22 Билет
1 In vitro - тірі аєзалардыѕ жасушаларын, ўлпаларын «шыныда», залалсыз жаєдайда жасанды ќоректік ортада ґсіру јдісі.
In vivo – ағзадан тыс жерде өсіру
Ауылшаруашылық жануарларға келгенде аралық реципиенттер ретінде зертханалық немесе ұсақ ауылшаруашылық жануарлардың ұрғашыларымен қолдануға болады. Ірі қара малдың ұрықтарына аралық реципиенттер ретінде қойлармен немесе үй қояндармен, қойлардың және шошқалардың ұрықтарына – зертханалық ұрғашы жануарлармен қолданады. Гаметаларды in vivо культивирлеу
Гаметогенез – жыныс жасұшалардың даму кезеңі, диплоидтық жыныс жасұшалардың гаплоидтық дифференциалданған ұрғашы (жұмыртқа жасұшасы) және еркек (сперматазоид) жыныс жасұшаларына аусу үдірісі. Жыныс түрлеріне байланысты гаметогенезды сперматогенезге және оогенезге бөледі.
Сперматогенез төрт кезеңнен тұрады: көбею, өсу, пісу, қалыптасу, ал оогенез үш кезеңнен тұрады: көбею, өсу, пісу.
Көбею кезеңі ( гониялар – сперматогониялар, оогониялар). Алғашқы жыныс жасұшалардың саны митоз арқылы өседі. Гонияларға ауысып, олар өзгереді: үлкейіп, домалақша қалыптасып, белсенді көбейеді (пролиферация). Гоний қабыршықтарының өткізу қабілеті жоғары болып, олардан өткен қоректік заттар жасұшалар бөлінгенде қуат көзі болып жұмыс істейді. Сүтпен қоректенетін ұрғашылардың көбісінде оогонийлердің пролиферативтік белсенділігі туу алдында тоқтайды, еркектерде – жыныс пісу кезеңде тоқтайды.
Өсу кезеңі ( гоноцит – І қатарлы сперматоцид немесе ооцит) І қатар – мейоздың бірінші бөліну үдірісі. Өсу кезеңінде жыныс жасұшалары бөлінбейді. Сорылып алынатын қоректік заттар цитоплазмамен ассимиляцияланып жасұшалардың белсенді өсүіне көмектеседі. І қатарлы ооциттермен салыстырғанда І қатарлы сперматоцидтердің көлемі аса өспейді.
Ооциттерде екі өсу кезең айырады: превителлогенез(цитоплазматикалық өсу) және вителлогенез (трофоплазматикалық өсу).
Превителлогенез – ақырын өсу кезеңі, оогониялар мейозға кіргеннен басталады. Ооцит өзінің РНҚ, ақуыз, басқа компоненттерінің синтезі арқылы өседі. Ядроның және цитоплазманың салмағы тепе теңді өседі.
Вителлогенез – тез өсу кезеңі, цитоплазмада белсенді үдірістер өтіп, ядролық-цитоплазмалық салыстыру өзгереді (1:6 бастап 1:550 дейін). Сырттан қоректік заттар түсу арқылы цитоплазманың салмағы өседі.
І қатарлы ооцит өскенде органеллалар ( рибосома, митохондрия), қоректік заттар (ақуыз), қуат көздері жиналады. Ооциттің көлемі өседі.
3. Пісу кезеңі ( сперматид, ІІ қатарлы ооцит) Осы кезеңде жасұша екі рет бөлінеді. Ооциттердің пісүі жануарларда жыныс жасына келгенде басталады. Ооциттердің пісүі сиырларда және шошқаларда - 40 сағат, қойларда және ешкілерде – 25 сағат.
4. Қалыптасу кезеңі (сперматазоид). Домалақша келген жасұша – сперматида – сперматазоидты сипаттайтын морфологиялық қасиеттерін алады. Қалыптасқан кезде сперматиданың домалақша келген ядросы тығыздалып, жасұшаның алдынғы жағына жылжиды. Гольджи кешені ядроға жылжып тығыздалған түйіршік – акробласт – жаратады. Акробласт үлкейіп болашақ сперматазоидтың басын қаптайды.
Акробласттың ортасында акросома қалыптасады. Акросома – фермент гиалуронидазаға бай тығыз дене. Ядроға қарсы полюсқа центросома жылжиды. Центросоманың дисталды центриолясынан жгутик, кейіннен сперматазоидтың құйрығы қалыптасады. Проксималды центриоля ұрықтандырғанда зиготаға түсіп оның бөлінүіне қатысады. Центриолялармен қоршалған цитоплазма бөлімі мойыншаны қалыптастырады.
Дисталды центриоль екі бөлімге бөлінеді: алдынғы және артқы. Дисталды центироляның алдынғы бөлімінен құйрықтың білік жіпшесі өсіп шығады. Дисталды центриоляның артқы бөлімі жүзік тәрізді болады. Сперматиданың артқы бөлімінің цитоплазмасының құрамында митохондриялар және гликоген болады. Жасұша ұзарып сперматазоид қалпы пайда болады.
Гаметаларды ұрықтандыруға арналған физиологиялық жағдайлар
Жаңа ағза жаратылу үшін керекті жағдайлар – жұмыртқа жасұшасы және сперматазоид қосылып, ата-ананың нәсілдік қасиеттерін біріктіріп алу. Гаметалардың ұрықтануы ұрғашы жануарлардың жыныс мүшелерінде өтеді, фаллопий түтігінің ампуласында. Ұрықтану физиологиялық жағдайлар – олар:
жыныс акті – сперматазоидтер ұрғашының жыныс мүшелеріне түсу үшін;
сперматазоидтердің қозғалыс жігерлігі – сперматазоидтер фаллопий түтігінің ампуласына жету үшін;
сперматазоидтерді іріктеу – биологиялық толық төл алу үшін;
ұрғашының гормоналдық мүмкіншілігі – ұрықтануға жарамдығын анықтау үшін.
Гаметалардың ұрықтану жеріне жылжу.Овуляциядан өткен жұмыртқа жасұшасы іштің ішінде бос күйінде жатады. Жұмыртқа жасұшасы ұрықтанатын жеріне жылжу үшін келесі жағдайлар болу керек:
Фолликулярлық жасұшалармен қапталған жұмыртқа жасұшалардың фаллопий түтігінің кірпікшелерімен қарым қатнасуы. Овуляция кезінде кірпікшелердің жігерлігі стероидтық гормондармен реттеледі.
Фаллопий түтігінің воронкасына жылжығанда ана бездер қозғалып туру керек.
Жұмыртқаларды жұргізетін түтіктердің былшық етті қабыршығы иреленіп қысқартылып туру керек.
Жұмыртқа жасұшасы ұрақтанатын жерге бір неше минуттан кейін жетеді, мысалы, мысықтарда және үй қояндарда 6-15 минутта, шошқаларда – 45 минутта. Осы кезеңде жұмыртқа жасұшаның қабыршығы ыдырап жасұша ұрықтануға дайын болады.
Жануарларда жыныс актінде сперма сарпайға (үй қояндар, күйіс қайтаратындар, маймылдар) және жатырдың ішіне (шошқалар, иттер, тышқандар) түседі. Жыныс актінде еркек малдан бөлініп шығатын суйықтықты эякулят деп атайды. Эякуляция кезеңінде бөлініп шығатын сперманың құрамында сперматазоидтер, жыныс бездердің секреттері болады.
Ұрғашылардың жыныс мүшелерінен жылжығанда сперматазоидтер бір неше кедергілермен кездеседі, сондықтан олардың жылжу белснділігі төмендейді.
Бірінші кедергі – сарпайдың бактерицидтық қасиеттері бар табиғи қышқылдығы. Жыныс актінің басынан 5-10 сек. өткенде қышқылдық 4,3 бастап 7,2 дейін жетеді. 30 минутта сарпайдың түтігінен сперматазоидтер 1,5-4 мм/сек жылдамдығымен өтеді (сперматазоидтердің тез жылжу фазасы).
Ақырын жылжу фазасында сперматазоидтер малту қозғалыспен жатырдың мойын жағына өтеді. Осы жерде кілегейлі суйықтық бар, сондықтан сперматазоидтердің көбісі отырып қалады.
Үшінші кедергі – фаллопий түтікшелеріне кіретін жер. Осы жерде сперматазоидтер өздерінің белседілігі арқылы, жатыр түтігінің былшық еттерінің қысқару көмегімен, суйықтықтың ағынымен жылжиды.
Сперматазоидтердің ұрықтандыру мүмкіншілігі 24-48 сағат, қозғалуға мүмкіншілігі 4 тәүлікке дейін сақталады.
Гаметалар in vivo ұрықтану
Гаметалар ұрықтану – сперматазоид және жұмыртқа жасұшасы қосылып, кариогамия жаратылып, зиготаның көмегімен жаңа ағза жаратылу үдіріс.
Ұрықтануда үш кезең айырады: гаметалар жақындау, белсендену және кариогамия.
Гаметалар жақындау. Сперматазоидтың жұмыртқаға жақындауы келесі себепкер шарттардың көмегімен өтеді: ұрықтануға дайындық, сперматазоидтердің саны ұрғашылардың жыныс жасұшаларымен салыстырғанда көп болу, жұмыртқа жасұшаның мөлшері үлкен болу. Жұмыртқа жасұшалары және сперматазоидтерұрықтануға керекті гамондарды жаратады. Гамондар – химиялық заттар, гаметалардың жақындап қатнасуына көмектесетін. Гамондардың екі түрі болады: гиногамондар – жұмыртқа жасұшаның гамондары, андрогамондар – сперматазоидтердің гамондары.
Ұрғашылардың жыныс жолдары сперматазоидтердің ұрықтандыру күштерін белсендетеді (фаллопий түтіктерінің, жатырдың, сарпайдың секреттерінің көмегімен). Осы реакцияны капацитация деп атайды.
Сперматазоидтің ұрықтандыру қабілеті оның жұмыртқа жасұшаның қабыршығынан өтіп кететін мүмкіншілігімен белгіленеді. Сперматазоид сәүлелі жүзіктің жасұшаларынан және zone pellucidтен өтіп жұмыртқа жасұшаның плазматикалық қабыршығымен қарым қатынасқа кіреді. Ұрықтандыру үшін сперматазоид акросомдық реакциядан өту керек, ал осы реакция өту үшін капацитация керек.
Капацитация кезінде сперматазоидте ақуыздың құрамындағы заттары өзгеріп, акросомалдық реакцияда ерітетін ферменттер көп шығарылады; қозғалыс белсенділік көтеріледі (гипербелсенділу).
Жұмыртқа жасұшаның белсенділуі. Жұмыртқа жасұшаның белсенділуі акросомдық реакцияның төртінші кезеңінен басталады. Сол кезде сперматазоид жұмыртқаның сыртына тиеді. Белсенділуден кейін басталатын өзгерістер алғашқы, екінші, үшінші түрлеріне бөлінеді.
Алғашқы өзгерістер. Сперматазоидтің қабыршығы жұмыртқа жасұшаның қабыршығына еңгізілгенде, жұмыртқа жасұшаның ішіне натрий иондары кіре бастайды. Жұмыртқа жасұшаның қабыршықты потенциалы терістен (-60 - -28 мВ) оңға (+10 - +8 мВ) ауысады. Осындай жағдай 20 минут ұсталып, қабыршық «ағынды» болып, полиспермия жағдайға қарсы кедергілер тұдырылады.
Екінші өзгерістер. Белсенділік үдіріс басталып 10 секунд өткеннен кейін жұмыртқа жасұшаның цитоплазмасында жасұша ішіндегі қордан кальций иондары босатылып шыға бастайды.
Кальций босатылу белсенділікті тездетеді. 60 секундтан кейін кальций иондарының шоғырлығы төмендеп алғашкы деңгейіне жетіп кортикалды түйіршіктердің экзоцистозы басталады.
Осы реакциялардың қортындысында 1 минут аралықта ұрықтандыру қабыршығы жаратылып цитоплазманың үстінен бөлінеді. Осы кезде жаратылған құыс суйықтығымен бірге превителлиндік кеңістік деп аталады.
Осыдан басқа жасұша ішіндегі рН 6,6 дан 7,2 дейін көтеріледі. Н иондары бөлініп шығып натрий иондары жойылады. Осы өзгерістерде екі физиологиялық үдірістер қамтамасыз етіледі: біріншіден, жұмыртқа жасұшасына басқа сперматазоидтер кіре алмайды және, екіншіден, ұрықтың дамуының бірінші кезеңдері басталады.
Үшінші өзгерістер. Жұмыртқа жасұшасынан цитостатикалық ақуыз бөлініп шығып, мейоз басталады. Жұмыртқа жасұшасында хромосомалар екі топқа айырылып, бір топ полярлы денеге өтіп, екінші топ жұмыртқада қалып, ұрғашы пронуклеус жаратады. Екінші полярлы дененің бөлініп шығуы мейоз фазасын аяқтайды.
Ұрықтарды in vivo культивирлеу
Тіркелу алдындағы даму – даму кезең. Осы кезеңде зигота ұрықтандырылған жерден (фаллопий түтігінің ампуласы) репродукция жолдан тіркелу орнына (жатырдың мүйізшесі немесе денесі) бір неше бөлінуден өтіп бластула жаратып барады.
Зигота – ұрықтандырылған жұмыртқа жасұшасы. Зиготаның дамуының екі кезеңін айырады: екі пронуклеус кезеңі (кариогамияға дейін) және піскен зигота кезеңі (кариогамиядан кейін).
Пронуклеустердің кезеңіндегі біржасұшалы ұрық. Пронуклеустер ұрықтандырудан кейін 1,5-2 сағат өтіп қалыптасады.
Кариогамия ( гаметалардың екеүінің ядролық материалының бірігуі) жұмыртқа жасұшасы толық пісіп жеткенде басталады. Осы ұрықтанудың ақырғы кезеңі.
Екі пронуклеус кезеңінде ата ананың нәсілдік белгілері жұмыртқа жасұшаның цитоплазмасында әлі бөлек орналасады. Кариогамидан кейін 6-10 сағатта зигота «пісу» кезеңіне өтеді. Осы кезең 10-12 сағатқа созылады. Осыдан кейін бірінші бөліну басталады.
Бөліну – зиготаның бластомераларға бөлінуі. Митотикалы бөліну қортындысында зигота бөлініп бластомералардың көп саны жаратылады. Осыдан кейін құысы (бластоцель) бар бластула жаратылады. Бластула жаратылу бөліну үдірісін тоқтатып гаструляция басталады.
Ұрықтың тіркелу жеріне жылжуы. Жануарлардың ұрығының бөлінуі фаллопий түтігінен жылжығанда өтеді. Ұрық ұрықтану жерінен тіркелу жеріне дейін жылжып барады ірі қара малда 7-8 (морула), жылқыларда 5-7 (морула – бластоциста), қойларда 4-5 (алғашқы морула), шошкаларда 2-3 (8-16 бластомералық ұрық) күн.
Жатырдың түтіктерінің суйықтығы дамып жатқан ұрықты қоректендіреді.
Ұрықтандырылмаған жұмыртқа жасұшалардың мөлдір қабыршығы жұмсарып ыдырап кетеді. Сперматазоидтер жыныс жолынан нейтрофилдармен жойылып шығарылады.
Сиырларда ұрық 22 күнде, қойларда 15 күнде, шошқаларда 13 күнде, жылқыларда 37 күнде тіркеледі.
2.Микробтық синтез өнімдерін тағамдық мақсаттарда қолдану.
Биообъектілерден, шикізат (субстрат), технологиялық жағдай және құрал– жабдықтардан құралған биотехнологиялық жүйе өндірісте нақты өнім алу үшін тағайындалады. Ашыту, биосинтез және биотрансфорамция процестері нәтижесінде өнім алынады. Биологиялық объектілер арасында ең алдымен микроорганизмдер туралы айту керек, себебі көптеген жұмыс істеп жатқан үлкен маштабты биотехнологиялық өндірістер олардың биопродукциялық активтілігіне негізделген.
Биотехнологиялық жүйеде орталық орынды микроорганизмдер алады, ал технологиялық үрдістің аппараттық жабдықталуы, субстратты таңдауы микробтың биологиялық қасиеттер ерекшеліктеріне, олардың ферментациялауына байланысты. Микробтық клетка эволюцияда биологиялық жүйе ретінде өсіп көбеюге, түрді, популяцияны сақтауға бейімделген. Мицелиалы саңырауқұлақтар және ашытқылар, бактериялармен актиномицеттер қоршаған ортаның биотикалық және абиотикалық факторларымен тұрақты өзара қарым-қатынаста болып келеді, табиғи сұрыпталу әсерінен басқа түрлермен рационалды бейімделуге, симбиозға және бәсекеге түседі, тек қандай да болмасын метоболиттің жоғары өнімдеріне сәйкестенбейді. Сонымен қатар, микроорганизмдер биотехнологиясында ерекше міндеттер басым – адамның тіршілігіне қажетті биологиялық активті қосылыстарды, нақты метоболитті синтездеуге микробтық клетканың табиғи қабілеттілігін жоғарлату, қайта – қайта күшейту болып келеді, тағы ла прокариоттың метоболизм жүйесін қолдана отырып гендік – инженерлік технология жолымен аса құнды эукариоттық ақуыздар алу. Биообъект ретінде микроорганизмдерді айрықша қолдануы келесі критерилерге сүйенеді: микроорганизмдердің жылдам өсіп-көбеюі, биосинтездің көптеген жолдары болуы, жоғары ферметтік белсенділікке ие болғандықтан түрлі органикалық заттарды, ксенобиотиктерді ыдырату қабілеті және керісінше, аэробты және анаэробты жағдайда бейорганикалық заттардан органикалық қосылыстар түзу, микроорганизмдердің барлық жерде кездесуі, экстремалды жағдайларға олардың жылдам бейімделуі (жоғары температура, төменгі рН, осмостық градиентке және т.б.), гендік – инженерлік мутациялар үшін жоғары организмдермен салыстырғанда микробтық клетканың ауқымды технологиялық қол жетерлігі. Қазіргі кезде пробиотиктер мен биологиялық белсенді заттарды түзетін микоорганизмдерді қолдана отырып, қышқыл сүт тағамдарын алудың жаңа түрлерін өндіру биотехнологияның негізгі бағыттарына айналды.Сүт өнеркәсібінің басты міндеттерінің бірі – азық ассортименттерін жетілдіру, ұлттық сүт тағамдарының сапасын арттыру балансалы қоректену талаптарын орындап, халық қолданылатын сүт тағамдарын өндіретін жаңа микроорганизмдер штамдарын өніру және оларды қолданысқа енгізу биотехнологияның басты табтарының бірі болып табылады. Тағамдық өнімдердің технологиясында микроорганизмдер маңызды роль атқарады. Ертедегі биотехнологиялық үрдістің бірі – ол микроорганизмдердің көмегімен ашыту. Ашыту адам өміріне қажетті үрдістерде кеңінен қолданылады және қандайда бір микроорганизмдерді қолдану арқылы іске асырылады. Көбінесе наубайханаларда, шарап, сыра өндірулерде, көкөністерді тұздағанда, сүрлем дайындағанда және сүт өнімдерін сүт қышқылды өнімдерге айналдыру үрдістерінде қолданылады. Ашытудың әр түрін ерекше топтағы микроорганизмдер тудырады.Ашу - ағылшын сөзі «yeast» бұл ескі анғылшын сөзіне «gist», «gyst» «көпіру, қайнау, газ бөлу» деген сөздерінен шыққан. Ашытқылар бұлар ең алғашқы «үй организмдері» болып саналады. Адамдар мың жылдар бой бұларды ферментация мен нан пісіруде қолданған. Археологтар бұрынғы мысыр қалаларынан наубайханалармен нан пісіретін адамдардың бейнелерін тапқан. Археологардың айтуы бойынша мысырлықтар б.з.д 6000 жыл бұрын сыра қайната білген, ал б.з.д 1200 жылы ашыған нан пісіру технологиясын игерген деп есептеледі. Жаңа субстртты ашытуды бастау үшін бұрынғы қалған ашытқыларды қолданған. Осының нәтижесінде әр түрлі шаруашылықта жылдап ашытқы селекциясы жүрді және табиғатта жоқ жаңа физиологиялық рассалар пайда болды. Бұларды ең басында жеке түр деп санаған. Бұлар өсімдік сорттары сияқты, адамның өмір сүру барысында пайда болған өнімдер.
1680 жылы голланд натуралисті Антони ван Левигук ең бірінші болып микроскоп көмегімен ашытқыларды көрді, бірақ оларды ажырата алмады. Тек 1851 жылы француз микробиологы Луи Пастер өзінің «Mémoire sur la fermentation alcoholique» жұмысында сптрттік ашу – бұл химиялық реакция емес (бұрын солай деп ойлаған), бұл ашытқы микроорганизмдердің көмегімен жүретін биологиялық процесс екенін дәлелдеп берді. (1-сурет)
1881 жылы Эмиль Христиан Хансен «Carlsberg»атты дат компаниясының лабораториясының жұмысшысы ашытқының таза культурасын бөліп алды, ал 1883 жылы бірінші рет оны сыра дайындауда қолданған болатын. ΧIΧ ғасырдың соңында Э.Х. Хансен қатысуымен ең бірінші ашытқылар классификациясын жасады. ΧΧ ғасырдың басында ашытқылар коллекциялары мен оны анықтайтын қондырғылар пайда бола бастады. Ал ΧΧ ғасырдың екінші жартысында ашытқылар туралы ғылым (зимоллогия) ашытқының практикалық жағына ғана емес оның экологиясына, цитологиясына және генетикасына көңіл бөле бастады.
ΧΧ ғасырдың отасына дейін ғалымдар тек аскомицетті ашытқылардың жыныстық циклын (шеңберін) бақылаған және бұл барлық сөмкелі саңырауқұлақтардың таксономиялық тобына тән деп есептеген болатын. Жапон ғалымы Исао Банно 1969 жылы Rhodotorula glutinis- тің жыныстық көбею цилын (шеңберін) идуцирлеген болатын, ал бұл базидомицеттерге жатады. Қазіргі кездегі молекулалық-биологияның зерттулері бойынша, ашытқылар аскомицеттер мен базидомицеттер саңырауқұлақтары, бұлар екеуі бір таксонға жатпайды бұлар тек бір өмірлік түрге жатады.
24.04.1996 жылы Saccharomyces cerevisiae-дің ең бірінші эукариотты организмнің геномын (12 млн жүп негіздер) түгелдей секвенирленгені туралы ғалымдар хабарлады. Секвенирлеу 7 жыл уақыт алды және бұған 100 жуық лабораториялар қатысқан болатын. 2002 жылы келесі геномы секвенирленген (13,8 млн жүп негіздерден түратын) ашытқы микроорганизмы және алтыншы эукариотты организм болып Schizosaccharomyces pombeболды.
Сүт қышқылды ашыту адамзатқа ертеден белгілі, алайда оның қандай себептерден, үрдістерден туындайтындығын тек 1857 ж Л.Пастер анықтап дәлелдеген. Қазіргі кезде сүт қышқылды бактериялардың көптеген түрлері белгілі болды. Соның ішінде ен негізгісі кокктар мен ішек таяқшалары.
Сүт қышқылды ашыту микрооганизмдері
Streptococcus lactis. Сүт қышқыл стрептококкасы, барлық сүт тағамдарынан табылған және ол сүттің ұюында басты рөл атқарады. Айран микрофлорасының негізгі құрамдас бөлігі. Бұлар қысқа шынжырша ретінде кейде екі коккалар байланысынан тұрып диплококкалар тәрізді тіршілік етеді. Қолайлы температурададаярланған тағамда (азықта) көбінесе стрептококкалар басым болады. Ал азықтар біраз уақыт сақталса онда таяқшалар көбейеді. Стрептококкалар грам әдісімен боялады, спора жәнекапсула түзбейді, факультативті анаэроб. Сүтте жәнесүт қосылған қорктік ортада жақсы өседі. Ашыту барысында ортада 1%-ке дейін қышқыл түзеді. Бұл микроорганизмнің низин антибиотигін түзетін қасиеті бар. Бұл зат бірқатар микроорганизмдерден, соның ішінде туберкулез ауруын қоздырғыштардың тіршілігін тежей алады.
Lactobacterium bulgaricusm .Бұны алғаш рет болгар айранынан И.И. Мечников бөліп алып зерттеген. Қозғалмайтын таяқша, өсуге қолайлы температура +40-48°С. Ортада 3,0-3,5 %-ке дейін қышқыл түзе алады. Көбінесе ол айран дярлауда қолданылады.
Lactobacterium acidophilum.Бұларды емшектегі балалардың ішегінен бөліп алған. Ол +40°С температурада өсіп - өнеді. Сүтте өскенде 2,2 пайыздай сүт қышқылын тзеді. Көбінесе ацидофилин және ацедофиль айранын даярланғанда қолданылады. Бұлардың шіріту бактерияларын қыра алатын қабілетін зерттеп білген И.И Мечников оларды түрлі ішек – қарын ауруларын емдеуге қолдануды ұсынады.
Lactobacterium delbruckii. Жеке-жеке немесе тізбектеле орналасқан таяқшалар. Спора түзбейді. Тіршілігіне ең қолайлы температура +45°С. Ортада 2,5 % қышқыл түзеді. Ал ортаға ептеп бор салып отырса қышқыл мөлшерін 10 %-ке дейін жеткізуге болады. Бор пайда болған қышқылды бейтраптап, ортадағы қантты бактериялардың толық ашытып шығуына қолайлы жағдай жасайды. Бұл бактериялар басқаларына қарағанда қышқылды көбірек түзетіндіктен сүт қышқылын алу өндірістерінде қолданылып отыр.
Streptococcus cremoris. Кілегей стрептококкасы, торшалары шынжырша орналасқан, сүтте тіршілік етеді, оны ұйытқанда сыртқы түрі қоймалжың қаймаққа тым ұқсас болып келеді. Қаймақ, май, түрлі сырларды (ірімшік) даярлауда ашытқы ретінде қолданылады.
Сыра ашытқысы
Saccharomyces cerevisiae. Сыра ашытқысы немесе жай тағам ашытқысы (лат. Saccharomyces cerevisiae) – бұл бір жасушалы микроскопиялық (диаметрі 5 – 10 микрон) саңырауқұлақ және сахаромицеттер түріне жатады. Бұларды ғылыми зерттеу жұмыстарында қолданылады және олары көбірек қолданылатын жері, тағам өнеркәсібінде алкогольді сусындар (сыра, шарап және т.б.) мен нан пісіру өндірісінде ашытқы ретінде қарқынды қолданады.
Saccharomyces cerevisiaeжасушалары вегатативті жолмен бүршіктену және споралар түзу арқылы көбейеді. Ең алғашқыда аналық жасушада төмпешік пайда болады, одан кейін ядро бөлінеді де кейін жасуша қабығы пайда болып жасушалар бір – бірінен ажыратылады. Аналық жасушада бүршіктенуден кейін сызықтар қалады, осы сызықтар арқылы оның жасын анықтауға болады. Қалыпты жағдайда аналық жасуша 20 – 30 бүршік түзе алады. Ашытқы экстрактысын өсіру үшін ең оптималды температура болып 30°С саналады және қоректік ортада пептон мен глюкоза болуы қажет. Осы кезде ашытқы жақсы өсіп - өнеді.
Сыра ашытқылары – бұлар ең жақсы зерттелген организмдердің бірі, осыларды мысал ретінде ала отырып эукариоттық жасушаларды зерттейді. Бұлар тез өсіп - өнеді жәнеадам организмне патогені емес. Ішек таяқшасымен (Escherichia coli) салыстырғанда ашытқы жасушасындағы ДНҚ саны бірнеше рет көп болады және ол күрделірек құрастырылған. Ашытқы жасушаларының өмір сүру қабілеті жоғары тіпті де олардың өзінің генотипінде генетикалық маркер болсада жоғары болады.
Микробтық ақуызды өндіру.
Бәрімізге белгілі, ересек адамға күнделікті дене еңбегінің жүктемесі үшін тағаммен бірге 12,5 кДж (3000 калория) алуы қажет. Энергиядағы бұл қажеттілікті 75 г қант алмастыра алады. Бірақ тамақ бізді тек қана калориямен қамтамасыздандырмайды, сол себепті организмге өсуге және қартайған (солған) жасушалар мен ұлпалардың регенерациясы үшін материалдар қажет, сондықтан тағамның құрамында ақуыздар, майлар, көмірсулар, витаминдер көп мөлшерде болғаны жөн. Адамдар көбінесе жер, мал, балық шаруашылықтарының өнімдерін пайдаланады.
Микроорганизм клеткалары барлық қажетті амин қышқылдарын, оның ішінде алмастырылмайтындарын органикалық және бейорганикалық қосылыстарын синтездеуге қаблетті. Алмастырылмайтын амин қышқылдарының микробты ақуыздағы сандық құрамы жануар және өсімдік текті клеткаларына жақын. Микроорганизм клеткаларында, өсімдік және жануарлардағы сияқты, ақуыздан басқа тағамдық құндылығы бар компоненттер, оның ішінде нуклеин қышқылдары, көмірсулар, амин қышқылдары, органикалық қышқылдар, фосфолипидтер, витаминдер, микроэлементтер және т.б. болады.
Тамақ қосындысы ретінде микроб ақуыздарын қолданудың басты негіздері:
микроорганизм ақуыздары аминқышқылдық құрамы бойынша адам ақуыздарымен сәйкес келеді;
құрамында көмір су, липид және витаминдер көп болуы;
қоректік өсімдіктермен салыстырғанда құрамында амин қышқылдарының көп болуы;
микроорганизмдердің жоғарғы қарқынмен өсуі мен көбеюі, ақуыз синтезінің жоғары қарқындылығы;
микроорганизмдер биомассасын өсіру үшін субстрат – бұл ет, сүт, кондитерлік және өндірістің басқа салаларының қалдықтары, оларға оңай қол тиеді және арзан;
микроорганизмдерді дақылдандыру технологиясы қарапайым, көп сатылы емес, қолайлы жағдайда (30-450 С, рН 3-6), жыл бойына ыңғайлы жағдайда жүреді;
селекция, мутагенез, рекомбинатты ДНҚ технологиясы жолымен жоғары деңгейлі өнімді штамдар дайындалады.
Тамақ және қоректік ақуыз ретінде ашытқылар (Saccharomyces, Candida), бактериялар (Methylophilus, Pseudomonas, Methylomonas, Acinetobacter), бір клеткалы балдырлар(Spirulina, Chlorella, Scenedesmus) және саңырауқұлақтар (Fusarium) қолданылады.
Ашытқы клеткалар. Saccharomyces cerevisiae, Sacch. carlsbergensis клеткалар құрамында 50 % жуық ақуыз, алмастырылатын және алмастырылмайтын амин қышқылдары, түрлі витаминдер бар; лизин, треонин, валин және лейцин өсімдіктерден асады, бірақ метионин, цистеин аз мөлшерде. Ашытқы биомассасы тиімді субстратта өндіріледі, ал ферментациялау ақуыз өнімін алуда экономды және ұтымды. Saccharomyces cerevisiae ашытқы биомассасынан алынған азықтар алмаспайтын аминқышқылдарының жалпы мөлшері және қатынасы бойынша жоғары қоректік тағамдық өнімдерге көрсетілген талаптарға сай келеді; алмастырылатын және алмастырылмайтын аминқышқылдарының оңтайлы қатынасына ие. Ашытқы клеткалар азот көзі ретінде аммоний тұздарын және аздап жиі нитраттарды қабылдай алады. Биомассаны тез өсіру үшін көміртек көзі ретінде түрлі органикалық субстраттарды пайдалану, бейорганикалық азотты ақуызға айналдыру өнеркәсіптік өндірістің негізі болып табылады.
Ашытқыларды құрамында целлюлозалы шикізаты бар қалдықтардың гидролизаттарында өсіреді. Гидролиз барысында шикізат көзі ретінде ағаш өңдейтін өндірістің қалдықтары, сабан, арпа, мақта қауыздары, жүгері собықтары, қызылша мелассасы, кондитерлік және сүт өнеркәсібінің қалдықтары қолданылады. Гидролиз нәтижесінде микроорганизмдер үшін оңай қорытылатын көмірсу түрлері пайда болады. Ұнтақталған өсімдік шикізаты жоғары атмосфералық қысымда және температурада қышқылды гидролизге ұшырайды. Целлюлоза олиго- және моносахаридтерге дейін гидролизденеді. Гидролизаттан лигнинді бөліп тастайды, минералды тұздар, витаминдер және басқа ашытқы дақылдауына қажетті заттар қосылады.
3. Әдетте метаболизмге қатысатын ферменттер организм жасушасының құрамында болады, сондықтан жасушаішілік ферменттер эндоферменттер деп аталады. Кейбір ферменттер микроорганизм жасушаларымен сыртқы ортаға бөлінеді және жасушадан тыс экзоферменттер деп аталады. Сыртқы ортаға үлкен молекулярлық массасы бар ыдырайтын қосылыстар гидролитикалық ферменттер бөлінеді, олар микроорганизм жасушасына өте алмайды. Әдетте, биотехнологтар жасушадан тыс ферменттерді қолданғанды жөн көреді. Олар өндірістік препараттарға айналуна оңай ұшырайды, өйткені микробты жасушалардың қабырғаларын бұзуды қажет етпейді.
Жануар текті ферменттерді интенсивті биохимиялық үрдістер жүретін органдардан бөледі. Ірі қара мал мен шошқа асқазанының кілегейлі қабаттарынан - пепсин алынады. Шошқаның асқазан асты безінен трипсин, химотрипсин алынады. Бұзау асқазанынан ірімшік өндіруде қолданылатын сычуж ферменттін бөліп алады. Медицина мен биохимия қажеттілігі үшін ферменттерді бұлшық ет, жүрек, талақ, бауыр, тік ішектен (гиалуронидаза ферментін бұқа ендерінен, каталазаны бауырдан, фумаразаны жүректен) бөліп алады. Ірі ет комбинаттарында бауыздалған малдардың органдарынан биохимиялық препараттарды алуға арналған арнайы цехтары бар.
Өсімдік текті ферменттерден амилазамен папаин қолданылады. Папаин - өсімдік протеазасы – қауын ағашының жемісінің құрамында болады. Тек АҚШ-та жыл сайын 100 тоннаға жуық папаин етті жұмсарту үшін қолданылады. Папаин етпен байланысқан кезде бөлме температурасында 2 сағат аралығында байланыс ұлпаларын – коллаген және эластинді ерітеді. Амилаза ферментінің көзі сұлы болып табылады. Сондай-ақ, өсімдік шикізатынан фосфатаза, пероксидаза, уреаза , гемицеллюлаза және т.б алады. Ферментті препараттартың ұлғаюына байланысты өсімдік және жануар шикізаты өндірушілерді қанағаттандырмайды. Өсімдік құрамында ферменттер аз мөлшерде болады. Сонымен қатар, өсімдіктерден ферменттерді алу маусымдық сипатқа байланысты. Жануар органдарын тек ет комбинаттарынан алады, бұл кезде осы шикізатты консервлеумен сақтау жөніндегі проблеммалары туады.
Микробиологиялық жолмен ферменттерді алу мүлдем бөлек жағдай. Микроорганимдер клеткалары сыртқы ортаға бір қатар ферменттерді бөліп шығарады, олар бөлінуі және тазалығынмен айтарлықтай белгіленеді, бұл технологиялық маңызды. Ферменттер макромолекулалар ретінде де белгіленгендіктен, олардың белсенділігі біріншілік құрылысына тәуелді, яғни аминқышқылдарының реттілігінен ірі масштабты химиялық синтез кей жағдайларда қажеттсіз және мүмкін емес. Микроорганизмдер –ферменттерді алудың өте ыңғайлы көзі, өйткені микробтық жасушадағы ферменттер концентрациясы олардың өсу жағдайы мен генетикалық манипуляциясына әсер ету нәтижесінде айтарлықтай жоғарылануы мүмкін. Микроорганизмдердің басқа артықшылығынан өсу жылдамдығы мен қымбат емес қоректік орталарда өсе алатынын, т.б. атап айтқан жөн. Микробтық ферменттер өсімдік пен жануар ферменттерін белсенді түрде алмастырып отыр. Осылай, Bacillus амилазалары сыра өндіру және наубайханалардағы бидай мен сұлы солодына аналогты ферменттерін алмастырды; Aspergillus протеазалар тері дубленуі (жұмсарту) үрдісінде панкреатикалық протеазаларды алмастырды; Mucor – дан алынған ренниндер ірімшік пісіруде т.б. қолданылатын бұзау асқазанының сычуж ферментін алмастырады.
Микроорганизмдер арасында ферменттердің интенсивті синтезделуіне Aspergillus, Trichoderma текті зең саңырауқұлақтары, сондай-ақ Bacillus текті бактериялардың өкілдері және актиномицеттер қабілетті. Микробиологиялық синтезбен аздаған көлемде төрт типті ферменттер өндіріледі: амилазалар, протеазалар, пектиназалар, глюкоизомеразалар. Амилазалар нан пісіруде, спирттік өндірісте (крахмал мен гликоген гидролизі); протеазалар – терілерді жұмсарту үшін, парфюмерияда (тіс пастасы, кремдерге, лосьондарға қоспалар дайындау үшін), синтетикалық жуғыш заттардағы қоспалар ретінде, сондай-ақ медицинада қабыну үрдістерін, күйіктерді, тромбоздарды емдеу үшін; пектиназаларды – пектинді заттардың (полисахаридтердің) созылмалдылығын төмендету үшін, шарап өндіруде – шараптарды мөлдірлендіру, жеміс шырындарын консервілеу кезінде олардың тұнықсыздығын жою үшін; глюкоизомеразалар – глюкозаны фруктозаға изомеризациялау үшін (кока-кола секілді алкоголсыз шарап өндірісінде) қолданылады.
Жасушалармен синтезделетін ферменттердің құрамы мен мөлшері ең алдымен микроорганиздердің тұқым қуалаушылық қасиетіне байланысты, өйткені жасушадағы қалыптасқан әр ақуыздың құрылымы сәйкес генмен анықталады. Ферменттер биосинтезінде генетикалық фактордың анықтаушы рөліне қарамастан, әр фермент бойынша бар технологиялық үрдістердің өндіргіштігі қоректік орта құрамына кіретін көміртегі азот, фосфор және басқа элементтердің көздерінен басқа белгілі фермент биосинтезінің индуктор немесе репрессор рөлін атқаратын заттарға да тәуелді. Солай, липаза ферменті Asp. awamori саңырауқұлағымен синтезделінбейді бірақ қоректік ортаға қоспа ретінде кашалот майын қосқан кезде фермент биосинтезін 100 есе күшейтті. Фермент продуценттерін культивирлеу екі әдіспен жүзеге асырылуы мүмкін: 1) тереңдік әдіс (сұйық қоректік ортада) және 2) беткейлік әдіс (тығыз қоректік ортада).
Культивирлеудің
тереңдік әдісі қатаң асептикалық
жағдайларда жүргізеді, өйткені асептикалық
жағдайдың аз да болсын бұзылуы, фермент
түзілуінің толық тоқтатылуына әкеп
соғады. Продуцент ферменттерді
культивирлеу үшін қоректік орта ретінде
көп жағдайларда крахмалдың әр түрлі
сорттары (картоп, жүгері, сұлы, күріш),
жүгері экстрактысы, соя ұны, ашытқы
гидролизаттары және т.б. қолданылады.
Себу материалының түрі продуцентке
байланысты: саңырауқұлақтар мен
актинмицеттер үшін – мицелиалды
вегетативті масса, бактериялар үшін –
жас өсіп жатқан өсінді. Себінді
материалдардың көлемі продуценттің
физиологиялық қасиеттеріне байланысты
және өндірістік фермент көлемінен
10%-ын құрайды. Өндірістік культивирлеу
жұмысына себінді материалдың жасы
айтарлықтай әсер етеді. Өте жас себінді
өсіндісін қолданған кезде үрдіс көп
уақыт алады, ал ескі культура субстраттың
рационалды емес қолданысына әкеп соғады.
Продуцентті культивирлеу кезінде екі
бір-бірімен байланысты үрдіс жүреді –
микроорганизм биомассасының ұлғаюы
және ортада ферменттердің жиналуы.
Фермент биосинтезі ауаның үзіліссіз
берілуі мен араластыруы кезінде 2-4
тәулікте өтеді. Егер ферментер
экстрацеллюларлы өнімдер болып және
сұйық қоректік ортаға бөлінсе онда бұл
жағдайда фермент препараттарын биомассаны
ажыратқаннан кейін бөліп алады. Кейде
ферменттер сыртқы ортаға бөлінбейді
және жасушалық органелаллалармен
байланыса отыра, жасушадан тек олардың
бұзылуы мен сәйкес өңдеуінен кейін ғана
бөлініп алынады. Фермент биосинтезі
кезінде ортаның оптималды рН көрсеткіші
-7.2-7.5, алайда ферменттердің өз оптималды
рН әсері әркелкі (рН 2.0-ден –рН 11 дейін).
Фермент продуценттердің көбі мезофилді
микроорганизмдер болып табылады және
олардың даму оптимумы 25-35 С температурада
болады. Әдетте, культивирлеу 100 м
көлемге дейінгі ферментерде жүргізіледі.
Ферментерлердің эффектілі жұмысының
маңызды жағдайы бақылау және үрдістің
негізгі параметрлерінің оптималды
деңгейін автоматты ұстап тұру болып
табылады.
Беткейлік культивирлеу әдісі кезінде өсінді тығыз қоректік орта беткейінде өседі. Зең саңырауқұлақтарының мицелилері тығыз бөлшектерді толығымен жабады, жасушалар қоректік заттарды тығыз бөлшек құрамындағы заттар арқылы алады және тыныс алу үшін оттегіні ауадан алады, сондықтан оларды оттегімен қалыпты қамтамасыз ету үшін құрылымы бойынша борпылдақ, қабат биіктігі өте төмен қоректік орталарды қолданады. Мысалы, бидай жармасындағы бір тонна зең саңырауқұлақтарының беткейлік өсіндісін өндіріп шығаратын зауыттар үшін екі тәуліктік өсу кезінде жұқа қабатпен саңырауқұлақ конидияларымен себілген қоректік орта төселінген бөлек 1000-ға жуық кюветтер қажет. Беткейлік әдістің артықшылығы – қоректік орта массасының бірлігіне ферменттің жоғары ақтық концентрациясы (5 кг зең саңырауқұлақтарының беткейлік өсіндісі 100 кг өсінді сұйықтығына жуықтай сәйкес келеді ). Беткейлік өсінділер жеңіл бөлінеді және тазартылады. Тығыз қоректік орта негізі қажетті қоректік заттар көзі ретінде бидай жармасы болып табылады. Ылғалдандырылған күйдежарма қоректік ортаның керекті құрылымын қалыптастырады. Кейде жармаға көмірсуға бай материал ретінде қызылшалы жомды, соя шроттарын, соя ұнын (құрамында көп ақуызы бар) қосады. Беткейлік өсіндіні өсіру үрдісі 36-40 сағатқа созылады және 3 периодтан тұрады 1) алғашқы 10-12 сағатта споралардың өсіп-өнуі; 2) келесі 12-14 сағатта ақ-сұр түсті үлпілдеген налет ретінде мицелилердің өсуі; 3) соңғы 12-18 сағатта – ферментация. Технология бойынша өсінділерді өсіру кюветтерде жүреді. Олар перфорирленген түбімен мырышталған темірден жасалады. Олардың көлемі әдетте 2х20 мм саңылау түрінде перфорациясы бар 600х900х30 мм болады. Толтырылған кюветтерді көпярусты жылжымалы камераларға (бір камераға 700 кг қоректік орта сияды) орналастырады. Өскен өсінді өсіп кеткен мицелилермен тығыз байланысқан үлбіреген бөлшектерден құралған пласт ретінде болады. Бұл массаны арнайы дезинтеграторларда 5-6 мм көлемдегі гранулаларға дейін ұсақтайды. Ылғалдылығы 40-50% болатын ұсақталған өсіндініарнайы конвективті кептіргіштерде 10-12%-ға дейін кептіреді.
Беткейлік әдіспен өсірілген микроорганизмдер культурасын және тереңдік культивирлеуден кейінгі өсінді сұйықтықтардың құрамында көп көлемде балласт заттар болады (продуцент биомассасы, қолданылмаған қоректік орта компоненттері, метаболизм өнімі). Ферменттің өзіндік үлесі беткейлік үшін -1% және тереңдік өсінділер үшін -0.1% құрайды. Фермеенттерді бөліп алу және тазарту қиын және қымбат үрдіс. Сондықтан кейбір жағдайларда ферментті препараттарды тазартылмаған күйде қолданады (тері-тамырлы өндірісте). Сол уақытта тағам өндірісінде, медицинада тек жоғары деңгейде тазартылған ферменттер қолданылуы мүмкін. Ферментті препараттардың стандартизациясы – препараттың белсенділігін әр түрлі текті толтырғыштарды (крахмал, лактоза) қолданумен ГОСТ-пен анықталатын стандартқа дейін жеткізу соңғы кезең болып табылады.Ферменттерді адамдардың әр түрлі практикалық салаларында дәстүрлі қолданады: тағам, фармацевтикалық, тоқыма (текстиль), терітамыр және т.б. өндіріс салаларында, медицинада, ауыл шаруашылығында, органикалық синтезде, химиялық анализде және т.б. Сонымен қатар, қолданбалы энзимология дамуына көп уақыт бойы қымбаттылығымен немесе әлем нарығында керекті ферменттердің әсіресе олардың таза препараттардың мүлдем болмауы кедергі жасап тұрды. Ферменттердің кең қолдану мүмкіндігі екі себепке байланысты қиындатылды. Біріншіден, ферменттер сақтау барысында тұрақсыз, сонымен қатар әр түрлі әсерлер кезінде, әсіресе жылулық. Екіншіден, ферменттердің реагенттер мен өнім реакцияларынан қиын бөліп алынуына көп қолданылуы қиындатылған болатын. Қолданбалы энзимологияда жаңа адымдар иммобилизденген ферменттерді құру нәтижесінде қалыптастырылды. Иммобилизация – фермент молекуласы қозғалғыштығының, олардың конформационды қайта құрастыруларының оқшаулануы – оның молекуласының белсенді орталығын өзінің жұмыс қабілетін (каталитикалық белсенділігі) ұзақ уақыт бойы, құрылымды өзгертілулерге және конфигурациясына әкелмейтін, фермент құрылысын бекітуге жағдай жасау үшін физика-химиялық принциптерге негізделген.
Иммобилизденген ферментті препараттар өздерінің натифті ізашарларымен салыстырғанда айтарлықтар бір қатар артықшылықтары бар: біріншіден, катализаторларды реакцияларды орталардан жеңіл бөліп алуға болады, бұл мүмкіндік береді: а) реакцияны керекті сәтте тоқтату; б) катализаторды қайта қолдану; в) ферментпен ластанбаған өнім алу. Екіншіден, катализаторларды қолдану ферменттерді үздіксіз жүргізуге жағдай жасайды, мысалы, ағынды колоналарда, және катализденіп жатқан реакцияны жылдамдығын реттеу, сондай-ақ ағын жылдамдығының өзгеруі арқылы өнімнің шығуы.
Иммобилизденген ферменттерді алу үшін органикалық және бейорганикалық тасығыштардың көбін қолданады. Материалдарға қойылатын негізгі талаптар келесідей: 1) жоғары химиялық және биологиялық тұрақтылық; 2) жоғары механикалық беріктігі; 3) фермент үшін қажеттілікті өтімділік; 4) гранула, мембрана және т.б. түрінде алу мүмкіндігі; 5) жоғары гидрафильділігі; 6) төмен құны.
Көп жағдайда иммобилизация үшін полисахаридті органикалық тасығыштарды қолданады – целлюлоза, декстран, агароза және оның туындылары. Целлюлозаның негізгі өндірістік маркалары: аминоэтилцеллюлоза, фосфорилцеллюлоза, диэтиламинцеллюлоза, бромацетилцеллюлоза, ДЭАЭ-целлюлоза. Декстрандар – бактериалды көздерден алынған полисахаридтер, «сефадекс» атымен шығарылады. Әр түрлі сефадекстер тігілім дәрежесі және, сәйкесінше, үлбіреу және саңылаулығы бойынша ажыратылады. «Сефароза» атты агароза препараттары өндіріледі. Ақуызды тасығыштардың (каллоген, желатин, кератин) негізгі қасиеттері ферменттерге қатысы бойынша жоғары сыйымдылығы болып табылады, сондай-ақ және олардың көбін (фибриллярлы табиғаты арқасында) жұқа пленка (мембрана жуандығы 80 мкм) ретінде қолданылуы. Коллаген – фибриллярлы ақуыз, сіңірлер мен шеміршектердің негізгі компоненті, бөлінудің жоғары тұрақтылығына ие. Желатин – қайта өңделген коллаген өнімі – токсиндік еместігі мен жеңіл биодеградация әсерінен фармакология мен тағам өндірісінде кең қолданады. Табиғи липидтерден иммобилизациялау үшін биомембрана компонентерің қолданады – лецитиндер, кардиолипид, сфингомиелин. әдетте липидті тасығыштарды әр түрлі беткейлерде (су, силикагель, ыс) моноқабат немесе биоқабат (сфералық формалар) – липисомалар ретінде қолданылады.
Қол жетімді синтетикалық палимерлерден кең түрлілігі олардың ферменттердің иммобилизациясы үшін тасығыш ретінде қолданылуын қамтамасыз етеді. Полимерлі молекуларға әр түрлі функционалды топтарды енгізген кезде кең көлемде тасығыштын физикалық қабілеттерін өзгеруге болады. Бейорганикалық тасығыштардан кең қолданылатыны: силикогель, саз балшық, керамика, табиғи минералдар, графиттирленген ыс (сажа), металдар және олардың окситтері.
Иммобилизация әдістері: адсорбция және химиялық таңбалау (ковалентті байланысқан) жолымен иммобилизациялау; полимерлі құрылысқа қосу жолымен иммобилизациялау; инкапсулирлеу жолымен иммобилизациялау: кесе көлденең таңбалау жолымен иммобилизациялау.
Қазіргі уақытта иммобилизденген ферменттердің қатысуымен жүргізілетін жеті үрдіс тағам өндірісінде кең ауқымды қолданыс тапты: 1) глюкоза-фруктозды сироптарды және глюкозадан фруктозаны өңдіру; 2) оптикалық белсенді L-амин қышқылдардың өздердің рацемикалық қоспаларынан алу; 3) фумар қышқылынан аспаргин қышқылының синтезі; 4) фумар қышқылынан алма қышқылының синтезі; 5) диеталық лактозасыз сүт өңдірісі; 6) сүт сарысуынан қанттарды алу; 7) пенициллин қатарының жартылай синтетикалық антибиотиктерінің өндірісі үшін қарапайым пенициллиннен 6-аминопеницилланды қышқылды (пенициллинді ядро) алу.
Ферменттерді иммунохимиялық әдіс анализінің сезімталдылығын жоғарлату үшін қолданған кезде қызықты мүмкіндіктер анықталды. Антиген-антидене кешенің анықтау үшін иммунохимиялық реакцияларда әдетте жеңіл детектирленетін таңбаны қолданады – радиоактивті атом, ол компоненттердің біреуіне (радиоактивті йод, тритий) енгізіледі. Радиоактивті таңбалаудың әдісінің сезімталдылығы бойынша оның каталитикалық белсенділігі анықталады. Бұл әдісті қолдану бойынша жеткілікті материал жиналды, ол иммуноферментті талдау (ИФТ) деген атқа иеленді. ИФТ көмегімен антиген қабілетіне ие әр бір заттар, соның ішіне көптеген адам, жануар және өсімдік ауа қоздырғыштары детектирленуі мүмкін.
Загрузка...
4. Трансгендік өсімдіктерді алуда келесі кезеңдер орында-лады:
-трансформация үшін қажетті генді (гендерді) тауып, бөліп алу; -тиісті өсімдік-реципиентгі генетикалық сипаты бойынша таңдау; -өсімдік-реципиент жасушаларында вектор құрамында генді (гендерді) трансформациялау мен экспрессия; трансформацияланған жасушаларды регенерациялау және трансгендік өсімдіктерді сұрыптау.
Трансгендік ауылшаруашылық өсімдіктерін алғанда көбі-несе сыртқы ортаның әртүрлі қолайсыз абиотикалық (тұздардың жоғары құнарлығы, пестицидтер, құрғақшылық, т.б.) және биотикалық (фитопатогендер, зиянды шыбын-шіркейлер) себеп шарттарға төзімділігін анықтайтын гендер пайда-ланылады. Ең әуелі өсімдік жасушаларын трансформациялау үшін донор-гендер есебінде прокариоггар, бактериялық жасу-шалар қолданылады. Егер трансформация үшін өсімдік ген-дері керек болса, онда олардың жабайы түрлері дүрыс-ақ.
Генді (гендерді) трансформациялау үшін вектор есебінде топырақ бактериялары А§гоЪасіегіит Іите/асіепз-тен бөлініп алынған Ті - плазмидалары жиі қолданылады. Табиғи жағ-дайларда АЛите/асіепз өсімдіктер тамырлары (жүзім, сүйек-жеміс ағаштары, раушандар) жүқтырып, ісікшелер түзеді -өсімдіктердің қалыпты өсуін бүзатын коронкалы галл. Өсімдік жасушасына А.іите/асіет өтуі Ті - плазмидаларының транс-формациялағыш қабілетіне байланысты. Ті - плазмвда өсімдік геніне кірігеді, нәтижесінде жасушаларда фитогормондардың (ауксиндер мен цитокининдер) синтезі белсенеді, олардың көп мөлшерде болуы, ісік дамуын қоздырады. А.Ште/асіет жүқ-қан өсімдіктерде сонымен қоса көміртегі қосындылары -бактериялардың қоректік заттары опиндердің синтезі баста-лады. Өсімдік трансформациясының табиғатта болатын бүл жолы, вектор есебінде Ті - плазмиданы пайдаланудың негізі болды. Бірақ, алдын ала трансгендік технологияны пайдалану-дан бүрын Ті - плазмидадан фитогормондар гені мен опин метаболизмінің гендері алынып тасталынады, тек оның трансформациялауға қабілетті гендері сақталады.
Өсімдіктер трансформациясында өсімдік жасушаларымен агробактерияларды бірге қоректендірумен қатар 0,2 - 1,0 мкм диаметрлі алтын, платина немесе вольфрам микробөлшек-терімен биобаллистикалық зеңбіректермен өсімдік жасуша-ларын атқылау (бомбардировка) әдісін қолданады. Осы микробөлшектер бетіне вектордың ДНҚ молекуласы жағыл-ған (23-сурет).
Ті - плазмидалар қос жарнақты немесе кейбір дара жар-нақты өсімдіктер геномына бөтен гендерді енгізу үшін пайда-ланылады. Биобаллистикалық зеңбірекшелер көмегімен күріш, жүгері, соя, арпа, бидай секілді дара жарнақты өсімдіктер трансформацияланды.
Рекомбинанттық ДНҚ қүрастыру жоғарыда аталған фер-менттер - рестриктазалар мен лигазаны пайдаланып Ті - плаз-мида ДНҚ-сы нуклеотидтік ретіне қажетті генді кіріктірумен жүзеге асады.
Трансформациялау үшін жасушалар - реципиент есебінде каллустық үлпасынан немесе жапырақ мезофилінен бөлініп алынған протопластылар ең қолайлы.
Эукариоттық жасушаларда бактериялық гендердің нәти-желі экспрессиясы үшін эукариоттық жасушалардың про-моторларын қолдану керек. Осындай түрленулер эукариот-тық РНҚ-полимеразаға бактериялық нуклеотидтік жасушала-рында бактериялық ақуызды трансляциялауға мүмкіндік береді.
Трансгендік өсімдіктердің регенерациясы олардың жасу-шаларының тотипотенттілігіне байланысты, ол темекі, кар-топ, қызылша, соя, рапс, жоңышқа, орама жапырақ, сәбіз, томаттар секілді қос жарнақтыларда жақсы білінеді, ал дара жарнақтыларды, әсіресе дәнді дақылдарда - әлсіз.
жүретін үдерістердің биотехнологияда типтік үдеріс ретінде бөлінуі кездейсоқ емес. Шындығында, микроорганизмдер, жануар мен өсімдік жасушалары мен үлпалары көмегімен алынатын бүкіл биотехнологиялық өнім - бүл ферментативтік реакциялар нәтижесі. Сондықтан, бірталай зерттеушілер микробтық, жануар және өсімдік текті ферменттерді тірі жасушалармен қатар жеке биологиялық агент түрінде бөледі. Ғылыми зерттеулердің өз алдына бөлініп шыққан тарауы ол -инженерлік энзимология, оның негізгі міндеті - әдетте жасу-шадан таза бөлініп алынатын немесе метаболизмдік жүйеде жасуша ішінде болатын ферменттердің катализдік әсерін пайдаланып, биотехнологиялық үдерістерді жүзеге асыру.
Биореактор цамтамасыз етеді:
сүйық фаза көлемінде микроорганизмдер популяциясының өсуі мен дамуын;
микроорганизмдер жасушаларына қоректік заттарды тасымалдау;
микробтық жасушалардан олардың алмасу өнімін алыстатады;
өсірілген биомассадан жасушалардың тіршілік әрекеті нәтижесі есебінде бөлінген жылуды алыстату.
Микроорганизм-продуцентке, жүмсалған субстратқа, ақырғы алынған өнімге байланысты ферментация үдерісінің жағдайы және аппарат қүрылысының белгілі ерекшеліктері болуы мүмкін.
Кезендік немесе үздіксіз жүмыс жасайтын ферментерлер пайдаланылады.
Кезендік ферментацияда аппарат қоректік орта-субстрат-пен толтырылады; себу материалы - штамм-продуцент кіргі-зіледі; ферментация жүргізіледі; белгілі уақыттан кейін био-реактор тоқтатылады, ақырғы өнім мен биомасса шығары-лады. Аппаратты тазалайды, зарарсыздандырады және үде-рісті қайталайды.
Үздіксіз ферментацияда аппарат толтырылған кезден бас-тап, ферментация үдерісі динамикасында биореакторға үздік-сіз белгілі жылдамдықпен жаңа қоректік орта беріледі және үздіксіз биомассаның барабарлық мөлшері алынып тасталады. Ферментативтік үдеріс бірнеше тәулік бойы жалғасады.
Биореакторлар жүмыс тәртібі жағынан ғана емес (кезендік және үздіксіз жүмысты), ол көлемі және алға қойылған мақ-саты бойынша (зертханалық - көлемі 3-10 л, тәжірибе-өндіріс-тік немесе пилотгық - 30-100 л, өндірістік - 100 және одан көп литр), өсіру жағдайы бойынша (аэробтық және анаэробтық, мезо - және термофильді, беттік және терендікте өсіру, т.б.) ерекшеленеді. Өсірілген жасушалардың биокатализдік қасиет-терін тиімді пайдалану үшін, оларды биореактор ішіндегі үстағыштарға орнықтырады, ал қоректік зат оларды жуып
өткен сияқты болады; жасушалар бекітілген және анағұрлым тұрақты, ұзақ уақыт ферментативтік белсенділікті көрсетеді. Жалпы биореакторларда ферментация үдерісінің техноло-гиясы типті. Мысалы, кезеңдік ферментацияда келесі типтік кезеңдер ұсталынады:
қоректік орта-субстраттың, биореактор іші, көмекші жабдықтың зарарсыздығы;
аппаратты қоректік орта-субстратпен толтыру;
штамм-продуцент таза жасушалары - материалын кіргізу;
жасушалар өсуінен басталатын ферментация үдерісі, одан кейінгі олардың көбеюі мен ақырғы өнім синтезі (бұл алғашқы немесе кейінгі метаболиттің болуына байланысты, ақырғы өнім синтезі микроорганизмдер көбеюінің әртүрлі фазаларында - ортасында, аяғында болуы мүмкін);
ақырғы өнімді бөліп алу және тазалау ферментативтік үдерісті екі кезеңге бөлуге толық болады: биологиялық нысанды дайындауға, оны өсіруге, ферментацияға, биоазықты тазалауға байланысты, биологиялық кезең; шикі затты алдын ала өндеуді, коректік затты таңдау мен дайындауды, биореактор мен қосымша жабдықты зарарсыздандыру, оттегіні беруді реттеуді, рН, температура тәртібін қамтитын биологиялық емес кезең;
ферментация үдерісінің инженерлік бөлігі. Биореактордың қүрылысын жасау биомассаны өсіру жағдайын оңтайландыру, ферментативтік үдерістің динамикасын автоматтық бақылауды қамтамасыз ету, биоазықты бөліп, тазалау тәсілдерін жасау, шикізатты ақырғы өнімге биохимиялық трнасформацияға мүмкіндік беретін оңтайлы жағдайларды қолдау, ферментативтік үдеріс кезінде биоазықты инактивациядан өте жақсы сақтауға мүмкіндік беретін жағдайларды жасау және жалпы биомассадан оны бөлу - осылар ферментативтік үдерістің биологиялық емес, инженерлік кезендік мәні.
Ферментация сатысы - орталық саты, барлық ферметатив-тік үдерістің негізі, сонда субстраттан, шикізаттан биоката-лизатор көмегімен (микроорганизмдер, жануар мен өсімдік жасушалары) биосинтез немесе биотрансфсфмация нәтиже.
5 Клоналды микрокөбею туралы түсінік. Микроклоналды көбеюдің сатылары және клоналды микрокөбею үрдістеріне әсер ететін факторлар.Жасушалар мен тіндер культурасындағы жетістіктер вегетативті көбеюдің ұстамалы жаңа әдісі - клоналды микро-кебейтуге әкелді.
Бұл іп уііго жағдайында, пробиркаларда бастапқы нұсқа-ларға генетикалы ұқсас, жыныссыздық жолмен өсімдіктерді алу. Әдіс негізінде зарарсыз жағдайда қоректік ортаға салын-ған әртүрлі арнайыланған тіндердің, жасушалардың ерекше қабілеті, оларға тән тотипотенттігін іске асыруы жатады, яғни экзогенді әсерлер күшімен бүтін өсімдіктік организмге бастау беретін қасиеті білінеді.
Клоналдық микрокөбейтудің алғашқы жетістіктері ХХ-ғасырдың 50-жылдары аяғында француз ғалымы Ж. Морель арқасында мүмкін болды, ол орхидеяның алғашқы өсімдік-регенерантын ала алды. Ж. Морельдің микрокөбей-тудегі табысына іп уііго жағдайында өсімдіктердің апикалдық меристемасын күтінудегі сол кезде жасалған техникасы мүмкіндік берді. Әдетте, алғашқы эксплант есебінде зерт-теушілер шөптік өсімдіктердің: қалампыр, бақытгүл, хризан-тема, күнбағыс, ас бүршақ, жүгері, үлпілдек, сүт шөп апикал-дық меристемаларын пайдаланған және өсімдіктердің регенерациясы мен қалыптасу үдерістеріне қоректік заттың қүрамының әсерін зерттеген.
Жыныссыз көбеюмен алынған өсімдіктерді белгілеу үшін АҚШ-тың ауыл шаруашылығы министрлігінен Уэбер 1903 жылы "клон" термиңін үсынды (грекше. кіоп - өсім-діктердің көбеюі үшін лайъіқты қалемше немесе өркен). Жыныссыз жолмен көбейген ^сімдіктердің үрпақтары жеке-ліксіз деп саналады. Олар тек аналық дараның бөліктері (клондары), соған және өзара үқсас.Сонымен, клоналдық микрокөбейту - бүл алғашқыға үқсас өсімдіктерді жылдам, жыныссыз жолмен алу үшін іп үі(го техникасын пайдалану.Өсімдіктердің тіндік және жасушалық культураларын жылдам клоналдық микрокөбейту және өсімдіктерді сауық-тыруды қолданумен қатар, өсімдік текті бағалы биологиялықбелсенді заттарды өндірістік тәсілмен, оған қоса рекомби-нанттық ДНҚ технологиялары негізінде трансгендік өсімдік-терді алуда пайдаланылады.
Микроклоналды кґбейтуді бірнеше кезеѕге бґлуге болады:
1. Донор ґсімдікті таѕдау, эксплантты оќшаулау жјне залалсыздандыру, in vitro жаєдайында ќоректік ортада ґсіру їшін ќолайлы жаєдай жасау;
2. Кґбейту жолдары: а/ каллус арќылы жјне тыєыз сўйыќ ортада кґбейту; б/ каллус ўлпасын тїзбей–аќ жапыраќта, ґркенде, жуашыќ ќабыршаєы мен тїбіртегінде, тамырсабаќта, гїл шоєырыныѕ бастамаларында адвентивтік бїршіктіѕ пайда болуын ќоздыру; в/ апикалдыќ басымдылыќты химиялыќ жолмен жјне ґркендерді микроќалемшелеу арќылы жою нјтижесінде эксплантта ќолтыќ бїршіктерініѕ пайда болуына жаєдай жасау;
3. Кґбейтілетін ґркендерді тамырландыру жјне пробиркадаєы ґсімдіктерді in vitro жаєдайына бейімдеу;
4. Ќоректік ортадан алынєан ґсімдіктерді жылыжай топыраєында ґсіру. Ґсімдіктерді іске асыру немесе танапќа отырєызу їшін дайындау. 33-суретте (ќосымша A) микроклон арќылы ґсімдіктерді кґбейту кезеѕдері кґрсетілген.
Ќолданып жїрген тјсілдерге ќараєанда микроклоналды кґбейтудіѕ мынадай артыќшылыќтары бар:
1. Бір ґсімдіктен бір жыл ішінде миллионєа жуыќ ґсімдікті, ал ќарапайым јдіспен тек 5-100 ґсімдікті кґбейтіп, алуєа болады;
2. Аналыќ ґсімдіктен алынєан клондарды зертханалыќ жаєдайда аз єана жерде жыл бойы ґсіруге болады жјне оларды белгілі бір уаќытта шыєаруєа мїмкіндік береді;
3. Ґсімдіктердіѕ ауруларын туєызатын саѕырауќўлаќ, бактерия, вирус жјне нематодадан ґсінділерді сауыќтыруєа болады;
4.Селекционерлерге ґте баєалы, бірегей генотиптердіѕ /линия, будан, мутант, трансгендік ґсімдік/ кґшірмесін ќажетті мґлшерде алу мїмкіндігі;
5.Ќалыпты жаєдайда кґбеймейтін немесе нашар кґбейетін ґсімдіктерді кґбейтіп, тамырландыруєа мїмкіндік береді. Мысалы, ќылќан жапыраќты орман аєаштарыныѕ таѕдаулы тїрлерін тез арада клонды тјсілмен кґбейтуге болады. Демек, микроклоналды кґбейту арќылы ґте баєалы ґсімдіктер тїрлерініѕ, сауыќтырылєан баєалы сорттардыѕ, сонымен бірге жойылып бара жатќан ґсімдік тїрлерініѕ ќорын, яєни банкін жасап, пробиркада ўзаќ уаќыт тґменгі температурада саќтауєа болады. Микроклоналды кґбейту тјсілін кеѕінен ќолданылатын еѕ ірі сала–жўќпалы вирус аурудан сауыќтырылєан екпе материал алу маќсатында жаѕадан шыєарылєан немесе пайдаланып жїрген баєалы сорттарды тез арада кґбейту болып табылады (34-сурет, ќосымша Б).
Вегетативтік жолмен кґбейетін ауылшаруашылыќ даќылдарыныѕ ґнімі вирус аурулары јсерінен 10-50% дейін тґмендейді. Ќазіргі кезде фитопатогендік вирустыѕ 600–ден астам тїрлері аныќталды, диагностика тјсілдерініѕ жетілуіне байланысты олардыѕ жаѕа тїрлері табылуда. Вирус ауруларыныѕ кґбеюі, біріншіден, жаѕа агрессиялыќ вирус штаммыныѕ пайда болуынан, екіншіден, шаруашылыќ їшін баєалы, біраќ вирус ауруларына тґзімсіз сорттардыѕ ґсірілуінен, їшіншіден, ґнеркјсіп ґндірісініѕ ќарќындылыєы агротехниканыѕ ґзгеруіне јкеліп соќтырды, тґртіншіден, ќазіргі кездегі кґлік пен сауданыѕ мїмкіндіктеріне байланысты, бесіншіден, тўќымдыќ, егілетін жјне сўрыптау материалыныѕ айырбасталуына байланысты. Осыныѕ арќасында вирус аурулары оѕай жјне тез арада бір аймаќтан екінші аймаќќа немесе мемлекеттер мен ќўрлыќтарєа таралып кетеді. Вирус аурулары кґптеген жаєдайда ґсімдікті толыќ жойып жібермейді, біраќ алынатын ґнімніѕ тїсімін айтарлыќтай тґмендету нјтижесінде ґсімдіктерді ґсіру тиімсіз болады. Мысалы, АЌШ-тыѕ кейбір аудандарында сўлы алќаптары сары ергежейлік вирус ауруына шалдыќќанда оныѕ ґнімін 63 %-єа тґмендетеді. Теѕбіл ауруына шалдыќќан бўршаќтыѕ ґнімділігі 89 %-єа азайєан, ќўлпынайдыѕ ґнімділігі 5-75 % ґєа дейін тґмендеуі мїмкін. Картоптыѕ ґнімі вирус ауруларыныѕ салдарынан 28-88 % азаяды. Ґсімдікті вирус инфекциясынан сауыќтыру жўмысы бірнеше кезеѕнен тўрады:
1. Аурудыѕ диагностикасы;
2. Сауыќтырылєан материалды дайындау немесе аурусыз ґсімдікті табу;
3. Оларды кґбейту жјне ќайтадан ауруєа шалдыќтырмау.
Микроќалемшелеу сомаклон жјне гаметоклон варианттары арасында дара ґсімдіктерді тез уаќытта кґбейту де ґте тиімді јдіс
Клонды микрокөбейту жұмысы 4 этаптан тұрады. 1 эксплантты ин витро жағдайында өсіру. Толығымен залалсызданған эксплантты алып,қ.о.ға отырғызып ,оның өсуіне қолайлы жағдай туғызу.2микрокөбейту өркен санын көбейту,
3өркенді тамырландыру және оларды сақтау
4өркенді топыраққа отырғызу.
Микроклоналды көбейтуге әсер ететінфакторлар экспланттың генатипі, қ.о. мурасиге скуг ,жарық,температура, су алмасудың маңызы зор