Cтуденттерді биотехнологиялық жолмен антибиоктиктерді алу әдістерімен, рекомбинантты ДНҚ әдістерімен, таныстыру

Антибиотиктердің штам-сверхпродуценттері – бұл кезектеліп, көп сатулы мутациялар мен селекциялар жолымен  алынған организмдер. Топырақтан бөлінген продуценттер антибиотиктердің жеткіліксіз  мөлшерін түзейді. Мутация және көп  сатылы сұрыптау  жолымен антибиотиктердің өнімін алғашқы, «жабайы» продуценттерге қарағанда 100-1000есе күшейтуге болады. Продуценттердің биосинтетикалық қабілетін екі жолмен күшейтеді: антибиотиктердің жоғары өнімділігіне байланысты жаңа генотиптерді алу және сұрыпталған утанттарды дақылдандыру үшін қолайлы жағдайларды таңдау.

Антибиотиктердің синтезінің генетикалық және биохимиялық реттеуінің күрделі механизмдеріне байланысты сверхпродуценттердің рекомбинатты өндірістік дақылдарын алу  тәжірибелік өңдеу  сатысында жүргізілуде. Мысалға, хлортетрациклиннің синтез жолы 72 аралық  қосылыстардың  түзілуін қамтиды. Осындай гендердің  үлкен тобын клондау өте күрделі. Актномицеттердің рекомбнаттық штамын констркциялау кезінде клондайтын ДНҚ моекуласын трансформациялау үшін мицлийдің клеткалық қабырғасын бұзу керек және жеке протопластарды алу керек Плазмидті ДНҚ векторының протопластқа енуін полиэтленгликольдің  қатысуымен жеңілдетуге болады. Трансформацияланған  ротопластар тығыз қорктік ортаға еккенде, қайтадан өсіп-көбею барысында  клетка қабырғасы қалпына келеді. Одан кейін трансформациядан өткен  бөліп алу үшін клеткаларды селективті қоректік орталарға көшіреді. КЛОНДАУ 10-30 ферментатвтік реакцияларды қамтиды, клетка реципиентке антибиотиктердің сверхсинтезін атқаратын гендердің  толық жиыны енгізіледі.

Рекомбинатты ДНҚ технология көмегімен антибиотиктер өнімін күшейтуден басқа, биосинтез жолын  өзгертіп модификацияланған антибиотикті де алуға болады. Химерлі антибиотиктердің өнімі екі антибиотикер гендерін араластыру жолымен жүзеге асырылады: актинородин және медермицин, эртромицин және олеандомиицин. Актиномицеттің рекомбинатты штамы алғашқы жағдайда – 2-норэритромицинді.

Сверхпродуцентті түзудің  келесі жолы бұл оттегінің төменгі  концентрациясына штамның адаптациясы. Көбінесе антбиотиктердің өндірістік синтезінде шектейтін факторы – бұл дақылдық сұйықтықтарда стрептомицеттердің көбейген клеткаларының жоғарылап бара жатқан тығыздығында ерітілген оттегі концентрациясын төмендету болады. Мақсаты – клетка-продуценттерімен оттегіні эффектвті қолданудың биохимялық механизмдерін күшейту.

Микроорганизмдердің түрлі  топтарымен түзілетін жаңа антибиотктерді іздеу активті жалғасуда. Бір  жағынан бұл көптеген антибиотикттік заттар медицинада, ветеренарияда, тағам  өндірісінде, ауыл шаруашылығанда, сонымен  қатар, реагенттер ретінде ғылыми зерттеулерде өте кең қолданумен байланысты. Реагенттер есебінде антибиотктер микроорганизмдерде эат алмасу реакцияларын тежейді. Қоектік  ортаның селекциялық жағдайын жасайды. Сондықтан ғылыми зерттеу жұмыстарында кең қолданылады. Екінші жағынан, медциналық практикада антибиотиктерді іздеу  оларға төзімділік байқататын көптеген микроорганизмдердің саны өсуі.

Антибиотктер өнімдерінің  реттелуі

Антибтиктердің синтезі  микроорганизмдердің ферментацияжағдайларымен, субстарттың сапалы және санды құрылымымен  реттеледі.

Жеңіл сңетін субстрат глюкозаны  көмірсудың (крахмал, лақтоза) баяу ыдырайтын  көздеріне ауыстырғанда дақыл өсуінің  идиофазасы тезірек басталады және антибиотктердің өнімі күшейеді. Сонымен қатар, азоттың көздері  ретінде аммоний тұздкрын қолдану  тиімсіз. Олардың орнына дақылдық ортаға ақуыз қосылыстарын қосқан дұрыс. Бейорганикалық фосфат, стрептомицет антбиотиктерінің биосинтезіне қатысатын фосфотазлардың активтігін бәсеңдетіп, идиофазаны тежейді.

Антибиотктердің синтезін дақылдық ортаға бастапқа мнтоболиттерін енгізумен  күшейтуге болады: бензилпенициллин үшін фенилуксусты қышқылд, макролидті антибиотиктер үшңн – пропион қышықылын және пропил спиртін, пептидті антибиотик грамицидин S үшін  L-фенилаланин. Бұл антибиотиктердің бағытталған биосинтезі.

Антибиотик өнімінің реттелуі кері байланыстың механизмімен іске асады, мұнда антибиотиктердің артық  мөлшері бастапқы ферменттік биосинтез  жолының активтігін басқан кезде  жүзеге асырылады.

Мысалы, канамициннің шектен тыс аонцентрациясы ацетилтрансфераза  синтезін тежейді, хлорамфеникол –ариламсинтетазаны. Антибиотиктердің синтезін тежеу тағы да келесі бацитрацин, грамицидин S, эритромицин, тилозин, тетрациклин биосинтезі жолдарында белгілі.

Шектен тыс продуценттер жағдайларында ретроингибирлеу  механизмі бәсеңдеген, себебі антибиотиктердің шектен тыс бөлінуі идиофазада басталады, ал осы уақытта дақылдың өсуі аяөталады. Оның үстіне продуцент клеткасының  ішінде жоғары концентрациясы болмай антибиотикалық заттар медицинадан  жылдам шығады.

Ортаның азотты, көмірсулы  және фосфорлы компоненттері арқылы антибиотиктер биосинтезін реттеудің  молекулалық механизмдері реттелуд; аденилат және полифосфатты әртүрлә  фракциялары деңгейіменқоса продуцент  мембраналарындағы альтернативті  электронды-транспортты тізбектердің активтігін ескере отырып клетканың  биоэнергиялық параметрлері мен  антибиотиктер биосинтезі арасындағы корреляция зерттелуде; антибиотиктер  өніміне байланысты жоғары фосфорланағнтипті  нкулеотидтердің біріншілік метоболтзм биорегуляторларының ролі бағаланады.

Антибиотиктерді синтездеу  технологиясы

Өндірісте антибиотиктер  өндірісінің келесі тәсілдері қлданылады: микробиолгиялық синтез (полимиксин, грамицидин), химиялық синтез (левомицетин), комбинацияланағн (жартылай синтетикалық пенициллиндер және цеыалоспориндер).

Микробиолгоиялық синтез дақылдандыру ортасын дайындаумен  басталады. Субстрат мирооганизмді  жақсы өсіру керек, арзан және тиімді болуы тиім. Қоректік ортаны алдымен биореакторда ылғалды бумен  қысым қолданып стерилизациялайды.

Сол мезгілде егілетін материалда дайындалады, продуцент штамның  таза дақылы колбада, зертханалық және тәжірибе өндірістік ферменттерде біртіндеп  көбейтіледі.

Келесі кезең – 7-10 тәулік бойы аэробты, тереңділік, оқтынды ферментацияжүпеді. Ферментация кезінде температура, рН, рО қадағланып отырады, дақылдық орта тұрақты араластырып отырады, көбікті  басу үшін химиялық және механикалық  тәсіледр қолданылады.

Көбіне екі фазалық  дақылдандыру қолданылады; алғашында  арзан және тиімді субстратта биомассаны тез жинап алады, кейін қоректік ортаға идиофазада екіншілік метаболиттерді синтездейтін ферменттерді индукциялайтын, өнімдікті күшейтетін бастапқы факторлары кіргізеді. Осындай заттарды дақыл  өсіп жатқанда, экспоненциалық фазаның  аяғында қосады. Антибиотиктердің өсі  бәсеңдеген фазада, идиофазада жетеді. 

Содан кейін ферментациялық масса өңделеді: егер антибиотиктер  дақылдың сұйықтығында болса фильтрация жасайды; егер антибиотиктер клеткада  болса – клеткамен қоса антибиотикті тұнбалайды, әрі қарай клеткадан  бөліп алады.

Антибиотиктерді бөліп алу  және тазалау барысында экстракция, иондық алмасу, тұнбалау т.б. әдістер  қолданылады.

Экстракция дегеніміз  – антибиотиктерді бір ерітіндіден  екіншіге көп рет ауыстырар алдында  оларды тұндырады яғни, бірнеше ретқайтара кристаллизация жасайды.

Ионды алмастыру сорбциясы  негізінде антибиотиктердің теріс  зарядталған иондары катионды шайырға  жабысад, Енді керісінше шайырға  жабысқан антибиотиктерді ерітіндімен  айырып алады.

Тұнбалау әдәсәнде антибиотик органикалық затпен немесе бейорганикалық затпен байланысып тұнбаға түседі. Әрі қарай оның экстракциясы жүреді.

Гомогенді түрде бөлінген антибиотикті ауамен немесе лиофильді  кептіргішпен кептіреді, биологиялық  активтігін сақтау үшін тұрақтандырады, дәрілік формаға айналдырады.

Дайын препаратқа биологиялық  және фарамкологиялық бақылау жүргізеді.

Антибиотиктердің қолданылуы.

Антибитиктер медицинада, втеренарияда, тағам өндірісте, ауыл шаруашылықта қолданылады.

1885ж В. Бабеш деген  румын ғалымы, Р. Вирховтың Берлиндегі  зертханасында анатогонизм қасиетін  зерттегенде мынаны жазған болатын:  «... бактерялардың белгілі бір  түрі химиялық заттарды түзі  немесе қоршаған ортаны өзгертіп, бактериялардың басқа түріне  зиянды әсерін тигізетін әдісті  тәжірибеде анықтадым. Егер антогонизмді  зерттеу бактериялар арасында  басталса, белгілі бір бактерия  ісерінен пайда болған ауруды  басқа бір бактерияның түрімен  емдецге болады деген қорытындыға  келер едік. Бактериялар арасынадғымұндай  қатынас терапияда жаңа идеяларға  әкеледі.

Медициналық практикада антибиотиктер  жұқпалы (контагиозды) инфекцияларды (тырысқақ, оба, дизентерия, туберкулез және т.б.) емдеуде және шартты-патогенді микроорганизмдерден  туатын (алтын түсті стафилакокк, кандидалар, гемолитикалық стрептококк. Лактозонегативті негативті энтеробактериялар  – протей, цитробактер, клебсиелла және т.б.) бақс көптеген инфекцияларды емдеуде кең қолданылып келеді.

Ісікке қарсы (блеомициг), иммуносупрессорлы (циклоспорин) әсері  бар антибиотиктерде бар.

Тағамдық консервлеу өндірісінде  низин тағам әсері бар антибиотиктерде  бар.

Кәдімгі аминқышқылдардан басқа  низин құрамында лизин, гистидин, пролин, метионин, изолейцин, сонымен  қатар сиректеу кездесетін α-лактонин және β-метиллантионин бар. Оның консервіленген өнімдерге қосылуы температураның және стерилизацияның ұзақтығын  төмендеуіне әкеліп, осымен олардың  дәм және қоректік қасиеттерін сақтайды.

Жануарларға жемдік қоспа, өсуді  ширатушы ретінде 20 астам антибиотиктер  қолданылады, олардың ішінде биомицин және террамицин (мицелллалы саңырауқұлақтар); гризин, флавомицин, монензин, тилозин, (стрептомицеттер) анықталағн. Жиі жемге  толтырушы есебінде соя ұнын қосады.

Өсімдіктерде әр түрлі  фитопатогендерден сақтау үшін түрлі  антибиотиктер қолданылады:

• Trichoecium roseum саңырауқұлағынан трихоцетин, бидай және арпа тамырының шіріуіне қерсы; фузариозға, мақта өсімдігі ауруына қарсы; жылыжайда қиярдың ауруына қарсы;

• Фитбакреиомицин, Str.lavandula, бактериоздың, тамыр шіруіне қарсы профилактика мақсатымен үрмебұошақ, бидайдың, соя тұқымдарын өңдеуде.

• Бластицидин, S, Strюgriseochromogenes, күріштің саңырауқұлақтық ауруын емдеуде.

 

 

• Иллюстрациялы материалдар 

• Әдебиеттер

1. Егорова Т.А., Клунова  С.М., Живухина Е.А. Основы медицинской  биотехнологии, - М: АСАDЕМА, - 2003г.  – 207с.Микробиология / Воробьев 2. Избранные вопросы медицинской  биотехнологии. Избранные вопросы  медицинской биотехнологии.  –  Сиб.ГМУ, Томск – 2004. – 135с.

3. Медицинская микробиология  под ред. Покровского В.И. //М.  ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 1998, 1184 С.

4."Биотехнология: Свершения  и надежды". М:Мир, 1987 г.

5.Р.Реннеберг,И.Реннеберг."От  пекарни   до  биофабрики".М:Мир, 1991 г.

6.Дебабов.В.Г. Успехи генной   инженерии микроорганизмов. Генетика.1987 г. т.23, N10 с. 1741-1748.

7.П.О.Вяземский, Волчек  и  др. Генетическая инженерия  в современной медицине. Военно-медицинский  журнал.1990 г.N1 с 37-41.

8.Перспективы применения  методов ДНК-диагностики в лабораторной  службе.\Клиническая лабораторная  диагностика, №5, 2000г

9. А.А., Быков А.С., Пашков  Е.П., Рыбакова А.М. Микробиология  / М., Медицина, 1994.

 

Бақылау сұрақтары:

1. Биотехнология дегеніміз не?

2. Биотехнологияның мақстаттры мен міндеттері қандай?

3. Биотехнологияда қолданатын биологиялық жүйе  дегеніміз не?