Биотехнология анықтамасы

1.Биотехнология анықтамасы

Биотехнология– тірі ағзалар мен биологиялық әрекеттерді адамның мақсатына сай өндірісте қолдану болып табылады. Ең алғаш 1917 жылы Венгр инженері алғаш рет “биотехнология” терминін енгізді. 1941 жылдан бері кеңінен қолданылып, даму үстінде.Биотехнология адами білімінің ең жас саласы. Алғаш рет биотехнология термині 1917 жылы К. Эреки шошқаларды қантты қызылшасымен қоректендіру кезінде, олардың өнімдерінің жоғарылауы, жасалған жұмыстарының нәтижесінде берілген. Ол: «Биотехнология – бұл шикізат материалдарынан, жануарлар организмдерінің көмегімен әртүрлі өнімдерді өндірумен жүретін жұмыстардың барлық түрі» - деп жазды. 
Биотехнология дегеніміз — биологиялық организмдердің қатысуымен жүретін процестерді, адамның мақсатына сай өзгерту арқылы өндірісте пайдалану.Қазіргі биотехнологияның басты мақсаты — өсімдіктердің жаңа сорттарын, жануарлардың асыл тұкымын, микроорганизмдердің штаммаларын шығару. Оны адам өміріне қажетті заттар өндіру үшін биологиялық нысандар мен процестерге негізделген жаңа ғылымның және өндірістің сапасы деп қарауға болады.

Биотехнология дегеніміз кез келген технологиялық өндірісте тірі ағзаны қолдану үдерісі.ол сапалы әрі таза өнім алу үшін қолданылады. Оған сүттің ашуын, қышқыл сүтті өнімдердің алынуын, ірімшік, шарап, сыраны дайындау барысын  жатқызуға болады.Биотехнология» сөзі, «био» және «технология» болып ажыратылады. Биотехнология – бұл пайдалы-шаруашылық мақсатта, медициналық тәжірибе үшін, экологияны жақсарту және т.б. үшін прдуцнет есебінде жануарлар, өсімдіктер және микроорганизмдерді қолданумен, технологиялық үрдістердің туындауымен, жетілдірумен байланысты ғылым. Сонымен қатар халық шаруашылығында пайдалы, сондай-ақ медицинаға бологиялық агенттерді – микроорганизмдер, вирустар, өсімдік және жануарлар жасушаларының көмегімен, сондай-ақ жасуша құрамдарының және жасушадан тыс заттардың көмегімен мақсатты өнімдерді меңгерумен алу. 
Биотехнология – бұл беріген қасиеттерімен жануарлардың, өсімдіктердің жасушалары және тін дақылдарының, микроорганизмдердің жоғары түрлерін алу негізін биологиялық үрдістер мен агенттерді өндірісте қолдану. 

2.Биотехнология  әдістері.

Қазіргі кезде кеңінен  қолданылатын негізгі биотехнологиялық әдәстерге келесілер жатады: гендік инженерия,жасушалық инженерия,хромосомдық  инженерия,ақуыздық инженерия,инженерлік энзимология.

Гендік  инженерия. Соңғыжылдарымолекулалық биология мен генетика ғылымдарының жетістіктеріне байланысты гендік инжерения ғылымы пайда болды. Гендік инженерия организмдердің жаксы қасиеттерін сақтап қалумен қатар оған сапалы қасиет бере алады. "Инженерия" термині құрастыру деген мағынаны білдіреді. Гендік инженерияның мақсаты — алдын ала белгіленген үлгіге сәйкес генотипі жағынан жақсарған организмдер алу. Алғаш рет гендік инженерияның тәсілдерін пайдаланып инсулин алды. Инсулин гормоны адамның ұйқы безінде жасалынады. Егер инсулиннің түзілуі бұзылатын болса, адам диабет ауруына шалдығады. Қазір дүние жүзінде 60 млн-нан астам адам диабетпен ауырады. Осы уақытқа дейін инсулин гормонын сиыр мен шошқаның ұйкы безінен алатын. Ал инсулинге тәуелді адамдардың саны жылдан-жылға арта түсуде. Осы себептерге орай адамның инсулин генін бактерияға гендік инженерия әдісімен көшіру керек болды. 1982 жылы адамның инсулин синтездейтін генін ішек таяқшасы бактериясының генотипіне енгізді. Сонда көлемі 1000 л бактерия себіндісінен 200 г-ға дейін инсулин өндіруге болады екен. Бұрынғы әдіс бойынша есу гормонының мұндай мөлшерін өндіру үшін сиырдың немесе шопщаның 1600 кг ұйқы безі қажет болар еді. Инсулиннен кейін гендік инженериялық әдіспен самотропин деп аталатын өсу гормонын бактерияларда синтездеу қолға алынды. Самотропин ірі қара малдардың сүтінің артуына қой мен шошканың еттілігінің жақсаруына әсер ететіні анықталды.

Жасушалық инженерия.Жасушалық инженерия жоғары сатыдағы организмдердің, өсімдіктер мен жануарлардың жеке жасушаларын және ұлпаларын жасанды көректік орта жағдайында өсіру. Жасушалық инженерия әдісі арқылы бір жасушаныңядросын екінші жасушаға көшіру және ядросыз жасушаларды өсіріп алуға болады. Жасаңды көректік ортада, яғни "in vitro" (жасанды) жағдайында жануарлардың (ит пен мысықтың, тышқан мен адамның) гибридтік жасушасын алған. Жануарлар жасушасын коректік ортада ұзақ өсіруге болады. 1997—1999 жылдары жануарлар инженериясын зерттейтін ғалымдар үлкен табысқа жетті. Англияда Розлин атындағы институттың ғалымдары алты жастағы саулық қойдың желінінің жасушасын "in vitro" жағдайында өсіріп, анасы тектес ұрпақ алды. Жапон елінде осындай өдісті қолданып, ірі қара малдың тұқымын, Оңтүстік Африка мен АҚШ-та кұрбақа мен тышқанның дараларын шығарды. Қазір өсімдіктер биотехнологиясының ауыл шаруашылығында маңызды бағыттары коп-ақ. Біріншіден, есімдіктердің кез келген органдарынан жасушасын алып, коректік орта жағдайында өсіріп, тұтас өсімдік алуға болады. Екіншіден, осы әдіспен бір жылда 1 млн есімдік алуға болар еді. Үшіншіден, жасушалық биотехнологияға негізделген жасанды коректік ортада синтезделетін экономикалық маңызды косымша заттарды (алка-лоидтер, гликозидтер, хош иісті майлар, дәмді заттар, табиғи бояулар, т.б.) алуға болады. Төртіншіден, өсімдіктерді клондық көбейтуге және сауықтыруға болады.

Инженерлік  энзимология-қажетті өнім алу мақсатында жекелей бөлініп алынған немесе тірі жасушалар құрамында ферменттің каталитикалық қызметін пайдалану б.т.

3.Нысан түрлері.Микробиот.ң негізгі нысандары.

Биопродуценттер-биотехнологияның объектілері  б.т. Биотехнология саласындағы өнертабыс нысандарының стандартты құқықтық сараптамаға толықтырулар ретінде хайуанаттар мен қоршаған ортаға этикалық және моралдіқ ұстанымдармен тікелей әсері ететін өзінің, өзгешелігі бар.Қазіргі уақытта бұл саладағы нысандарға өтінім саны өсті. Биотехнология саласындағы қорғайтын дәстүрлі нысандар негізінен штамм вакциналары, вируленттік штамм қоздырғыш аттенуация тәсілдері, өлі- вакциналар үшін - оның адъювантарымен, консерванттармен және лимфокиндермен композициялары болып табылады; микробтық биожиынтық қамтамассыздандыратын жеке технологиялық процесстер; нәрлі орта және олардың компоненттері; вакцинаның, нәрлі ортаның сапасының тексеретін тәсілдер, сияқты, егілген ортадан (токсин, былшырақ, ферменттер) немесе өлі клеткалардан алынатын антигендер. Соңғы жағдайда қорғай нысандары, ірі, химиялық және физика-химиялық құрылымы жағынан сипатталмаған "протективті антигендер" "О-антигендер", "мембранды ақуыз комплекстері" деп аталатын липидтер, ақуыздар және полисахаридтер комплекстері болып табылады.Өнертабыс нысандары деп адам қолымен жасалған немесе өзгертіліп, қайта жасалған материалдық нысан немесе процесстер, жеке жағдайда құрылым, тәсіл, зат, биотехнологиялық өнімдер, сонымен қатар оларды қолдануды айтамыз. Сонымен, биотехнология саласындағы барлық өнертабыстар ортақ "биотехнологиялық өнім" деген ұғыммен бірлеседі, бұл тек микроорганизмдер штаммы, өсімдіктер және хайуанатар жасушаларын ғана емес барлық тірі организмдерді патенттік қорғау мүмкіндігін қамтамассыздандырады.Биотехнологиялық өнімдерге өнертабыс нысандары ретінде табиғиортадан немесе басқада тәсілдермен алынған өнімдер жатады.Айтылмыш салада өтінім беру кезінде негізгі кезең биотехнологиялық өнімдерді сипаттауға арналған нышандарды ашу болып табылатын, п.9.3 "өнертабысқа инновациялық патент немесе патент алуға өтінімді құрастыру, рәсімдеу, қарастыруға нұсқаулық". Әрбір объект үшін нышандар жиынтығын тұтас пайдалану міндетті емес, аз ғана нышандар санын пайдалануға болады, ең бастысы олар өтінімдегі өнертабыстың техникалық нәтиженің жетістігіне жетуге және өнертабысты иднетификациялауға жеткілікті болуы керек.Кейбір ерекшеліктер "штамм" өнертабыс объектілерімен байланысты. Онда өнертабысты штамм алу тәсілін сипаттау немесе осы штамм туралы мәліметтерді ашық жариялау немесе оны депонирлеу (депонирлеу туралы паспорттың расталған көшімесі) туралы құжат ұсынумен жүзеге асады. Бұл құжат сараптама ұйымына өтініммен бірге немесе өтінім түскен күннен бастап екі айдан кешіктірілмей келуі керек. Бұл ретте, депонирленген күн уақыты өнертабыстың приоритетті күнінен бұрын болуы керек. Осылай, өтінім берушіге кез-келген үшінші жақ оны көшіріп алмау үшін, штаммды депонирлеу, немесе оны алу тәсілі ұсынылады. Алайда штаммның ең толық деген сипаттамасының өзі оны көшіріп шығаруға мүмкіндік бермейді. Ең алдымен тіршілік көзі өзінің тіршілігін тоқтатуы немесе өзгеруі мүмкін, соның әсерінен одан енді штамм алу мүмкін емес болады. Бұдан басқа, айтылмыш жағдайда мәлімделген нақты штамм емес биологиялық нысанының белгілі бір тегі немесе түрін алуға кепілдік беруге болады. Сол себептен жалпығы мәлім, "штамм" өнертабыс нысанына жататын өнертабыс – штаммдарды депонирлеу мәртебесі бар арнайы штаммдар жиынтығы.Өнертабысқа өтінім беру кезінде мұндай жиынтық-депозитарилерде депонирлеуге нұсқау Қазақстандық микроорганизмдерді депонирлеу ережесіне қосылған.

4.Фитобиотехнология неге  негізделеді?

      Жылдам дамып жатқан –фитобиотехнология каллусты тінді немесе өсімдік жасушаларын культивирлеуге негізделген.Генетикалық инженерияда  протопласты-қабығы жоқ өсімдік  жасушасында пайдаланады. Өсімдік жасушалары дәрілік препараттармен  биологиялық белсенді заттардың қайнар көзі.

       Өсімдіктердің  биотехнологиясы. Биотехнологияның негізгі объектілері – тұтас организмнен оқшауландырып алынған жасанды қоректік ортада, асептикалық (залалсыздандырылған) жағдайда өсірілетін жеке клеткалар, ұлпалар. Мұндай жасанды жағдайда клеткаларды, ұлпаларды және мүшелерді өсіруді клеткаларды өсіру деп атайды. Өсімдіктер биотехнологиясы– ғылым мен өндірістің өсімдік органдары мен оларда жүретін биологиялық процестердің негізінде түбегейлі жаңа технологиялар құрып, адамға қажетті өнімдерді алуға мүмкіндік беретін жаңа саласы.Өсімдіктер биотехнологиясы саласындағы алғашқы зерттеулерді 19 ғасырдың аяғында неміс ғалымдары К.Рехингер мен Х.Фехтинг жүргізді. Қазақстанда Өсімдіктер биотехнологиясы жөніндегі зерттеулер 20 ғасырдың аяғында Бас ботаник. бақта, Молекулдық биология және биохимия, Ботаника және фитоинтродукция, Өсімдік физиологиясы, генетикасы және биоинженериясы, Фитохимия институттарында, ҚазҰУ-да, т.б. жоғары оқу орындарындағы арнаулы кафедраларда жүргізілді. Бұл зерттеулердің негізгі бағыттары:

• гендік және клеткалық инженерия
• гаплоидты биотехнология
• клондық көбейту
• биологиялық активті заттар алу, фиторемедиация, гендік банк жасау, т.б.

Өсімдіктер биотехнологиясын қолданып көптеген жоғары өнімді өсімдік сорттары мен линиялары, дигаплоидтар, каллустық және клеткалық дақылдар, протопластар, вируссыз өркендер, дәрі-дәрмектер, белоктар,вакциналар, витаминдер, т.б. биологиялық активті қосындылар алынуда. Қазақстанда Өсімдіктер биотехнологиясының негізін салғандар: академиктері

• М.Ә.Айтхожин
• І.Рақымбаев
• М.Қарабаев
• профессор Г.Уәлиханова 
  Қазір Өсімдіктер биотехнологиясы саласында биол. ғылым докторы Б.Б.Әнәпияев, Б.Ысқақов, К.Жамбакин, т.б. ғалымдар еңбек етуде.

Өсімдіктердің биотехнологиясы – бұл өсімдік текті жаңа өнімді жоғары сұрыптар мен линиялар, биологиялық белсенді қосылыстарды алуға бағытталған ғылым саласы. Өсімдіктердің шаруашылықтағы бағалы сұрыптары ( бидай, жүгері, күріш, соя, картоп) барлық уақытта селекционерлердің назарында болып келеді. Ауыл шаруашылықты дақылдардың өнімін жоғарлату, олардың жағымсыз ауа райына, әртүрлі ауруларға тұрақтылығын жоғарлату қазіргі уақытта да әрбір мемлекеттің экономикасында маңызды мәселелерінің бірі болып келеді. Қазақстан да бұдан тыс қалған емес. Оның сотүстік аймақтарының көп бөлігінде дәндә-дақылдар, оңтүстігінде – мақта мен күріш, және айтарлықтай барлық аймақтарында картоп өсіріледі. Өсімдікті өсіруде қарқынды әдістә қолдану нәтижесінде 20 ғасырдың 50-60 жылдарында экономикалық дамыған мемлекеттерде дәнді дақылдардың өнімі 2-3 есе өскен. Ауруларға, зиянкестерге төзімді, топырақ өңдеудің интенсификациясы факторларын қабылдағыш, қысқа сабақы сұрыптары алынды. Тұқымның сапасын жақсартуға, олардың келесі егу кезеңінде дайындауға және т.б. егін шаруашылығына бағытталған жаңа технологиялар қолданыла бастады. 

       Дәстүрлі селекциялық жұмыстармен қатар қалемше (черенок), клоннан бүтін өсімдікті алу үшін тәжірибелер жасалды, өсімдік микроорганизмінің изоляцияланған тіндермен зерттеулер жүргізіле бастады (klon – өсімдікті өсіруге жарамды қалемше немесе өскін; Уэббер, 1903 ж.). 1892-1902 жылдар аралығында неміс ғалымы Хаберландт, Фехтинг және Рихенгер сахарозасы бар ерітіндіге бақ-бақ пен теректің сабағын салып біріншілікті каллусты алғаш алды. Бірақ каллустан бүтін өсімдік алу әрекеті іске асырылмады. Осы бағыттағы жұмыстардың көптеген елдердің ғылыми селекционерлері жалғастырды. Бұл зерттеулердің негізінде өсімдік жасушаларының типотенттік қабілеті туралы гипотезасы жатты, яғни осындай жасушаларға олардың суі үшін қажетті жағдай туғызғанда, бүтін бір өсімдікті алуға болатыны анықталды.  
       Регенерация нәтижелері қоретік орта құрамы мен өсіру жағдайларына байланысты. 1930 жылы американдық зерттеуші Робинс пен неміс ғалымы Коте тығыз қоректік орталарда томат пен жүгері тамырларының ұштары меристемаларын өсіру мүмкіндіктерін крсетті. Бірақ белгілі уақыттан кейін өсімдіктердің тіні қоңырланып өле бастаған. Француз Готре өсімдік тінін ұзақ уақыт in vitro жағдайда қоректік ортаны жаңасына ауыстыра отырып өсіре алады. Тек өткен ғасырдың 50-ші жылдары ғана Ж. Морей ғалымы клонды микрокөбею жолымен орхидеяның апикальді меристемасынан in vitro жағдайда бүтін өсімдік алды.  
        Өсімдіктің биотехнологиясының дамуының жетістікері өсімдіктің өсуімен көбеюін жоғарлататын фитогомондардың, биологиялық белсенді заттардың ашылуына көп әсер тигізді. Фитогормондардың зерттелуі өткен ғасырдың 20-шы жылдарында басталған. Неміс ғалымы Ф. Гегель гомонды заттардың бір тобын – ауксиндер, атап айтқанда индолил-сірке қышқылы (ИСҚ) бөліп алды. Ол ИСҚ сабақтың апикальді меритемаларында болатынын және олардың өсімдік жасушасының созылуын, бөлінуін және жетілуінің реттелетінін көрсетті. Фитогормондардың басқа тобы – гиббереллиндер 1926 жылы ашылып, химиялық таза түрі 1938 жылы Жапонияда алынды. Олар сабақтың өсуін қоздырса, тамырдың өсуін басып, ол жапырақтың өсуіне әсер етпейді, меристемалық тіннің белсенділігін жоғарлатады. 

        Өсімдіктер биотехнологиясының даму тарихының тағы бір бағыты, ол – тамырлар мен жемістерден алынған изоляцияланған протопласттарды қолдану, олардың in vitro жағдайда қосылып, сомалық гибридтерді жасау болып табылады. Изоляцияланған протопласттар 1960-шы жылы ферментативтіәдіспен көптеген мөлшерде алынған бодатын. Кейіннен протопласттардың өздігінен қосылу нәтижесінде жынысты көбеюсіз гибридтердің жаңа және көптеген мөлшерін алуға мүмкіндік туды. Бірақ изоляцияланған тіндер мен жасушаларды in vitro жағдайда дақылданғанда көбіне каллусты тін қолданылады, ал изоляйияланған жасушалық суспензиялар мен протопластар іргелі ғылыми зерттеулер үшін ең керекті құрамы болып келеді.  
        Өсімдіктер биотехнологиясының әдістемелері түпкілікті дерлік рекомбинантты ДНҚ технологиясының ашылу арқасында өзгерді. Гендік инженерия көмегімен вирустарға, гебицидтерге тұрақты, жемістердің пісіп жетілу уақыты өзгерген, гүлдерінің түсі өзгерген, тұқымдарының тағамдық құндылығы жоғарлаған және т.б. трансгенді өсідіктер алуға мүмкіндік туады. 

5.Зообиотехнология  биотехнологияның дербес тармағы  ретінде.

Жануарлар биотехнологиясының пайдалану салалары:

1. Мал шаруашылық.
2. Мал дәрігерлік.
3. Азық өнімдеу.
4. Селекциялық орта.
5. Диагностика. Дәрілер, вакциналар.
6. Азықтар және азық қоспалары.

Жануарлардың  биотехнологиялық қоры 
Мал шаруашылықта биотехнология әдістерін еңгізуге жануарлардың келесі биологиялық ерекшеліктері жағдай береді:

1. Жануарлардың жыныс жасұшаларының (гаметаларының) биологиялық банкі. Жануарлардың гаметаларының биологиялық банкі ұрғашылардың жыныс жасұшаларында (гонадаларда) орналасқан. Гаметалардың морфогенетикалық мүмкіншіліктері өте жоғары. Мысалы, тұған кезде ұрғашы қойлардың жыныс жасұшаларында 700 мың фолликулалар (гонаданың жасұшалары) болады; жыныс жасына келгенде 12000-86000 ұсақ фолликулалар және 100-400 үлкен фолликулалар болады. Еркек жануарлардың жұмыртқаларында сперматазоидтердің саны одан да көп (280-450 триллион). Осындай қордан табиғи жынысу жағдайда көбеюге қатысатын гаметалардың (жұмытқа жасұшалары және сперматазоидтер) саны бірден туатындарға 5-10, көптен туатындарға 40-80 паралар.
2. Жануарлардың ұрықтарының имплантацияға (қайта отырту) дейін дамуы. Ұрықтандырылғаннан кейін ұрық ұрғашы малдың жыныс мүшелерінде бос жағдайда болады. Ұрықтандырылған жерден еңгізілетін жерге дейін ұрық бір неше күн жүреді: шошқаларда 2-3, қойларда 4-5, қояндарда 5-7, сиырларда 7-8 күн. Осы жағдаймен қолданып жануарлардың ұрықтарымен әр түрлі жұмыстар өткізеді.
3. Бірден туатын жануарларда бір жұмыртқалы егіздер туу. Бір жұмыртқалы егіздер келесі жағдайда туады: имплантация алдындағы кезеңде ұрықтың қабыршығына бір зақым келіп ұрық бөлініп кетіп, екі немесе бір неше ұрықтар жаратылады. Осындай егіздердің нәсілдік, биохимиялық көрсеткіштері бірдей, неге десек олар бір ұрықтандырылған жұмыртқалы жасұшадан шығады (тотипттенттік жағдай). Осындай көріністің көмегімен көп жасұшалы ағзалардан биологиялық ұқсас ағзаларды алуға болатын болды. Осы жағдай тұқым мал шаруашылығына өте маңызды.
4. Малшаруашылықта тұқым дәнін тұдырып жетілдіру. Ауылшаруашылық жануарларды ұстап көбейткенде тұқым дәнін және пайдаланатын үйірді айырады. Тұқым дәніне жататын малда келесі көрсеткіштер болу керек: физиологиялық саулық, көбеюге жарамдық жоғары қасиеті, жоғары бағалы нәсілдік қасиеттері және сапалы ұрпақ. Биотехнологиялық зерттеуде осы жануарлар тобына жататындар берушілер (донорлар) және жасаушылар (ұрықтандырушылар). Беруші – ол нәсілдік бағалы ұрықтарды беретін ұрғашы; жасаушы – ол еркек мал. Сондықтан, жануарлардың осы дәрежесі үйірдің көбейту жұмысына өте маңызды.
5. Пайдаланатын жануарлардың үйірі – ол жануарлар, генотиптері аса маңызды емес, бірақ міндетті түрде физиологиялық сау, көбеюге жарамды жақсы қасиеттері бар. Осы дәрежеге реципиенттерді жатқызады. Реципиент – бөтен ұрықты алып жүретін ұрғашы. Пайдаланатын жануарларға күйлеген ұрғашы малдарды табатын еркек малдардыда жатқызады. 
   Жалпы, ауылшаруашылық жануарлардың биотехнологиялық мүмкіншіліктері жануарлардың биологиялық ерекшеліктерімен белгіленеді. Биологиялық қасиеттер тектілік қорлармен реттеледі. 
   Сонымен, жануарлардың биотехнологиялық қорын үш топқа бөлуге болады: 
   а) молекулярлық қор – ген қасиеттерімен және құрамымен белгіленеді; 
   б) физиологиялық қор – гамета банкі арқылы ашылады, ұрықтың еңгізуліден бұрын дамуы (тотипотенттік); 
   в) селекциялық қор – тұқым малшаруашылығымен байланысты, ұрықты жақсартып жаңа тұқым жасаумен байланысты.