Антропогенний фактор та його вплив на організм людини. реферат. экология. 2021-06-26
Тема. Антропогенний фактор та його вплив на організм людини
План
1. Якісні зміни
антропогенезу на сучасному етапі
2. Поняття
антропогенного фактору. Особливості антропогенних екосистем
3. Процеси
урбанізації. Особливості мікроклімату урбоекосистем
4. Забруднення
довкілля і вплив на здоров’я людини
5. Створення
штучних геохімічних провінцій та їх вплив на здоров’я людини
6. Закон
„шагреневої шкіри” і закон неможливості усунення відходів. Формула Небела
7. П’ять
„залізних законів” П.Р. Ерліха
8. Економіко-екологічне
сприймання глобальної екологічної кризи. Чотири закони Б. Коммонера
Література
1.Якісні зміни антропогенезу на сучасному етапі
Завдяки соціальній
еволюції людини її екологічною нішею стала вся Земля. Соціальні і технічні
можливості дозволили людині використовувати майже всі продукти, будь – яку їжу,
що може дати природа. Людина постійно розширює обсяг та спектр продуктів,
отримуваних штучно. Залежність від природи зведено до мінімуму. Надзвичайна
екологічна валентність (людина є по суті гіпереврибіонтним видом) дозволила
людині підкорювати своїм інтересам інші біологічні види. На сучасному етапі
людина активно створює штучне середовище з метою задоволення власних потреб.
Такі можливості досягнуті переважно за рахунок технічних засобів, тобто, людина
в значній мірі вичерпала потенціал своїх біологічних адаптацій. Однак це не
виключає повного припинення дії природного добору в популяціях людей. В певних
регіонах Світу в деяких людських популяціях утворилась підвищена стійкість до
ендемічних захворювань. Так,африканці-аборигени не хворіють на 3-добову
малярію, у європейців набагато легше протікає захворювання на кір. В
Центральній Азії низька частота 1-ї групи крові, що пов’язано з минулими
епідеміями чуми, оскільки ця група крові має понижену стійкість до чумної
палички. Не зупинився і мутаційний процес в популяціях людей. У новонароджених
частота спадкових захворювань виявляється з частотою 1 : 40000. Внаслідок
цього, та завдяки досягненням медицини, які дозволяють виживати дітям з вродженими
аномаліями, в генофонді людства відбувається накопичення негативного
генетичного вантажу. У людських популяціях за останні 100-150 років зросла
міграція населення, поширення кола потенційних партнерів при шлюбах внаслідок
подолання культурно-релігійних та соціально-економічних перешкод. Це призвело
до змішування населення, а тому гени в поколіннях дітей набувають все більшого
гетерозиготного стану. В багатьох країнах середній ріст людини підвищився на
5-15 см., настання статевої зрілості змінилося з юнацького віку (16-18 років)
на підлітковий вік (13-14 років). Все це підвищує частоту комбінативної
мінливості, що сприяє більшій пристосованості до мінливих умов середовища,
підвищує виживання людини як біологічного виду.
2.Поняття антропогенного фактору. Особливості антропогенних
екосистем
Завдяки діяльності
людини більшість біологічних видів живуть в середовищі, що постійно зазнає
впливу антропогенних факторів. Антропогенні фактори – це фактори людської
діяльності. Серед них розрізняють фактори, що безпосередньо впливають на
довкілля і ті, що опосередковано здійснюють такий тиск. Виділяють кілька
специфічних особливостей дії антропогенних факторів. А саме:
– нерегулярність дії, і
в зв’язку з цим, непередбачуваність для організмів, а також інтенсивність змін,
більша за адаптаційні можливості організмів;
– практично необмежені
можливості впливу на організми, навіть до їх повного знищення;
– модифікуючий вплив на
довкілля за рахунок активної зміни абіотичних факторів
(клімат, температура і
ін.), або привнесення в середовище чужорідних агентів – ксенобіотиків;
– зміна середовища
переважно в несприятливих, шкідливих напрямках для життєдіяльності організмів,
і самої людини;
Основною властивістю
природних екосистем є здатність до розвитку та відновлення і саморегуляції, в
яких живі й неживі компоненти поєднані між собою причинно-наслідковими
зв’язками, обміном речовин та розподілом потоку енергії. В штучних,
антропогенних екосистемах обмін речовин та енергії відбувається за участю
людини, тому вони не здатні до самовідновлення та саморегулювання. Залежно від
роду діяльності людини антропогенні екосистеми поділяються на промислові,
сільськогосподарські, міські. Раніше від інших були створені людиною
сільськогосподарські екосистеми з метою забезпечення потреб людини у продуктах
харчування – агроценози.
3.Процеси урбанізації. Особливості мікроклімату урбоекосистем
Однією з найбільш
характерних особливостей розвитку сучасного суспільства є швидкій ріст міст.
Перші міста з’явились більше 5000 років назад і впродовж всього історичного розвитку
людства зростали дуже повільно. Так, на початку ХХ ст. в містах проживало
приблизно 14% населення Землі. Демографічний вибух в ХХ ст. супроводжувався
інтенсивним збільшенням чисельності міського населення. За оцінкою вчених на
сьогодні в містах проживає приблизно 50% людства. Спостерігається процес
урбанізації – процес підвищення ролі міст у розвитку суспільства. Для
урбанізації характерний приплив у міста сільського населення і зростаючий рух
людей у мегаполіси. Особливі міські відносини охоплюють соціально-професійну і
демографічну структуру населення, його спосіб життя, розміщення виробництва і
розселення. Причинами урбанізації є в першу чергу індустріалізація та
поглиблення територіального поділу праці. Міське життя має ряд переваг: краща
система забезпечення продуктами харчування і іншими товарами, комунальні
послуги, медична допомога, можливості отримати освіту, працевлаштування.
Одночасно сучасна система життєзабезпечення міст не вирішує багатьох проблем:
збільшення щільності населення на незначних територіях, забруднення довкілля,
значний шумовий фон, проблема відходів провокують підвищення рівня стресу в
міських популяціях людей, погіршення стану здоров’я.
Однією з особливостей
створення штучного міського середовища є формування особливого мікроклімату.
Кліматичні умови місцевості визначають інтенсивність сонячної радіації,
температуру та вологість повітря, атмосферний тиск та склад повітря, напрямок і
швидкість вітрів, хмарність, кількість опадів. Велике поглинання радіації в
містах призводить до істотного нагрівання повітря. Середньорічна температура в
містах на 0,5-3,0 градуси за Цельсієм вище, ніж в природному навколишньому
середовищі. Надлишкове тепло продукується багатьма компонентами міської
інфраструктури. Над містами тепле повітря створює купол висотою 200-300 метрів,
який обмежений інверсією температури. Особливості температурного режиму
призводять до зменшення вологості повітря (на 6% – 8%) збільшення безвітряних
днів, зміну складу атмосферного повітря за рахунок забруднювачів.
Окреме місце в житті
сучасної людини займає її житло. В міських домах житло характеризується
можливістю підтримування сталої температури на протязі всього року, внаслідок
отоплювання – значною сухістю повітря, за рахунок штучного освітлення можливе
продовження світлового дня при сезонних змінах на протязі року. Одночасно
створюються сприятливі умови для багатьох інфекційних збудників, а скупчення
значної кількості людей часто призводить до виникнення епідемій (періодичні
спалахи епідемій грипу). Людина в містах майже не відчуває впливу зовнішніх
абіотичних факторів, або захищена від них за допомогою технічних досягнень
людства. Це призводить до того, що адаптаційні механізми організму, вироблені
на протязі довготривалої еволюції до дії абіотичних факторів середовища не
працюють, і захисні системи організму послаблюються. Лікарів все більше хвилює
погіршення імунітету серед міського населення .
4.Забруднення довкілля і вплив на здоров’я людини
В основі існування
людини лежить необхідність задоволення власних потреб. Надзвичайно велика
чисельність людських популяцій призводить до необхідності нарощування
виробничих потужностей для задоволення цих потреб. Завдяки інтенсифікації
людської діяльності та досягненням науково-технічного прогресу антропогенний
тиск на довкілля збільшується. Це супроводжується забрудненням навколишнього
середовища внаслідок господарської діяльності людини. Забруднення – це внесення
у навколишнє середовище або виникнення в ньому нових, зазвичай не характерних
хімічних і біологічних речовин, або внесення в надлишковій кількості уже
відомих речовин, які чинять шкідливий вплив на природні екосистеми й людину.
Надлишок одних речовин у природному середовищі або наявність інших призводить
до зміни екологічних факторів. Зміна хімічного складу довкілля, внаслідок
внесення забруднювачів, призводить до зміни фізико-хімічних параметрів
навколишнього середовища, до збільшення тиску на адаптаційні системи організму
людини. Компенсаторні можливості організму не безмежні, і обмежуються
спадковими властивостями організму. Людині властива широка норма
реакції-діапазон адаптивної мінливості організму в середовищному градієнті, але
й вона не безмежна. Коли концентрація, або рівень забруднювачів переважає межі
пристосування організму людини, або має ефект поступового накопичення
(кумуляції) полютантів в організмі, спостерігається порушення сталості
внутрішнього середовища організму, послаблюються його захисні механізми, на
фоні чого розвиваються різноманітні патологічні стани. Багато полютантів
проникає до організму людини і включається в процеси життєдіяльності на всіх
рівнях, що призводить до розвитку різноманітних захворювань, пов’язаних з
порушенням обміну речовин на клітинному рівні. З екологічної точки зору хворобу
можна розглядати як недостатню адаптацію організму до навколишнього середовища,
негативну реакцію організму на її несприятливий вплив. Доведено, що серед
факторів, що негативно впливають на здоров’я людини, одно з ведучих місць
займають різноманітні забруднення. Збільшення захворюваності обумовлюється також
різноманітними трансформаціями природного середовища, з поступовим
перетворенням їх в техногенні ландшафти.
5.Створення штучних геохімічних провінцій та їх вплив на здоров’я
людини
Важливе значення в
підтриманні сталості внутрішнього середовища організму відіграють різні
мікроелементи, які в природі розподілені нерівномірно. Люди можуть отримувати
їх з їжею, або з водою в недостатній або надлишковій кількості, що може
призводити до патологічних станів. Такі захворювання називають ендемічними, а місцевості
– геохімічними провінціями. Як правило, вони охоплюють велику кількість людей і
характерні для окремої місцевості, де в мінеральному складі грунту і води
відсутні чи присутні в надлишкових кількостях ті чи інші мікроелементи. В даний
час, окрім природних ендемічних по тому або іншому хімічному елементу
геохімічних провінцій, з’явилися штучні біогеохімічні райони і провінції. Їхня
поява зв’язана з використанням різноманітних пестицидів, мінеральних добрив,
стимуляторів росту рослин, а також з надходженням в грунт промислових викидів,
стічних вод і відходів. В штучно створених ендемічних провінціях (внаслідок
міграції екзогенних хімічних речовин з грунту в атмосферне повітря, воду або
рослини) спостерігаються гострі і хронічні отруєння, випадки алергічних
захворювань. Відмічається також підвищення небезпеки ґрунту, пов’язаної з
підвищеним вмістом в ньому бензпирену і подібних йому канцерогенних сполук
поблизу аеродромів, а також уздовж коридорів руху літаків. Штучні геохімічні
провінції з підвищеним вмістом канцерогенних речовин в ґрунті спостерігаються
також поблизу ТЕЦ з малоефективними золовловлювачами, після лісових пожеж,
поблизу автомагістралей і т. п.
Місцеве населення
постійно підпадає під несприятливий вплив екзогенних хімічних речовин. В таких штучних
геохімічних провінціях спостерігається підвищення рівня захворюваності,
вроджених вад і аномалій розвитку, порушення фізичного і психічного розвитку.
Крім віддалених наслідків в штучних геохімічних провінціях спостерігаються
випадки не тільки хронічних, але і гострих отруєнь при проведенні ручних і
механізованих робіт на сільськогосподарських полях, городах, садах, оброблених
пестицидами, а також на земельних ділянках, забруднених екзогенними хімічними
речовинами, що містяться в атмосферних викидах промислових підприємств, їхніх
відходах. Так, наприклад, забруднення грунту
фторовмісними сполуками за рахунок
промислових викидів призводить до розвитку флюорозу у людей, що харчуються плодами рослин, вирощених
на цьому грунті. Відмічено несприятливий вплив фтору на функцію кровотворення у дітей. Спостерігаються також порушення
фосфорно-кальцієвого обміну, виникнення хвороб печінки і нирок, гострих гастритів.
В незабрудненому грунті ртуть
звичайно знаходиться у вигляді слідів. Підвищений вміст ртуті дуже негативно діє на організм
людини. Спостерігається збільшення частоти захворювань нервової і ендокринної
систем, сечостатевих органів у чоловіків, зниження фертильности.
В результаті штучного
підвищення концентрації свинцю і надходженню його в організм
людини спостерігаються патологічні зміни в кровотворній і репродуктивній системах, органах внутрішньої секреції, а також злоякісні новоутворення будь-якої
локалізації. До мікроелементів, які при підвищеному вмісті їх в грунті негативно впливають на організм людини відносять також бор, ванадій, талій, вольфрам і ін.
Аналогічно накопиченню в грунті
неорганічних хімічних елементів і речовин, що призводять до утворення штучних
геохімічних провінцій, подібні провінції можуть виникати і при надмірному вмісті органічних хімічних сполук. До
них відносяться передусім пестициди.
6. Закон „шагреневої шкіри” і закон неможливості усунення
відходів. Формула Небела
На
сьогоднішній день людство підійшло до світової кризи, яка охопила все живе, всю
систему оточуючої природи. Існує реальна загроза, що вже через десятки років
половина людства буде приречена на голод, нестачу води, енергоресурсів,
загострені соціально-економічні взаємовідносини. Усе це, в свою чергу,
викликатиме негативні відхилення в поведінці і здоров’ї людини.
У
вирішенні проблеми захисту середовища існування людини, як глобального завдання
сучасності, намічається ряд тенденцій. Одна точка зору зводиться до припинення
використання технологій при освоєнні природи, що неможливо при сучасному рівні
технічної цивілізації і споживацькій психології суспільства. Порушення
природного балансу призводить до виникнення екологічних криз різного рівня і
значних економічних втрат, загострення геополітичних взаємовідносин між
країнами Світу, пов’язаних з вичерпністю невідновних ресурсів. Тому в останній
час суспільство вимушено говорити про необхідність переходу до раціонального
природокористування, в основі якого лежить еколого-економічна рівновага
концепції сталого розвитку.
Людина,
на відміну від інших видів живих істот, живе не тільки за рахунок відтворюваних
ресурсів, але й абсолютно не відтворюваних, і чим далі, тим у більшій мірі.
Тому для людини дуже важливо враховувати дію закону «шагреневої шкіри»:
глобальний початковий природно – ресурсний потенціал у процесі історичного
розвитку безперервно виснажується, що потребує від людства науково-технічного
вдосконалення, спрямованого на ще більш широке і глибоке використання цього
потенціалу.
Існує
помилкова думка, що шлях до виходу з екологічної кризи лежить через так звані
безвідхідні технології. Про те, що ця думка помилкова, свідчить той факт, що
біосфера містить велику кількість біогенних геологічних порід. У випадку
господарської діяльності існує закон, на жаль, ще не досить усвідомлений
людством, – закон неможливості усунення відходів і побічних впливів виробництва
(господарства); у будь-якому господарському циклі утворюються відходи, і
виникаючі побічні ефекти неможливо усунути, вони можуть бути лише переведені з
однієї фізико-хімічної форми в іншу або переміщені у просторі (інакше
порушувався б закон збереження маси й енергії). Загальна кількість відходів у
вигляді речовин, енергії й побічних ефектів фактично постійна: у виробничих
циклах змінюється лише місце їх виникнення, час утворення та фізико – хімічна,
або біологічна форма. Тому закон неможливості усунення відходів може бути
доповнений законом постійності кількості відходів у технологічних ланцюгах.
Наприклад,
перехід транспортних засобів на електротягу потребує виробництва
електроенергії, а тому й добування первинних енергоносіїв (вугілля, нафти,
ядерного палива), будівництва електростанцій, електромереж, станцій підзарядки
і т. п. Цей ряд за кількістю відходів не кращий і не гірший за ряд
безпосереднього одержання і переробки нафти на бензин та дизельне пальне.
Очищення
– процес лише зміни фізико-хімічної форми речовин і переміщення забруднюючого
агента в просторі. Воно дає невеликий (переважно тимчасовий, місцевий) ефект і
потребує великих енерговитрат.
Відомий
американський еколог Б. Небел (1933), розглядаючи проблему впливу суспільства
на навколишнє середовище, запропонував оригінальну формулу:
кількість населення •
стиль життя
Екологічні
наслідки = ————————————————-
рівень екологічної
свідомості
Таким
чином, вплив суспільства на навколишнє середовище прямо пропорційний
чисельності населення і рівню його життя, але зменшується з розвитком
свідомості людини.
7.П’ять „залізних законів” П.Р. Ерліха
Добробут сучасної людини
залежить переважно від рівня економічного розвитку суспільства. Сучасна
споживацька політика та соціально-економічні закони розвитку країн, що
спрямовані на постійний ріст виробництва роблять всі заходи по охороні
навколишнього середовища лише відносними, оскільки провокують збільшення
використання природних ресурсів. Ринок визначає певні норми їх експлуатації,
але в гонитві за прибутком, розуміння відповідальності перед майбутніми
поколіннями, на жаль, відступає на задній план, і ми спостерігаємо поступове
спустошення природних багатств. В умовах сприйняття екологічних проблем
суспільством під кутом економічної необхідності, принципи охорони природи були
узагальнені в п’ять так званих „залізних законів” П.Р. Ерліха
1. В охороні природи
можлива лише успішна оборона або відступ.
Наступ
неможливий: вид або екосистема, один раз знищені, не можуть бути поновлені. Цей
закон є відображенням закону незворотності еволюції й еволюційно-екологічної
незворотності. Фактично він збігається з законом незворотності взаємодії людина
– біосфера П. Дансеро. Люди, далекі від біології, не завжди можуть зрозуміти
цей закон, бо вважають, що можна відтворити екосистему в тому ж видовому
складі, що був раніше. Насправді, навіть у такому випадку, коли б щось подібне
сталося, така екосистема неминуче почала б еволюціонувати по-іншому, оскільки
генетична структура популяцій, що складають її, обов’язково відрізнялася б від
первинної.
2.
Продовження зростання народонаселення та охорона природи принципово суперечать
одне одному.
Справа
не лише в тому, що людство руйнує місце свого мешкання, а й у тому, що усі
механізми, які узагальнюють закономірності функціонування системи «людина –
природа” почали руйнувати рівновагу демографічного насичення територій.
Порушено всі природні механізми регуляції чисельності популяцій в природі.
Демографічний вибух призвів до абсолютного перенаселення планети, а це загрожує
дією екологічних факторів, які залежать від густоти населення.
3.
Екологічна система, охоплена надмірним зростом, і охорона природи також
принципово суперечать одна одній.
Прагнення
людства до гігантизму генетично закладено в психології людини. Зріст – її
основна мета. На певному етапі економічного і соціального розвитку вона була
виправдана. Але все має свої межі: гігантизм завжди є початком кінця. Закон
оптимальності не має жалю. Все надмірне дуже вразливе в еволюційному та
історичному розвитках.
Динозаври
і супертанкери, гігантські тваринні комплекси і трансконтинентальні корпорації
та інше повинні мати обмеження в розмірах або загинути. Звідси: економічна
«манія кількісного росту»» й охорона природи несумісні між собою. Це не
означає, що повинно зупинитися будь-яке зростання. Повинен змінитися лише сам
тип зросту. З екстенсивного він повинен перейти в інтенсивний, з кількісного –
в якісний (з урахуванням розумного й можливого ризику).
Учені
вважають, що в майбутньому девіз «Мале, але досконале, функціонально більше при
менших витратах» стане головним. Малий культурний народ, мале впорядковане
місто, мале підприємство і т. ін. краще, ніж дикий натовп голодних людей,
шумний мегаполіс, гігант, що забруднює природу і не піддається управлінню.
4. Для
всіх, включаючи людину, смертельно небезпечне уявлення про те, що при прийнятті
рішення про використання Землі треба ставити перед собою лише одну найближчу
мету – благо людини.
Цей
закон – відображення системних законів, які діють у постійному взаємозв’язку,
порушення кожного з них може призвести до непередбачених наслідків. Незважаючи
на всі досягнення комп’ютерних технологій, успіхи моделювання екологічних
процесів, людина досі не може передбачити віддалені наслідки своєї діяльності
та їх вплив на майбутнє людства. Лише розвиток екологічного світосприймання і
самосвідомості, формування нової екологічної психології суспільства може
частково покращити становище.
5.
Аргументи про естетичну цінність різних форм життя та всілякі заклики до
співчуття в основному потрапляють до вух глухих Охорона природи повинна
вважатись питанням добробуту та виживання людства (в перспективі).
8.Економіко-екологічне сприймання глобальної екологічної кризи.
Чотири закони Б. Коммонера
Сучасне
людство керується задоволенням власних потреб. Всі потреби людини поділяються
на матеріальні і нематеріальні. Матеріальні потреби задовольняються за
допомогою матеріальних речей. У своїй сукупності матеріальні потреби людини є
безмежними, повністю їх задовольнити неможливо. Основна проблема, яка постала
перед сучасним суспільством полягає у тому, що обмеженість ресурсів визначає
незбалансованість між відносно необмеженими потребами і відносно обмеженими
засобами, джерелами, що забезпечують задоволення цих потреб. Обмеженість
зумовлює вибір суспільства стосовно того, як використовувати доступні для нього
обмежені ресурси. Скорочення різниці в економічному розвитку і доходах різних
країн пов’язано з залученням значної кількості ресурсів навколишнього
середовища у виробничу сферу. Вичерпність багатьох природних ресурсів створює
все більше труднощів для подальшого забезпечення суспільства матеріальним
благами. Дослідження соціально-психологічного ставлення людей до проблем вибору
: обмеження своїх потреб зараз для життя майбутніх поколінь, показує, що в
сучасному суспільстві перехід до екологічного світосприймання знаходиться в
зачатковому стані. Помилкове уявлення про те, що науково-технічний прогрес
майбутнього вирішить усі проблеми, призвів до сучасного ставлення до проблем
забруднення, руйнування природних екосистем, до хижацтва у природокористуванні.
1) ні
розмов, ні дії;
2)
розмови при відсутності дії;
3)
розмови, початок дії;
4)
закінчення розмов, рішучі дії.
Безперечно,
перехід суспільства від однієї фази до іншої пов’язаний із соціальною
свідомістю суспільства та його економічним розвитком. На жаль, можна сказати,
що сучасне суспільство знаходиться на 3-й фазі цього економіко-екологічного
сприйняття сучасних екологічних проблем.
У свою
чергу, щоб скоригувати поведінку людини, Б. Коммонером були сформульовані
чотири закони:
1) все
пов’язано з усім;
2) все
повинно кудись подітися;
3)«природа
знає краще»;
4) ніщо
не дається задарма.
Перший
з них – загальнодіалектичний вичерпний закон внутрішньої динамічної рівноваги.
Другий принцип пов’язаний з існуванням глобального кругообігу речовин. Третій
збігається з принципом неповноти інформації (невизначеності, бо поки ми не
маємо достовірної інформації про механізми та функції природи і легко завдаємо
шкоди природним системам, прагнучи їх «покращити», твердження «Природа знає
краще» має здоровий глузд.
Резюмуючи,
слід визначити, що людство не створило механізмів, які б дали йому змогу
„вписатися” в природу, а навпаки, зробило все, щоб піднятися над нею, „перемогти„
її. Але життя показало, якщо люди не змінять свого ставлення до природи, вони
приречені.
Література
1. Акимова Т.А.,
Хаскин В.В. Экология М.: Юнити, 1998.-455с.
2. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С., Костіков І.Ю. Основи екологічних знань.: Либідь, 2000. -336с.
3. Воронков Н.А.
Экология : общая, социальная, прикладная М.: Агар, 1999-424.
4. Гарин В.М.,
Кленова И.А., Колесников В.И. Экология для технических вузов. Ростов на Дону.:
Феникс,2001.-384с.
5. Губарева Л.И.,
Мизирева О.М., Чурилова Т.М. Экология человека М.:Владос, 2003.-112с.
6. Екология
города./ под ред. Стольберга Ф.В.-К.: Либра,2000.-464с.
7. Запольський А.К., Салюк А.І. Основи екології К.:Вища школа,2001.-358с.
9. Микитюк
О.М., Злотін О.З. , Бровдій В.М. Екологія людини Харків УДПУ „ ОВС „ 2000.-
200с.
Биологиялы~ белсенді заттар алу ~шін генді инженерияда ~олданатын ~дістер
Ф КГМУ 4/3-04/01
ИП №6 УМС при КазГМА
от 14 июня 2007 г.
Қарағанды мемлекеттік медицина университеті
Химия курсымен фармацевтикалық пәндер кафедрасы
ДӘРІС
Тақырыбы: “ Биологиялық белсенді заттар алу үшін генді инженерияда қолданатын әдістер. (интерферондар, инсулин, өсу гормоны, молекулярлы және рекомбинантты вакциналар, диагностикумдар және т.б.)”
Пән: Биотехнология негіздері
Мамандығы: 051103фармация
Курс :4
Ұзақтығы : 1 сағат
Қарағанды-2021ж.
Кафедра мәжілісінде қарастырылған
;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Хаттама № “___”__________2021ж
Кафедра меңгерушісі бекіткен_________ Лосева И.В.
;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”kk” lang=”kk”>
;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Тақырыбы: ;font-family:’Times New Roman(K)'” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Биологиялық белсенді заттар алу үшін генді инженерияда қолданатын әдістер. (интерферондар, инсулин, өсу гормоны, молекулярлы және рекомбинантты вакциналар, диагностикумдар және т.б.)
;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Мақсаты: студенттерді генетикалық инженерия әдістерімен, рекомбинантты ДНҚ әдістерімен, микроорганизм жасушаларында адамдардың гендерін клондау, адам инсулинін, өсу гормонын, интерферондар, молекулалық вакцина алуы туралы түсінік беру.
;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Дәріс жоспары:
- ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Биотехнологияда қолданылатын микрооргонизмдер
- ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Өсу жөие көбею
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Биотехнологияда қолданылатын микрооргонизмдер
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Микроорганизмдерді зерттейтін биологиялық ғылым – микробиология, зерттеу нысаны бойынша карастырады: бактериялар мен актиномицеттерді (бактериология), мицеллалы саңырауқұлақтар мен ашытқыларды (микология), микробалдырларды (альгология), вирустарды (вирусология), қарапайымдыларды (протозоология). Биотехнология биологиялық ғылымның бір саласы болғандық-тан биообъект ретінде микроорганизмдердің атап кеткен таксоно-миялық топтарын қолданады. Осы ғылыми бағыттың жаңа даму сатыларында биотехнологиялық үрдіске микроорганизмдердің жаңа топтары, соның ішінде генетикалық модификацияланған түрлері де енуде.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Біріншіден, қолдану саласы бойынша микроорганизмдер топта¬ры бөлінбейді (мысалы: медициналық биотехнологияда микробтардың бір тобын, тағамдық биотехнологияда – келесі, ауыл-шаруашылық биотехнологияда – үшінші тобьш және т.б.). Айта кету керек, бір микробтық метаболитті (аминқышқылдар, органикалық қышқылдар, антибиотиктер, витаминдер және т.б.) түрлі таксономиядағы микроорганизмдер турлері (ашытқылар және бактериялар, мицелллалы саңырауқүлақтар мен актиномицеттер және т.б.) синтездей алады; сондай-ақ бір метаболита’ әртүрлі салада қолдануға болады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Екіншіден, әртүрлі салада биообъект ретінде қолданылатын микроорганизмдерге қойылатын талаптар әртүрлі, бір бірінен айырмашылықтары болады. Антибиотиктер өндір^тіндерге бір талап қойылады, вакцина түрінде қолданылатын штамына қойыла-тын талаптардан белек, ал пробиотик ретіндегі микроорганизм¬дерге қойылатын талап екеуіне мүлдем үқсамайды және т.б.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Үшіншіден, биотехнологияның турлі салаларында қолданылатын биообъект маңызы, рөлі және қатысуы жағынан ерекшеліктері болады. Микроорганизмдердің бейімделуі технологияльщ жағ-дайларға, өндірістің ауқымдылығына және жасанды (биореактор-да) тіршілік етуінде функциаланғанда техникалық, өндірістік микро-биологиядан “өндірістік микроорганизмдер” термині туындады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Өнімнің сапасы мен көлемі негізінен бионысанның активтілігіне байланысты.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Айта кету керек, мүнай және мүнай өнімдерімен ластанған то-пырақтың биоремедиациясында, бионысан ретінде пайдаланыла-тын микроорганизмдер табиғи жағдайға жақын монодақыл болған-да емес, ал бақылауы төмен жағдайдағы әртүрлі топырақ микро-организмдерімен бірге функциялайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Төртіншіден, технологиялық міндеттерге байланысты бионы-санды монодақылда (антибиотиктер, витаминдер, аминкышқыл-дар өндіретіндер, вакциналық штамдар және т.б.) немесе ажыра-туы қиын қоғамдастағы таксономиялық топтар (ағынды суларды активті лаймен тазартуда) түрінде пайдалануға болады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Жалпы алғанда, “бионысан” түсінігі биотехнологияның әртүрлі саласында қолданатын түрлі микроорганизмдер топтарын бірік-тіреді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Бактериялар
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Көптеген таксономиялық топтардан түратын бактериялар әле-мін Берджи анықтамасында төрт бөлімге топтастырылған:
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- грациликуттер (Gracilicutes, gracilus – жүқа, нәзік, cutes -тері, қабыршақ) – клетка қабырғасы жүқа бактериялар, грам теріс-тер; бүл – фото- және хемотрофтылар, лито- және гетеротроф-тылар, аэробты және анаэробтылар;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- фирмикуттер (Firmicutes, firmus – қалың, мықты) – клетка қабырғасы қалың бактериялар, грам оңдылар, авто- және гетеро-трофтылар, аэробты және анаэробтылар;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- тенерекуттер (Tenericutes), грам теріс; клетка қабырғасы жоқ; бүл микоплазмалар;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- мендозикуттер (Mendosicutes), архебактериялар – клетка қа-бырғасының қүрылымы, рибосомалық мембрана қүрылысы мен рибосомалық РНҚ ерекшеліктері бар автотрофтылар.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> 1977 жылы Везе және Фокс 16S және 18S – рРНҚ толық емес қатарын сараптау барысында прокариоттарды бактерия және архей әлеміне немесе эубактерия және архебактерия деп бөлуді үсынды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Прокариоттардың таксондарын ажырату үшін қазіргі заманғы жіктелу жүйесі фенотиптік сипаттамамен бірге акуыздар мен ДНҚ молекуласының анализіне негізделген.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Биотехиологияда метаболизмнің өзгеше әртурлілігінің арқасында әсіресе энергиямен камтамасыз ететін анаэробты реакцияларында, азот фиксациялау, метан түзуге және баска да реакцияларға кабілеттілігінен бактериялар кеңінен қолданылады. Биохимиялық үрдістер бойынша әртүрлі бактериялардың бірбірінен айырмашылыктары айқын көрінеді, ал көпклеткалы эукзриотты организмдерді салыстыратын болсақ айырмашылыктары .айтарлықтай жоғары емес.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Өндірістік прокариоттар көміртегі және энергиямен қамтамасыз ететін органикалық субстратта өсіріледі. Олар әдетте тек бір органикалық заттан немесе кез-келген азот көзінен клетканың барлық компоненттерін синтездейді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Анаэробты бактерияларды қоректенуі бойынша ажыратады:
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>1. Гидролиздік бактериялар немесе ацидогенД олар субстраттың алғашқы гидролизін темен молекулалы қосылыстарға дейін ыдыратады;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>2. Гетероацетатты бактериялар, сірке қышқылын синтездейді;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>3. Метаногенді бактериялар метан түзеді. Оларды сутегін қа-былдайтындар – литотрофтылар және сірке қышқылымен қоректенетін метаногенді бактериялары – ацетотрофтылар деп атайды;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>4. Сульфатредукциялаушы және денитрификациялайтын микро-организмдер, субстрат ішінде азот және күкіртті пайдаланады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Gracilicutes бөліміне жататын аэробты, грам теріс бактериялар (таяқшалар және кокктар) биотехнологияда кеңінен қолданылады:
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Pseudomonas туыстығы, топырақта, суда, ағынды суда, органикалық және өсімдік қалдықтарында кездеседі; хемоорганотрофтылар, субстрат ретінде әртүрлі органикалық заттарды колдана алады – ақуыз, май, көмірсулар, сонымен қатар гумусты заттарды;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Azotobacter туыстығы, таяқша пішінді, қозғалғыш бактерия¬лар. Атмосферадағы азотты фиксациялайды, топырақта кеңінен таралған;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Rhizobiwn туыстығы, түйнек бактериялары, атмосферадагы азотты симбиозды түрде фиксациялайды;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Agrobacterhim туыстығы, фитопатогендер, Ті-плазмиданы aлy көзі.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Methylococcus және Methilomonos туыстықтары, қозғалмалы және қозғалмайтын кокктар және таяқшалар. Хемоорганотрофтылар. Олар үшін көміртегі және энергияның көзі тек қана метан және метил спирті;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Acetobacter және Gluconobacter туыстыктары, этил спиртін сірке қышқылына дейін тотьқтырады;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Thiobacillus туыстығы, хемолитотрофтылар, күкірт және оның қосындыларын метаболиздейді, Ұсақ таяқша клеткалары, спора түзбейтін, облигатты анаэробтар. Энергияны күкірті бар қосылыстарды тотықтырғанда алады, көміртегі көзі ретінде көмірқышқыл газын пайдаланады. Өте қышқыл ортада кебеюге қабілетті. Топы-рақта, су қоймаларында, ағынды суларда, күкіртті бүлақтарда кездеседі.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Грациликут бөліміне цианобактериялар да кіреді (жасыл-көк балдырлар). Олар грам теріс, прокариоттар, көп қабатты клетка қабыргасының ішкі жағында пептидогликанды қатар орналасады. Цианобактерия клеткаларында ішкі цитоплазмалық мембрана (тилакоидтар) жүйесі дамығандыктан фотосинтез процесі жүреді, фотопигменттер тән.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Firmicutes бөліміне жуан грам теріс кокктар мен таякшалар, сонымен қатар актиномицеттер, оған үқсас коринебактериялар мен микобактериялар жатады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Клетка қабырғаның тығыздығы гликозидтік байланыспен байланысқан N-ацетилглюкозамин және N-ацетилмурам қышкыл қалдықтарынан парралель орналасқан гликан молекулаларынан тұратын пептидогликанға негізделген. Гликанды молекулалар көлденең пептидті байланыспен байланысқан. Осыдан полимердің атыя -пептидогликан деп атайды. Грам оң бактериялардың клетка қабыр-ғасында пептидогликан қүрғақ салмағының – 40-90%-ын алады, ал грам теріс бактерияларда – 5-10%.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Ө” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>ндірістік биотехнологияда биологиялық нысан ретінде келесі бактерия топтары қолданады:
” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>- Streptomyces, Leuconostoc, Pediococcus туыстықтары грам оң кокктар, хемоорганотрофтар, факультативті анаэробтар, к” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ө” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>мірсуларды ашыту барысында сүт қышқылы, сірке қышқылы, қүмырска қышқылы, этанол және комірқышқыл газы түзеді. Топырақта, өсімдік бетінде, сүтте және сүт өнімдерінде кеңінен кездеседі.
” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>- Bacillus туыстығы, грам он, спора түзуші бактериялар, таяқша пішінді аэробтар. Бүрында таяқша пішіндес бактерияларды” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ң ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>барлығын бациллалар (bacillus – кішкентай таяқша) деп атайды. 1875 жылдан соң неміс ботанигі Ф. Кон шөп таяқшасы спора түзе-тінін ашты, сол жылдан бастап спора түзе алатын таяқша пішінді бактерияларды – бациллалар, ал спора түзбейтіндері – бактериялар атай бастады. Бациллалар топырақта, суда, жануар мен адам ішегінде және өсімдіктердс кездеседі. Сонымен қатар, адамдарда, жануарларда, жәндіктерде және өсімдіктерде ауру тудыратын түрлері анықталған.
” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>- Lactobacillus туыстығы, грам оң таяқша пішінді бактерия, анаэробты және факультативті анаэробтылар, гомо- және гетеро-ферментативті (4-сурет);
” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>- Corynebacterium туыстығы, грам оң, түйреуіш пішіндес (шок-пар тәрізді) (согупе – шоқпар) таяқшалар, аэробЧы және факуль¬тативе анаэробты, хемоорганотрофтылар, қышқылға төзімді;
” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>- Arthrobacter туыстығы, грам оң аэробты, хемоорганотрофты¬лар, сапрофитті, гумустық органикалық заттарды ыдыратады;
” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>- Propionibacterium туыстығы, бүтақталған немесе д” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ұ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>рыс пішінді таяқшалар, түйреуіш пішіндес немесе жіп тәріздес, грам оң, факультативе және облигатты анаэробтар, хемоорганотрофтылар. Көмірсуды ашытқанда пропион және сірке қышқылын, көмірқышқыл газын түзеді. Сүт өнімдерінде, қатты сырларда, теріде, асқазан-ішек жолдарында кездеседі.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Mendosicutes бөліміне бес архебактерия тобы жатады:
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- метан түзуші бактериялар, Melhanomonas, Methanophilus
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>және т.б.;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> – аэробты күкірт тотыктырушы, Sulfolobus;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- анаэробты, күкіртті күкіртсутекке тотыксыздандырады, Тһегmophilus, Desulfococcus;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- галобактериялар, 20-25%-дык еріген тұзға төзімді, Наіососcus, Halobacterium;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- термоацидофильді, хемоорганотрофтылар, рН 1-2 және 60°С
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>температурада көбейе алатын аэробты бактериялар, Thermoplasma.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Актиномицеттер
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Актиномицеттер Берджи анықтамасы бойынша Firmicutes бөліміне жатады, клетка қабыргасы қалың, грам оңды бүтақталып тармақталған бактериялар (actis – нүр, myces – саңырауқүлақ,
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>өңез).
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Актиномицеттер – прокариоттар, клетка қабырғасы құрамында пептидогликан бар, бірақ олар көп клеткалы, күрделі даму циклді, спора, спора тасушыларды түзеді. Актиномицеттердің көптеген туыстығы мен түрлері аэробтар, сонымен қатар анаэробты, факуль-тативті анаэробтылары да кездеседі, қоректік субстратқа талғам-паз емес, тығыз қоректік ортада өскен кезде субстратты және ауалы мицелий түзеді, вегетативті жолмен көбейеді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Streptomyces туыстығында шамамен 500-дей түрі бар, субстратты және ауалы мицелий түзеді. Бұл туыстыққа жататын актиномицеттерде мицелий фрагментациялау жолымен таяқша және сфера тәріздес клеткаларға бөлінеді. Ауалы гифтердің үшында көбеюге арналған конидиеспоралар бар. Актиномицеттер споралары әдетте термостабильді емес.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Micromonospora туыстығына жататын актиномицеттерде ауалы мицелий болмайды, субстратты мицелийде бірен-саран споралар түзеді, оларды стрептомицеттер секілді антибиотиктер өндірісінде қолданады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Frankia туыстығы – бұршақты емес қосжарнақты өсімдіктерде түйнек түзетін актиномицеттер (бүрген, қандыағаш, жиде және т.б.). Түйнек клеткалары гиф массамен толып тұрғанда, сфера немесе түйреуіш тәріздес ісініп түрады. Өсімдіктермен селбесіп өседі және түйнегінде атмосферадағы азотты сіңіре алады. Микро-аэрофильдер.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Актиномицеттермен жалпы филогенетикалық бұтақтасатын нокардия гәрізді актиномицеттер – таяқша тәрізді және дүрыс емес пішінді бактериялар. Кейбір туыстықтың өкілдері бұтақталады — Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia және т.б. Нокар¬дия тәрізді актиномицеттердің клетка қабырғасы арабиноздар және галактоздардан, сонымен қатар миколды және көп мөлшерде май қышқылдарынан тұрады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Жалпы алғанда актиномицеттер геосмин атты затты түзетіндік-тен топырақты түзу үрдістеріне қатысады. Геосмин топыраққа белгілі бір өзіне тиесілі иіс береді. Актиномицеттер – актиномикоз, нокардия – нокардиоз, микобактерия – туберкулез, коринебак-терия – дифтерия деген ауруларды тудырады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Ашытқы клеткалары
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Ашытқы клеткалары – бүл бір клеткалы саңырауқүлақтар, 3 класқа бөлінеді: Ascomycetes, Basidiomycetes, Deiteromycetes.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> – Аскомицеттер мицелий түзбейтін, клетка пішіні сопақша келген, диаметрі 3-15 мкм-ге жететін ашытқылар. Аскомицеттер бинарлы бөлінеді немесе аскоспорлар түзу арқылы жынысты жол-мен (споралар арнайы клетка ішінде – дорбада немесе аскыда) бүршіктеніп көбейеді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Бүршіктеніп көбейгенде дамыған клетканың бетінде бір немесе бірнеше бүршік пайда болады және оларға цитоплазма мен ядро-ның бір бөлігі кіреді. Аналық және жас клетка арасы созылып тартылуы (жұқарған орны) азайып, белгілі бір уақыт келгенде жас клетка бөлініп түсіп қалады. Аналық клетканың бетінде перифериясы дөңгеленіп көтеріліп түрған тыртық қалады. Бүршіктеніп кобею жолы Saccharomyces туыстығына тән (5-сурет).
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Бөліну арқылы көбейгенде клетка ортасында екі қабырғалы қалқа пайда болып, кейіннен екіге ыдырап болінеді (Schizosac-charomyces туыстығы).
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Жынысты жолымен кобеюуінде – екі ашытқы клеткалары бірігіп (копуляция), арасындағы кабаты еріп кетеді. Ұ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>рықтанған ядро 2 немесе 3 рет б” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ө” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>лінеді және 4 немесе 8 аскоспора пайда болады. Аскоспора қабығы қалың болғандықтан, ортаның қолайсыз факторларына төзімді. Біраз өсіп болған соң споралар жыныссыз кобейе бастайды.
” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”> ” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Биотехнологияның гендік-инженерия саласында тәжірибелік жұмыстарға наубайханалық ашытқыларын кеп қолданады -Saccharomyces cerevisiae. Ашыткының глюкозаны этанол мен -көмір қышқыл газына айналдыру касиетін пайдаланнп, бұрыннан шарап өндірісінде, наубайханалық өнеркәсібінде қолданады. S.cerevisiae ашытқысының биохимиясы, физиологиясы зерттелген, барлық хромосома жинағындағы толық нуклеотидтік реті анықталған, зертханалық және өндірістік жағдайларда өсіру жеңіл, қоректік субстратты қажет етпейтін, күшті промоторлары бар, трансляциядан кейінгі модификациясы бар ашытқы сонымен қатар, GRAS – “generally recognized as safe” тізіміне енген, яғни қауіпсіз деп танылған организмдер. Saccharomyces lipolytica ақуызға бай биомассаны алуға қолданады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Аскомицеттердің кейбір өкілдері – қара күйе (Claviceps purpurea) астық түқымдас өсімдіктерді зақымдайды, ал Nadsonia тагам өнімдерін бүзады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Базидиомицеттер ашытқылар, базидиалы типті жынысты қүрылым түзеді (базидиоспоралар). Ол қызыл түсті ашытқылар Rhodosporidium туыстығы және қызғылт түсті – Sporobolomyces туыстығы. Базидиомицеттер арасынан өндірістік штамдар жоқ.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Дейтеромицеттер ашытқы тәрізді саңырауқүлақтар, бүршіктеніп көбейеді, ұштарында хламидоспоралары бар псевдомицелий түзеді (жіпше созылатын өспелі құтышалардан клеткалар бүршіктенеді). Нағыз ашытқыларда (аскомицеттер) псевдомицелий және хламидоспоралары жоқ, тек аскоспора түзеді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Candida utilis, C.arborea – биотехнологияда ақуызды биомасса алуға қолданады; Torula spp. – сүт қышқыл ашытуда; Rhodotorula тағам өнімдерін бұзады; Trichoderma cutaneus – ағынды суларды тазартуға қолданады; С.albicans – адамдарда кандидоз ауруын тудырады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Candida туыстығына жататык ашытқылар тері өндеу зауыттарында және кағаз-целлюлозалық өнеркәсіп орындарында түзіле-тін сульфитті ағынды суларда өседі. Олардың ішінде уыттарды, фенолдарды тотықтыратын штамдары бар. Ашытқылардың ішін-де форель мен лосось фаршының жүмсағына, қызғылт немесе қызғылт сары түс беретін каротиноидтардың (А провитаминнің бастауыш заты) продуценті белгілі.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Саңырауқұлақтар
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Мицелиалы немесе зең саңырауқұлақтары ашытқылармен бірге Mycota бөліміне жатады. Қалыпты жағдайда саңырауқүлақтардың қатты клетка қабырғасы бір-бірімен байланысқан глюкоза (глюкан), глюкозамин (хитозан) – N-ацетилглюкозамин (хитин) полимерлерінен түрады. Кейде клетка қабырғасы тек хитиннен құралған. Мицелийлері септаланган (қалқалары бар) және септаланбаған (көпядролы клеткалар) гифтерден түрады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Микромицеттер – бүл мицелиялы көпклеткалы эукариоттар. Егер ашытқы клеткалардың бірнеше жүздеген түрлері болса, ал мицелиалы саңырауқүлақтарда – жүз мыңнан астам түрлері бар. Олар табиғатта кең тараған, топырақта, өсімдік және жануарлар қалдықтарында, азық-түлікте және т.б. жерлерде кездеседі. Топы-рақта әртүрлі органикалық заттарды, сонымен қатар целлюлоза мен лигнинді ыдыратады. Микромицеттердің 6 кластары арасындагы шынайы саңырауқүлақтардың ішінде адамдарга, жануарларға және өсімдіктерге патогенді түрлерін кездестіруге болады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Саңырауқүлақтардың көбісі гетеротрофтылар, аэробты, қоректік субстратқа талғампаз емес, кейбір өкілдері төменгі температурада, тіпті тоңазытқыш камерада (0-4°С) өсе береді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Саңырауқүлақтар спора арқылы жынысты және жыныссыз жолмен, сонымен қатар, вегетативті (бүршіктену немесе гифтер фрагментациясы арқылы) көбейеді. Төменгі сатылы саңырауқүлақтарда жыныссыз көбею спорангия ішінде жетілетін эндогендік споралар және ұрық тасымалдаушы гифтер ұшында қалыптасатын конидийлер – экзогендік споралар көмегімен іске асады. Қолайлы жағдайда репродуктивті құрылымдар пайда болады. Жасанды жағдайда өсіргенде жынысты да, вегатативті де споралар дамымайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Аскомицеттер – ең кең таралған класс, жынысты көбейе алатын бүтақталған септаланган мицелийлері бар саңырауқүлақтар тобын біріктіреді. Аскомицеттер әртүрлі туыстықпен белгілі, сонын ішінде Aspergillus, Penicillium және т.б. (6, 7, 8, 9-суреттер).
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Aspergillus niger бүтақталған мицелийі бар, гифтері септаланган. Мицелийден үшы жуандалған бір клеткалы конидиялар қапшығы бөлініп шыгады. Конидиялар қапшығы басында желпуіш тәрізді тікенекке үқсас қысқа стеригмалар орналасқан, одан кони¬дия немесе зкзоспоралар орналасады. Конидиялары қара түстес (аспергиллдердін көбісінде олар қызғылт түсте). Aspergillus niger -лимон және кымыздық қышқылдарының продуценті. Аспергилдер арасында инфекция (аспергиллез) қоздырғыштары да бар.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Penicillium chrvsogenum – пенициллин продуцекті, өңезді саңырауқұлақ, ядросы, митохондриясы бар, клетка қабырғасы хитиннен қүралған көпклеткалы эукариот, басқа да мицелиалы саңырауқұлақтар секілді даму циклі 6-7 тәулік. Топырақта, жемде/ сүт өнімдерінде, жемісте және дымқыл бөлмелерде кездеееді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Дейтеромицеттер классы – жетілмеген саңырауқүлақтар, жыныс-сыз көбейеді, конидий түзілісі оқшауланған немесе конидиялар қапшықтарында орналасқан топтарда жүреді; өкілдері Alternaria,
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Саңырауқүлақтар – амилаза, протеаза, пектиназа ферменттерінің, органикалық қышқылдардың (лимон, сүт қышқылы), антибиотиктер өндірістерінің көзі, кейбір сыр түрлерін жасау (кемамбер, рокфор) өндірісінде қолданады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Өсу жөие көбею
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Биотехнологиялық өндірісте микроорганизмдерді сәтті қолдану биореакторда олардың өсуі мен көбеюі үшін жасалған адекватты жағдайларға, субстратпен қамтамасыз еткенге, физикалықхимиялық факторларға (рН, температура, аэрация, араластыру және т.б.) және микробты дақылдың өсу фазаларымен дүрыс басқаруына (бірінші метаболиттерді, яғни микроорганизмдердің тірі клеткалары дамуының экспоненциалды фазасында бөліп алу, ал антибиотиктер мен ферменттерді дамудың стационарлы фазасында алған өнімдірек) байланысты.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Өсу – бүл клеткалардың салмағы мен көлемінің координациялы артуы, теңгерімді өсу – клетка санына пропорционалды олардың массасы мен барлық компонеиттердің (ақуыз, РНҚ, ДНҚ) саны жоғарлауы.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Даму – ата-аналық кезден тұқым қуалаған клетканьщ қызметі мен құрылымының уақыт өте келе жетілуі.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Әртүрлі топқа жататын микроорганизмдерге жалпы биологиялық заңдылық тән – өсу барысында даму, яғни жетілу, клетка ішілік құрылымды компоненттерінің (рибосома, нуклеоид, клетка қабырғасы, клетка ішілік мембраналары және т.б.) дифференцияциялануы.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Көбею – микроорганизмдер клеткалар саныңың белгілі бір уақыт аралығында артуы. Бактериялар, актиномицеттер, ашытқылар мен саңырауқұлақтардың көбеюінде елеулі айырмашылықтар бар, осыны биотехнологиялық үрдістерде есепке алады. Мысалы, бактериялар бөлініп көбейгенде, клеткалар суспензиясы жақсы аэрацияланатын болғандықтан тереңділік ферментация жағдайында араластырылып отырылады, ал саңырауқүлақтар, керісінше, бүтақталған мицелий түзу арқылы орта бетінде жайылып өседі. Сол себепті оларға өсірудің беткейлік технологиясы тиімдірек және т.б. Продуцент дақылдың даму фазаларын оңтайлы басқару биотехнологиялық өндірістің басты жүмыстарының бірі.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Бактериялардың көбеюі бинарлы бөліну арқылы жүреді, сон-дай-ақ жас клеткалар аналық клеткаға үқсас және әрбіреуі аналық клетканьщ даму циклін қайталайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Ашытқылар бүршіктеніп көбейеді. Клетка қабырғасының бетінде бүршік пайда болады. Сол бүршік аналық клетканың елшеміне жеткенге дейін өсе береді, содан соң болініп кетеді. Аналық клетканьң бетінде тыртық қалып қояды. Бүршіктеніп көбейетін жеке клетканың жасын аналық клетканың тыртықтарының саны бойынша есептеуге болады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Тек қана бөліну немесе гифтер түзілу арқылы кобейетін ашытқылардың жасын жоғардағы әдіспен есептеп алуға болмайды, себебі аналық және жас клеткалар бір бірінен айырмашылығы бар.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Saccharomyces туыстығына кіретін сыра және наубайхана онер-кәсіптерінде пайдаланатын ашытқылардың кебісі (-) аталық және ( ) аналық гаплоидтардан түратын гетерозиготты диплоидтар.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Аэробты дақылда азот қор затын шектейтін болсақ Saccharomyces cerevisiae клеткалары ұзарып, созылыңқы пішінде болады, ал Candida albicans клеткаларына глюкоза және оттегі қамтамасыз етілуін шектейтін болсак кебірек псевдомицелий түзеді. Кандидаладың клерка қабырғасының химиялық қүрамw. елеулі озгеріп, жүре келе хитин 1,5-2,0 есе жоғарлайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Микроскопиялық саңырауқүлақтар және актиномицеттер гиф түрінде өседі, гифтері үзарып, бүтақталып және күрделі өрмелі тармақталған мицелий түзеді. Осы микроорганизмдердің барлық клеткалары өсе бермейді, тек бетіндегі шеткі клеткалар өседі. Сол себепті саңырауқүлақтар мен актиномицеттердің өсу уақытында биомасса концентрациясы бактериялар мен ашытқылар сияқты экспоненциалды өспейді, тек сызықты (бүтақталмаған гифтердің өсу жағдайында) немесе одан да күрделі механизммен (бұтақталған гифтердің өсу жағдайында) өседі.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Мицелиалы микроорганизмдер өсу үрдістерінде тығыз қабыршақ (орта бетінде өскен жағдайда) немесе глобула түзеді (тереңдікте өскенде), сол себепті мицелий клеткаларына қор заттарының тасымалдануы және олардан метаболиттердің шығуы баяулайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Қоректік орта бетінде колония түрінде өскен саңырауқұлақтардың перифериялық аймағында мицелий жіпшелері жастау, орталық аймақтарындағы мицелий жіпшелері – кәрілеу болған-дықтан, онда өсуі шектелген. Физикалық-химиялық жағдайларға байланысты мицелийлер үзын және колемді, қысқа және күшті тармақталған болуы мүмкін.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Актиномицеттерде биомасса өсуі көбеюсіз іске асады – бір спо-радан көп ядролы, септаланбаған, жеке клеткаларға бөлінбеген мицелий өседі. Керісінше, сол актиномицеттердің спораға дейін мицелийлерінің фрагментациялануы клетканьщ өсуінсіз көбеюінде байқалады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Биопродуцентті микроорганизмдер көп жағдайда биотехнологиялық үрдіс жағдайына, ферментациялық ортаға бейімделеді. Мысалы, Е.соіі қоректік орта қүрамында көміртегі козі ретінде глюкоза, глицерин, сірке қышқылы, этанол; азот көзі ретінде әртүрлі аминқышқылдар, аммиак, пурин және пиримидиндер және т.б. заттардың біреуі ғана болған жағдайда өсіп, дами алады. Егер осіретін қоректік ортада осындай заттардың қоспасы болса, онда эшерихиялар бірінші сініруге қолайлы затты қолданады, мысалы, бірінші аммиак емес аминқышкылды қолданады. Себебі аминқышқылдар зат алмасу үрдістеріне тура қатысатындықтан бірінші қолданылады. Аммиактан аминқышқыл түзілу реакциясын катализдейтін ферменттер синтезі репрессияланады. Осындай “механизмді қетртегі көзі бойынша да бақылайды. Мысалы, ортада глюкозаның болуы сәйкес ферменттердің репрессиясы жолымен басқа көмірсулардың ашытуын тежейді – арабиноза, галактоза, лактоза немесе мальтозаның; катаболизм үрдісіне тек глюкозаны пайдаланады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Аминқышқылдар немесе глюкоза қоры жетіспеген жағдайда микроорганизм клеткаларында аммиак, арабиноза және т.б. заттарды утилизациясын катализдейтін ферменттер активтілігі инду-цияланады. Бүл диауксия феномені, яғни басты субстрат жетім-сіздігі байқалғанда микроорганизмдер тиімділігі темен басқа субс-тратты катаболизмге үшыратады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Биотехнологиялық өндірісте микробтық биомассаны көбейту үшін қүндылығЪі күрделі қоректік орта, оның қүрамына тиімді көміртегі, азот көздері бай және т.б. заттар ендіреді. Кейін микробтық биомассаны кедей қоректік ортасы бар баска биореак-торға ауыстырады. Осындай жағдайларда микробтық клеткалар экспоненциалды даму фазадан стационарлық фазаға көшіп, анти-биотиктер, ферменттер және т.б. метаболиттерді синтездей бас-тайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Бактерияның даму фазалары қоректік орталарын ауыстырмаған жағдайда, яғни оқтын-оқтын осіру кезінде жақсы зерттелген.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Лаг-фаза. Қоректік субстратқа себілген дақылдарды енгізгеннен кейін, микроорганизмдер жаңа жағдайларға жылдам бейімделе бастайды. Субстрат қүрамьша байланысты метаболизм жолдары белсенді жүреді, субстрат компоненттерін ыдыратуды катализдейтін индуцибельді ферменттер активті түрде синтезделеді, клетка ішілік ақуыздар түзілуі қарқынды өтеді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Лаг фазаның ұзақтығы – биореакторға субстратпен қоса себілген дақылды енгізгеннен бастап микроорганизмдердің қарқынды көбеюіне дейінгі, биомасса өскенше созылады. Осы уақытты қысқартып, технологиялық циклдарды қысқарту үшін себілетін дақылды экспоненциалдық өсу фазасында қолдану қажет, ал дақылды еккен қоректік орта қүрамы ферментациялық үрдістегі аппараттағы қоректік ортаға жақын болуы қажет. Осы фазада биомассаның максимальды өсуі мақсатты метабо-литтің максимальды өнімділік деңгейіне тең емес, яғни кейбір жағдайларда масса көп болғанымен қажетті өнім аз болып келеді. Мұндай жағдайларда фазалық осудің және мақсатты бүтін метаболиттің өнімділігін қажетті сәйкестігіне қол жеткенше дейін арнайы технологиялық зерттеулер жүргізеді. Мицелийдің жоғары клеткалары ұшы бастап өсетін саңырауқүлактар мен актиномицеттердің экспоненциалық фазасы болмайды, себебі биомассаның концентрациясы жоғарлаған сайын өсу өзіндік жылдамдығы томендейді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Стационарлы фаза. Клеткалардың автолизі, яғни бір уақытта көбеюмен қатар өліп отырғандықтан тіршілікке қабілетті клеткалар саны тұрақты. Осы фазада клетка ішілік қор заттарымен активті қоректеніп, рибосома саны төмендейді, екінші метаболиттердің синтезі қарқынды жүреді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- өлу фазасы. Автолиз, клеткалардың өлуі күрт өседі, биосинтез үрдістері тоқтайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Сонымен, лаг-фазаның соңына қарай клеткаларда РНҚ тез көбейгендіктен клеткалар бөліне бастайды да, экспоненциалдық өсу фазасы өтеді. Осу жылдамдығы жоғарлаған сайын ақуыз синтезі жоғарлайды, клеткаларда РНҚ мен рибосома көбейеді. ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>Стационарлық фазада клеткаларда РНҚ концентрациясы азаяды (ал ДНҚ концентрациясы ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ө” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>згермейді).
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Бактериялардың өсу жылдамдығы өзгеруінің жалпы себептері – субстрат концентрациясының төмендеуіне, уытты метаболиттердің жиналуына, қоректік ортаның қүрамындағы заттарды, газдарды тасымалдауды қиындататын бактерия популяциясының тығыздығы жоғары болуына байланысты. Айта кету керек, клетка ішілік маңызды үрдістерге: ДНҚ репликациясы, РНҚ транскрипциясы, ақуыз биосинтезі, экспоненциалды фазада микроорганизмдер клеткаларының максималды жиналуына байланысты ферменттердің активтілігі, стационарлы фазаның үзақтылығы және олардың өлу кезеңінің басталуы жатады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Ферментациялық үрдістердің динамикасын есептеу үшін, өсудің меншікті жылдамдығын, экономикалық және метаболиттік коэффициенттерді және т.б көрсеткіштерді анықтау қажет.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Өсудің меншікті жылдамдығы генерация уақытына, қоректік орта құрамына, рН, температура көрсеткішіне, осмолярлыққа, бастапқы метаболиттердің болуына, микроорганизмдердің ферментативтік белсенділігіне байланысты. Логарифмдік теңдікке келтірудің нәтижесінде өсудің меншікті жылдамдығының генерация уақыты ұзақтығымен байланысын көруге болады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Экономикалык коэффициенті (ү) бойынша қолданылған
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>субстраттың рентабельдігін анықтауға болады. Экономиқалық
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>коэффициенттің теңдігі пайда болған биомассаның пайдаланылған
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>субстрат санының қатынасымен есептелінеді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Өндірістік микроорганизмдерге қойылатын талаптар
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Биологиялық технологияларда микроорганизмдерге қойылатын талаптар акырғы өнімді пайдалану максатына байланысты. Жалпы барлық өндірістік микроорганизмдерді бағалау критериялары бар, сондай-ак кейбір айырмашылықтар болуьт іаарт.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Ашыту үрдісінің ақырғы өнімі метаболит (антибиотик, витамин, аминқышқыл және т.б.) болатын болса, өндірістік микроорганизмдерде қолданылатын ферментациялық технологияларда, микробиологиялық өндірісте талаптары нақты белгіленген. Бүл талаптарды микроб клеткасының сипаттамасына байланысты бір жағынан зерттеуші-селекционер және екінші жағынан ғалым-технолог белгілейді:
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>1. Микроорганизмдердің апатогенділігі, адамға және қоршаған ортаға қауіпсіз болуы;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>2. Мақсатты өнімді синтездеуге қабілетті болуы – штамм-про-дуценттерді сүрыптағандағы басты критерий;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>3. Мақсатты өнімді шығару жылдамдығы жоғары болуы (био-массаның жиналуы, антибиотиктер, органикалық қышқылдар синтезі, егер ферменттер болса, онда клеткадан тыс болуы дұрыс және т.б.);
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>4. Зертханалық және өндірістік жағдайда биопродуценттің актив-тілігі түрақты болуы;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>5. Метаболизмнің жанама өнім шығуының минималдығы;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>6. Бактериофагтардың және бөтен микрофлораның лизистік әрекетіне төзімділік көрсетуі. Кейбір өндірістік жағдайларда штамм-продуценттерді бактериофагтар лизиске үшыратады. Сол себепті продуцентті сезімтал фагпен бірге өсіру жолымен және фагқа төзім-ді штамдарды сүрыптау арқылы төзімді, фагорезистентті штамм алуға болады;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>7. Ферментацияның жоғары температурадағы режимі немесе рН корсеткішінің темен болуы өндірістік жағдайларда стерильділікті сақтауды жеңілдететіндіктен өндірістік штамм термо- және ацидофильді болғаны дұрыс;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>8. Технологиялылық, яғни ондірістік процеске штамның жо-ғары бейімделуі;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>9. Арзан субстратта (ет-сүт, кондитерлік ондірісінің қалдықтары және т.б.) жақсы осе алуы;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>10. Түзілген өнімнің экономикалык күндылығы болуы шарт және дақылдық сұйықтықтан жеңіл бөлініп алынуы қажет.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Продуценттің келесідей касиеттеріне де қөңіл аудару қажет: әртүрлі қөміртегі көзін қолдану қабілеттілігі, қосымша өсу факторларын қажет етуде минимальды көрсеткіш, кей жағдайларда белсенді продуцент болғанымен қоректік ортадағы көміртегі көздерін толығымен қолданбайтынмен салыстырғанда, көміртегі көздері бар ферментациялық қоректік ортада субстратты толық қабылдау қабілеттілігіне ие, бірақ продуценттің биопродуцирлеу белсенділігі төмен болғаны дұрыс. Керісінше, мүндай жағдайларда мақсатты өнімнің бағасы қымбаттайды, қосымша тазалау және ферментациялық ортадан өнімді бөліп алу қиындықтары туындайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Қолданылатын биоинсектицидтер, биотыңайтқыштар, био-деструкторлар ретінде микроорганизмдердің штамдарына баға беру талаптарына сай, басты функциясы мен қатар (қауіпті жәндіктерге жоғары уыттылығы, атмосферадағы азотты сіңіре алуы және су, топырақты ластайтын органикалық қосылыстарды ыдырату белсенділігі) температураға, рН көрсеткішіне және қоршаған микрофлораға, топырақтың әртүрлі ингредиенттеріне, табиғи ылғалды жағдайға, басқа микрофлораға бейімделгіштігіне үлкен көңіл бөлінуде.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Жоғары энтомопатогенді биоинсектицидті штамм адамға да, жануарларға да қауіпсіз болуы қажет. Оның уытты қабілеті сақтағанда түрақты болуы қажет, препарат жәндіктерге тез эсер ету қажет; ферментациялық үрдісте арзан субстратта биомасса онай өсуі тиіс.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Ластанған территорияларда биоремедиация жасау мақсатында ксенобиотиктер биодеструкциясында микроорганизмдердің әр-түрлі таксономиялық топтардан штамдардың қауымдастығын сүрыптап алған жөн. Біртіндеп, ксенобиотиктердің биодеструкциясында әртүрлі микроорганизмдердің бірігіп биокатализдік әрекеттерімен бірге үйлестірілген жүмысты жасау талап етілді. Бастысы, штамм-деструктор тиісті ферменттер синтезін детерминациялайтын деградациялық плазмидалар санына жеткілікті ие болуы қажет.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Атмосферадағы азотты бекітетін түйнек бактериялар селекция-сын жүргізгенде кейбір ерекшеліктерін ескеру қажет. Әлбетте, штамм жоғары азотфиксирлеуші кабілетке ие болуы кажет, белгілі-бір өсімдік иесіне арнайылы болуы, ризосфералы микрофлора қауымдастығында конкуренттік қабілетке ие болуы керек. Сонымен қатар, биотынайтқыштар ретінде қолданғанда, сұрыптауға басқаша тәсіл қажет. Биоңайтқыштарды тек бүршақ тектес өсімдіктерге ғана емес, басқа да өсімдік дақылдарына қолдану мақсаты үшін белгілі бір микроорганизм түріне сәйкес жаңа “шатастыру” әдістері тағайындалуда.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Биотехнологияда қолданылатын өндірістік микроорганизмдерге мониторинг жасағанда тау металлдарын сілтісіздендіру мақсатында рН көрсеткіштерінің ауытқуына, қоршаған ортаның темпе-ратурасына, металл концентрациясы, сілтісіздендіретін минералдарының типі өзгерісіне бейімделу тиімділігі мен жылдамдығы маңызды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Вакциналық штамм, әсіресе тірі вакцина түрінде қолданылатын микроорганизмдер келесі критериялармен бағаланады: апатогенділік, ареактогенділігі, стерильдігі (бөтен микроорганизмдердің болмауы), иммуногендігі, антигенді арнайылығы, яғни бұл жерде метаболизмдік жолдың өзгеруі немесе жоғарлауы, микроорганизм жоғары өнімділік алу қабілеті айтылып түрған жоқ, вакцинаның сапасы антиген қасиетіне тәуелді болғандықтан антигендер (ақуыз, полисахарид, липополисахарид және т.б.), микробты клетканың қүрылымды компоненттегл жайлы көңіл аударылып отыр. Өйткені антиген қасиеті вакцина сапасын айқындайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Берілген сипаттамалар әртүрлі биотехнология салаларында қолданылатын өндірістік микроорганизмдерге қойылған талаптардың толық емес нұсқасы.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Мутагенез және селекция
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Микроб әлемінде микроорганизмдердің метаболиттерді физио-логиялық қажеттіліктен асырып синтездеу қабілеттілігі мөлшері бойынша көптеп кездеседі. Дегенмен, микроорганизмдердің қор-шаған ортаға бөлетін метаболиттердің (органикалык қышқыл, спирт, антибиотик және т.б.) кейбіреулері басқа түрлер үшін уытты болады және продуцентке қорғаныш, конкуренттік зат ретінде немесе қор ретінде қолданады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Тек мұндай белгілі бір метаболитті әдеттегіден көп синтездейтін жабайы штамдар өндірістік микроорганизмдер ретінде қолданылмайды. Оған көптеген себептер бар, соның ішінде өндірістің рентабельді болуына кедергі жасайтын жоғары синтездің темен болуы, жабайы штамның технологиясы және өндірістік фермента-цияның үрдістерінде оптималды функционирлену бейімділігі қойылатын талаптан мүлдем бөлек және т.б.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Селекция (сұрыптау) дегеніміз – қажетті метаболитті жоғары синтездеу белсенділігіне ие және өнім биосинтезінің көлемін бірнеше кезеңдік мутагенезде кеп қайтара көбейту (ондаған және жүз есе) қасиетіне ие жабайы штамдарды сұрыптау.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Белгілі бір қасиеттеріне байланысты (биопродуцирлеуші, био-деградациялаушы және т.б.) биобелсенді қасиетке ие микроорганизмдер штамын қалай сұрыптайды? Мысалы, көмірсутектіні тотықтыратын микроорганизмдерді – автожанармай бекеті топырағынаң мұнай өнімдерімен ластанған территорияларда; шарап ашытқыларын – жүзім алқабында, басқа жеміс-жидек өсімдіктерінде; сүт қышқылды микроорганизмдерін – сүт өнімдерінде және т.б. яғни тіршілік етуге қажетті жағдай және субстраты бар жерде болады. Көбінесе ізденістерді микроорганизмдер үшін табиғи эко-орындарда, биоценоздарда жүргізеді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Өндіріске құнды микроорганизмдерді коллекциялық дақылдар арасынан таңдалынып алынады. Өйткені микроорганизмдер коллекциясы құрылып, көптеген жылдар тіршілікке қабілетті жүздеген, мыңдаған микроорганизмдер штамдары сақталуда.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Таңдап алынған микроорганизмдердің таза дақылын бөліп алады, және олардьщ ішінен қажетті метаболитті шектен тыс көп өндіретіндерін әрі қарай мутагенді әсерге үшыратады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Алғаш рет 1927 жылы рентген сәулесімен өндеген микроорганизмдердің индуцирленген мутациясын алған. Рентген сәулесінен басқа әртүрлі химиялық және физикалық мутагендер әсермен ДНҚ қүрылымын өзгертуге болады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Селекциялық микроорганизм штамын рет-ретімен физикалық және химиялық мутагендер әсеріне ықпал жасайды. Әрбір эсер еткен соң мутацияланған ең жақсы штамдарын сүрыптап алынып отырады, олардың биоөндіруші қабілеттілігін тұрақтандырады, субстратпен қоректендіруді ыңтайлы көрсеткішке жеткізеді және келесі кезеңде басқа мутагенмен немесе екеуін біріктіріп эсер етеді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Мысалға, жиырма жылдан астам үздіксіз 21 циклді мутагенез және сұрьштау жүргізіп, ғалымдар пенициллин өнімін 55 есе жоғарлатты (рентген, УК сэуле, ипри;), 60 мг-нан 7 г/л-ге лейін. Жұмысты әрі қарай тоқтатпастан сұрыптау жүмыстары РепісіШит биопродуцирлеуші белсендігін 20 г/л-ге дейін жеткізіп, 1941 жылы Флори мен Чейн алған антибиотик өнімінен бірнеше жүз есе арттырды. Мүндай жақсы жетістік үзбей ұзақ сұрыптау үрдістеріне қарамастан антибиотик түзуші микроорганизмдер ішінен әрдайым орын ала бермейді. Себебі антибиотиктер екіншілік метаболиттер болғандықтан және тікелей трансляция өніміне жатпайды. Әдетте, антибиотиктер биосинтезіне бірнеше ондаған тиісті ферменттерін кодтаушы құрылымдық тендер қатысады. Сол себепті мутациялық эсер ферменттер биосинтезіне сәйкес гендердің активтігін біртіндеп өзгертіп, қайтадан қарастырып отыруы қажет.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Жабайы штамнан өндірістік микроорганизм алу үрдісінде оның генетикалық ақнаратын озгертеді, жағымсыз қасиеттерді болдырмай және қажетті қасиеттерін күшейтіп немесе микроорганизмдерге басқа бір жаңа қасиет беру мақсатында мутацияға ұшыратады. Мутацияның ең қарапайым түрі нүктелік мутация, онда азоттық негіздік бір жүбын басқа азоттық негізге ауыстырады (мысалы, аденин-тиамин гуанин-цитозинге). Басқа бір жағдайларда негіздің бір жұбы жоғалып кетуі мүмкін немесе керісінше, негіздің басқа жүбы немесе кішкентай ДНҚ бөлігі кіріп кетуі мүмкін.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Мұндай өзгерулер кез-келген ДНҚ молекуласында репликация кезінде қателік салдарынан мүмкін. Алайда спонтандық мутация сирек болады. Мутацияны қажетті бағытта ультрадыбыс, рентген және радиосәуле немесе химиялық мутагенез арқылы жүздеген есе арттыруға болады, сол арқылы ДНҚ негізін бағыттап немесе нуклеин қышкылының репликациясына әсер етуі мүмкін.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Индуцияланған мутагенез зат алмасу үрдісінің белгілі бір ауыт-кушылығына қажетті метаболиттің жоғары өніміне әкелуі ықтимал. Жоғары продуцентті мутантты алудың әртүрлі механизмі бар. Бұл ретроингибирлеуші механизмдерінің томендеуі, кері байланыс бағытта реттеу клетка ішінде ақырғы өнімнің концентрациясы жоғарлауы синтездейтін ферменттердің белсенділігін тежейді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Керісінше клеткалық мембрана өткізгіштігін жоғарылатып, ақырғы мақсатты метаболиттің клеткадан жылдам шығуын мутация көмегімен және қоректік орта құрамындағы биотин концентрациясын төмендету арқылы немесе пенициллинді, Твин-40 және Твин-60 детергенттерін, могары май қышқылы туындылары пальмитаттар және стеараттарды қосу арқылы қамтамасыз етуге болады; индуктор немесе операторды тежейтін ақуыз-репрессордың қабілеттілігін төмендету арқылы, тендер транскрипциясының арттыруын қамтамасыз ететін промотор белсенділігін жоғарлату, сотан сәйкес мақсатты метаболит синтезін немесе индукция синтезін және ферменттер белсенділігін жотарлату арқылы қажетті метаболизм жолдарды бір қалыпты ұстау; клетканың тіршілік етуіне қатыспайтын метаболизм жолымен түзілген қажетсіз өнімдерді алып тастау арқылы; клеткадағы мақсатты метаболит синтезделе-тін бастауыш затының концентрациясын жоғарлату көмегімен клетканың мембрана өткізгіштігін жоғарылатып, ақырғы мақсатты метаболйттің клеткадан тез шығуын қамтамасыз етуге болады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Жоғары өнімдердің мутациялық селекция типтік механизмін ашу үшін келесідей мысал келтіруге болады. Жануарлар клеткасы өздігімен синтездей алмайтын алмастырылмайтын аминқышқыл – лизин, оның жемдік шөптерде де концентрациясы аз. Сол себепті лизин аминқышқылын өндірістік жағдайда Corynebacterium glutamicum және Brevibacterium flavum атты мутантты штамдар көмегімен алу жолға қойылған. Бұл микроорганизмдердің тармақталған биосинтез үрдісі жолының ақырғы метаболиті лизин болып табылады, бүл жол үш аминқышқыл синтезделеді – лизин, метионин және треонин. Бактериалық клетканың қажеттілігін үзбей қамтамасыз ету үшін аминқышқылдар биосинтез жолының алғашқы ферменті аспартаткиназаның белсенділігін соңғы өнім – треонин мен лизин қосылып тежеулері қажет. Клеткада треонин мен лизин кон-центрациялары көп болатын болса, синтезді тоқтату мақсатымен аспартаткиназа ферментінің белсенділігі тежеледі, ал егер де, керісінше, осы аминқышқылдардың біреуінің концентрациясы жеткіліксіз болса, аминқышқылдарды синтездеу жылдамдығы жоғарлайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Лизиннің жоғары синтезін алу екі түрлі мутациялық жолмен іске асты. Бірінші жағдайда, гомосериндегидрогеназа ферментінің генін мутацияға үшыратып, ферментативті белсенділігін жоғалтты.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Нәтижесінде бактерия метионин және аспартаткиназаның бір тежеуші ингибиторын – треонин синтезін тоқтатты. Мұндай мутант қүрамында метионин мен треонин аминқышқылдары бар қоректік ортада ғана өсе алады. Егер осы аминқышқылдар клеткалар өсуіне жеткілікті болатын болса, ал треонин лизинмен қосылып аспартаткиназа белсенділігін тежеуге жеткіліксіз болса онда мұндай жағдайларда лизин бөгетсіз синтезделе береді. Мутанттарды дақылдандыру үшін өзіне қажетті өсу факторларын қажет етсе, яғни қоректік орта қүрамына қосымша арнайы заттарды (алынған мысалда метионин мен треонин) талап етсе, ондай мутанттарды ауксотрофтар деп атайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Мутацияның басқа түрі аспартаткиназа ферментінің өзінің өзгеруіне алып келді. Аспартаткиназа ферменті – аллостериялық фермент (alios – басқа), активті орталығынан басқа төменгі молекулалы эффекторлармен, оның ішінде лизин және треонинмен байла-нысатын аллостериялық орталығы бар. Аллостериялық орталықпен аминқышқылдар байланысқаннан соң аспартаткиназа ферментінің конформациясы өзгереді, нәтижесінде активті орталыққа субстрат байланыса алмай қалады және фермент белсендігін жоғалтады. Мутация нәтижесінде фермент лизинмен байланысын жоғал-тып, ретроингибирлеу механизмі жүзеге аспай қалады (10-сурет).
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Escherichia coli бактериясында треонин аминқышқылы биосинтезі реттелуі екі механизммен жүреді – ретроингибирлеу және репрессия. Бактериялық клеткада алдымен аспарагин қышқылы синтезделе бастайды да, келесі кезеңде аспарагин қышқылы негізінде треонин, метионин және лизин (сол себепті үш аминқышқыл да асщарагин қышқылы түқымдасына жатады) синтезделеді. Треонин концентрациясы клетка қажеттілігінен асып кеткеннен кейін, кері баиланыс (ретроингибирлеу) арқылы өнім синтезін тежейтін механизм белсенділігі артады, ал треониннің артық мөлшері аспар-таткиназаны инактивациялайды. Егер бүл реттеу механизмі жеткі-ліксіз болатын болса, треониннің артық мөлшерде синтезделуі тоқтамай, әрі карай треонин изолейцинге айнала береді. Треонин мен изолейцин концентрацияларының артық мөлшері бірігіп барлық метаболизм жолдарының ферменттер белсенділіктерін тежейді (репрессия) (11-сурет).
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Треониннің жоғары продуценті Е. coli бактериясының мутантты штамында – треониннің жоғары өнімділігінің синтезін кері байланыс арқылы реттейтін жолы бұзылған, яғни треониннің аспартаткиназамен байланысы бұзылған, сонымен қатар изолейцин синтезіне қатысатын фермент тежелген.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Ашытқы клеткаларын сүрыптағанда вегетативті, ііарасексуалды гибридизация қолданылып, будандасу ата−аналык хромосомаларды біріктіріп, нәтижесінде қажетті қасиетке ие гибрид алынады. Мысалы, сахароза мен мальтозаны ашытқанда қолданылатын Saccharomyces carlsbergensis өндірістік штамды (сыра өндірісінде қолданылатын штамм) бұл көмірсуларды ыдыратпайтын Saccharomyces globusus жабайы штамымен будандастыру жағдайда мальтозаны ғана ыдырататын гибрид алынды. Бұл гибридтік штамм “бархатты” сыра алу технологиясында қолданылады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>1983 жылы С. Браунд пен С. Оливер селекция әдісін қолданып, үздіксіз режимде (650 сағат) дакылдандыруда өнімнің жоғары концентрациясына (40% этанол) төзімді болатын ашытқылардың мутантты штамын сұрыптап алды. Ұзақ дақылдандыру кезінде, бейімделу механизмдер арқасында, спонтанды мутациялар нәтижесінде 10% этанолға төзімді және де көбейе алатын штамм алынды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Органикалық қышқылдардың биотехнологиялық өндірісінде бұл метаболиттерді моноөнім түрінде өндіретін және пайдаланылатын субстраттың көміртегі көзін жоғары утилизациялайтын микроорганизмдердің селекциялық штамдары қолданылады. Осы мутанттар өндірістік цикл технологияларына, жағдайларына бейім-делген және қосалқы өнімдерді айтарлықтай синтездемейді. Оларды органикалық қышқылдарды өндіруде қолданғанда сүт қыщ-қылының өнімділігі – 90%, глюкон қышқылының – 96%, сірке қыш-қылының – 90-98%, лимон қышқылының – 85%, итакон қышқы-лының – 60% болды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Микроорганизмдердің мақсатты өнімді бастапқы штамынан көп есе артық синтездейтін мутантты алған соң, зерттеушілер алдында келесі өте маңызды міндет түрады. Клеткада ферментативті реакциялар нәтижесінде өсуге қатаң түрде кажетті пропорцияларда сан алуан заттардың әркайсысы түзіледі. Рационалды, экономикалық жағынан тиімді метаболизмге кепіл болатын химиялық өзгерістерінің координациясы метаболизм жолдардың бірінің қарқынын езгерту, ферменттер активтілігін реттеу арқылы жүзеге асады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Бағытты өзгертілген генетикамен, бір метаболиттік жолдың күшеюімен клеткалардың тіршілігіне қажетті басқа жолдың бүлінуімен болатын мутантты микроорганизмнің конкуренттікке кабілеттілігі төмендейді. Бір метаболиттің артық мөлшері үтымды емес, клеткаға кажетсіз. Сондыктан, реверсия немесе кері мутация болуы мүмкін, егер реттеуші тендер аталған штамның бастапқы генетикалық профилін қалпына келтірсе.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Рекомбинантты ДНҚ технологиясы
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Рекомбинантты ДНҚ технологиясын (РДТ) in vitro жағдайьшда әртүрлі ДНК молекулаларын, бөтен гендерін біріктіру технологиясын іске асырып, кейін реципиент организмде олардың репликациясын жүргізіп инженерия аясындағы жетістік деп сипаттауға болады. Рекомбинантты ДНҚ технологиясының тірі клеткада, in vivo жағдайында мутация және рекомбинация негізінде жүретін дәстүрлі клеткалық селекциядан айырмашылығы осында.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Екінші айтарлықтай айырмашылығы: РДТ – бүл мүлдем түрлі генетикалық материалдарды қосу және клондау (мысалы, прокариот және эукариот организмдер гендерін біріктіру). Ал дәстүрлік селекцияда бүл мүмкін емес. РДТ молекулалық биология, нуклеин қышқылдарының химиясы, гендік-инженерлік энзимология жетістіктері арқылы түраралық, тінаралық тосқауылдарды жеңуге мүмкіндік береді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Дәстүрлік селекция алдымен жаңа штаммпродуценттерді, осімдіктердің жаңа сортын, жануарлардың жаңа түқымын алуда белгілі нәтижелерге қол жеткізеді. Кейін алынған онімнің фенотиптік өзгерістеріне жауапты гендерді анықтауга зерттеулер жүргізеді. Ал РДТ алдымен генетикалық өзгерістердің багдарламасын жасайды, содан кейін өнімді алып фенотиптік қорытындысын жасайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Кейбір зерттеушілер РДТ гендік микрохирургия деп атайды, бірақ ол рестриктазалар мен лигаза ферменттері арқылы жүзеге асатын химиялық хирургия.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Сонымен қатар, РДТ – бүл дәстүрлік селекцияның жалғасы, мутантты организмдер алу кезінде мутация мен рекомбинация-ларды практика жүзінде қолдану нәтижелерініц анализі. Спонтанды және индуцияланған мутациялар, рекомбинацияның әр түрлі әдістері (конъюгация, трансформация), in vitro-дa ДНҚ рекомбинантты молекуласын жасау – мұның бәрі зерттеу нысаны ген болатын клеткалық және молекулалық генетиканың эволюциялық жетістіктері.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> РДТ дәстүрлік селекция жетістіктерінен бас тартпайды, керісінше оған негізделеді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Модификацияланған организмдерді алу технологиясын мазмұндаудан бұрын клеткадағы генетикалық ақпараттьң сақталу және берілу механизмдеріне тоқталған жөн және прокариот пен эукариот организмдер арасындағы айырмашылықтарды атап өткен жөн.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>Бактериалық клетка геномы жалгыз хромосомасында (95-98%) және плазмидасында (2-5%) орналасқан. Тіршілік үшін маңызды генетикалық ақпараттың басым бөлігі хромосомада жиналған суперспиралданған ДНҚ молекуласы ретінде берілген. ДНҚ екі спиральдан түрады, олардың әр қайсысы белгілі нуклеотидтер (аденин, тимин, гуанин, цитозин) тізбегінен түрады. Б” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ұ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>л негіздер комплементарлы: бір тізбектің аденині келесі тізбектегі тиминмен, ал гуанин цитозинмен ж” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ұ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>п қ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ұ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>райды. Негіздердің миллиондаған жүптары ген қ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ұ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>рылымын қалыптастырады (бір қ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ұ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>рылымдық генде мынга жуық негіздер ж” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ұ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>бы), соң” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ғ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>ылары ақуыз синтезін кодтайды. Қ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ұ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>рылымдық гендерге жанасқан негіздер тізбегі – б” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ұ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>л гендердің клеткада – матрицалық РНҚ синтезінің және трансляцияның -мРНҚ-ны рибосомалардағы матрица ретінде қолданумен ақуыз түзілуі экспрессиясын бақылауды жүзеге асырады.
” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>Транскрипция промотор және терминатормен реттеледі. Промотор – бүл РНҚ-полимераза ферментімен тығыз байланысатын ДНҚ-ның қысқа фрагменті. Ол ферменттің ДНҚ-матрицасы бо” xml:lang=”kk” lang=”kk”>й” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>ымен қозғалуына ықпал жасайды да, қ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ұ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>рылымдық ген басының алдында орналасқан ДНҚ-ның кодтаушы тізбегінің нүктесінде транскрипция процесін инициациялайды. ДНҚ-ның терминатор деген болігі қ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ұ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>рылымдық ген соңында орналасып, транскрипция ая” xml:lang=”kk” lang=”kk”>қ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>талуының сигналы болып табылады. Промотор мен қ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ұ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>рылымдық ген аралығында ДНҚ-ның оператор деген тагы бір бөлігі орналасқан. Ол клеткада метаболизмнің артық концентрациясы жиналғанда арнайы ақуыз-репрессормен байланысып, транскрипция процесін тоқтатады.
” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>Рибосомадағы ақуыз трансляциясын реттеуін мРНҚ түзілуі кезінде транскрипцияланған басқа тізбектер жүзеге асырады. Риб” xml:lang=”kk” lang=”kk”>о” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>сомалард” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ың” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”> мРНҚ-ның рибосомамен байланысуына жауапты арнайы бөлігіне жалғасуының арқасында трансляция старттық си” xml:lang=”kk” lang=”kk”>г” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>налдан – кұрылымдық генні” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ң” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”> бірінші кодонынан басталады. Ген соңындағы “стоп кодон” синтезделетін ақуыздық молекуланың толықтай босануына жағдай жасайды. Кодтаушы бөліктегі өзгерулер ферменттің амин қышқылдық тізбегін өзгертіп, оның бел-сенділігіне эсер етуі мүмкін. Промотор тізбектеріндегі аз ғана өзгерулер оның РНҚ-полимеразамен байланысу мүмкіншілігін арттырып транскрипцияны жылдам” xml:lang=”kk” lang=”kk”>д” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>атуы мүмкін. Оператор мен ген-реттеуші аймағындағы мутация репрессордың байланысуына кедергі жасау мүмкін. Нәтижесінде транскрипция нәтижелігін ар” xml:lang=”kk” lang=”kk”>т” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>тырады. Басқа организмдерге көшірілген тендер промотор мен рибосомамен байланысу аймағы қүрылымдық бойынша сәйкес келсе, экспрессияланады.
” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>Генетикалық код” xml:lang=”kk” lang=”kk”> ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>және транскрипция мен трансляцияньщ негізгі биохимиялық реакциялары прокариоттық және эукариоттық клеткаларда “бірдей. Бірақ, эукариоттардың қүрылымдық гендерінде кодтаушы аймақтар (экзондар) арасында кодтамайтын аймақтар −” xml:lang=”kk” lang=”kk”> ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>интрондар орналасқан. Интрондар экзондармен бірге транскри” xml:lang=”kk” lang=”kk”>п” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>цияланады,” xml:lang=”kk” lang=”kk”> ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>бірақ экспрессияланбайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>Интрондарды қиып тастап экзондарды біріктіру процесі сплайсинг деп аталады. Сплайсинг нәтижесінде жетілген мРНҚ түзіледі. Одан белок трансляцияланады. Интрондардың болуы прокариоттык клеткаларда рекомбинанттық ДНҚ экспрессиясын қиында-тады. Өйткені бактерияларда сплайсинг процесін жүргізетін ферменттер жоқ. Табиғи эукариоттық ген прокариоттық жүйеде экспрессиялану үшін алдын-ала интрондардан босатылу керек. мРНҚ-ға кері тарнскриптаза ферменті көмегімен ДНҚ-ң комплёментарлы тізбегі (кДНҚ) репликацияланады. Кейін ДНҚ-полимераза ферменті арқылы ДНҚ-ның екінші тізбегі түзіледі. Бөтен ген осылайша клеткареципиентте экспрессияланады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>Вирустардың, прокариоттық клетка геномы қүрылымы бойынша өсімдіктер мен жануарлар геномдарымен салыстырғанда қара-пайым, өте күрделі емес. Сондықтан, гендік инженерияда вирустар немесе бактериялар гендерін қолданғанда оларды бөліп алу айтар-лықтай қиындықтар тудырмайды. Ал адам организмінің көптеген тендер жинағы арасынан керекті генді табу мен б” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ө” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>ліп алу ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ө” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>те қиын. Сондыктан эукариоттық клеткада керекті геннен транскрипцияланған мРНҚ идентификациялау жүргізу жеңілірек. Жануарлар клеткаларында мРНҚ транскрипииясы клеткалық ядрода жүзеге асады; ядродан цитоплазмаға генетикалық ақпаратты матрицалық РНҚ тасымалдайды, рибосомаларда ақуыз трансляциясы жүріп жатады. Прокариотты клеткаларда қалыптасқан ядролары болмайды, транскрипция және трансляция үрдістері параллель жүріп отырады, ал мРНҚ тура рибосомалармен байланысады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Жоғарыда айтылған транскрипция және трансляция үрдістерінің кейбір ерекшеліктері, генетикальщ ақпараттың іске асу механизмі негізінде рекомбинантты ДНҚ технологиясы жатады. Рекомбинантты ДНҚ технологиясы келесіде: алдымен донор клет-касынан нативті ДНҚ бөліп алынады (клонданатын ДНҚ, енетін ДНҚ, ДНҚ-нысана, бөтен ДНҚ), кейін рестриктаза ферменті көмегімен белгіленген сайтта ажыратады және босатылған генді (тендер) лигаза ферменті қатысуымен ДНҚ тасымалдайтын вектормен байланыстырады (клонданатын вектор), яғни in vitro рекомбинантты ДНҚ молекуласын алуға болады (12, 13-суреттер.).
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> ” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>Осылай конструкцияланған рекомбинантты ДНҚ реципиент клеткасына енгізеді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> ” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Бірінші этап” xml:lang=”kk” lang=”kk”> – баска организмге тасымалдайтын генді (гендер ді) бөліп алу: а) донор ДНҚ-нан оны рестрикциялау, белгілі нуклеоидты катары бар ДНҚ бөліктің эндонуклеаза рестрикциялайтын ферментімен кесіп алу. Осы кезде ДНҚ екі спиральді жібі жазылатын жағынай ыдырайды, “табалдырық” пайда болады – ДНҚ бір жібі бірнеше нуклеотидтерге бөлінеді. Бір жіпті (жабысқақ) шеттері пайда болады. Егер бір түрлі рестриктаза бөлген 2 жабысқақ ДНҚ фрагменті кездесетін болса, қатарлар шеттері компле-ментарлы болғандықтан жеңіл бір-бірімен өзара байланысады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Шеті жабысқак нуклеотидті қатар болуы мүмкін: 1) алғашында сол рестриктазамен өнделген вектормен қосылады және 2) сызықты молекуладан комплементарлы шеттерін өзара байланыстыра тігіп, сақиналы түрге ауыстыру. Бірақ, бұл процедура киын емес, егер бірнеше мың тендер бар бактериялар туралы немесе бірнеше ондық гендері бар вирустар туралы сөз болса. Ал жануарлар клет-касы геномынан (бірнеше миллиондаған гендері бар) нақты мақ-сатты генді бөліп алуға болады:
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>б) қысқа тізбекті ДНҚ фрагменттерінің (олигонуклеотидтерін) химиялық синтезі әдісін қолданып, нуклеотидтер арасында эфирлі байланыстар түзілген соң ДНҚ лигаза көмегімен олигонуклеотидтер бір-бірімен тігіліп тізбекті полинуклеотидтерді алу;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>в) донор клеткасынан ДНҚ фрагменті емес, одан транскрипцияланған мРНҚ бөліп алу – бұл жиі қолданатын әдіс. мРНҚ негі-зінде кері траскриптаза ферменті (ревертаза) көмегімен компле
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>ментарлы ДНҚ (кДНҚ) жібі синтезделінеді, әрі қарай ДНҚ-полимераза ферменті қатысуымен кДНҚ екінші жібі қүрастырылады;сөйтіп басқа организмге тасымалдайтын ген алынады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Екінші этап” xml:lang=”kk” lang=”kk”>.” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Донор клеткасынан бөлінген ген нақты құрылымды ақуыз туралы информацияға ие, бірақ өз бетімен клетка-реципиентте іске асыра алмайды. Осы жаңа генді баска организмдерге ендіріп және оның репликациясын қамтамасыз ететін қосымша ДНҚ молекуласы қажет. Осындай генетикалық ақпаратты тасы-малдаушысы (вектор) ретінде плазмидалар, жануарлар вирустары мен бактериофагтарды қолдануға болады. Трансгенді өсімдіктер алуына қолданатын типті вектор Agrobacterium tumefaciens топы-рақ бактериясынан бөлінген Ті-плазмида. Agrobacterium tumefaciens бактериясымен өсімдіктер симбиозды өзара қарым-қатынасқа түседі, Ті-плазмида өсімдік клеткасына трансформациясы барысында “тамырлық жаңғақша – корончатый галл” ауруын тудыратын Т-ДНҚ геномын ендіреді (14-сурет).
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Алдымен бөліп алган генді вектормен қосу in vitro пробиркада жүргізіледі, вектордың сақиналы молекуласын рестриктазамен кеседі, “жабысқақ” шеттері пайда болады, оларға лигаза көмегімен ауыстырылатын геннің “жабысқақ” шетімен біріктіреді. Осылай рекомбинантты ДНҚ конструкциясы жасалынады, оны әрі қарай реципиент клеткасына ендіреді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Нысаналы генді тасымалдау қабілеттілігімен қоса векторда генетикалық маркерлер болуға тиісті (жиі бүл нақты антибиотиктерге төзімділік – оны селективті қоректік ортаға себу қорытындысы бойынша анықтайды), онда рестрикция сайттарының саны көп болуға тиісті (спецификалық рестриктазамен кесіп алатьш вектор-дың ДНҚ сақиналы молекуласының бөліктері). Векторда репли-кацияны бастайтын бөлік – “огі” болуы тиіс. Айта кету керек, өкінішке орай плазмидалар вектордың барлық белгілерін үстанбайды, сондықтан оларға алдың^ала жоспарланған қасиетті конструкциялайды.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Дегенмен, вектор ретінде плазмидаларды жиі қолдануы олардың жоғары коньюгативтілігінде (реципиент клеткасына ену қабілеттілігі). Олар бактериялар клеткасыньң табиғи құрылымдық компоненті, цитоплазмада ДНҚ сақиналы молекуласы түрінде орналасады. Автономды репликацияланады, себебі оның қүрамында репликацияны бастайтын сайты (ori) бар, бактериялардың зат алмасуына қатысады, фенотиптік ондай-мұндай белгілерін айқындатады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Үшінші этап” xml:lang=”kk” lang=”kk”>. Конструкцияланған рекомбинантты ДНҚ реципиент клеткасына ендіреді, түрақты қадағаланады, яғни репликацияланып келесі үрпақтарына ауысып отырады. Трансформацияның нәтижелілігі реципиент клеткасыньщ компетенттілігіне, вектордың экспрессиялаушы белсенділіге, донор мен реципиенттіц генетикалық материалы туысты жақындықта болуына тәуелді.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Клеткада рекомбинантты ДНҚ жақсы трансформациялануы үшін протопласт алынады, реципиент клеткасына жылумен эсер етеді, клетка мембранасы еткізгіштігін жоғарлату үшін СаСІ, ері-тіндіс: қосылады. Экспериментте байғалған. 1000 клеткалардан трансформацияға 1-2 клетка үшырайды. Одан кейін осы клеткалардағы ендірілген рекомбинантты ДНҚ клетка-иесі рестриктазаларынан қорғау керек, олар бөтен ДНҚ деградацияға ұшыратып, ыдыратуы мүмкін.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Клеткаға рекомбинантты ДНҚ ендірілген соң оның экспрес-сиясы жүреді (транскрипция және трансляция). Микробтық клет-каға енген бөтен геннің транскрипциясы жүреді, егер осы ген ал-дында клетка-иесінің РНҚ-полимеразаны танитын күшті промотор болған жағдайда ғана. РНҚ полимераза транскрипцияны детерми-нациялайды, ал мРНК рибосомада бөтен ақуыздың синтезін трансляциялайды. Осы жерде де синтезделетін ақуыз клетканың протеазаларымен бедсенді деградацияға үшырамауын қадағалау қажет, яғни клондалған клеткаларда соңғыларды тежеу міндетті.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Айтарлықтай өзекті мәселелеріне жатады – модификацияланған микроорганизмдер клонын түрақтандыру қиыншылығы, себебі микроорганизмдер үрпақтан келесі үрпақка ауысьш отырғанда кейбір клондар рекомбинантты гендері бар плазмидалардан айы-рылып қалады. Осындай плазмидалары жоқ клеткалар плазмидасы барларымен салыстырғанда өте жылдам өседі, көбейеді. Соңында популяцияда плазмидасыз микроорганизмдер варианттары басым болады.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> Рекомбинантты ДНҚ технологиясының мақсатын керсехетін түрлі анықтамалар бар, соның бірі “химиялық микрохирургияға” тенестіру, онда микроскальпель ретінде келесі топтағы ферменттер технологияны жүзеге асырады:
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> – ДНҚ молекуласын белгілі сайттарда ұсақ фрагменттерге бөлетін ферменттер. Рестрикциялайтын эндонуклеазалардың үш типі анықталған (1, II, III). Генетикалық инженерияда негізінен II типтегі рестриктазалар қолданады, себебі олар нуклеотидтік қатардың нақты қажетті бөліктің ДНҚ танып, оны ажыратады; әрі қарай оны кесіп “жабысқақ” шеттерімен вектор ДНҚ біріктіреді. Танып алу және боліп алу сайттары бойынша рестриктазалардың специ-фикасы күшті, бірнеше жүздері анықталған;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”> – мРНҚ-да комплементарлы ДНҚ жібін (кДНҚ) синтездейтін фермент, РНҚ-тәуелді ДНҚ-полимераза немесе ревертаза деп атайды; -ДНҚ екінші жібін қүрастыруға қатысатын фермент, 5/-3/ ба-ғытта комплементарлы нуклеотидтерді қосу арқылы ДНҚ тізбегін үзарту жолммен іске асады, бүл ДНҚ-полимераза;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Кесілген ДНҚ фрагментін сақиналы жіпке біріктіретін фермент – бүл лигазалар;
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>- Бөтен ДНҚ молекуласының немесе трансляция өткен соң мРНҚ деградациясына әкелетін нуклеин қышқылдарда гидролиз реакциясын катализдейтін фермент – бұл нуклеазалар.
;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>1. Егорова Т.А., Клунова С.М., Живухина Е.А. Основы медицинской биотехнологии, – М: АСА;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”en-US” lang=”en-US”>D;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>ЕМА, – 2003г. – 207с.Микробиология / Воробьев 2. Избранные вопросы медицинской биотехнологии. Избранные вопросы медицинской биотехнологии. – Сиб.ГМУ, Томск – 2004. – 135с.
;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>3. Медицинская микробиология под ред. Покровского В.И. //М. ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 1998, 1184 С.
;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>4.”Биотехнология: Свершения и надежды”. М:Мир, 1987 г.
;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>5.Р.Реннеберг,И.Реннеберг.”От пекарни до биофабрики”.М:Мир, 1991 г.
;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>6.Дебабов.В.Г. Успехи генной инженерии микроорганизмов. Генетика.1987 г. т.23, N10 с. 1741-1748.
;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>7.П.О.Вяземский, Волчек и др. Генетическая инженерия в современной медицине. Военно-медицинский журнал.1990 г.N1 с 37-41.
;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>8.Перспективы применения методов ДНК-диагностики в лабораторной службе.Клиническая лабораторная диагностика, №5, 2000г
;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”ru-RU” lang=”ru-RU”>9. А.А., Быков А.С., Пашков Е.П., Рыбакова А.М. Микробиология / М., Медицина, 1994.
” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Бақылау сұрақтары:
- ;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”kk” lang=”kk”>Биотехнология дегеніміз не?
- ;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”ru-MD” lang=”ru-MD”>Биотехнологияның ;font-family:’Times New Roman'” xml:lang=”kk” lang=”kk”>мақстаттры мен міндеттері қандай?
- ” xml:lang=”ru-MD” lang=”ru-MD”>Б” xml:lang=”kk” lang=”kk”>иотехнологияда қолданатын биологиялық жүйе дегеніміз не?
