Гендік инженерия

Гендік инженерия деп генмен жұмыс істеу тәсілдерін, оны геномнан бөліп алу, синтездеу, геномға енгізу және геномды қажетті бағытта өзгертумен керекті өнімдер алуын айтады.  

 Гендік инженерияның арқасында биотехнология өте тамаша жетістіктерге жетті. Генді инженерия 1972 жылы пайда болды деп есептелінеді. Оның тууына және дамуына физико-химиялық биологияның үлкен үлесі бар және онсыз гендік инженерияның тууы да мүмкін емес. Егер алғашқыда гендік инженерияның әдісімен тек бір клеткалы организмді қажетті бағытта өзгерте алатын болса, оның тұқым қуалау процесінің өзгеруін меңгере алса, осы күні аталған процесті көп клеткалы организмдерде жасауға кірісе бастады.  

1972 жылға дейін гендерді бөліп алу және синтездеу әдістерін меңгере бастады. 60-шы жылдың аяғында ғалымдар трансдукцияны пайдаланып, гендерді бөліп алу тәсілін жасауға тырысты. Бірақ осы күндері бұл тәсілді ешкім қолданбайды. Сол жылдарда гендерді химиялық әдіспен синтездей бастады. 1970 жылдан бастап гендерді ферменттің көмегімен жасай бастады. Ал 1972 жылы ДНҚ-ның рекомбинаттық молекуласын рестриктазамен жасау тәсілі ашылды. ДНҚ-ның рекомбинаттық молекуласын жасау жылы гендік инженерияның туған жылы деп есептелінеді. Бұл әдіс биотехнология үшін зор революция болып саналады.  

 Гендік инженерия мынадай кезеңдерден тұрады:

1) генді, яғни ДНҚ фрагментін алу;

2) рекомбинантты ДНҚ молекуласын құрастыру;

3) реципиент клеткасына рекомбинантты ДНҚ молекуласын енгізу;

4) қажет рекомбинантты ДНҚ молекулалары бар клондарды (бактериялық клеткаларды) ортадан табу.  

 «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

Мезгіл	Оқиға
1890	Волтер Хип бірінші рет қоянның ұрығын донордан реципиентке транспланттайды
1917	Карл Эреки «биотехнология» түсініктемесін кіргізеді
1961	«Биотехнология және биоинженерия» журналының шығуы
1973	Н.Бауэр және С.Кохан рекомбинанттық ДНҚ биотехнологиясын тұдырады
1975	Кохлер және Милстейн моноклоналды антиденелерді алу жолымен таныстырады
1978	«Genentech» компаниясы адам инсулинін іш таяқшаның көмегімен алады
1980	Американдық Жоғары сот «Diamond*Chakrabarty» компаниясының микроағзалармен генетикалық жұмыстарды өткізу құқығының патентін ашады
1981	Бірінші коммерциялық ДНҚ-синтезаторлар ашылған
1982	Рекомбинанттық ДНҚ көмегімен алынған жануарларға арналған вакцина Европада пайдалана басталды
1988	Полимеразды-шынжырлы реакциямен қолданып зерттеулер өткізіле басталды
1990	Адамның сома жасұшаларына арналған генетика терапиясының әдістері Америка құрама штаттарында жұмыс істей бастады
1990	«Адам геномының» жобасы жұмыс бастады
1997 осы күнге дейін	Сүтпен қоректенетіндердің ядроларын клондау

 

   Биотехнология ағзаның биохимиялық, физиологиялық, қайта орнына келу мүмкіншіліктерін зерттеп, оның нәсілдік қорларымен қолданып, барлық биологиялық бағдарламаларды түзетуге мүмкіндік болатын жолдарды табуға жағдайлар тұдырады.  

 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

Б И О Т Е Х Н О Л О Г И Я
Молекулярлы биология	Микробиология	Генетика	Жасушалы Биотехнология

 

   Қазіргі биотехнология  адамның практикалық әрекетінің  барлық жақтарына үлкен әсер  етуде. Қазіргі кезде оның көмегімен ондаған аса бағалы биологиялық активті заттар – гормондар, ферменттер, витаминдер, антибиотиктер және де кейбір дәрі-дәрмектер алынады. Биотехнология ауыл шаруашылығында орасан зор рөл атқарады. Биотехнологияның жетістіктері, ең алдымен, оның іргелі ғылымдармен тығыз байланысының арқасында пайда болды, мұның нәтижесінде биотехнологияның жаңа салалары мен әдістері – генетикалық, клеткалық және белоктың инженерия, энзимология инженериясы, жануарлар, өсімдіктер және бактериялар клеткасының культурасын көбейту, клеткаларды біріктіру әдісі кеңінен қанат жаюда.  

 Соңғы жылдары биотехнологияның үлкен өріс алуы генетиканың жаңа жетістіктеріне байланысты. Нақты айтқанда, қазіргі биотехнологияның көптеген салалары генетикалық инженериямен, әсіресе ген инженериясымен тікелей немесе жанама байланысқан. «Биотехнология» ұғымының өзі генетикалық инженерияның қалыптасуына байланысты пайда болды және алғашқы кезде бұл екі ұғым синонимдер ретінде қолданды. Алайда, уақыт өте келе бұл ұғымдардың мазмұны әр түрлі толықтырылды, дегенмен генетикалық инженерия биотехнологияның құрама бөлігі болып қалды. Генетикалық инженерия – жаңа генетикалық қасиеттері бар организмдерді құрастыру тәсілдерін жетілдіретін ғылыми өрістің саласы болса, ал биотехнология - өндірістің саласы.   

 Қазіргі кезде тек гендік инженерия ғана адамға қажетті биологиялық активті заттарды химиялық таза күйде алуды қамтамасыз ете алады. Ген инженериясының қарқынды дамуы арқасында адамның бірқатар ауруларын, оның ішінде генетикалық ауруларды да емдеу және ауыл шаруашылық малдарының өнімділігін жоғарылату мүмкін болды. Енді, олардың мысалдарына тоқталайық.   

 Алғаш рет медицинада гендік инженерияның өнімі – инсулин қолданды. Инсулин ұйқы безінде түзілетін гормон, оның арқасында қандағы глюкозаның артық мөлшері жануар текті крахмал гликогенге айналады. Ұйқы безінде инсулиннің түзілуі бұзылатын болса, адам диабет ауруына ұшырайды: глюкоза гликоген түрінде бөгеліп қалмағандықтан, қанда жүзім қантының мөлшері артады. Есептеу бойынша дүние жүзінде 60 млн адам диабетпен ауырады, яғни ол жүрек және рак ауруларынан кейін адамның өліміне алып келетін үшінші ауру болып саналады.  

 Адам инсулині генін алғаш рет 1978 жылы «Генентек» фирмасы (АҚШ) синтездеп алған. Соматостатин гені сияқты инсулиннің синтектикалық гені плазмидаға β-галоктозидаза генінің соңына енгізілді. Мұнда әрбір бактериялық клеткада инсулиннің шамамен 100 000 молекуласы синтезделеді. E. coli клеткасында проинсулиннің биосинтезі іске асты; ол үшін кері транскриптазаның көмегімен аРНҚ-дан оның ДНҚ-көшірмесі синтезделді. Америкалық «Эли Лилли» фирмасының зерттеушілері E. coli клеткасының 20% көлемін проинсулин немесе инсулин алатынын  атап көрсетті. Көлемі 1000 л бактерия культурасынан 200 г дейін инсулин өндіруге болады; әншейінде гормонның мұндай мөлшерін өндіру үшін сиырдың немесе шошқаның 1600 кг ұйқы безін өңдеу қажет болар еді. 1982 жылы АҚШ-тың азық-түлік өнімдері, косметикалық заттар, дәрі-дәрмектер Федералдық Басқармасы (FDA) «Эли Лилли» компаниясы шығаратын «Хемулин» (инсулиннің саудалық аталуы) препаратын сатуға рұқсат берді. Ұлыбритания мен КСРО-да рДНҚ технологиясы арқылы бактерия клеткасында инсулин өндіру 1980 жылдары ойдағыдай шешілді.  

 Инсулиннен кейін гендік инженерлік фармакологияда соматотропин деп аталатын өсу гармоны бактериялық клеткада синтездеуді шыңдап қолға алды.Адамдарда соматотропин гипофиздің алдыңғы бөлігінде синтезделеді, оның жетіспеушілігі гипофиздік ергежейлікке әкеледі.  

 Гендік инженерияның әдістері арқылы арнайы  құрастырылған бактерия клеткаларында түзілген өсу гармонының айқын артықшылықтары бар: препараттар биохимиялық тұрғыдан таза, инфекциялық вирустар жоқ және көп мөлшерде синтездеуге болады.  

 Швецияның «Каби Витрум» фирмасы 1978 жылы «Генентек» компаниясымен ген инженериясының әдісі арқылы соматотропинді синтездей алатын бактерия штамын алу үшін келісімге қол қойды. Сегіз айдан соң «Генентек» фирмасының зерттеушілері – Дж. Геддель және т.б. ғалымдар соматотропинді синтездей алатын E. coli К 12 штамын алды. Алайда, алынған синтетикалық гормонның N – ұшында метиониннің қосымша қалдығы болды. 1980 жылы «Генентек» компаниясының зерттеушщілері қосымша метионині бар синтетикалық гормонның биологиялық активтілігі табиғи соматотропиннен кем түспейтін дәлелдерін FDA-ға ұсынды.  

1985 жылдың соңынан бастап «Каби Витрум» компаниясы өсу гормонын сомтрем деген аталумен Стренгнестегі өзінің зауыттарының ферментерлерінде кең өндірістік масштабта шығаруда. Мұнда, 7 сағат ішінде 1 л бактериялық культурадан алынған гормонның мөлшері 60 өліктің гипофизінен алынғанға эквивалентті. Бұл гормонды қолдану нәтижесінде адам бойының жылдық өсуі 8-18 см тең болды. Ал, 1987 жылы «Эли Лилли» компаниясы рекомбинатты ДНҚ негізінде метионині жоқ, яғни табиғи гормоннан айнымайтын өсу гормонын өндірістік негізде шығаруды бастады. Бұл, 191 амин қышқылынан тұратын синтетикалық гормон хуматроп деген коммерциялық аталуымен белгілі.   

 Қазіргі кезде Жапония, Канада, Англия және Францияда рекомбинантты соматотропинді бактериялық клетка арқылы өндірістік жағдайда өндіру кең жолға қойылған.  

 Гендік инженерияның тағы бір салаларының бірі, ол жаңа, тиімді, қауіпсіз және арзан вакциналарды және әр түрлі витаминдерді алуға байланысты.