БИОТЕХНОЛОГИЯ

Биотехнология (био... bio - тіршілік + tһесһпе), (грекше - өнер, шеберлік және logas - ғылым) – тірі ағзалар (организмдер) мен биологиялық әрекеттерді өндірісте пайдалану. Микроағзалар көмегімен жүретін кейбір биотехнологиялық әрекеттер - нан, шарап, сыра ашыту және ірімшік өндіру адамға бұрыннан белгілі болды.

Қазіргі биотехнологияның жетістіктері - гендік инженерия әдістерінің дамуымен тікелей байланысты. Соның арқасында биотехнология халық шаруашылығы, медицина және ғылымның жан-жақты дамуының негізгі күшіне айналып отыр. Биотехнология бірнеше бағытта дамиды. Халықты азық-түлікпен қамтамасыз ету үшін мал шаруашылығы мен мәдени өсімдіктердің түсімін арттырып және бактерия, саңырауқұлақ, балдырлардың массасынан азық-түліктік ақуыз алу - биотехнологияның алдындағы ең маңызды міндет. Гендік инженерия жануарларды сүрыптау да қолданыла бастады. Австралия ғалымдары 1987 жылы геномына өсу гормонының гені қосылған трансгенді шошқа алды. Бұл шошқаның өсу жылдамдығы жай шошқаға қарағанда екі еседей артық. Шошқаның орташа күндік өсімі 600-700 г болса, трансгенді шошқанікі 1273 г екен. Өсімталдық қасиет тұқым қуалайды. Англияда 1990 жылы геномында қан ұйыту гені бар трансгенді қой алынды. Бұл жағдай гемофилия ауруын емдеуге пайдаланылады. Оның 1 грамы 120 мың доллар тұрады. Егер трансгенді қойдан жылына 10 грамм препарат бөліп алынса, одан түсетін таза пайда миллион доллардан асып кетпек. Трансгенді жануарлардың тиімділігіне көз жеткізу үшін суретпен танысқан дұрыс.

Сурет

Өсімдіктердің әр түрлі ауруларға қарсы күресу қабілеттілігін арттырумен қатар, түсімділігі мен қоректілігін көбейтіп, құмды және батпақты аудандар мен тұзды топырақта өсіру мәселесі көзделіп отыр.

Бұл бағыттағы жұмыстар өсімдік ұлпаларындағы жарық кванттарын сіңіруден СО₂-нің ассимиляциясы мен су - тұз алмасуына дейінгі әр түрлі энергетикалық әрекеттердің тиімділігін арттыруға бағытталған. Мысалы, гендік инженерияны азотты тұтатын өсімдіктерді өсіруге пайдаланады. Қалыпты жағдайда азот тұтатын бактериялар бұршақ тұқымдарымен селбеседі. Осы және басқа бактериялардағы азот тұтатын гендер жиынтығын (һіt) астық тұқымдастардың геномына енгізу жұмыстары жүргізілуде.

Қазір құлпынайдың азот тұтатын жағдайлары мен өсімдік иесінің арасында селбесу қатынастарына жауап беретін сүт гендері бөлініп синтезделді. Осы гендерді азот тұтатын бактерияларға енгізу арқылы олардың (гендердің) бағалы ауылшаруашылық өнімдерімен селбесуге мүмкіндігі ашылды.

Өсімдіктердің құрғақшылыққа, суыққа, ылғалдың жетіспеуіне және сортопыраққа төзімділігін арттыру үшін өсу генін түраралық тасымалдауда қолданылады.

Күн энергиясын тиімді пайдалануда, әсіресе өсімдіктердің СО₂-ні тұтуын реттейтін сүт генін синтездеу - бірінші кезекте тұрған мәселе. Бұл үшін жасушалық инженерия әдісін пайдаланған қажетті белгісі бар өсімдікті немесе жануар мүшелерінен жасушаны бөліп алады да арнайы қоректік ортада өсіреді. Мұндай жасушалық дақылдар кәдімгі өсімдік тәрізді түсім бере алады. Кейінгі кезде өсімдіктер генетикасында әр түрге жататын ағзалардан алынған жасушаларды өзара будандастыру қолға алынды. Бұл әдісті сомалық жасушаларды будандастыру әдісі деп атайды. Осының нәтижесінде сұрыптауға қажетті бастапқы материал алынады. Мысалы, Р. Г. Бутенко өз зертханасында жабайы және мәдени картоптың сомалық буданын жасап шығарады. Бұл әдіспен жасушаларды тек будандастырып қоймай, олардың құрылысын өзгертуге болады. Мысалы, арнайы заттармен әсер ете отырып ядроны бөліп шығару, яғни ядросыз жасушалар - цитопластар және бос ядрокариопластар алу. Цитопластарды кәдімгі қалыпты жасушамен қосып, ядролық - цитоплазманың будан - гибридін алады. Осы арқылы ядролық және ядролық емес гендердің өзара қарым-қатынасы зерттеледі. Жасушалардың құрамына өзгерістер енгізу арқылы жасуша биологиясын толығырақ зерттеу және жасушалық терапия әдістерін ойластырып шығару көзделіп отыр.

Диабетпен ауыратындарға сахарозаның орнына глюкоизомераза ферментінің қатысуымен глюкозадан өзгерген өнім - төменгі калориялы фруктоза кеңінен пайдаланылады.

Тамақ өнеркәсібінде ферменттерлің орны ерекше. Олардың көмегімен лактозасыз (диеталы) сүт өндіріп, жеміс шырындарының түсін өзгертіп, етті жұмсартады.

Тамақтың дәмділігі мен қоректілігін арттыруда оған дәрумендер мен амин қышқылдарын қосудың болашағы зор. Бірнеше амин қышқылдары жоғарғы өнімді микробтардан гендік инженерия жолымен алынып жүр.

Энергия көздерінің (мұнай, табиғи газ, көмір) азайып және қымбаттауына байланысты оларды өндірудің жаңа жолы биотехнологиялық әдістер. Биотехнологиялық жолмен жаңарған құнды энергия көздері: спирттер, биогенді көмірсулармен, сутегін алу мүмкіндігі ашылды. Мұндай экологиялық таза жанармай көздерін өндіріс пен ауылшаруашылығы өнімдерінің қалдығынан биоконверсиялық жолмен алады.

Биоэнергетика технологиясы - фотосинтез кезінде жиналған энергияны тиімді пайдаланатын биотехнологияның бөлімі. Жер бетіндегі биомассаны пайдалану, соның ішінде бір жылда жиналған қүрғақтай салмағы 100 млрд. болатын өсімдіктер биомассасының энергиясы өте көп. Адам оның аздаған бөлігін ғана пайдаланады, соның өзі барлық энергияның 14%-і. Биомасса - тегін энергия көзі болумен қатар, азайып бара жатқан қазба байлықтарға балама қор екендігі түсінікті де.

Биотехнологияның бұл саласында бір жанармайдың бірі этанолды алуды қарастырамыз. Этанол жанғанда СО₂ және Н₂О бөлетін экологиялық таза жанармай. Оны двигательдегі ішкі жанармай түрінде таза немесе 10-20% газохол (бензинмен қосылған) түрінде пайдаланады. 1983 жылдың өзінде Бразилияда автомобильдердің 75-95% этанолмен, ал қалғандары газохолмен жұмыс істеді.

Медицинаға қажетті дәрілер инсулин, өсу гормоны, интерферон, тромболиттік ферменттер, қан ұйытатын және иммундық жүйенің жағдайлары биотехнологиялық әдістермен алынады. Биотехнологиялық жолмен вакциналарды пайдаланып, жұқпалы ауруларды емдейді және антиген препараттарының көмегімен ісіктердг («пәле») алдын ала ескертуге болады.

Гендік инженерияның өндіріске кеңінен енуі маңызды ақуыздың бірнешеуін көп шығарумен байланысты. Соның ішіндегі алғашқы ақуыз - инсулин. ОТ4 диабетпен ауыратын миллиондаған адамдарды емдеуге қажетті гормон. Осыған дейін инсулинді сиыр мен шошқаның қарын безінен алған болатын.

Қазір интерферонды алу да өндірістік жолға қойылған. Бұл ақуыз вирустардың көбеюін тежейді. Жараланған жасушаларда өндірілетін интерферон айналасындағы зақымданбаған жасушаларды вирустың улануынан сақтайды. Интерферонды герпес вирусы, құтыру, гепатит, цитомегаловирус, жүрек ауруын туғызатын вирустарға қарсы пайдаланады.

Инсулин, интерферондардан басқа медицинада геңдік инженерия әдісімен антибиотиктер (пәле ісіктері мен кейбір ұсақ ағзалардың өсуін тежейді), интерлейкиндер (ағзаның иммунитеті істен шыққанда қолданатын негізгі дәрі моноклональды денелер) олардың көмегімен екі қабаттылыққа, диабетке және ревматоидтық артритке бейімділікті болжайды, диагноз рекомбинантты вакциналар (шешек, полиомиелит, безгек, құтыру және басқа жұқпалы аурулармен күресу жолдары) және ферменттер алады.

Ағзада ферменттің жетіспеуінен немесе басқа ақуыздан болатын 200-дей тұқым қуалайтын ауру белгілі. Осы ауруларды емдеуде ферменттерді пайдаланады. Мысалы, ағза глюкоцереброзицті ыдырата алмағандай болатын Гоше ауруын осы әдіспен емдейді. Демек, қазіргі биотехнологияның ең жақсы дамыған саласы - медицина.

Биотехнология өндіріс, ауылшаруашылық және тұрмыстағы қалдықтар, автомобильдерден шығатын улы заттар және т. б. болатын ғаламшар үлескісінің аумағын бірден азайтады. Қазіргі іздеулер қалдықсыз технология жасап, жеңіл ыдырайтын полимерлер алуға (мысалы, биогендерден шыққан поли - оксибутират, полиамилозалар) және полимерлерді (полиэтилен, полипропилен. полихлорвинил) ыдырататын белсенді ұсақ ағзаларды табуға бағытталған.

Биогенохимия - кенді байыту мен еңдеу, ағынсыз судағы металдарды жинау және бөліп алу, мұнай қалдықтарын алуға негізделген биотехнологияның саласы. Бұл әрекеттерді іске асыруда жер астында тіршілік етіп, ондағы химиялық реакциялардың жүруіне әсер ететін ұсақ ағзалардың рөлі зор.

Ағынсыз судағы металдарды бөліп алуда Сіtrabaeter sp, zooglaea romigera  сияқты ұсақ ағзалар жасушалар және Сg, Сd жинайтын полисахаридтердің орны ерекше.

Ал саңырауқұлақтың биомассасы ерітіндідегі көптеген металдарды (РЬ, Нg, Zu, Сu, Nі, Со, Мn, Сг, Аg, Аu, Рt, Рd) шоғырландыруда және ерітінділерді радиактивті заттардан тазарту (дезактивация) негізінде қызмет атқарады. Nocardia sp, Rhodococens rhodochrous сияқты деэмульгатор - бактериялар су мен мұнайды бір-бірінен бөлетін болғандықтан, айналадағы ортаны ластау қаупін төндіретін мұнай қосындыларын шоғырландырып, суды тазалайды. Өңделмеген мұнайды пайдаға асыратын ген инженериялық штамм псевдомонадтар өңделмеген мұнайдың негізінде биомасса алу және айналадағы ортаны, соның ішінде теңіз бен мұхит бетіндегі мұнай қабықшасын алып, табиғатты ластаудан сақтайды.