Биотехнология және оның басқа ғылым мен өндіріс салаларымен байланысы

Биотехнология сөзі гректің үш сөз тіркесінен құралған, яғни «bios – тіршілік, techne – шеберлік, logos – ілім» деген мағынаны білдіреді. Биотехнология ғылымы тірі ағзалардағы және олардың тіршілік әрекеттерін техникада кеңінен қолдануға негізделген. Алғаш рет 1917 ж. венгр нженері Карл Эрике биотехнология терминін тірі организмдерден алынатын өнімдерді белгілеу үшін қолданды. К. Эрикенің пайымдауынша «биотехнология дегеніміз – тірі ағзалар арқылы өнім өндірілетін жұмыстардың барлығы» деп түсінген. Бірақта, биотехнологияның ғылым ретінде арнайы мойындалған мерзімі, 1961 жылы шведтік ғалым-микробиолог Карл Геран Хэден, сол кезде шығарылатын «Микробиология, биохимиялық инженерия және технология» атты журналды, «Биотехнология және биоинженерия» деп атауды ұсынған кезден бастап есептелінеді.

Қазіргі қалыптасқан, яғни 1981 ж. «Бүкіләлемдік теориялық және қолданбалы химия одағы» қабылдаған тұжырымдама бойынша:

Биотехнология – қажетті өнімдерді өндіру (тамақ өнеркәсібінде, ауыл шаруашылығында, медицинада, энергетикада) және қоршаған ортаны қорғау мақсатында биохимия, биология, микробиология және техникалық химия жетістіктерін тиімді пайдалану деген мазмұнды береді.

Биотехнология ғылымы өз алдына жеке ғылым саласы болып ХХ ғасырдың орта кезеңінен бастап қалыптасты. Қазіргі кезде биотехнология ғылымы биологияның іргелі салаларының біріне айналып отыр. Биотехнологияның кейбір қарапайым әдістерін адам баласы ерте кездерден бастап-ақ күнделікті тұрмыс тіршілігінде пайдалана білген. Мысалы, нан пісіру, ірімшік дайындау, шарап жасау, тері илеу және де басқа қажетті өнімдерді дайындауда қоданылытын үдерістерді адамзат тіршілігінде ертеден пайдаланып келеді. Биотехнология адамның өміріне маңызды әртүрлі қажетті өнімдерді, микроорганизмдердің, өсімдіктер мен жануарлардың жасушаларын өсіріп-трансплантациялауды техникалық жолмен жүзеге асыратын ғылым. Ол өнеркәсіптік микробиология, технологиялық, биохимиялық, генетикалық инженерия тағы басқа салалармен тығыз байланысты және осы салалардағы алынған жаңалықтар биология ғылымының жалпы жетістіктерін іс жүзінде қолданумен, әртүрлі жекелеген қолданбалы бағыттарды негіздеуге мүмкіндік береді.

Өнеркәсіптік биотехнология – микробиология, генетика, биохимия, химиялық, техникалық білімдер мен жасушалық дақылдардың қасиеттерін ұштастыра отырып, өндірістік үдерістерде өз үлесін қосуда. Биотехнологиялық өндіріс – спецификалық заттардың түзілуіне мүмкіндік беретін бактерия, ашытқы саңырауқұлақтары, балдырлардың көмегімен олардың метоболизмі нәтижесінде жүзеге асатын биосинтетикалық үдерістерге негізделген. Биотехнологияның қарқынды дамуы немесе өркендеуі, тек дәстүрлі биотехнологиялық әдістерді автоматизациялау мен тиімділігін арттырумен анықталып қоймай, сонымен бірге соны үдерістерді ойлап шығарумен байланысты болады. Биотехнологиялық үдерістер – тамақ өнімдерін өндіру, ауылшаруашылық дақылдарының өнімділігін арттыру, in vitro жағдайында жоғарғы ұлпалық жасушалардың негізінде өсімдіктерді сұрыптау, медицинадағы фармацевтік өнеркәсіпте, энергия көздерін толықтыруда және қоршаған ортаны қорғау мен тазалауда кеңінен қолданылады.

Биотехнологияның қазіргі маңыздылығы микробиология, генетика, гендік инженерия, тағы да басқа көптеген ғылым саласының жетістіктерімен байланысты. Ашу өндірісінің дамуы – ашу үдерісінің табиғатын оны қоздыратын микроорганизмдерге тәуелді екендігін көрсеткен Л. Пастер еңбектерімен байланысты дамыды. Ашу үдерісінің әр түрлігі нәтижесінде өсімдіктер және басқа да бірқатар субстраттардың, көмірсулардың органикалық еріткіштері сияқты бағалы өнімдерге айналуы жүзеге асады. Мысалы, ашытқылардың массасының екі еселенуі үшін 3 сағат қажет болса, ал торай мен балапан үшін отыз күн керек. Оны чатка, метан, мұнай өндіру орны қалдықтарын және басқа шикізаттарды өңдеу үшін қолданады. Сұйық және газ күйіндегі жанар-жағар майларды (этанол, метан, пропан) түзетін микроорганизмдер – биотехнологиялық мақсатта қолданылатын құнды субстраттар болып табылады.

Микроорганизмдер жоғарғы реакциялық мүмкіндіктері арқасында әртүрлі биологиялық активті заттарды синтездейді (антибиотиктер, вакциналар, дәрумендер, қышқылдар). Биотехнология бактериялардың, өсімдіктер мен жануарлардың негізгі генетикалық бағдарламасын өзгертуге мүмкіндік береді және ол үшін генетикалық инженерия әдісі қолданылады. Жалпы алғанда, биотехнологиялық үдерістер электроника, генетика, биохимия, химиялық технология, тамақ өнеркәсібі және басқа да өндіріс салаларының ғылыми негіздерін құрайды. Биотехнологияның халық шаруашылығындағы маңызы мен атқаратын міндеттеріне байланысты, даму бағыты қажетті деп келесідей салаларды айтуға болады:

-медицина саласында әр түрлі өте қауіпті ауруларға қарсы күресуде биотехнология жетістіктерін, атап айтқанда ұлпалар, дене және ағза мүшелерін трансплантациялау немесе имплантациялау;

-фармакологияда қауіпті ауруларға, атап айтқанда жүрек-тамыр, ісік аурулары, тұқым қуалайтын, инфекциялық және оның ішінде вирустар тудыратын ауруларға қарсы тұра алатын жаңа биологиялық белсенді дәрмектер мен дәрілік заттар (интерферондар, инсулин, өсу гормондары, моноклональды антиденелер және т.б.) жасап шығару;

-өсімдіктерді әртүрлі аурулар мен зиянкес заттардан қорғаудың микробиологиялық әдістерін жасау және бактериалды тыңайтқыштар мен өсу қарқындылығын реттейтін заттар жасап шығару; генетикалық және жасушалық инженерия әдістерін қолдана отырып қоршаған ортаның қолайсыз жағдайларына төзімді, жоғары өнімді өсімдіктердің жаңа сұрыптары мен гибридтерін шығару;

-мал шаруашылығы өнімділігін арттыру мақсатында, әртүрлі жемге арналған қоспалар мен биологиялық белсенді заттар (жемдік ақуыздар, амин қышқылдары, ферменттер, дәрумендер және ветеринариялық дәрмектер және т.б.) жасап шығару; ауылшаруашылық малдарының көп таралған ауруларының профилактикалық алдын алу, диагностикалау және емдеу, мал тұқымдарын асылдандыру жұмыстарының қарқындылығын арттыру мақсатында эмбрион трансплантациялау, гендік инженерия жетістіктерінің жаңа әдістерін қолдану;

-тамақ, химия және микробиологиялық өндірістерінде қажетті өнім алу мақсатында жаңа микроорганизмдер штаммдарын пайдалану, тиімді технологияларды істеп шығару;

-табиғи энергия көздерінің (мұнай, табиғи газ, көмір, т.б.) азайып таусылу мүмкіндігіне байланысты, адамзаттың оны ауыстыратын басқа да алтернативті жолдарын іздеп қарастыру қажеттілігі туындайды. Сол себепті биотехнология жетістіктері энергия көздерін ауыстыра алатын қажетті мөлшердегі спирт, биогенді көміртектер, сутегі сияқты заттарды алу мүмкіндігіне қол жеткізеді және оны ауылшаруашылығы мен өндіріс қалдықтарын биоконверсиялау арқылы алу мүмкіндігі туады;

-металургия саласында – геобиотехнололгия жетістіктерін пайдалана отырып, құрамында өте аз мөлшерде қажетті қымбат металдар бар кен орындарынан арнаулы микроорганизмдерді қолдану арқылы пайдалы қазбаларды өндіру;

-экологиялық биотехнология саласында – ауылшаруашылығы, өнеркәсіп және тұрмыстық қалдықтарды, ластанған сулар, топырақ пен ауаны тазартудың тиімді тәсілдерін жасап шығару;

1-сурет. Биотехнологияның басқа ғылым салаларымен байланысы

-ғарыштық биотехнология саласында – биологиялық құнды заттардың құрылысын анықтау және оларды медицинада, фармакологияда, ветеринарияда қолдану үшін сапалы кристалдарды алу; микрогравитация жағдайында микроорганизмдердің рекомбинантық штаммдарын, өсімдіктердің төзімді және жақсартылған жасушаларын сұрыптап алу, оларды медицинада, фармакологияда, ауылшаруашылығында, экологияда қолдану; биология және биотехнология салаларында фундаментальдық білімін кеңейту үшін бионысандарға ғарыштық факторлардың әсерін зерттеу сияқты маңызды мәселелер алға қойылады.

Қазіргі кезде кеңінен қолданылатын негізгі биотехнологиялық әдістерге келесілер жатады:

- гендік инженерия;

- жасушалық инженерия;

- хромосомдық инженерия;

- ақуыздық инженерия;

- инженерлік энзимология.

Биотехнология үдерістері ірі сабақты азықтарды (жүгері, сабан, күнбағыс, т.б.) силостау әдісі арқылы жұмсартып, азықтың сіңімділігін арттыру үшін де қолданылады. Сонымен бірге, мал қоралары жанында жиналатын көптеген нәжіс, жем-шөп қалдықтары сияқты заттарды өңдеп, бағалы тыңайтқыштарға айналдыру ісінде де қолданыс тапқан. Микроорганизмдер көмегімен алынған кейбір заттар азық құрамын байыту үшін қолданылса, басқалары ас қорыту жүйесіндегі зиянды микрофлораның әсерлерін басады немесе арнайы микробтық метаболиттерінің пайда болуына жағдай жасайды (соңғы кездері жемдік антибиотиктер кеңінен қолданыла бастады).

І тарау

ГЕНДІК ИНЖЕНЕРИЯ НЕГІЗДЕРІ