Биотехнология дамуының негізгі бағыттары және анықтамасы

Биотехнология дамуының негізгі бағыттары және анықтамасы

Биотехнология дамуының негізгі бағыттары және анықтамасы.  
 
Биотехнологияны, оның даму тарихы мен жеке өндірістік технология ретінде, биологиялық ғылымның өзіндік бағыты ретінде қалыптастыруымен байланыстыра қарау керек. Биотехнологияны, оның негізгі позициясымен, және осы пән объектісінің позициясымен қарау керек. Биотехнологияның негізгі объектісі болып тірі жасушалар, атап айтқанда жануар, өсімдік жасушалары текті және микробтар немесе олардың биологиялық активті метоболиттері, шаруашылықтағы барлық жануарлардың түрлері және өсімдік сұрыптары болып табылады.   
        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. 
    Жаратылыстану – техника ғылымының, биотехнологиялық ғылымның, биологиялық ғылымның, жасуша биохимиясы мен генетикасының даму барысында биологиялық объектілерді қолдана отырып, технология жетілді, күрделенді және кеңейді, өндірістік масштабта (сүт, спирт зауыттарда, тері-былғары мекемелерінде және т.б.) мамандандырылған өндірістер пайда болды, жасушалық инженериядағы жетістіктер негізінде жасуша дақылдарын қолданумен жаңа технологиялар өңделеді. Әрине, тарихи жоспарда, биотехнологияның даму барысында биотехнология ғылым ретінде, мәнін анықтауда толықтырулар және тиісті өзгерістер әрдайым болып тұрады. 
     Сондықтан, уақыт келе биотехнологиялық өндірістердің өндіріс масштабында пайда болуы, биотехнология ғылым ретінде өндіріс әдістері мен технологияларын, жануарлар, өсімдіктер мен микроорганизмдерді қолдану мен ауыл шаруашылық және басқа да өнімдерді тасымалдау, сақтау және қайта өңдеуден анықтама береді. 
     Өткен ғасырдың 80-шы жылдарында Еуропалық биотехнологиялық федерация биотехнологияны тіндік дақылдар мен микроорганизмдердің пайдалы жақтарын өндірістік қолдану үшін биохимиялық, микробиологиялық және химиялық технологияларды біріктіріп қолдану ретінде анықтады. 
     Ол биотехнологияны биологиялық, химиялық және технологиялық ғылымдардың арасында туынджаған ілгерілемелі ғылыми-техникалық пәнаралық саласы ретінде, технологиялық үрдістерде микроорганизмдерді, жасу дақылы және тіндік дақылды қолданумен биохимия, микробиология, молекулярлық биология және қолданбалы ғылымдар саласында, білімдерді интеграциялау ретінде қарады. Биотехнологиялық үрдістерді тірі материяның кез-келген деңгейінде қолданылады: жасушалық, ағзалық-тіндік, организмдік, популяциялық, биоценоздық. 
    Нәтижесінде тірі жасушаның биохимиясы мен генетикасы туралы білім негізіндегі биотехнологиядан, адам өміріне қажетті шығу тегі әртүрлі текті(жануар, өсімдік және микробты) тіріжасушалардан әртүрл іөнімдерді алу технологиясы ретінде ұсынады. Молекулярлық биология мен генетикалық инженерияның әрі қарай дамуы технологияға мыналарды алыпкеледі: 
-Биотехнология – 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.  
-Биотенология – 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 биологияны халық шаруашылығына қажетті өнімдерді (дәрі-дәрмектерді, реактивтерді, өсімдіктерді қоғау заттар, бактериялық тыңайтқыштар, қоректендіргіш дәмдеуіштерді және т.б.) алу үшін аппаратурамен, технологиямен және үрдістермен айналысатын немесе микроорганизмдер, соның ішінде вирустар, тіндік және өсімдік жасушалары немесе олардың құрамындағылар мен қалдықтарды тоқыраумен айналысатын пән ретінде қарастыруға болады.  
     Биология саласында жаңа ғылыми бағыт қалыптасу, гендік инженерияда қызметті белсенді генетикалық құрылым рекомбинантты ДНҚ-ны in vitro құрастыру, аталық-аналық жасушасының табиғи генотипін тиісті фенотиптік қасиетімен түрленуленген өзгеру, ОВ 40вирустың ДНҚ фрагментінен және E.coli галактозды оперонымен dvgal лямбда бактериофагынан тұратын алғашқы рекомбинантты ДНҚ-ны құру (Берг, 1972) дәстүрлі емес биотехнология – молекулярлық биотехнология, рекомбинантты биотехнологиясының бастамасы болды. Сондықтан, генді инженерия жаңа биотехнологияның ядросы ретінде молекулярлық биологияның, молекулярлық генетиканың тікелей ұрпағы деп мойындау керек, ал дәстүрлі биотехнологияның негізі – микробиология, микробиологиялық өндіріс.  
     Әрине, биотехнологияға ғылыми пән ретінде анықтама бергенде, оның міндеттері мен мақсаттарында салалы бояулар, ауыл шаруашылық биотехнологиясы, экологиялық биотехнологиясы, өндірістік биотехнологиясы және басқа да бағыттары да болуы мүмкін.   
     «Биология мен биотехнология» сөздері, «био» және «технология» болып ажыратылады. Биология да және биотехнология да тірі объектімен жұмыс істейді, бірақ олардың тіріге деген ыңғайы немесе көз-қарасы әртүрлі. Биотехнология тірі тек танымдық қызығушылықпен оқытпайды, ол тірі объектіні адамға қажетті өнімдерді өндіру үшін, жұмыс істеуге мойын ұсындырғысы келеді. 1928 жылы биотехнологияның көркеюіне таң қала отырып, Д.Ж. Холдейн «Неге өзімізге химиялық қосылыстарды жасау еңбегін алуымыз керек, егер оны бізге микроб жасаса?» деген болатын. 
     Биотехнология қазіргі инженерлік технология мен аппаратураларды қолдана отырып, биологиялық бірнеше пәндер негізінде қаланған биологиялық, химиялық және технологиялық ғылымдар негізінде қалыптасқан. Биотехнология дамуының қалыптасуына-ферментационды технология және инженерлік энзимология, гендік инженерия және молекулярлық биология, генетика саласындағы жетістіктер, тірі жасушаның биохимиясы және физиологиялық қалыптасқан білім, биологиялық ғылымның бір буыны, яғни негізгі бұтағы, т.б.  
     Шынында да, биотехнология ғылыми пән және өндірістік технология есебінде тірі жасушаның биоөндіргіштік белсенділігін зерттеуге, сапалы өндірушілік қабілдеті бар және әртүрлі салаларда: ауыл шаруашылығында, фармацевтикада, тағам өнеркәсібінде, биоэнергетикада, қоршаған орта ремедиациясында, биоэлектроникада, тағы басқаларда қолданылатын жаңа объектілерді құрып, жетілдіру мақсатына арналған жұмысы бойынша үлкен көңіл бөлінеді. Ғылымның әртүрлі саласындағы жетістіктер биотехнологияда қолданылады.  
    Биотехнология жоғары технологиялардың қазіргі саласы есебінде, оның тірі организмдер мен биологиялық үрдістерді құрайды және әртүрлі өзіндік ғылыми бағыттар бойынша дамиды: ауылшаруашылық, өнеркәсіптік, экологиялық, молекулярлық, биотехнологиялық, имуннобиотехнологиялық және т.б.  
 

Медициналық биотехнология  
 
Биотехнологияның даму тарихының негізгі кезеңдерінің бірі – бұл антибиотиктердің ашылуы, олардың зертханалық жағдайда алу және өндірістік масштабта өндірілу кезең болады. Қазіргі уақытта денсаулық сатаудың алғашқы мақсаты болып, жаңа антибиотиктердің, әсіресе табиғи қасиеті бар антибиотиктерді, сонымен қатар, тағам өнеркәсібінде және ветеринарияда өндіріп қолдану. Мәнісінде, антибиотиктер фармпрепараттарды тұтынуда және биотехнологиялық өндірілу көлемінде ең үлкен класс болып табылады.  
              Қазіргі медицинада гомональды препараттар (инсулин, соматотропин және т.б.), биологиялық активті заттар (интерлейкиндер, интерферондар, қан плазмилогенінің белсендіргіші, антигемофильді фактор және т.б.), генді инженериялық вакциналар (суббірліктің, пептидтік, «векторлық»), моноклоналдыантиденелер негізінде диагностикумдар, нуклеин қышқылдарын анықтау үшін тест-жүйелер және т.б.  
               Фитопрепараттар (алкалоидтар, гликозидтер, стероидтар, эфирлік майлар және т.б.), микробтық ферменттерді (стертокиназа, урокиназа, супероксиддисмутаза, әртүрлі амилазалар және протеазалар), полидекстрандарды қолднуы және өндірілуі кеңеюде.  
 
Экологиялық биотехнология  
 
Қоршаған ортаның экологиялық күйі – бұл әрбір мемлекет, бүкіл адам, қоғам үшін тұрақты үдемелі мәселе. Топырақтың, судың және ауаның ксенобиотиктермен, химиялық заттармен, сондай-ақ улы қосылыстармен, ауыр металдармен, пестицидтермен, коммуналдық қалдықтармен ластану қарқындылығын, биологиялық технология көмегін пайдалана отырып тоқтатуға болады.  
        Қоршаған ортада микроорганизмдердің барлық жерде болуы және олардың үлкен катаболизмдік потенциялының әсерінен, биосфераға түскен кез келген қосылыс түгелдей минералданады деп болжайтын (микробиологиялық үміттену) гипотеза, табиғаттағы заттар айналасындағы микроорганизмдердің негізгі шешуші ролінен шығады. Өкінішке орай, шындығында қоршаған ортаның антропогендік ластану динамиксы, микроорганиздердің пайдаланылуына қарағанда басымырақ болады.  
           Егер су қоймаларының және топырақтың, ірі мегаполистердің газдалуы, сұық және қатты қалдықтардың көп мөлшерде қалыптасуы әр қилы болса, онда табиғаттың генефондтың жеткіліксіздігі, көптеген биологиялық тапшылықтар аз көрініс табады, бірақ сонда да маңыздылығы іргелі.  
            Сондықтан, экологиялық биотехнологияның негізгі бағыттары деп санауға болады: өсімдік шаруашылығында, мал шаруашылығында және басқа салаларда жасанды заттардың орнына биопрепараттарды қолдану көлемі мен спектрінің кеңеюі; ластайтын элементтерді (пестицидтер, ауыр металдар, мұнай және мұнай өнімдерін) бұзу және активті бөліп лу жолымен қоршаған ортаны ремедиациялау; қатты коммуналды қалдықтарды, тұрып қалған сулардың тұнбасын пайдалану; топырақ гумусын, құрамын қалыпқа келтіру, нитрификациялау, су құбырларын өңдеу жолдарымен және адам денсаулығына, жануарларға және өсімдіктерге қауіпсіз биологиялық технологияларды өндірісте қолдану.  
            Бағалы жануарлар, өсімдіктер және микроорганизмдердің генефондын, биогеоценоздың бұзылған экологиясын қалпына келтіруде, биотехнологиялық амалдарды қолдану жолымен сақтау.  
 

Өндірістік биотехнология  
    Халық шауашылығының әртүрлі салаларын қамтиды, өндірістік технологияның басты буыны болып, өндірістік микробиология табылады, себебі ірі биотехнологиялық өндіріс негізінде микробиологиялық үрдістер жатыр. Бұл өндірістік масштабта микробтық аминқышқылдары, антибиотиктерді, ферменттерді алу, инсектицидтер мен тыңайтқыштар ретінде микробты биомассалардыөндіру, қоректік ақуыздарды, этанол, биогаз, дәрумендер, органикалық қышқылдарды, полисахаридтерді өндіру, рекомбинантты ДНК технологиясы негізінде биологиялық белсенді заттар, гормондарды, адам ақуыздарын алу.  
           Өндірістік биотехнологияның өзі де тау металлургиясында орын алады. Бұл микроорганизмдер және ферменттердің көмегімен металдарды ерітілген күйде минералды концентраттар, кендерден бөліп алуға көмек беретін металлдар (микробиологиялық гидрометаллургия, металдарды бактериалды сілтілеу) биотехнологиясы. Мысалға, металдардың сульфидтерін ерітілген сульфатқа айналдыру жолы.  
            Мұнай өндіру саласында балластты көмірсутек-парафинді (балауызды) ыдырататын , мұнайды сұйылтатын және жер бетінде оның алынуын жеңілдететін микроорганизмдерді қолдану. Микроорганизмдер – мұнай ыдыратушылар, мұнай өнімдерімен ластанған топырақты және су қоймаларын тазартуға қолданылады. Қатты қалдықтардан биогазды (метан) алуда дамудың нағыз болашағы болып табылады, әсіресе мұнай өнімдерінің жетіспеушілігінің үдеуін есептесек.  
      Тағам және жеңіл өнеркәсіпте биотехнологияның өзіндік бағыттары бар: нан пісіру, ірімшік дайындау, сыра қайнату, шараптар мен шырындар дайындау, жүн өнімдерін тазалау, тері илеу және т.б.  
           Биоэлектроника – бұл ақпараттық технология аймаағында, өлшеуіш- бақылайтын датчиктерді, сенсорлар ретінде биотехнологиялық жүйелерді қолдану.  
            Инженерлік энзимологиямен қатар, (биотехнологияда ферменттерді алу мен қолдану), протоинженерлік, (гентикалық деңгейде табиғи ақуыздар қасиетінің өзгеру технологиясы, жаңа ақуыздарды алу), қарқынды дамуда.  
 
Иммундық биотехнология 
                       Инфекциялық емес, сонымен қатар инфекциялық аурулурды емдеу және диагностикалау, алдын алу үшін көп мөлшерде иммунопрепараттарды бөліп алу қажеттілігі иммндық битехнологияның дамуымен тығыз байланысты.  
Иммундық препараттар: дигностикумдар, вакциналар, иммундық сарысулар және моноклоналды антиденелердің кең спектрлерін жасау және өндіруге міндетті.  
Вакциналар иммунопрофилактика үшін, кейде емдеу үшін қолданылады, себебі олар белсенді, жасанды иммунитетті қалыптастырады. 
Диагностикумдар – иммуно-ферменттік талдамаларда аурулардың серологиялық диагностикасы үшін, комплмент байланыстыру реакциясында, басқа да иммунологиялық реакцияларда қажет.  
Иммунды сарысулар инфекциялық аурулардың диагностикасына керек. Сондай ақ, олар емдік мақсатта жасанды пассивті иммунитетті жасау үшін қолданылады. 
Биотехнология адам денсаулығын сақтау және нығайтуда, қоршаған орта ремедиациясын және табиғаттың экологиялық тепе-теңдігін ұстап тұруда өте маңызды.  
 
ІІІ. Биотехнологияның ашылуы, жасалуы және даму тарихы 
 
Биотехнологияның пайда болуымен даму тарихында ғылыми пән ретінде голланд ғалымы Е. Хаувинк 5 кезеңді ажыратты:  
 
1. Пастер ғасырына дейінгі эра (1865ж.). Сыра, шарап, нан өнімдері және сыра ашытқыларын, ірімшік алғандаағы спирттік және сүт қышқылды ашытуды қолдану. Сірке қышқылын және ферментативті өнімдерді алу. 
 
2. Пастер ғасырлық кезеңі(1866-1940 жж.) – этанол, бутанол, ацетон, глицерин, органикалық қышқылдарды, вакциналарды өндіру. Канализациялық суды аэробты тазалау. Көмірсулардан азықтық ашытқыларды өндіру. 
 
3. Антибиотиктер кезеңі (1940-1960 жж.) – тереңдетілген ферментация жолымен пенициллин және басқа антибиотктерді алу. Өсімдік жасушаларын дақылдау және вирустық вакциналарды алу. Стероидтарлың микробиологиялық биотрансформациясы. 
 
4. Меңгерілетін биосинтез кезеңі (1961-1975 жж.) – микробты мунаттар көмегімен амин қышқылдарын өңдіру. Тазартылған ферменттік препараттар алу. Иммобилизацияланған ферменттерді және жасушаларды өадірістік қолдану. Канализацилық суларды анаэробты тазалау және биогаз алу. Бактериалды полисахаридтерді өндіру. 
 
5. Жаңа биотехнология кезеңі (1973 ж. бастап) – биосинтез агенттерін алу мақсатында жасушалық және генетикалық инженерияны қолдану. Моноклоналды антиденелерді өндіретін будандарды, протопласттарды және меристемді дақылдарды будандастырып алу. Эмбриондарды трансплантациялау.

1. Микроорганизмдердің биотехнологиясы

 
Микроорганизмдер биотехнологиясы – маңызды микробиологиялық үрдістер жөнінде және микроорганизмдердің өмір сүруінен алынған бағалы өнімдер өндірістері, олардың тәжірибеде қолданылуы жөнінде, өнімдері ақуыз есебінде биомассасын алу, жеке биологиялық белсенді заттарды (биопрепараттар, медицинада және халық шаруашылығының әртүрлі салаларында қолданылатын) алу жөніндегі ғылым.  
Көп ғасыр бойы адам қоғамы технологияда қолданылатын ғылыми негіздерді білмей-ақ, бірақ үлкен тәжірибелеріне сүйене отырып, сүтқышқылды өнімдерді алуда, шарап және сыра, нан пісіруде микробиологиялық үрдістерді қолданған.  
Микробиологиялық үрдістердің ғылымдық негізі Л. Пастер (1822-1895 жж.) ашқан, атап айтқанда айқын тәжірибелерде дәлелденген, яғни ашу және шіру – бұл химиялық реакциялар тізбегі емес, ол субстратқа микроорганизмдердің әртүрлі топтарының әсер етуі және микробиологиялық үрдістер нәтижесінде – микроорганизм түріне байланысты ашу кезінде органикалық қышқылдар (майды, сүтті, пропионды және басқалары), спирт жиналады. Осыдан спирттік, майқышқылды, сүтқышқылды, пропионқышқылды ашу болады. М.М. Манасейн (1872 ж.) спирттәк ашудың тірі микроорганизмдер болмаса да болатындығын көрсетті. Бірақ кейінгі зерттеулер нәтижесінде ғалымдар ашу үдерісінде микробты ферменттер ролін анықтады. 
Ашу типтерінің бірі болып, пектинді ашу анаэробтық микроорганизмдер әсерінен болады. Анаэробты бактериялар ауасыз жағдайда жіп иіру өнеркәсібінде қолданылатын зығыр, сора және т.б. өсімдіктерді суалағанда, олардың құрамындағы пектинді заттарды ыдыратады және өсімдіктер талшықтарын босандыртады. 
Микроорганизмдердің биологиялық қасиеттері, ферменттік активтілігін қарқынды зерттеу микробиологиялық үдерістердің әртүрлі өндірістік технологиядағы мәнін одан әрі ашты. Бұл мелласа мен қант ашығанда, глицеринді алу, қанттан ацетон мен бутил спиртін, жүгері ұнынан ацетонды алу.  
 
1923 ж. лимон қышқылының ашу үдерісінің соңғы өнімдері болып табылатын кейіннен сүт және басқа органикалық қышқылдардың микробиологиялық өндірісі іске қосылды.  
Зертханалық жағдайда микроорганизмдердің тұрып қалған сулары мұнай өнімдерін тазартуға, көмірсутектері, мұнай бар орталарда микроорганизмдерді дақылдау кезінде ақуыздарды алуда, олардың қабілеттілігі анықталды. 
Микроорганизм метоболиттері – рибофлавин (1935ж.) және В12 витамині (1948 ж.) алу технологиясы жасалынды.  
Антибиотиктер өндірісі микробиологиялық өндірістің ең салмақты құрамына жатады. 
Осы уақытта бірнеше жүздеген антибиотиктер (негізгі продуценттер – актиномициттер, көгерткіш саңырауқұлақтар, бактериялар), мал шаруашылығында, әсіресе өсімдік шаруашылығында, ветеринарияда кеңінен қолданылады, олар медицинада өте қажет. Мысалыға, пенициллин, көгерткіш саңырауқұлақтардан өндіріледі. Бастапқыда көгерткіштердің іріңдеткіш кокктарға антагонистік белсенділіктің ашылуыболды (Флеминг, 1929 ж.). Кейін препараттың химиялық тұрақты түрі алынды және 1942 жылы Ұлы Отан Соғысы кезінде пеициллиннің ең ауқымды өндірілуі басталды. Ғалымдармен селекциялық көгерткіш саңырауқұлақтар штамдарынан бастапқы өнімнің дақылдарына қарағанда мың есе көп пенициллиндер өндіріледі.  
Селекцияның тамаша табыстары, өнеркәсіпте бағалы өнім беретін микроорганиздерінің, мақсатқа бағытталған сұрыпталуның, ғалымдардың микроәлем физиологиясын кеш тануына қарамастан, микробтық популиацияның ұрпақтарының тез алмасуымен, пркариоттар жасушасындағы метоболиттік үрдістердің күрделі емес ұйымдастыруымен және басқарылуымен байланысты.  
Микробиологиялық өндіріске жасыл балдырлардың дақылдануы, жарық пен сулы херде олардың биомассасының жиналуы қосылады (фотосинтез). Мысалға, жасыл балдыр Spirulina maxima, Sp.plantensis мексикандықтар кептірілген сомдама түрінде тамаққа қолданды. Жасыл балдырлар жылы су қомаларында жарық көп болғанда тез көбейеді. Биохимиялық анализде микробалдырлардың құрғақ массасында 70%-ға дейін ақуыз бар екендігі анықталды. Өткен ғасырдың 50-70-жылдарында Жапонияда, Италияда, Израаильде Spirulina sp.- ден үн шығаратын (жылына 500-1000 тонна ұн) үлкен емес фабрикалар іске асырылды. Қазақстанда (Степногорск қ.) 1970-1980 жылдары ғылыми өндірістік кешен «Прогресс» базасында спирттік өндірістер ауыл шаруашылық жануарлар төлдерінің ауруға тұрақтылығын және қондырғылығын жоғарлату үшін антибиотиктер, ферменттер (аминосубтилин және глюкамоварин), азықтық ақуыздар, лизин аминқышқылдарының ірі тонналы микробиологиялық өндірістері жөнге келтірілді.  
Алматылық биокомбинатта ветеринария үшін өндірістік көлемде вакциналар және диагностикалық биопрепараттар өндірілді.  
Микробиологиялық өнімдердің сапасы мен көлемі және нақты тәуелділігі, айқын өзара байланыстылығы (амрнқышқылдар, ферменттер, ақуыздар, антибиотиктер, дәрумендер және т.б.) технологиялық үрдістің бүтіндігіне, биоөнімділіктің белсенділігіне, микроорганзмдердің технологиялық штамдарынан білінеді.  
Өндірістік микроорганизмдердің сақталуы, өмір сүру қабілеттілігін қолдау, құжаттылығы мен қоры микроорганизмдер дақылдарының коллекциясымен қамтамасыз етіледі.  
Микробиологиялық ресурстрадың сақталуы және үнемі таралуы – бұл микробиологиялық, биотехнологиялық өндіріс тізбюегіндегі қажетті, бастпқы буыны. Микроорганизмдердің жоғары продуценттердің сапалы штамдарының болуы, бегілі деңгейде өндірістік тиімділігін қамтамасыз етеді.  
Молекулярлық биология, микроорганизмдер генетикасы саласындағы зерттеулер биотехнологиялық өндірісте қолданылатын штамм-продуценттер жасалуында сапалы басқа амал алып келеді. Бұл рекомбинантты ДНҚ технологиясы.  
Оқиғалардың дәйектілігі келесі.  
О.Т.Эйверн, Мак-Леод, Мак-Карти (1944 ж.) пневмококтардың капсулалы және капсуласы жоқ штамдармен тәжірибеде генетикалық аппараттың тасымалдаушысы ДНҚ екенін анықтады, пневмококтардың ірі фрагменттер гомологиялық дақылдары трансформациялануы мүмкін. 1946 жылы Ледерберг пен Тейтем ішек таяқшаларының әртүрлі штамдырының арасында микроорганизнің бастапқы дақылынан хромосомалық ДНҚ фрагменттерімен алмасу арқылы жаңа генетикалық комбинациямен (генетикалық рекомбинациямен) бөлшектенген жасушалардың пайда болуы мүмкін деп көрсетті.  
Кейін, сынақта 2 ферментті (рестриктаза – белгілі бір саиттарда ДНҚ молекуласын кеседі; лигаза – ДНҚ фрагменттерін тігеді) қодана отырып, in vitro ДНҚ-ның арнайы рекомбинантты молекуласының құрылуы жолы көрсетілген болатын.  
Әрине, ДНҚ-ның рекомбинантты молекуласын алу бойныша жемісті зерттеулер ДНҚ-ның екі спиральді моделінің анықталуының, генетикалық ақпараттың әсер ету механизмінің ашылуының арқасында мүмкін болды. ДЖ. Уотсон және Ф. Крик (1953 ж.) орындаған жұмыс нәтижесі бойынша – «дезоксирибоза нуклеин қышқыл тұзының (ДНҚ) құрылымын ұсынғымыз келеді» - деп жазды. «Бұл құрылым үлкен керемет қасиетке ие және үлкен қызығушылық тудырады... Ол жалпы осьтің айналасында оралған бұрылған..., бірақ оларда атомдар өзара реттелуі қарама-қарсы...  
Тізбектердің бірге ұсталып тұру тәсілі қызықты. Пуриндік және пиримидиндік негіздер жұптар түзіп, осы кезде бір жұптың пуриндык негіздері сутектік байланыстармен қарсы жұптың пиримидиндік негізбен байланысқан. Егер жұптардың бірі негіз – бұл аденин болса, екінші негіз тимин боу керек; дәл осы гуанин мен цитозинге де қатысты. Негіздер реттілігі полинуклеотидті тізбекте әртурлі болуы мүмкін. Біздер ұсынылған арнайы жұпталу механизмінен генетикалық материалдың көшірілу мүмкіндігі шығады. «Әрі қарай олар түсіндіріледі: «Қантты фосфатты қаңқа біздің моделде абсолютті тұрақты, бірақ бұл құрылымға нуклеотидтер жұбының кез-келген реттілігі жазылуы мүмкін. Ұзын молекулаларда орын аусулардың шексіз саны болуы мүмкін және бізге негізделген дәл реттілігінде кодталған түрде генетикалық ақпарат болатындығы дәл шын болып көрінуі мүмкін. Біздің модель көптеген феномендерде түсінік береді. Мысалы, өздігінен болған мутация негіздердің біреуі сирек таутомерлік қалыпқа кездейсоқ аусуынан болуы мүмкін, ал мейоз кезіндегі гомологиялық хромосомалар жұбының түзілуі, негіздердің арнайы жұптасуын қамтамасыз етуі мүмкін».  
     1973 ж. С. Коэн және Г. Бойер қызметкерлерімен бірге тұқымқуалаушылық бірлігінің (ген) донордан реципиентке берілу әдісін жасады, рекомбинантты ДНҚ алу технологиясын жасады. Олар: « E.coli (бактериялық жасуша) басқа биологиялық түлердегі метаболиттік және жасанды әрекеттермен бірлескен гендерді, мысала, антибиотик өнімдерінің немесе фотосинтез гендерін енгізуге болады» - деп жазды.  
     Рекомбинантты ДНҚ технологиясы өте көп мөлшерде микробты, өсімдік текті немесе жануар жасушасының негізінде жаңа генетикалық конструкцияларды құру жолемен биологиялық белсенді заттар (инсулин, интерлейкин, интерферон, соматотропин және т.б.) алуға мүмкіндік береді. Рекомбинантты ДНҚ технологиясы өте жоғары прдуцент жасауда классикалық селекция әдісін толықтырды, өндірістік микроорганизмдердің генетикалық түрленген штамдарын қолдана отырып, биотехнологиялық өнімдер алудың оперативті жолын шығарды.

2. Өсімдіктер биотехнологиясы

 
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.  
Өткен ғасырдың 60-шы жылдары “жасыл революция» деген сөз тіркесі пайда болды, бұл кезде тек дамыған елдерде ғана емес, сонымен қатар Мексика, Филлипин сияқты және т.б. дамып келе жатқан мемлекеттерде қарқынды технология бидай мен күріштің өнімін жоғарлатуға мүмкіндік берді.  
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.  
Апмкальді меристемада (сабақтың ұшында орналасқан және жетілдірілмеген жасушалардан тұратын мөлшері 0,1 мм-ден аспайтын бөлігі; бұл бөлік барлық уақытта өсіп өсімдіктің мүшелерін түзеді) вирустар болмайды, сондықтан меристемалардың көбею жолымен сау, вируссыз өсімдіктер алуға болады. Меристемалардың жасушалары бөлініп, одан 5-6 жапырағы бар кішкентай өсімдіктер түзіледі. Бірнеше апта бойы өскен сабақты 5-6 кішкене бөліктерге бөліп, олардың өсуіне қажетті жағдай жасап, бүтін өсімдік алады. Осындай жағдайларда өсе алатын өсімдіктерді өсіру үшін, қолайлы өсу жағдайларын анықтау бірнеше жылдарға созылады.  
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.  
Өткен ғасырдың 50-шы жылдары фитогомондардың тағы бір тобы – цитокинидер ашылды. Олар өсімдік жасушаларының бөлінуін белсендіріп, тамырдың апикальді меристемаларында синтезделеді. Митоздың инициациясы үшін қолайлы жағдай тудыратын (ДНҚ жетілуі мен репликациясы) ауксиндерден айырмашылығы цитокинидер жасушаның бөлнудің келесі сатыларын күшейтеді (РНҚ-полимераза жұмысын, РНҚ түзілуі мен ақуыздардың синтезі; органогенезді бақылау). Цитокининдер олардың жасыл түсін сақтап, жапырақтарының қартаюынан қорғап қанақоймай, жапырақтың дамуының алғашқы сатыларында хлоропласттардың түзілуін және хлоропластты РНҚ мен ақуыздардың синтезінің белсенуі нәтижесінде, олардың өсуі мен бөлінуі бақылайды. Олар абиотикалық фактарларға төзімділікті жоғарлатады: температураның зақымдаушы әсеріне, ығалдың жеткіліксіздігіне, топырақтың тұздалуына және т.б.  
Баяулатқыш әсерге ие фитогормондар зерттеліп бөлініп алды. Мысалы, абсцизді қышқыл алғашқы рет мақтаның жас қауыршығынан бөлініп алынды. Бұл фитогомон күшті ретарднатты (вегетативті өсуді тежейтін), нуклеин қышқылдрдың, ақуыздардың, хлорофилдің ыдырауын жоғарлату әсеріне ие.  
Фитогормондар селекцияда, өсімдіктерді микроклональды көбейтуде, реттелуінде қолайлы түрде кеңінен қолданылып жүр. Осылайша қалемшелерді тамырландыру үшін қоректік орталарға отырғызу алдында ауксинмен өңдеу олардың тамырлану үрдісін жоғарлатады. Ф. Скуг пен К. Миллер алғашқы ретфитогормондардың темекі каллусының жетілдірілмеген тіндерінің органогенезін реттеу қабілетін байқаған. Олар ауксин мен цитокининнің көмегімен каллустардың тамырлары мен бүршіктенуін шақырған.  
Өсімдіктердің өсуі маен көбеюін реттейтін фитогомондармен қатар өсімдік организмінің қошаған ортаның қолайсыз абиотикалық және биотикалық факторларына тұрақтылығын туғызатын адоптогендер ашылды. Мысалға, антиоксиданттық әсері бар мивал (жасуша мембрагасын тұрақтандырады, ақуызды-лиипдті байланыстарды нығайтады, жасушалық мембрананың құрылымдық беріктігін жоғарлатады), Е витаминінің синтезін белсендіретін крезоцинді алуға болады. Этилен деген басқа адоптоген антибиотикалық белсенділігі бар өсімдіктер бөлетін фитоалексиннің синтезін жоғарлатады және жәндіктердің, шыбын-шіркейдің ас-қорыту жолдарының хитинін және фитопатогенді саңырауқұлақтардың жасушалық қабырғасының хитин тәрізді заттарны бұзатын хитиназа ферментінің белсенділігін жоғарлатады.  
Қазіргі уақытта өсімдіктерді микроклоналды көбеюі мен фитогомондармен адаптогендерді жаңа әдістемелерін бірге қолдану, өсімдіктердің бағалы дақылдарын алуының тиімді жолы болып отыр. Франциядағы таралған барлық гүді дақылдары осы тәріздес технологиямен алынған. АҚШ-та жемісті, сәндік, көкөністік дақылдардың көшетті материалдарын он шақты көшеттерден мироклоналды көбею технологиясымен алады. Гүлдердің вируссыз түрлерін, оның ішінде раушан гүлінің вируссыз түрлерін шығаруда Голландия негізгі өндіргіші болса, алма, өрік мен шабдалыны шығаруда бірінші болып Италия тұр.  
Өсімдіктер генофондын көшеттіктерде сақтау мен көбейту, өсімдіктердің сомалық жасушаларын сұйық азотта криоконсервациясы (-1960С) ғылыми және өнеркәсіпті орныдарды бағалы сұрыптары мен түрлері қамтамасыз ететін өсімдіктер биотехнологиясының қарқынды дамуының негізгі түбі болып келеді.  
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.  
Трансгенді өсімдікті алу, түрленген микроорганизді алу сияқты тиімді вектролы жүйені керек етеді (көбіне олар плазмидалар мен бактериофагтар). Ғалымдар векторлар есебінде Agrobacterium tumefaciens плазмидасын қолданды (бұл бактерия – ол өзінің өмірлік кезеңінде өсімдік жасушасын трансформациялай алады, яғни бұл үдерісті ол өзінің плазмидасын өсімдік жасушасына енгізіп, оған жаңа геномдарды тасымалдау арқылы жүргізілетін фитопатоген (H. De Jreve et al..,1982). Зерттеулер нәтижелерін қорытындылай келе ғалымдар былай деп жазды: «Транегенді өсімдіктерді алу үшін тиімді векторлы жүйе керек. Осындай жүйелерді құрудың алғашқы қадамы, топырақты бактерия Agrobacterium tumefaciens-тың Ті-плазмидасын қолданудан бастады, өйткені инфекцияланғаннан кейін қос жарнақты сезімтал өсімдіктерге Ті-плазмидасының (Т-ДНҚ) бір бөлігі реципиент – өсімдік жасушасының тура хромосомды ДНҚ-сына енеді. Бірақ трансформацияланған өсімдіктерді Ті-плазмидалармен инфекциялағанда, өсімдіктердің қалыпты өсуіне бөгет жасайтын «корончатый галл» - істің пайда болуына алып келеді. Сондықтан өсімдіктер трансформациясын жүргізу үшін векторлар есебінде Ті-плазмидаларды қолданар алдында ісіктердің түзілуінің алдын алу керек. Интактты және түрленген Т-ДНҚ-мен транскрипцияланатын мРНҚ зерттеу нәтижесінде «корончатый галдың» түзілуіне жауап беретін гендер Т-ДНҚ орналасқаны анықталды. Бұл жағдай Т-ДНҚ-дағы осы гендерді алып тастауға және оны гомолокты рекомбинация көмегімен Ті-плазмидаға, кейіннен өсімдік жасушасына енгізуге болатынын көрсетеді. Хромосомалы ДНҚ-ға кәдімгі әдіс арқылы енгізілген Ті-плазмида өзінің де енді «корончатый галл» гендерінен айырылған Т-ДНҚ тасиды. Осы жүйенің келесі маңызды қадамдарының бірі бөгде маркерлі генді және зерттеушіні қызықтыратын генді Т-ДНҚ-ға енгізіп, оларды қожайын өсімдіктің хромосомалық ДНҚ трансформациялау болып табылады. Ті-плазмида негізіндегі векторлы жүйе әдісі әлемде барлық елдерде кеңінен қолданысқа енді. Оны трансгенді өсімдіктерді алу үшін мыңдаған зертханаларда қолданады. Өсімдіктерді өсіруге генді инженериялық технологияны кеңінен қолдану нәтижесінде гербицидтер мен шыбын-шіркейлерге тұрақты соя, қант қызылшасы, картоп, жүгері, мақта, томат; коллорад қоңызына және фитопатогендерге тұрақты картоп; тұздануға, тоттануға, фузариозға тұрақты бидай сабағы және т.б. алынды. Әлемде трансгенді өсімдіктерді өсіру аумағы 50 млн. Гектардан асады, оның 80%-ын соя мен жүгері алып жатыр.