accumulation (batch) cell cultivation) – жасушалар суспензиясын жабық ыдыста бастапқы құйылған қоректік ортасы жаңартылмай өсіру. Жасушаларды үзіліссіз өсіру (ор. непрерывное культивирование, ағ. continuous - flow cell cultivation) – жасушаларды сұйық қоректік ортаның үзілмей беріліп тұратын ағынында өсіру. Жасушаларды ағынды жабық жүйеде өсіру (ор.закрытая проточная система культивирования, ағ. closed continuous - flow cell cultivation) – жасушалар өсетін сұйық орта үздіксіз жаңа қоректік ортамен қамтамасыз етіліп тұрады, сұйық ортаның кіріп құйылу қарқыны мен оның төгіліп сыртқа шығу қарқыны бірдей болады. 112

Жасушаларды ағынды-ағынсыз жүйеде өсіру (ор. полупроточная система культивирования клеток, ағ. continuous half-flow cell cultivation) - сұйық қоректік ортада өскен жасушалар суспензиясының бір бөлігі оқтын-оқтын алынып, оның орнына нақ сондай мөлшерде жаңа қоректік орта құйылып тұрады. Жасушаларды ағынды ашық жүйеде өсіру (ор.открытая проточная система культивирования клеток, ағ.open continuous - flow cell cultivation) - үздіксіз ағып кіріп тұрған жаңа қоректік орта мен төгіліп сыртқа ағып шыққан жасушалар суспензиясының қарқынының (көлемдерінің) тең болуы. Жасушаларды турбидостатта өсіру (лат. turbo –құйын, шыр айналу, ор. культивирование клеток в режиме турбидостата) – фотоэлементті қолданып биомасса концентрациясын тікелей бақылау арқылы, жасушаларды сыртқы жағдайдан ешқандай шектеусіз, үздіксіз өсіру. Жасушаларды хемостатта өсіру (гр.chemia – химия, ор. культивирование клеток в режиме хемостата, ағ.chemostat) – құрамында өсуді тежейтін концентрациясы белгілі компоненті бар жаңа қоректік орта тұрақты жылдамдықпен биореакторға құйылып түсіп тұрады да, сондай жылдамдықпен өскен жасушалар суспензиясы алынып отырады. Жасушаларды жаңа қоректік ортаға көшіру (пассаж) (фр.passage-егу), ор.субкультивирвоание, пассаж, пассирование, ағ. subculture) – жасушаларды жаңадан дайындаған қоректік ортасы бар шыны ыдысқа ауыстырып отырғызу. Жасушаларды мұздатып сақтау (ор. криосохранение клеток, ағ. cryopreservation) – мұздатып алып, өте төмен температурада сақтау, мысалы, сұйық азотта -1960С температурада. Клеткалық инженерия (ор. клеточная инженерия, ағ. cell engineering) – қайта құрастыру, будандастыру негізінде клетканың жаңа типін жасау əдісі. Жасушаларды жасанды жолдармен будандастырғанда, сомалық (жыныстық емес) жасуша ларды бір-біріне қосқанда будан геномы түзіледі. Ал жасуша ларды қайта құрастырғанда жасушаның құрамына кіретін ядроны, цитоплазманы, митохондрияларды, хлоропластарды, хромосомаларды əртүрлі жасушалардан алып жаңа жасушаны жасайды. Клеткалық селекция (лат. selectio-таңдау, сұрыптау, ор. клеточная селекция, ағ. cell selection) – сұрыптаушы қоректік ортаны қолданып мутант жасушалар мен сомаклондық варианттарын бөліп алу əдісі Жасушалардың кері немесе негативтік селекциясы (ор. непрямая или негативная селекция клеток, ағ. negative selection) – белгілі бір 113

жағдайлар жасап сұрыптау. Бұндай жағдайда жасушалардың жабайы типтері ғана бөлінеді де, біраздан кейін өліп қалады, ал керек қасиеттері бар мутант жасушалар бұл ортада өспейді, бірақ тірі қалады. Жасушалардың тура селекциясы (ор. прямая селекция клеток, ағ. straight selectioп) - жасушаларды тежегіштердің (ингибитор) қатысуында өсіріп, бұзылған метаболизмді қалпына келтіре алатындарын, яғни мутанттарды сұрыптау. Клон (гр. clon –ұрпақ, бұтақ, ор.клон, ағ. clone – қоректік ортада жалғыз бір жасуша дан көбейген жасушалар. Клондау (ор. клонирование, ағ. cloning) – құрамында трансформация жолымен енгізілген ДНҚ-ы молекуласы бар, бактериялық жасушаларды агарға сеуіп, ДНҚ молекулалары қоспасын бөлу. Бір бактериялық колонияны бір клетканың ұрпағы деп түсіну керек, оның барлық жасушалары құрамында бір типті рекомбинанттық ДНҚ молекуласы бар. Криопротектор (гр.kryos – суық, аяз, мұз, лат.protector – қорғаушы, ор. криопротектор, ағ.cryoprotectant) – жасушаның мұздап қату нүктесін төмендетіп, жасуша ішіндегі сумен байланысып, жасушаны механикалық жəне осмостық бүлінуінен қорғайтын зат. Моноклондық антиденелер (ор. моноклональные антитела, ағ.monoclonal antibodies) – бір эпитопқа (антигендік детерминанта) қатынасты қатаң арнайы біртипті антиденелер. Қалыпты антидене түзеуші жасушалармен шексіз өсуге қабілетті миеломдық ісіктік жасушалармен біріккенде гибридомалармен синтезделеді. Морфогенез in vitro (гр.morphe – түр, қалып, genesis-шығу тегі, туыс, ор. морфогенез in vitro, ағ. in vitro morphogenesis) - in vitro жағдайындағы морфогенез, организмнің дамуын қамтамасыз ету үшін форманың немесе құрылымдардың дамуы, жетілуі. Мутация (ор.мутация, ағ. mutation) – генетикалық материалдың кенеттен табиғи немесе жасанды түрде өзгеруі салдарынан, организмнің қандай да бір тұқым қуалайтын белгілерінің өзгеруі. Мутацияның: генеративтік мутациялар (жыныс жасушаларында жүретін), сомалық, ядролық жəне цитоплазмалық мутациялар сияқты бірнеше түрі бар. Органогенез in vitro (гр. organon-мүше, genesis-шығу тегі, ор.органогенез in vitro, ағ. in vitro organogenesis) - ұлпаларды жасанды қоректік ортада өсіргенде бұрынғы бар тамыр, бүршіктерден жəне бастауыш (инициаль) жасушалардан емес, жаңадан мүшелердің түзілуі. Өсіру циклі (гр. kyklos- дөңгелек, шеңбер, ор.цикл выращивания, ағ. growth cycle) – трансплантты немесе сұйық қоректік ортада өскен жасушалардың бөлігін (инокулюмды) жаңа қоректік ортаға отырғызғаннан бастап келесі жаңа қоректік ортаға ауыстырғанға дейінгі өсу кезеңі. 114

Плазмида (ор.плазмида, ағ.plasmid) – бактерияларда хромосомадан бөлек кездесетін, өздегінен репликациялана алатын, кішігірім сақина тəрізді ДНҚ молекуласы. Пролиферация (лат.proles – бұын, ұрпақ,fero-алып жүремін), ор.пролиферация, ағ.proliferation – бастапқы бар клеткалардың көбеюі арқылы жасушалар мен ұлпалардың жаңадан пайда болуы. Протопласт (гр.protos–бірінші, алғашқы, plastos - жасалған, ор. протопласт, ағ.protoplast) – өсімдік жасушасы ішіндегі заттардың жалпы атауы; ферменттердің əсері немесе механикалық əдістермен қабығы түгел жойылған өсімдік жасушасы. Регенерант (лат.regeneratio-жаңғыру, қайта басталу, ор. регенерант, ағ. regenerated plant) – in vitro жағдайында қоректік ортада өсімдік жасушалары мен ұлпаларын өсіргенде пайда болған өсімдік. Сомаклондық өзгергіштік (гр.soma - дене, clon - ұрпақ, бутақ, ор.сомаклональная изменчивость, ағ.somaclone variability) - өсімдік жасушаларының ядролық жəне органоидтық геномдарының тұрақты еместігінен болатын фенотиптік өзгергіштіктер. Нақты мутациялардан айырмашылығы жиі кездесуі жəне өзгерістердің (геннің, хромосоманың, геномның құрылысының өзгеруі) комплекстік түрде жүруімен айқындалады. Сомалық будандастыру (гр. soma-дене, para-маңында, жанында, фр.sexe-жыныс, ор.соматическая (парасексуальная) гибридизация, ағ. somatic hіbridization) - будандастырудың жыныстық шағылыстыру жолынан басқа жолы. Бұндай жағдайда ата-аналық жасушалар ретінде оқшауланған сомалық протопластарды пайдаланады; қосылған протопластардан кейіннен регенерация арқылы будан, тұтас өсімдіктер пайда болады, өседі. Сомалық эмбриогенез (гр.embryon-ұрық, genesis-шығу тегі, ор.соматический эмбриогенез, ағ. somatic embryogenesis) - ұлпаларды жəне жасушаларды қоректік ортада өсіргенде ұрық тəрізді құрылымдардың түзілу процесі, табиғи жағдайдағы ұрықтың дамуына өте ұқсас болады. Тотипотентік (лат.totus-барлығы, тұтас, potentia-күш, ор. тотипотентность, ағ. totipotence) – өсімдіктердің сомалық жасушаларының өсуге қабіліттілігін толық көрсете алуы, яғни ядродағы генетикалық информация негізінде организм түзу мүмкіндігін іске асыруы. Транспозондар (жылжымалы генетикалық элементтер) (лат. transpositio – орын аустыру, ор.транспозоны (мобильные генетические элементы), ағ.transposon) - құрылымы жəне генетикасы жағынан жеке ДНҚ бөлшектері (фрагменттері); жасуша геномындағы орнын ауыстыруға қабілетті. 115

Трансформация (трансгеноз) (лат.transformatio - айналу, transарқылы, гр.genos-шығу тегі, ор.трансформация (трансгеноз), ағ. transformation – бөтен генетикалық информацияны жасушаға енгізу. Ұрғашы-реципиент (ор.самка-реципиент, суррогатная мать) - əрі қарай жеткізу үшін жұмыртқаларды немесе эмбриондарды ұрғашының жыныстық жолына кіргізеді (синонимдер: қабылдаушы ана, жалғанбуазды ұрғашы) Цитопласт (ор.цитопласт, ағ.cytoplast ) – ядросы жоқ протопласт. Эксплант (лат.ex–сыртында, тыс, plantare – егу, отырғызу, ор. эксплант, ағ.explant – мүшенің немесе ұлпаның бөлігі, оны жеке өсіруге немесе одан бастапқы каллус алуға болады. Эмбриоид (гр.embryon–ұрық, eidos -түр), ор.эмбриоид, ағ.embryoid – ұрық тəрізді құрылым, сомалық жасушаларынан пайда болады, дамиды. Эмбрионалдық ұрпақ жасушалары, ЕS–жасушалары (ағ.embryonic stemcells) - бластоциста сатысындағы эмбриондардың жасушалары, олар жасушалардың кез келген типіне жетілуге қабілетті, оның ішінде бластоциста сатысында басқа эмбрионға кіргізгенде ұрықтық линиялар жасушаларына айнала алады. Электропорация - жасуша мембранасында қосымша саңылауды өзін инкубациялау немесе алғашқы каллусты алу үшін пайдалану. Ядролық клондау (ор.ядерное клонирование, ағ. nuclear cloning) – бекітілген диплоидтық сомалық ядролы ядросыз жұмыртқадан тірі организмді алу

116

Қосымша 1-кесте Өсімдік жасушаларын іn vіtro жағдайында өсіру үшін кеңінен пайдаланылатын қоректік орталардың құрамы

Макроэлементтер Са(NO3)2 КNO3 NaNO3 NH4NO3 NH4H2PO4 (NH4)2 SO4 MgSO4 х 7Н2О СаСl2 х 2Н2О КСl КН2РО4 NaH2РО4 х Н2О Микроэлементтер MnSO4 х Н2О MnSO4 x 4H2O KJ Н3ВО3 ZnSO4 х 7H2O CuSO4 CuSO4 х 5Н2О Na2MoO4 x 2H2O СoСl2 x 6H2O AlCl3 NіCl2 x 6H2O Темір иондары FeCl3 x 6H2O FeSO4 x 7H2O Fe2(SO4)3 Сиквестрен-330 Fe Na2 ЭДТА

Линсмайер-Скуг ортасы

Хеллер ортасы

В5 ортасы

ШенкХильдербранд ортасы

Уайт ортасы

Ортаның компоненттері

Мурасиге-Скуг ортасы

Ортадағы концентрациясы, мг/л

1900 1650 370 440 170 -

142 81 74 65 12 -

2500 300 400 200 -

3000 134 500 150 150

600 250 75 750 125

1900 1650 370 440 170 -

22,3 0,83 6,2 8,6 0,025 0,25 0,025 -

-

10 1 5 1 0,2 0,1 0,1 -

10 0,75 3 2 0,25 0,25 0,025 -

0,1 0,01 1 1 0,03 0,03 0,03

22,3 0,83 6,2 8,6 0,025 0,25 0,025 -

27,8 37,3

2,46 -

15 20

28 -

1 -

27,86 37,26

117

Органикалық заттар Мезо-инозит Тиамин-НCl Никотин қышқылы Пиридоксин-НСl Ашытқы экстракты Сахароза РН

100 0,1 0,5 0,5 30000 5,6-5,8

100 20000 -

1000 5 0,5 0,5 30000 5,9

100 10 1 1 20000 5,5

20000 -

100 0,4 30000 5,8 2 кесте

Микроорганизмдерді өсіру үшін қоректік ортаның құрамы Компоненттер, мг\л

L-аргинин HCl L-цистин L-цистин х2 Н2О L-глутамин L-гистидин HClх Н2О L-изолейцин L-лейцин L-лизин СНІ L-метионин L-фенилаланин L-треонин L-триптофан L-тирозин L-валин

Эрл Хенкс ерітіндісінде ерітіндісінде Иглдің негізгі Иглдің негізгі ортасы (ВМЕ) ортасы Аминқышқылдары: 21,06 21,06 14,21 14,21 292,3 292,3 10,50 10,50 26,23 26,23 36,53 7,46 16,51 23,82 4,08 22,51 23,43

Эрл немесе Хенкс ерітіндісінде Игл ортасы (МЕМ), минималданған 126,40 31,30 292,3 41,90

26,23 26,23 36,53 7,46 16,51 23,82 4,08 22,51 23,43

52,50 52,50 73,06 14,90 33,02 47,64 10,20 36,22 46,90

1,00 1,00 1,00 1,00 2,00 1,00 1,00 0,10 1,00

1,00 1,00 1,00 2,00 1,00 1,00 0,10 1,00

Витаминдер: Биотин Са-пантотенат Холин хлорид Фолий қышқылы І-инозитол никотинамид Пиридоксаль HCl Рибофлавин Тиамин HCl

1,00 1,00 1,00 1,00 2,00 1,00 1,00 0,10 1,00

118

Бейорганикалық тұздар: Эрл ерітіндісі СаCl2 х 2 HCl КCl MgSO4 x 7 Н2О NaCl NaHCO

264,9 400,0 200 6800 850.0

-

265,0 400,0 200,0 6800.0 1860.0 158.3

Биогазды алу

Ауыл жəне малшаруашылық биоқалдықтарды анаэробты жағдайда метантүзуші бактериялар ыдырап метанотенкте метан газы пайда болады. Биогаз жылу мен энергияның көзі саналады. Сонымен қатар қалған қатты органикалық қалдықтарды престен өткізіп, қептіріп компост ретінде ауылшаруашылығында қолданылады. 1-сурет. Метанотенкт арқылы биогазды алу сызба-нұсқасы (Кузнецова, 2006)

119

Бағаналы жасушалардың плюропотенттік қасиеті

А

Ə

А - нейрондардың мысалында бағаналы жасушалардың «пісіп жетілген маманданған» жасушаларына айналдыру: бағаналы жасуша→жартылай бағаналы жасуша→ «маманданған» нейрондар. Ə - бағаналы жасышаларды бөліп алу→in vitro жасанды жағдайында өсіру→маманданған ұлпаны алу→имплантацияны іске асыру 2-сурет. Бағаналы жасушалардың «мамандану» жолдары жəне жасанды жағдайында өсірілген бағаналы жасушаларды имплантологияда пайдалану

120

СӨЖ тапсырмалары 1. Биосинтездік өнеркəсібі 2. Иммобилденген ферментерді жəне жасушаларды қолдану (инженерлік энзимологияда, медициналық биотехнологияда) 3. Микроорганизмдерді дəрі-дəрмек алу үшін пайдалану 4. Биоконверсия 5. Клондық технология (жануарларды клондау, генді клондау технологиясы) 6. Биосенсорларды қолдану 7. Гендік инженерияда қолданылатын вектор жүйесі 8. Адам геномы 9. Фиторемедиация 10. Рекомбинанттық микроорганизмдерді алу жəне оларды белок синтезін жүргізу үшін пайдалану 11. Витаминдерді өнеркəсіптік жолымен алу 12. Трансгенді жануарларды алу жəне оларды пайдалану 13. Трансгенді өсімдіктерді алу жəне оларды пайдалану 14. Биогазды алу тəсілдері 15. In vitro өсірілетін жасушаларды гормондарды алу үшін пайдалану

121

ƏДЕБИЕТТЕР Негізгі əдебиеттер: 1. Əлмагамбетов Қ.Х. Биотехнология негіздері. - Астана, 2007. 208 б. 2. Жұбанова А.А., Абдиева Ж., Шөпшібаева Қ.К. Биотехнология негіздері. - Алматы: Қазақ университеті, 2006. 3. Уəлиханова Г.Ж. Өсімдік биотехнологиясы: Оқулық. Алматы: Қазақ университеті, 2001. -350 б. 4. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. М.: изд. Мир. 2002. 5. Егорова Т.А., Клунова С.М., Живухина Е.А. Основы биотехнологии (3-е изд.) - М.: Издательский центр «Академия», 2006. -208 с. 6. Антипова Л.В., Жаринов А.И. Прикладная биотехнология. Воронеж. ВГТА. 2001, -332 с. Қосымша əдебиеттер: 1. Биотехнология. /под ред.- Егорова Н.С., Самуилова В.Д., в 8 книгах. М.: Высш. шк., 1987. 2. Шевелуха В.С., Калашникова Е.А., Дегтярев С.В. и др. Сельскохозяйственная биотехнология. - М.: Высш. шк., 1998. 3. Рыбальский Н.Г., Скуратовская О.Д. Белковая инженерия. – М., 1990. 4. Бейли Дж.Э., Оллис Д.Ф. Основы биохимической инженерии. – М., 1989 – ч.1, ч.2. 5. Муромцев Г.С., Бутенко Р.Г., Тихоненко Т.Н., Прокофьев М.И. Основы сельскохозяйственной биотехнологии. - М.: ВО Агропромиздат, 1990. 6. Рахимбаев И.Р., Колумбаева С.Ж., Джокебаева С.А. Культура клеток и клеточная инженерия растений. - Алматы, 1993. 7. Кершанская О.В. Генетическая инженерия растений. Практический подход. Алматы, 2007. -152 с. 8. Антипова Л.В., Жаринов А.И. Прикладная биотехнология. – «Қазақ университеті», Воронеж. ВГТА. 2001. - 332 с. 9. Уəлиханова Г.Ж., Есмағұлов Қ.Е. Өсімдіктер биотехнологиясында пайдаланатын терминдердің орысша-қазақша түсіндірме сөздігі. – Алматы: «Қазақ университеті», 1997. – 37-б.

122

МАЗМҰНЫ КІРІСПЕ.................................................................................................3 БІРІНШІ ТАРАУ. БИОТЕХНОЛОГИЯНЫҢ ТЕОРИЯЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ 1.1. Биотехнологияның даму тарихы ..................................................5 1.2.Биотехнологияның негізгі салалары мен міндеттері..................6 1.3. Биотехнологиялық əдістер............................................................9 ЕКІНШІ ТАРАУ. ƏРТҮРЛІ ОРГАНИЗМДЕРДІҢ ЖАСУШАЛАРЫН IN VITRO ЖАҒДАЙЫНДА ӨСІРУ ƏДІСТЕРІ ЖƏНЕ ПРИНЦИПТЕРІ 2.1. Бионысаналар жəне оларды жасанды жағдайында өсіру əдістері...................................................................................................18 2.2. Жасушалардың өсуіне əсер ететің факторлар...........................26 ҮШІНШІ ТАРАУ. КЛЕТКАЛЫҚ БИОТЕХНОЛОГИЯНЫҢ НЕГІЗГІ САЛАЛАРЫ 3.1. Микроорганизмдер биотехнологиясы .........................................29 3.1.1. Биосинтездік өнеркəсібі ..................................................29 3.1.1.1. Антибиотиктерді алу технологиялары........................32 3.1.1.2. Вакциналарды алу өндірісі...........................................38 3.1.2.Ауыл шаруашылығында қолданылатын микробтық биопестицидтер, биотыңайтқыштар, эубиотиктер, микробтық жем-қоспалар .............................................................40 3.1.3. Микроорганизмдерді экологияда жəне биоэнергетикада қолдану. Биодеградация жəне биоконверсия..............................48 3.2. Өсімдіктер биотехнологиясы........................................................56 3.2.1. Биологиялық белсендi заттар жəне өсiмдiк тектес өнiмдерді алу биотехнологиясы................................................56 3.2.2. Клеткалық инженерия .........................................................59 3.2.3. Гендік инженерия ................................................................62 3.2.4. Клеткалық селекция ............................................................65 3.2.5. Гаплоидты технология ........................................................68 3.2.6. Өсімдіктер сауықтыру технологиясы ..............................70 123

3.2.7. Өсімдік биотехнологияны экологияда жəне биоэнергетикада қолдану..............................................................72 3.3. Жануарлар биотехнологиясы .......................................................75 3.3.1. Гибридомалар жəне моноклонды антиденелерді .............75 алу технологиясы...........................................................................75 3.3.2. Эмбриоинженерия. Бағаналы жасушаларды in vitro өсіру технологиялары .......................................................79 3.3.3. Жануарларды клондау технологиясы ................................80 3.3.4. Жануарлар гендік инженериясы.........................................81 3.4. Клеткалық биотехнологияны медицинада пайдалану...............87 3.5. Клеткалық биотехнологияның болашағы жəне даму бағыттары.....................................................................................97 3.5.1. Биоэлектроника....................................................................97 3.5.2. Ғарыштық биотехнология...................................................99 3.5.3. Экологиялық биотехнология ..............................................101 ТЕРМИН СӨЗДЕРГЕ ТҮСІНІК (ГЛОССАРИЙ)...............................106 Қосымша................................................................................................117 СӨЖ тапсырмалары .............................................................................121 ƏДЕБИЕТТЕР .......................................................................................122

124

Оқу басылымы

Тұрашева Светлана Қазыбекқызы КЛЕТКАЛЫҚ БИОТЕХНОЛОГИЯ НЕГІЗДЕРІ Оқу құралы Стереотиптік басылым Редакторы Самат Қалуов Компьютерде беттеген Тұраш Сапарова

ИБ № 4825 Басуға 19.08.2020 жылы қол қойылды. Пішімі 60х84 1/16. Көлемі 7,812 б.т. Офсетті қағаз. RISO басылыс. Тапсырыс №272. Таралымы 500 дана. Бағасы келісімді. Əл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің «Қазақ университеті» баспасы. 050040, Алматы қаласы, əл-Фараби даңғылы, 71. «Қазақ университеті» баспаханасында басылды

125