Биотехнология тарихы

Биотехнология (bios - тіршілік; thechne-өнер, шеберлік;logos-ғылым) - тірі ағзалар мен биологиялық үрдістерді өндірісте пайдалану; экономикалық құнды заттарды алу үшін ген және жасуша деңгейінде өзгертілген биологиялық объектілерді құрастыру технологиялары мен пайдалану жөніндегі ғылым және өндіріс саласы.

Биотехнологияның  негізгі объектісі - тірі жасушалар, атап айтқанда жануар, өсімдік текті жасушалар және микробтар немесе олардың биологиялық белсенді метаболиттері.

Биотехнология тарихы

Алғаш рет «биотехнология»  термині 1917 жылы Карл Эреки шошқаларды қант қызылшасымен қоректендіру кезінде олардың өнімдерінің жоғарылауы жасалған жұмыстарының нәтижесінде берілген.

Биотехнологияның пайда  болуы мен даму тарихында ғылыми пән ретінде голланд ғалымы Е.Хаувинк 5 кезеңді ажыратты.

1. Пастер ғасырына дейінгі кезең (1865 жылы). Сыра, шарап, нан өнімдері және сыра ашытқыларын,

ірімшік алғандағы спирттік және сүт қышқылды ашытуды қолдану. Сірке қышқылын және ферментативті өнімдерді алу.

1. Пастер ғасырлық кезеңі (1866-1940 жж) - этанол, бутанол, ацетон, глицерин, органикалық қышқылдарды, вакциналарды өндіру. Канализациялық суды аэробты тазалау. Көмірсулардан азықтық ашытқыларды өндіру.
2. Антибиотиктер кезеңі (1940-1960жж) - тереңдетілген ферментация жолымен пенициллин және басқа антибиотиктерді алу. Өсімдік жасушаларын дақылдау және вирустық вакциналарды алу. Стероидтардың микробиологиялық биотрансформациясы.
3. Меңгерілетін биосинтез кезеңі (1961-1975) - микробты мутанттар көмегімен амин қышқылдарын өндіру. Тазартылған ферменттік препараттар алу. Иммобилизацияланған ферменттерді және жасушаларды өндірістік қолдану. Канализациялық суларды анаэробты тазалау және биогаз алу. Бактериалды полисахаридтерді өндіру.
4. Жаңа биотехнология кезеңі (1973 жылдан бастап) - биосинтез агенттерін алу мақсатында жасушалық және генетикалық инженерияны қолдану. Моноклоналды антиденелерді өндіретін будандарды, протопласттарды және меристемді дақылдарды будандастырып алу.Эмбриондарды трансплантациялау.

Биотехнология салалары

Биотехнология ғылыми пән және өндірістік технология есебінде тірі жасушаның биоөндіргіштік белсенділігін зерттеуге, сапалы өндірушілік қабілеті бар және әртүрлі салаларда: ауыл шаруашылығында; фармацевтикада; тағам өнеркәсібінде; биоэнергетикада; қоршаған орта ремедиациясында; биоэлектроникада; тағы басқаларда қолданылады.

Ауыл шаруашылық биотехнология

Ауыл шаруашылық және тұрмыстағы қалдықтар, автомобильдерден шығатын улы заттар, өндірістен және ірі қалалардан бөлінетін лас суларды тазартуда микробиологиялық биотехниканың маңызы зор. Арам шөптерге, түрлі зиянды жәндіктерге қарсы күресуде қолданылатын пестицидтердің адам үшін зиянды екені белгілі. Сондықтан пестицидтердің орнына экологиялық жағынан тиімді препараттар (энтобактерин, дендробациллин, битотоксибациллин, гомелиндер, т.б.) Биотехнология тәсілімен алынады. Топырақтың құнарлылығын арттыруда да биотехнологияның маңызы зор. Мысалы, ауа азотын пайдаланып, онымен қоректенетін микроорганизмдердің (азотобактер, т.б.) көмегімен бактериялы тыңайтқыштар (нитрагин, т.б.) дайындалады. Мал шаруашылығында, азықтық жемшөпке құнарлығын арттыру үшін ферменттер (аминосубтилин, протосубтилин, т.б.) қосады, соның нәтижесінде жемшөп құрамындағы күрделі қосылыстар (лигнин, целлюлоза, т.б.) жақсы ыдырайды.^[1]

БИОТЕХНОЛОГИЯ БЕДЕРІ

Қазақ ғалымдарының жетістігі

Қазіргі таңда Қазақ Ұлттық аграрлық университеті мал шаруашылығы  саласындағы биотехнолог мамандарды дайындайтын бірден-бір оқу орны болып тұр. Өз басым еліміздегі мал шаруашылығы саласы биотехнологиясы заман талабына сай дамып отыр деп нық сеніммен айта аламын. Жалпы алғанда, биотехнология – мал шаруашылығының биотехнологиясы, ветеринарлық-медицина биотехнология, микроорганизмдер биотехнологиясы және өсімдік биотехнологиясы деп төрт топқа бөлінеді. Ендігі кезекте осы салалардың қайсысы дамып жатқаны жайында айтсам. Қазір елімізде биотехнология жетістіктері малды жеделдетіп өсіру ісіне кеңінен қолданылуда. Бұл бағытта отандық ғалымдар жан-жақты ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізуде. Жаңа тұқым шығару, бұрынғы асылтұқымды малдардың өнімділігін арттыруда көптеген жұмыстар атқарылуда. Өз басым Қазақстандағы мал шаруашылығы биотехнологиясының келешегі зор деп есептеймін.

Сырт елдерден асылтұқымды  малдардың мұздатылған шәуіттері  мен эмбриондары қазір елімізге көптеп әкелінуде. Осы шәуіттерді қоршаған ортадан бөліп алу, мұздату, басқа аналыққа қондыру бәрі-бәрі биотехнологияға жататыны белгілі. Бұл бағытта жұмыстарды біздің білікті мамандар жоғары деңгейде меңгеріп, атқарып жатыр. Асылтұқымды малдардың шәуіттері мен эмбриондары өз ортасынан бөлініп алғаннан кейін оның қандай күйге түсетінін ғалымдар жіті бақылайды. Әдетте дүниежүзінде шәуіттер мен эмбриондар бөліп алғаннан кейін олардың ұрықтандыру қасиеті 20-50 пайызға дейін төмендейді деген ғылыми тұжырым бар. Осы ретте қазақ ғалымдары шәуіт пен эмбриондардың ұрықтандырғыш қасиетін 60 пайызға дейін көтеруге қол жеткізіп отырғанын мақтанышпен айтуға болады. Шәуіттерді табиғи ортадан бөліп алғаннан кейін оны сақтап, тіршілік етуін жалғастыру үшін жасанды орта дайындаудың маңызы зор. Жоғарыда айттық, осыған дейінгі шәуіт пен эмбрионды сақтайтын жасанды орта олардың ұрықтандыру қасиетін 20-50 пайызға дейін сақтап келді. Ал қазақ ғалымдары жасаған синтетикалық ортасы олардың ұрықтандыру қабілетін 60 пайызға дейін көтеретін мүмкіндік туғызып отыр. Бұл әлем бойынша мал шаруашылығы саласындағы үлкен жетістік болып саналады. Осы ретте шәуіт пен эмбриондардың жасанды ортадағы биохимиялық қасиеті қандай өзгеріске түсетінін және жасанды ортада табиғи ортасын қаншалықты сақтай алатынын жан-жақты зерттегенін де айта кетуіміз керек. Мұндай жетістікке жету үшін ғалымдарымыз ұзақ ізденген болатын. Әдетте шәуіт пен эмбрионды мұздатқанда оның антиоксидтік қабілеті төмендеп кететіні белгілі. Оны төмендетпеу үшін ақуыз құнарлы болуы шарт. Ал ақуыздың құнарлылығын арттыратын бірден-бір элемент — күкірт. Сондықтан отандық ғалымдар бұл бағытта терең ізденістерге барып, зерттеу жұмыстарының нәтижелерін шәуітті сақтайтын синтетикалық орта жасауда күкіртті барынша пайдаланған. Осының арқасында эмбрионның ұрықтандыру қасиетін 60 пайызға дейін көтергендерін қазіргі таңда айтып жүр. Бірақ бұл ғылыми жаңалық әлі де болса сынақ үстінде. Әлемдік ғылым тарапынан толықтай мойындалған жоқ. Осы бір жайттарды есепке ала отырып, Қазақстанда мал шаруашылығы саласындағы биотехнологияның аяқ алысы жоғары деңгейде деп баға беруімізге болады.

Эмбрион тасымалдау арзанға түседі

Елімізде асылтұқымды малдардың шәуіті мен эмбрионын тасымалдау ісі дұрыс жолға қойылған. Биотехнологиялық тасымалды ұйымдастыру мал шаруашылығы саласының қарқынды түрде дамуына жол ашатыны белгілі. Мұндай тасымалдау еліміз үшін арзанға түсетіні айтпаса да түсінікті. Егер біздер бұл саланы дамытпағанымызда, ірі қара малдардың бәрін ұшақпен алыс елдерден тасып, шығынға белшеден батар едік. Ал шәуіт пен эмбрионды тасымалдауға көп шығын кетпейді. Оның үстіне сырт елдерден әкелінген мал қазақ жеріне бірден жерсініп кетуі екіталай. Ал эмбрионды өнімділігі нашар аналықтың жатырына салып, асылтұқымды мал алуға болады. Эмбрион аналық бас малдың жатырында жатып-ақ ортаға бейімделеді. Осылайша асылтұқымды мал басы санын мейлінше дамыта аламыз. Қазіргі таңда елімізде «Асылтірек» және Алматы облысындағы мал басын асылдандыру қоғамы мал шаруашылығы саласындағы биотехнология саласын барынша өрістетіп отыр. Сондай-ақ құрылғанына 80 жыл толған Алматы облысындағы Мыңбаев қой шаруашылығы институты отандық биотехнологияның орталығына айналып отыр. Аталмыш институт биотехнология саласындағы жұмыстарды кеңес заманында Мәскеу мен Ленинградтағы ғалымдармен тізе қосып бастаған еді. Қазіргі таңда да бұл жұмыстар жалғасуда. Қазақстандық ғалымдар шәуіт пен эмбрионды сақтайтын синтетикалық жасанды ортаны осы институтта жасағанын білеміз. Болашақта қазақ ғалымдарының жаңалықтары әлемдік ғылым қоғамдастығы тарапынан лайықты бағасын алатынына сенімдімін. Өйткені институттың жан-жақты ғылыми жұмыстарды жүргізетін зертханалары мен ғылыми жаңалықтарын сынақтан өткізетін шаруашылықтары бар. Осы тұрғыдан алғанда, Қазақстандағы мал шаруашылығы биотехнологиясының алатын орны ерекше екені байқалады. 
Біздің университет те биотехнология саласын дамытуға барынша өз үлесін қосып келеді. Осыдан бірнеше жыл бұрын АҚШ, Британия, Кения ғалымдарымен тізе қосып, шәуіт пен эмбрионды ғарыш кеңістігіне шығарып, олардың қалай дамитынына бақылау жасалынды. Бірақ бұл жобаны толықтай сырт елдің ғылыми орталықтары қаржыландырғандықтан, олар зерттеу қорытындысының нәтижелерін өздерімен бірге елдеріне алып кетті. Алдағы уақытта біздер осындай стратегиялық мәні зор ғылыми-зерттеу жұмыстарын іске асырып, отандық биотехнология саласын аяққа тұрғызу жағына баса мән беруіміз керек. 
 
«Жануарлар биотехнологиясы» жануарлардың гендік және жасұшалы инженериясының мүмкіншіліктері тұралы, биотехнологияда жануарлардың жасұшаларын қолдану жолдары және әдістері тұралы білім дамыту. Осы курстың тапсырмасы – болашақ мамандарға жануарлар биотехнологиясы саласында сапалы және терең білім беру. Курсты оқып бітірген студенттер міндетті түрде: 
 
Білу керек: жануарлардың биотехнологиясының жалпыбиологиялық негіздерін, жасұшалы және ұрық инженерияда өткізілетін эксперименттер тұралы, жануарлардың сома және жыныс жасұшаларының клондау және генетикалық ауысу ұстанымдарын. Студенттер медицинада және малшаруашылықта ғылыми және тәжірибе салаларында биотехнология әдістерінің қолдануы тұралы білу керек.  
 
Қолдарынан келу керек: теориялық білімді ғылыми және тәжірибе жұмыстарына қолдану, жануарлар биотехнологиясының эксперименттерін білімді жоспарлау.  
 
Ие болу керек: негізгі жануарлы объектілермен – тышқан, үй қоян, қой – тәжірибеде жұмыс істеу әдістеріне; микроскоп құралдарына (құрамы әр түрлі микроскоптар, микроманипуляторлар, микроинъекторлар); зертханалық құрал жабдықтарына (термостаттар, центрифугалар, анализаторлар және арнаулы құралдар), және тағында хирургиялық құралдарға.Оқу үдірісінде кесте материалдары, плакаттар және өткізілетін сабақтың тақырыбына сәйкес келетін материалдар қолданылады. 
 
«Биотехнология» деген түсініктеме бірінші рет 1917 жылы шошқа етін өндеу үдіріске толық мінездеме берген Венгрия инженері Карл Эрекимен қолданылған. К.Эреки сөзі бойынша: «Биотехнология – ол тірі жандардың көмегімен өткізілетін жұмыстар.» 
 
Биотехнология дамуын қарастырғанда келесі заңдылықты байқап өтуге болады: ХХ-шы ғасырдың 60-шы жылдарына дейін көбінесе көбею саласында зерттеулер өткізілген (жасанды ұрықтандыру, суперовуляция, ұрықтарды қайта отырту). 60-шы жылдардың соңында және 70-ші жылдардың басында биотехнология өз зерттеулерін жасұшалардың технологияларының саласында қадағалап өткізеді. Олар келесі зерттеулер: экстракорпоралдық ұрықтандыру, өсіру, гаметалармен жасұшаларды төмен температураларда ұзақ уақыт сақтау. Ал 1973 жылдан бастап биотехнология молекулярлық зерттемелерге қатысады.

• Биотехнология саласының мақсаты – коммерциялық өнімді дамыту. Сондықтан биотехнологияның негізінде экономика жатыр. Экономика жағдайлары жоғары мемлекеттерде биотехнология дамуыда өте жақсы деңгейде. Олар келесі мемлекеттер: Америка Құрамы Штаттар, Ұлы Британия, Германия, Франция, Нидерланды, Жапония. Жалпы биотехнологиялық өнімдердің 50 пайызы Америкалық Құрамы Штаттарына, 20 пайызы Европаға, 11 пайызы Жапонияға, 9 пайызы қалған мемлекеттерге келеді. Биотехнология адамзатқа келесі пайдалы жағдайларды тұдырады:  
         
• инфекциялық, нәсілдік ауруларды анықтап, емдеп, келешекте болдырмау;
•  
  антибиотиктерді, полимерлерді, аминқышқылдарды, ферменттерді және басқа тағамдық қоспаларды өңдейтін микроағзаларды дамыту;
•  
  паразиттік, вирустік ауруларға төзімді өсімдіктердің түрлерін шығару;
•  
  тез өсіп жететін, ауруларға қарсы тұра алатын мүмкіншіліктері жоғары жануарлардың көмегімен асыл тұқымдық малшаруашылықты дамыту;
•  
  қоршаған ортаны кірлететін себептерден босату.

                               Биотехнология:тарихи-мәлімет 

 
Биотехнология ағзаның биохимиялық, физиологиялық, қайта орнына келу мүмкіншіліктерін зерттеп, оның нәсілдік қорларымен қолданып, барлық биологиялық бағдарламаларды түзетуге мүмкіндік болатын жолдарды табуға жағдайлар тудырады. 
 
Биотехнологиялық зерттеулердің объекттері – тірі ағзалардың негізгі топтарының өкілдері. Олар вирустер, бактериялар, өсімдіктер және жануарлар, олардан бөлек жүрген молекулалар, жасұшалар және жасұшалардың құрамдарындағы заттар. Зерттеген уақытта тірі жүйелердің мүмкіншіліктерін, олардың қорларын қарастырады. Жануарлардың биотехнологиялық қорлары келесі:

• молекулярлық (геннің құрамы және қасиеттері);
• физиологиялық (гаметалар банкі, тотипотенттік);
• селекциялық (тұқым жақсарту, жаңа тұқым алу).

 
Сондықтан биотехнология осы тірі жүйелерде өтетін физико-химиялық, биохимиялық және физиологиялық үдірістерге, сол кезде шығатын қуатқа, өнімдердің жаратылуына және дағдарлануына, ұйымдастырылған құрылымдардың қалыптасуына сүйенеді. 
 
Биотехнология ғылым болып өзіне келесі ғылыми пәндерді кіргізеді: 
 
а) молекулярлы биология микробиологиямен бірігіп микроағзалардың биотехнологиясын құрады; 
 
б) молекулярлы биология, микробиология және химиялық инженерия бірігіп молекулярлы биотехнология құрады; 
 
в) жасұшалы биология молекулярлы биологиямен және микробиологиямен бірігіп жасұшалы биотехнология жаратады; 
 
г) жасұшалы биотехнология, жануарлардың көбею биологиясы, акушерство және хирургия – осы ғылымдар жануарлардың көбею биотехнологиясын тұдырып отыр; 
 
д) жануарлардың даму биологиясы, жануарлардың тұқымдарын жақсарту, малдәрігерлік және жоғары айтылған ғылымдардың бәрі жануарлардың биотехнологиясын тұдырады; 
 
е) молекулярлы және жасұшалы биотехнология көбею биотехнологиясымен бірігіп ұрық инженерия ғылымында жаңа ағым тұдырады. 
 
Ал биотехнологияның ғылым болып тұғаны – ол молекулярлы, жасұшалы биологияның көмегімен болған. 
 
 
^ Биотехнологияның басқа ғылымдармен байланысы