Мутация, бағытталған мутагенез. Генді инженерия. Рекомбинантты ДНҚ технологиясы

 

Биотехнология дамуының негізгі бағыттары және анықтамасы.

Қарағанды мемлекеттік медицина университеті

 

Химия курсымен фармацевтикалық  пәндер кафедрасы

 

 

ДӘРІС

 

 

Тақырыбы: “ Мутация, бағытталған мутагенез. Генді инженерия. Рекомбинантты ДНҚ технологиясы. ”

 

Пән: Биотехнология негіздері

 

Мамандығы: 051103фармация

 

Курс :4

 

Ұзақтығы : 1 сағат

 

 

Қарағанды-2010ж.

 

 

Кафедра мәжілісінде қарастырылған

 

Хаттама № “___”__________2010ж

 

Кафедра меңгерушісі бекіткен_________ Лосева И.В.

 

 

Тақырыбы: Мутация, бағытталған мутагенез. Генді инженерия. Рекомбинантты ДНҚ технологиясы.

 

 

Мақсаты: студенттерді генетикалық  инженерия әдістерімен, рекомбинантты  ДНҚ әдістерімен, микроорганизм  жасушаларында адамдардың гендерін клондау, адам инсулинін, өсу гормонын, интерферондар, молекулалық вакцина  алуы туралы түсінік беру.

 

 

Дәріс жоспары:

 

Рекомбинантты ДНҚ технологиясы туралы түсінік

 

Гендерді клондау және экспрестеу.

 

Генді – инженериялық инсулинді  алу

 

Соматротропинді алу

 

интерферондар алу

 

рекомбинантты және молекулярлы  вакциналарды алу

 

 

 

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.