Биотехнологияда қолданылатын тірі ағзалардың артықшылықтары мен кемшіліктері. Биология, 10 сынып, дидактикалық материал.

Қосымша 1.1

 АҚШ мемлекетіндегі Сент Луис қаласындағы Вашингтон университетінің Фучжун Чжан басшылық ететін бір топ ғалымдары генетикалық тұрғыдан өзгертілген бактериялардың көмегімен аса сапалы өрмекші жібегі алынған болатын.

Өрмекшіден алынатын жібек материалы мықтылығы жағынан болат металынанда жоғары, алайда өрмекшілер жібек материалын өте аз мөлшерде түзеді, ал сол аталған жібек материалын саны жағынан өте көп өрмекшілерді жинау арқылы көп мөлшерде шығару кезінде, аталған жәндіктер бір-бірімен қоректене бастаған.

Ғалымдар бұл мәселені генетикалық инженерия ғылым саласының көмегімен шешті. Ол үшін ғалымдар өрмекшілердің геномын фрагменттерге бөліп, сонан соң оларды бактерияларға ендірген болатын.

Жаңа технологияның көмегімен, бір литр гендік модификацияланған бактериялардан, сапасы жағынан табиғи жібектен кем түспейтін, екі грамм жасанды өрмекші жібегі алынды. Ғалымдардың пікірінше, зерттеу нәтижесі анағұрлым жақсы болмағанымен, алайда өрмекші жібегін өндірудің басқа тәсілдерімен салыстырғанда әлдеқайда жоғары екендігі анықталды.

Егер зерттеу жұмыстары сәтті аяқталған жағдайда, NASA агенттігі бұл материалды, космостағы әуе құрылғыларын жөндеу материалы ретінде, қолданысқа енгізетінін жариялады.

әдебиеттер тізімі :Техкульт

Бейнебаян: https://www.youtube.com/watch?v=T_HpP3SXdrM

Қосымша 1.2

Биоэтанол өндірісі.

 Қазіргі таңда ғылыми прогрестің нәтижесінде, құрамында көміртегі атомы бар шикізаттардан автокөлік жанармайы болып табылатын – биоэтанолды өндіру технологиялары қарқында даму үстінде. Лигноцеллюлозадан (астық тұқымдастарының, ағаштың қалдықтары) биологиялық жанармай алу технологиясы болашағы бар өндіріс саласы болып табылады. Биологиялық жанармай нарқын құраудың белгілі бір артықшылықтары бар, себебі бұл технологиялар, мұнай және газ өндірілмейтін, мемлекеттер үшін сұранысқа ие өндіріс саласы болу мүмкін. Бағасы жағынан биожанармай табиғи жанармаймен салыстырғанда арзан және экологиялық тұрғыдан алғанда қауіпсіз болып келеді.

Биоэтанолды бидай және қант қызылшасынан өндірудің жолдары төменгі сызбанұсқада келтірілген

Биоэтанол – бұл, құрамында крахмал немесе қант қосылыстары бар, мысалы, жүгері, астық дақылдары немесе қант қызылшасы сияқты, ауылшаруашылығы өнімдерінен өндірілетін, сұйық спирттік жанармай. Биоэтанолдың, алкогольді сусындар дайындалатын, спирттен айырмашылығы мынада, яғни жанармайлық этанолдың құрамында су болмайды және қысқартылған дистилляциялау (бес тазарту бағаналардың орнына екі бағана қолданылады) арқылы өндіріледі, сондықтанда құрамында метанол және майлар, сонымен қатар бензин болады, осыған байланысты этанол ішуге жарамсыз болып келеді. Жанармайлық спиртті дайындау үшін келесідей технологиялық әрекеттерді орындау қажет: шикізатты дайындау, ашыту үдеріс жүргізу, спиртті айдау және сусыздандыру, пайда болған өнімді сақтайтын орын дайындау. Технологиялық үдерістің әрбір кезеңінде өзіндік ерекшеліктері болады, осыған байланысты қандай өнім алынатынын және оны әрі қарай қолдануын, оның энергобалансын және экономикалық тиімділігін анықтауға болады.

 Бактериялардың көмегімен, биоэтанолдан бөлек, биобутанолда өндіріледі (бутил спирті, С₄Н₉ОН). Бұл өнімді өндіру кезінде аз шығын жұмсалады және бұл материалды бензинмен және этанолмен жеңіл араластыруға болады. Биобутанолды бензинге, көліктің қозғалтқышын жақсартусыз, көп мөлшерде қоса беруге болады (11–12%). «Бензин-бутанол» қосылысын, «бензин–биоэтанол» қосылысымен салыстырғанда, судың қатысуымен ажырату қиын.

 ТМД елдері арасында биоэтанол өндірісінің дамуына бастама берген Қазақстан Республикасы болып табылады. 2008 жылы Қазақстан Республикасында, қуаттылығы жылына 57 мың тонна биоэтанол өндіретін, өндіріс орны іске қосылды. Бұл өндіріс орнында, бидайды ұнға және биоэтанолға айналдыру кезінде толық өңдеу қарастырылған және өңдеу кезінде құрғақ клейковинаны, сонымен қатар мал азықтық ашытқыларды және көмірқышқыл газын алуға болады.

Әдебиеттер тізімі

Бугаенко И.Ф., Штерман С.В., Грачёв О.С. Альтернативные виды топлива из сахарной свёклы и продуктов её переработки//Сахар. – 2007. – №2. – С. 18–20.

Инсулин өндірудің технологиясы

 Инсулин – бұл адам ағзасындағы ұйқы безінде өндірілетін гормондардың бірі. Бұл гормонның бөлінуінің бұзылуы, ағзадағы қауіпті аурулардың бірі, қант диабеті ауруының, пайда болуына себепкер болады. Бұл ауруды емдеу үшін ұзақ жылдары бойы, үй жануарларынан бөлініп алынатын, синтетикалық гормон пайдаланып келді. Алайда қазіргі таңда, көпшілікке танымал, ішек таяқшасы бактериясының (Escherichia coli) немесе ашытқы саңырауқұлағының көмегімен жасанды инсулин гормоны өндіріледі. Инсулин өндіру кезінде осы тәсілдерді пайдаланудың көп артықшылықтары бар, мысалы, адам ағзасындағы нәруыздан азғантай айырмашылығы бар, нәруыздың әсерінен пайда болатын аллергиялық реакциялар.

Технологиялық сызба

Инсулин өндіру технологиясының құрамына барлық биотехнологиялық өндірістің кезеңдері кіреді. Осындай өндірістің нәтижесінде өте таза өнім пайда болады, және осы өнімдерді, қант диабеті ауруының І және ІІ түріне жататын ауыр формаларымен науқастанған науқастарға арналған, егу препараттарын дайындау үшін қолданады. Бұл гормонның негізгі қызметі, бұл қанның құрамындағы глюкоза деңгейін төмендету болып табылады.

Инсулин өндірісінің кезеңдері келесідей болады:

• Дайындық кезеңі. Бұл кезеңде келесідей әрекеттер орындалады: суды және ауаны дайындау және тазалау, өндіріс орындарын тазалау және құрал-жабдықтарды стерилдеу, өндіріс орындағы қызметкерлерді тексеру, қызметкерлердің қолдарын стерилдеу және оларға стерилді киімдер мен аяқ киім тарату. Сонымен қатар, бұл дайындық кезеңінде, инсулин гормонын түзетін нәруыздардың молекулаларының бастапқы химиялық синтезі жүргізіледі. А тізбегінде 21 аминқышқылы болады, ал В тізбегінде – 30 аминқышқылы болады.
• Қоректік ортаны және жасушалардың тобын дайындау. Тірі жасуша қажетті қосылысты синтездеу үшін, бұл жасушаға қажетті ген енгізіледі. Ол үшін жасушадағы плазмиданы арнайы рестриктаза ферментінің көмегімен фрагменттейді және сол орынға, қажетті қосылысты синтездеуге жауапты, генді орналастырады. Сонан соң, микроинъекциялық әдістің көмегімен, модификациялық плазмида қайтадан жасушаға қайтарылады.
• Жасушалық суспензияны өсіру. Гендік модификацияланған жасушалар, стерилденуден өткізілген және көбею мен өсуге қажетті барлық қосылыстары бар, қоректік ортаға орналастырылады. Жасушаларды өсіру және көбейту жұмыстары, алдын ала таза ауа жіберілетін, арнайы биореакторларда жүргізіледі. Биореакторларға белгіленген уақыт аралығында белгілі мөлшерде қоректік ерітінділер қосылады және сондай мөлшерде жасушалық суспензия алынады.
• Жасушаларды бөліп алу. Тұнба түзу (седиментация) әдісі арқылы жасушаларды және сұйықтықты бөліп алады, сонан соң сүзгілейді. Соңғы әдісті жасушалардың толық сақтаып қалуы үшін жүргізіледі.
• Қосылыстардың хроматографиялық тазалануы. Бұл кезеңдегі әрекеттер арнайы құрылғыда және әр түрлі әдістерді қолдану арқылы, әсіресе фронтальды, анионды алмасу және гель өткізу хроматография әдістерінің көмегімен жүргізіледі.
• Нәруызды молекуланың алынуы. Бұл биотехнологиялық кезеңде инсулин гормонының пайдалануға толық дайын емес түрі, яғни оны құрайтын екі тізбегі синтезделеді. Ал бұл қос тізбекті байланыстыру үдерісі, оларды қышқылдандырудан кейін жүргізіледі, ал нәтижесінде екі тізбектің арасында дисульфидті көпірлер пайда болады.
• Соңғы кезеңде пайда болған қосылысты арнайы пеште кептіреді, сонан соң алынған кристалды препаратты (инсулинды) стандартқа сәйкестігін тексереді, қаптайды, қажетті белгілеулер жүргізіледі және тұтынушыға жіберіледі.

Интерферон өндірісі.

 1957 жылы Айзекс және Линдеман келесідей құбылысты байқады, яғни вируспен зақымданған жануар жасушалары сыртқы ортаға бір факторды бөліп шығаратынын байқады, ал бұл факторлар, вируспен зақымданбаған, жасушаларда вирустық инфекцияға қарсы төзімділікті түзуге қатысатыны байқалды. Бұл факторды интерферон деп аталынды (IFN).

Интерферонның әсері.

·  Интерферон белсендіруші әрекетке ие, ал бұл дегеніміз интерферон жасуша сыртындағы вирусқа тікелей әсер етпейді, бірақ фагоцитоз үдерісін үдету арқылы, Т киллер жасушаларын белсендіру арқылы, интерлейкин-2-нің түзілуін ынталандыру арқылы, ферменттердің синтезін жеделдету арқылы вирустарға қарсы тұрады.

·  Жасушалық өсімді тежеу – Қатерлі ісікке қарсы құрал ретінде – иммундық жүйенің барлық бөлімдерінің белсенділігіне әсер етпей онкогенді жасушалардың бөлінуін тежейді.

·  микробқа қарсы белсенділікке ие

·  радиоқорғаныштық қабілетке ие

·  Интерферон иммуномодулятор болып табылады – ағазаның имундық жүйесінің жұмысын ынталандырады.

IFN биотехнологиялық өндірісі

α-IFN қосылысын өндіріп алу кезеңдері

1.  Донордың қанынан алынған лейкоцит жасушаларының суспензиясын, IFN биосинтезіне тежегіштік әсер ететін, вируспен өңдейді (мысалы, Сендай вирусы)

2.  Интерферон биосинтезіне қатысатын, аРНҚ-ны лейкоцит жасушаларынан бөліп алады, ал бұл РНҚ молекулаларының бөлініп алынған лейкоцит жасушаларындағы үлесі 0,1%-ды құрайды.

3. аРНҚ молекуласынан, кері транскриптаза ферментінің көмегімен, комплементарлы ДНҚ молекуласының бір тізбегін синтезедеп алынады.

4. Бұл эукариоттық геннен, in vitro жағдайында, қажетті емес ақпаратты синтездеуге қатысатын нуклеотидтер рестриктаза ферментінің көмегімен алынып тасталынады.

5. Пайда болған генді плазмидаға ауыстырады, ал мұнда ол ген бактериалды промотормен байланысады, сонан соң бактериалды жасушаға енгізіледі.

Осылайша, IFN қосылысын жоғары концентрацияда синтездейтін, ішек таяқшасының (E.сoli) штамы жасалынды.

Алынған 1 л көлемдегі бактериалды жасушалардан шамамен 5 мг α-IFN қосылыс алуға болады, ал бұл көрсеткіш, қалыпты жағдайдағы донордан алынатын 1 л қанның құрамындағы қосылыстан, 5 мың есе көп.

Пластик заттардың өндірісі.

Полигидроксибутират (ПГБ) көптеген прокариотты микроағзаларды сақтауға қабілетті. Осы полимерді келесідей бактериялардың түрі синтездей алады: Azotobacter, Pseudomonas, Spirillum, Bacillus, Nocardia, Alcaligenes, Chloroflexus және т.б. (шамамен 100 шақты түрі бар).

 Жасушада полигидроксибутират қосылысы түйіршік күйінде жинақталады және бұл түйіршіктердің сыртын, құрамында нәруыз молекулалары бар, фосфолипидті қос қабат қаптайды. Полигидроксибутират қосылысын синтездеу кезінде, сыртқы ортаның әсері орасан зор. Hydrogenjmonas ағзасының өсуін азот қосылысының, сонымен қатар сыртқы ортада көміртектің артық болуы кезінде, оттегінің көмегімен шектеу кезінде полигидроксибутират қосылысының синтезделуі қатар жүреді, ал бұл қосылыстың массасы микро ағзаның массасының 80 пайызын құрауы мүмкін.

 Azotobacter микроағзасындағы зат алмасу үдерісінің ерекшелігі мынада, ол полимердің синтезделуіне азот концентрациясының ешбір әсері болмайды, ал сыртқы ортада оттегі жетіспеген жағдайда полимердің синтезделуі жылдамдай түседі.

 Көміртегі және энегрия көзі ретінде гилиерин немесе ацетат қосылысы болып табылатын, ортада бактерияларды гетеротрофты өсіру кезінде Alcaligenes eutrophus H-16 хемолитотрофты бактериясының жасушаларында полигидроксибутират қосылысының ең жоғары коцентрациясы (80%-ға дейін) алынды.  

Полигидроксибутират қосылысының физикалық қасиеті бойынша полипроаиленге ұқсас болып келеді. Алайда таза күйіндегі полигидроксибутират қосылысын бір-бірінен ажырату өте қиын, сонымен қатар, полипропиленмен салыстырғанда, кристалдану температурасыда жоғары болып келеді. Полигидроксибутират қосылысы басқада полигидроксиалканоат қосылыстары сияқты УФ сәулелеріне төзімді, алайда еріткіштерге, қышқылдарға және сілтілерге төзімділігі төмен болып келеді. Полигидроксибутират қосылысы суд ерімейді және сондықтанда гидролитикалық ыдырауға төзімді болып келеді, бұл қасиет полигидроксибутират қосылысының, басқада осы тәрізді қосылыстардың, қазіргі таңда қолданып жүрген биоыдыраушы пластиктерден ерекшелейді. Полигидроксибутират қосылысын хирургиялық торлар ретінде қолданылады.

ЙОГУРТты дайындау технологиясы

Йогурт – бұл, арнайы микроағзалардың көмегімен ашыту арқылы алынатын, сүт өнімі.

Йогурттың пайдалы жақтары бұрыннан белгілі. Сонау 1910 жылы И.И. Мечников, асқортыу жүйесіндегі шіру процесін төмендететін, сүт өнімдерін тұтыну арқылы адамның өмір ұзақтығын ұзартуға болады деген идея ұсынған болатын. Сүт өнімдерінің арасында сүт ең маңызды өнім болып табылады. Бұл өнімді «айранға», сүзбеге немесе ірімшікке айналдыруға болады, ол үшін өндіруші орын сәйкес ашыту әдістерін қолдануы тиіс.

Йогуртты ұйыту үшін – болгар таяқшасы және термофильді стрептококк пайдаланылады. Осы микрағзаларды сүт өніміне енгізу арқылы, сүт құрамындағы күрделі қосылыстар жай қосылыстарға дейін ыдырайды, ал бұл ағзаның аталған қосылыстарды жылдам сіңіруге мүмкіндік береді. Йогурттың бұл қасиеті, сүтпен салыстырғандағы, артықшылығы болып табылады. Біздің ағзамызда үнемі кшігірім кекілжендер болып тұрады. Себебі сүтқышқылы және шіріту бактериялары бірін-бірі қабылдай алмайды. Йогурттың құрамында, сүтті қантың ыдырауы кезінде пайда болатын, сүт қышқылы болады. бұл қосылыс ішек қуысындағы шіріту үдерісін тежейді. Ал йогурттың құрамында, сонымен қатар, бифидобактериялары болатын жағдайда, бір мезгілде ішек микрофлорасының қайта қалпына келу үдерістеріде жүретін болады. Құрамында бифидобактериялар бар, сүт өнімдері, космонавтардың ас мәзіріне енгізілген.

Қазіргі таңда йогурт өндірудің формуласы қарапайым:

            сүт + ұйытқы + жемісті джем + (ұзақ уақыт бойы сақталынатын йогурттар үшін)   термоөңдеу = құрамында А, В1, В2, РР, С дәрумендері бар пайдалы өнім.

Өндіру технологиясына және пайдаланылатын микроағзалар түріне байланысты йогурттарды екі топқа жіктеуге болады.

«Тірі йогурттар», құрамында болгар таяқшасы және термофильді стрептококкалар сияқты пайдалы микроағзалар болуына байланысты, емдікке қасиетке ие. Бұл йогурттар тек мұздатқышта сақталады және сақтау мерзімі 1 айдан аспайды.

Термоөңдеуден өткізілген йогурттар – бұл арнайы термо өңдеу құралынан өткізілген йогурттар. Бұлар бөлме температурасы жағдайында бір жылға дейін сақталып тұрады. Емдік қаиеті болмайды, алайда қоректік құндылығы жоғары, сонымен қатар құрамында дәрумендер мен микроэлементтер болатын өнім болып табылады.

Антибиотиктер өндірісі.

 Антибиотиктерді өндіру үдерісі төрт негізгі кезеңнен тұрады: көлемді өндіріске жарамды, антибиотик продуценті болып табылатын, сәйкес штамды алу; антибиотиктің биосинтезі; антибиотикті бөліп алу және тазалау; антибиотикті концентрлеу және тұрақтандыру, сонан соң дайын өнім алу.

Антибиотиктің алғашқы продуцент штамы ретінде Penicillum саңырауқұлағы пайдаланылды. Сондықтанда алғашқы антибиотикті пенициллин деп атады. Бұл антибиотиктің түрі 19 ғасырдың басы мен 20 ғасырдың аяғына дейін көптеген адамның өмірін құтқарып қалды. Сонан соң, антибиотиктің өндірісіне Cephalosporium саңырауқұлағы қолданылды. Осылайша антибиотиктердің цефалоспориндік қатары пайда болды.

 Біздің елде антибиотиктердің өндірісі Екінші Дүниежүзілік соғыстың алдында басталды. Грамицидин С (советтік грамицидин) алғашқы отандық антибиотик болып табылады және бұл антибиотик Bacillusbrevisvar бактериясынан алынған болатын. G.-B., препаратын 1942 жылы Георгий Францевич Гаузе және Мария Георгиевна Бражникова ашты және бұл препаратты соғыс уақытында пайдаланды. Бұл антибиотиктің түрін қазіргі таңда да қолданады және ол нарықта грамидин атпен белгілі.

 Pleurotusostreatus саңырауқұлағы келесі бір антибиотиктің продуцентіне мысал бола алады. Pleurotusostreatus саңырауқұлағы ағаш діңдерінде және шіріп кеткен ағаштарда өседі. Бұл саңырауқұлақ түрінің химиялық табиғаты жағынан әр түрлі және анти микротық қасиеті бар сегіз түрлі антибиотиктерді өндіретінін ғалымдар анықтады. Саңырауқұлақтарды ұйық қоректік ортада өсірудің төртінші –бесінші тәулігінде дәрілік қосылыстар синтезделе бастайды және бұл үдеріс үш апта бойы созылады. Осы аталған саңырауқұлақты өсіру кезінде, алғашқы болып саңырауқұлақтың өсуін тежейтін белсенділік жоғалады, ал бұл өз кезегінде Pleurotusostreatus саңырауқұлағының басқа саңырауқұлақтармен қорек үшін бәсекелестікке түсуіне көмек береді.

  https://www.nkj.ru/archive/articles/6651/ (Наука и жизнь, АНТИБИОТИКИ: ЖИЗНЬ ПРОДОЛЖАЕТСЯ)

Пайдалы сілтемелер мен әдебиеттер тізімі

• Бугаенко И.Ф., Штерман С.В., Грачёв О.С. Альтернативные виды топлива из сахарной свёклы и продуктов её переработки//Сахар. – 2007. – №2. – С. 18–20.
•  https://www.nkj.ru/archive/articles/6651/ (Наука и жизнь, АНТИБИОТИКИ: ЖИЗНЬ ПРОДОЛЖАЕТСЯ)
• Источник : Техкульт
• https://www.youtube.com/watch?v=T_HpP3SXdrM

Қосымша 1.3

Қандай өнімдерді өндіру кезінде ГМО қолданылады, сол өнімдерді тізіп жазыңыз

.............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

ГМО-ны қолдану кезінде пайда болған және пайда болуы мүмкін қауіптерді атаңыз.

..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................