Лекции по "Биотехнология"

Биотехнология – пайдалы-шаруашылық мақсатта медициналық  тәжірибе, экологияны жақсарту және т.б. үшін продуцент есебінде жануарларды, өсімдіктерді және микроорганизмдерді қолдануымен, технологиялық үдерістердің туындауымен, жетілдіруін байланыстыратын  ғылым. Сондай-ақ, биотехнологияның жетістіктерін экономиканы дамыту үшін қолдануға байланысты ауылшаруашылық биотехнологиясы, медициналық биотехнология, геобиотехнология, биоэлектроника, биоэнергетика, экологиялық биотехнология, бионанотехнология сияқты салалар қалыптасты. Соңғы онжылдықта биотехнологияның жаңа бағыты – ғарыштық биотехнология дами бастады. Клеткалық биотехнология ғылыми пән және өндірістік технология есебінде тірі жасушаның биоөндіргіштік белсенділігін зерттеуге, сапалы өндірушілік қабілеті бар және әртүрлі салаларда: ауылшаруашылығында, фармацевтикада, медицинада, тағам өнеркәсібінде,биоэнергетикада, қоршаған орта ремедиациясында, биоэлектроникада, тағы басқаларда қолданылатын жаңа нысаналарды құрып, жетілдіру мақсатына арналған жұмыс бойынша орасан көңіл бөлінуде. Биотехнология жоғары технологиялардың қазіргі саласы есебінде, оның тірі организмдер мен биологиялық үдерістерін құрайды және әртүрлі ауылшаруашылық, өнеркәсіптік, экологиялық, иммунобиотехнологиялық өзіндік ғылыми бағыттар бойынша дамиды.

2.Генетикалық  тұрғыдан өсімдіктерді жақсарту.

Америкада бактерия мен ашытқылардан бөліп алынған  гербицидтерге төзімділігін белгілейтін  гендерді Nicotianum tabacum темекі өсімдіктеріне  енгізді, енді гербицидтерді арам шөптерді жою үшін мәдени өсімдіктер өсетін бүкіл алаңға себуге болады. Жасанды биологиялық жолмен инсектицидтерді алу үшін патогенді бактерияларды қолданады, мысалға келтіретін болса B.thuringiensis штамдары зиянкестерге қарсы бірнеше токсиндерді түзеді. Әсемдік өсімдіктердің гүлдері ұзақ мерзім жақсы түрінде солмай сақталуын антимағыналық РНҚ-ны пайдаланып қамтамасыз етуге болады. Тіпті күлте жапырақшасындағы пигментердің синтезін өзгертіп, гүлдің түсін өзгертуге болады. Гүл өсіру өндірісінде 70% раушан, қалампыр, қызғалдақ және хризантемаға келеді, сондықтан ғалымдар көбінесе осы өсімдіктермен айналысады. Флавоноид тобына жататын антоциандар кеңінен тараған гүл пигментері. Антоциан биосинтезінің бірінші кезенің халконсинтаза жүзеге асырады. Осы ферментің мағыналық және антимағыналық РНҚ-ын өсімдікке енгізіп, гүлдің түсін өзгертуге болады екен. 

3. Сұрыптау процесінің тиімділігін  арттыру.

Төзімді жасушаларды  сұрыптау әдісі бір сатылы және көп  сатылы келеді. Бір сатылы сұрыптау процесінің тиімділігін арттыру  сұрыптау кезінде жасушалар селетивтік фактор өте жоғары мөлшерде болған ортада өсіріледі. Бірақ әсерлі фактордың жоғары концентрациялары барлық жасушалар бір мезгілде құрып кетуіне әкеледі, тіпті төзімді жеке жасушалар да тірі қалмауы мүмкін. Көп сатылы сұрыптау тиімді әдіс болып келеді. Бұл әдіс бойынша жасушаларды алдымен селективтік заттың төмен концентрациясы бар ортада өсіреді. Одан кейін жасушалар өсе келе селективті заттың концентрациясы артығырақ қоректік ортаға көшіріледі. Бұндай жағдайда тезірек өсетін төзімді жасушалар өсу жылдамдығынан жабайы жасушалардан оза бастайды. Тежеуші затының концентрациясын біртіндеп өсіре отырып өте жоғары концентрацияда өсетін төзімді жасушаларды сұрыптап алады. Сонымен қатар, көп сатылы сұрыптаудың нәтижесінде төзімділік белгісі ылғи тұрақты болады.

6 билет

1.Клеткалық технологияларды дайындау жұмысының негізі.

Өсіруге алынатын өсімдіктерде бағалы,эконимка жағынан  маңызды қосымша заттар айтарлықтай  жоғары мөлшерде болуы қажет. Әсіресе  бұл жағдайдың сирек кездесетін немесе жоғалып бара жатқан өсімдіктерге қатысы бар. In vitro жағдайына енгізу үшін қажетті зат жоғары мөлшерде синтезделетін жеке өсімдіктер алдын ала таңдап алынады. Экспланттардан пайда болған каллустарды қатты ортада өсіреді. Бөлініп жатқан каллус жасушаларында көбінесе қосымша заттардың мөлшері бүтін өсімдіктер мүшелеріне қарағанда аз болады. Бұл тұтас өсімдікте қосымша заттардың синтезі цитодифференцировканың бақылауында болатындығын дәлелдейді. Қосымша метаболизмді белгілейтін генетикалық ақпарат жүзеге асу үшін ерекше жағда лар керек. Жасушалардың түріне тән ерекше заттарды синтездеу қабілетін жоғары деңгейде сақтау үшін генетикалық деңгейдегі әрекеттер мен жасушалық сұрыптауды қолданады. Ең жақсы өнімді штамдарды суспензияда өсіреді, яғни қатты ортада алғашқы шыққан каллустар сұйық ортаға көшіріледі. Өсіру тәртібі өзгергенде штамм өзінің сапасын жоғатпауы керек, сондықтан ол стресс жағдайларына төзімді болу керек.

2.Өсімдіктерді  клондық микрокөбейту.

Қазіргі таңда  бөләп алынған және клонданған sym-ген, азотфиксациялайтын бактериямен бастапқы өсімдік пен арасында болатын симбиотикалық пайдалы қарым-қатынасты  реттейтін ген. Егер осы генді азот сіңетін бактерияларға яғни Klebsiella, Azotobacter-ге енгізсе, онда бізге қажетті барлық мәдени өсімдіктермен симбиотикалық қарым-қатынас болуы мүмкін. Болашақта күн сәулелерінің энергияны қайта пайдалану яғни биоконверсияны жасау үшін, оның тиімділігін жоғарлату үшін фотосинтездің жарық және қараңғы фазаларды реттейтін гендерді өзгерту идеясы бар, әсіресе көміртегі газдың сіңуін реттейтін cfx-генді өзгерту немесе кіші суббірліктегі РБФ-карбоксилазаны белгілейтін генді өзгертуі.

3 жоқ екен кешіріндер сурагы да жок

7 билет

1.Өсірілетін  клеткалардың экономикалық маңызы.

Клеткалық инженерия  — экономикалық маңызды өнімдерді  алуға, өсімдіктердің, жануарлар тектерінің, микроағзалар штаммдарының жаңа сорттарын жасау үшін биологиялық процестерді және жүйелерді қолдануға негізделген, ғылым мен өндірістің жаңа саласы. Биотехнология адам тыныс тіршілігінің әртүрлі саласы үшін маңызды өнімдер алуды басқаруды қамтамасыз етеді. Бұл технологиялар микроағзалар, өсімдіктер және жануарлар жасушалары мен ұлпаларын, сондай-ақ жасушадан тыс заттарды және жасушалар компоненттерінің әртүрлі биологиялық агенттер мен жүйелерінің каталитикалық потенциалын қолдануға негізделеді. Қазіргі уақытта биотехнологияны меңгеру және жасау іс-жүзінде барлық елдердің тыныс тіршілігінде сүруінде маңызды орында тұрады. Биотехнология жетістіктерінің артықшылығы дамыған елдердің экономикалық саясатында негізгі міндеттердің бірі болып табылады. Қазіргі уақытта биотехнология саласында алдыңғы орындарды АҚШ, Жапония иемденеді, олардың ауылшаруашылығы, фармацевтика, тағам және химия өнеркәсіптерінде биотехнологияның көп жылдық іс-тәжірибелері жинақталған. Ферментті препараттар, аминқышқылдар, ақуыздар, дәрі-дәрмектер өнідірісінде алдыңғы орындарды Батыс Европа елдері (ФРГ, Франция, Ұлыбритания), сондай-ақ Ресей иемденеді. Бұл елдердегі жағдай жаңа техника мен технологиялардың күшті потенциалымен, биотехнологияның әртүрлі салаларындағы қарқынды дамыған фундаменталды және қолданбалы зерттеулермен сипатталады. Жақын арада биотехнологиялық материалдарды және принциптерді қолдану, өнеркәсіптің көптеген салаларын және адамдар қоғамын түбегейлі өзгертеді.

Қазіргі кезде  биотехнологиялық жолмен көп мөлшерде, бірақ аз шығынмен, азықтық ақуыз, бактерия, саңырауқұлақтар мен су балдырларының жасушалық массасы алынады, сондай-ақ инсулин, өсу гармоны, интерферон, қан сары суының факторы, моноклональды интиденелер, иммобилизденген ферменттер және басқалар дайындалады. Өнеркәсіптік және ауылшаруашылық өндірісінің қалдықтарын биоконверсиялау жолмен бағалы қайта пайда болатын отын көздері спирттер, биогенді көмірсутегілер, сутегі алынады. Қазіргі кездегі зерттеулер қалдықсыз технологияларды жасау және полимерлерді бұзуға негізделген жаңа белсенді микроағзалар табуға бағытталаған. Көрсетілген мысалдармен биотехнологияның жетістіктері шектелмейді. Сондықтан, сеніммен биотехнологияны -21 ғасыр ғылымы деп айтуға болады, онда қазіргі заманғы ғылыми сыйымдылықтар, ресурстарды үнемдеуші және экологиялық таза өндірістер жасау негізінде биотехнологиялық процестер кездеседі.

2.Клондық микрокөбейтудің әдістері.

        Клоналдық микрокөбейтудің бірнеше  әдістері бар. Экспланттарды күтуде  морфогенездің ерекшеліктеріне,  өсіру жағдайларының өзгерісіне, олардың реакцияларына, клоналдық микрокөбейтудің ақырғы нәтижелеріне сәйкес келесі әдістерді бөледі:

• Өсімдікте бар меристемалардың дамуын белсендендіру;
• Экспланттың тура тіндерімен адвентивтік бүршіктердің пайда болуымен қоздыру (индукция);
• Сомалық эмбриогенезді қоздыру (индукция)
• Алғашқы және жаңадан салынған каллустық тіндерде адвентивтік бүршіктердің жетілдірілуі.

Бұл әдістерді in vitro жағдайында өсімдіктердің тінін  күтудің 2 типіне біріктіруге болады:

• Бірінші интакттық өсімдікте бар меристемалардың белсенділігі нәтижесінде алынады (сабақ апексі, қолтық және ұйқыдағы бүршіктер). Бұл өсімдіктер генетикалық толықтай аналық түрлерге ұқсас, өйткені культура жағдайында апекстер көп жағдайларда генетикалық тұрақты;
• Екінші типі өсімдіктер, бүршіктер немесе эмбриондар пайда болуының индукциясы нәтижесінде алынады. Бұлар культурада генетикалық өзгергіштігімен сипатталатын арнайылы және калустық жасушалардан алынған өсімдіктер аналық түрінен бірталай айырмашылығы болуы мүмкін, мұндай әдісті тек сол өсімдіктерге қолдануға болады, егер каллус генетикалық  тұрақтылығымен ерекшеленсе немесе өсімдік – регенераттар арсындағы вариабелділік табиғи өзгергіштік деңгейінен аспайтын болса.

    Сонымен,  клоналдық микрокөбейтуде қолданылатын  негізгі әдіс – бұл өсімдікте бар меристемалардың дамуын белсендіру. 1949 жыл анықталғандай апекалдық меристема сабақ ұшында орналасқан және жетілдірілмеген жасушалардан тұратын 0,1-0,2 мм-ден аспайтын аз бөлігі болады, бөлік үздіксіз өседі және өсімдік ағзаларын түзеді. Меристемалық тін эмбрионалдық белсенді күйде үзіксіз ұсталады. Ол генетикалық өзгерістерге төзімді, бұл ДНҚ репарациясы жүйерінің жоғары белсенді салдары болуы мүмкін.

    Меристемалық  тіннен клоналдық микрокөбейтудің  екінші түрі – күтілетін экспланттың  тура тіндерімен адвентивтік бүршіктер немесе қосымша өркендердің пайда болуын қоздыру. Адвентивтік бүршіктер тәрізді меристемалы жасушалардың беттік қабаттарынан (эпидермалдық немесе субэпидермалдық) қалыптасады. Мұндай қосымша өркенлердің үдеуі бүтін өсімдіктерді түзілуіне әкеп соғады. Адветивтік бүршіктерді түзілуін өсімдіктің кез-келген ағзалары мен тіндерінен алуға болады. Әдетте бұл үдері бір цитокининді немесе ауксиемен бірге болатын қоректік ортада жүреді. Ауксин есебінде мұндай жағдайда β-индолил-3сіркеқышқылын жиі қолданады. Бұл жоғары өсімдіктердің ең кең тараған әдісі. Бұл әдіс көбінесе өсімдіктерді көбейтуде қолданылады, олар табиғи жағдайларда өте баяу көбейеді.

      Қолайлы жағдайларда каллус белсенді  бөліне бастайды, меристемалық ошақтарды  қалыптастырады және не бүршікті, не эмбриойдты бастауға кіріседі. Каллустық жасушалардың генетикалық тұрақтылығы болмайтынын ескеріп, in vitro жағдайында күтілуде алғашқы каллусты пайдаланған дұрыс, оған қоса каллустың ұйымдаспаған өсуі кезінде уақыттың мерзім мүмкіндігінше қысқа болған ыңғайлы.

3.Қолтық бүршіктердің дамуын  индукциялау.

8 билет

1.Өсірген клеткаларды биосинтездік өндірісте пайдалану.

Жаңа биотехнологияда  керекті өнімдерді алу үшін in vitro жағдайында өсірілетін клеткалар (микроорганизмдер, өсімдіктер мен жануарлар клеткалары), клетка органоидтары, ферменттер мен мультифермент жүйелері, гендік және клеткалық инженерия әдістерімен құрастырылған жасанды тіршілік формалары қолданылады.

In vitro жағдайында өсірген  өсімдік клеткалары табиғи өсімдікке  тән биосинтездік қасиетін сақтайды, сондықтан оларды экономикалық маңызы бар заттарды өндіру үшін пайдалануға болады. Сөйтіп, өсімдік клеткаларын өнеркәсіпті технологияларда қолданудың әр түрлі жолдары бар. Маңызды заттарды синтездеумен қатар оларды тағы биотрансформацияға, яғни арзан заттарды басқа бағалы заттарға айналдыру үшін пайдаланады.

Өсімдіктерде алуан  түрлі қосымша заттар синтезделеді. Қосымша заттар деп аталса да олардың  өсімдіктегі зат алмасудағы орны зор. Олардың көптегені медицинада, техникада, тамақ және парфюмерия өнеркәсібінде, ауыл шаруашылығында кең пайдаланылады.

Маңызды заттарды синтездейтін клеткаларды өсіру биотехнологияның жаңа саласы. Дағдылы биотехнологиялар бағалы биологиялық активті заттарды алу үшін бүтін организмдерді  пайдаланса (өсімдіктерді, жануарларды), осы заманғы биотехнологиясы ерікті немесе иммобилизденген өсімдік клеткаларын өсіруге сүйенген клеткалық технологияларға негізделген. Өсірілетін клеткаларды биосинтездік өнеркәсіпте қолданудың 3 жолы бар: клеткалардың in vitro жағдайында биотрансформация жүргізуге мүмкіншілігі болатындығы дәлелденген, яғни кейбір биологиялық активті заттар арзан қарапайым бастаушы заттардан синтезделеді және бұл қарапайым бастаушы заттар химиялық немесе микробиологиялық жолмен өзгертіле алмайды, тек қана өсірілетін клеткалардың ферменттерінің ықпалымен ақырғы бағалы өнімге айналып кетеді.

Өсімдіктер көптеген маңызды заттардың бірден бір  қайнар көзі болып келеді. Бірақ  өсімдік шикі затының қоры табиғатта  таусылып бара жатыр. Осыны еске алғанда, клеткалық техналогияардың орны болашақта ерекше зор екенін түсінуге болады. Клеткалық техналогиялардың ғылыми лабораториялық зерттеулерден соң өнеркәсіпте қолданылуы қазір ғана басталып келе жатыр. Тиімділігі жоғары технологиялардың жасалуы өсімдіктерде қосымша зат алмасу процестерінің генетикалық, биохимиялық, физиологиялық реттелу жөніндегі теориялық білімнің жетіспеушілігімен шектеліп тұр. Себебі бүтін өсімдіктегі зат алмасуында қосымша заттардың қызметі толық зерттеліп бітпеген. Көпшілігінің негізгі функциясы өсімдікті әр түрлі стресс факторларынан қорғау, яғни олар реттеушілер ретінде организмнің тіршілік әрекетін қамтамасыз етуі мүмкін.

2.Каллустан  регенерат өсімдіктердің пайда  болуы.

Каллус –  бұл ұлпаның ерекше түрі, өсімдік  жасушаларының ретсіз бөлінуі нәтижесінде пайда болған ұлпа, басқаша айтқанда, ол – бүтін өсімдіктің зақымданған жері (жарасы) біте бастаған кезде түзілетін білеуленген бұлтық. Каллус ұлпалар борпылдақ, морфогенді (яғни морфогенезге қабілетті) және тығыз морфогенді емес болуы мүмкін. Барлық физиологиялық үдерістерді реттейтін фитогормондар болғандықтан, олар қоректік ортаның маңызды құраушылары деп есептелінеді. Жасушаларға бөліну және дифференциялану үшін әсіресе ауксин мен цитокинин қажет. Тек қана ісік жасушалары мен «қалыптасқан» ұлпалар гормондары жоқ ортада өсе алады. «Қалыптасқан» каллус жасушалары гормондарды қажет етпейді, олар гормондарға прототрофты келеді, себебі өздерін-өздері қамтамасыз ете алады. Каллус пен эмбриондтарды (сомалық ұрық) регенерацияны ынталандыратын қоректік ортада өсіргенде регенерант-өсімдік пайда болады.