Тақырып Кіріспе Биотехнология негіздері Жоспар 1 Биотехнологияның

Тақырып Кіріспе. Биотехнология негіздері

Жоспар 1. Биотехнологияның мақсаттары мен міндеттері, негізгі биотехнологиялық объектілер. 2. Биотехнологияның даму тарихы 3. Биотехнологиялық процестің ерекшеліктері. 2. Биотехнология принциптері 3. Өсімдік клеткалар культурасын қолдану

Биотехнология – биотехнологиялық процестер мен объектілерді пайдалануға негізделген экономикалық жағынан тиімді, маңызды өнімдер шығаратын ғылым мен өндірістің жаңа саласы. • Мақсаты адамның игілігіне қажет және сұраныстарын толық қанағаттандыратын коммерциялық өнімдерді алу, өндірістің рентабельділігін дамыту.

Ø Биотехнологиялық объектілер - гендер, клеткалар, ұлпалар, микроорганизмдер, өсімдіктер мен жануарлар. Ø Өнімдер : антибиотиктер, ферменттер, мал азығы, био тыңайтқыштар, вируссыз өсімдіктер, жаңа өсімдік сорттары мен асыл тұқымды мал. Ø Процестер - өндірістік және ауыл шаруашылық шикі зат онімдерін қайта өңдеу, ағын суларды, топырақ және ауаны тазарту т. б.

ØБиотехнологиялық жолдармен өсімдіктердің сапалы сорттары, малдың асыл тұқымдары, микроорганизмдердің аса өнімді штамдары алынады. ØБиотехнология – биологиялық процестердің өту заңдылықтарын терең зерттеу негізінде биологиялық объектілердің қызметін пайдаланатын қазіргі заманның өте тиімді технологиялардің бірі болып табылады.

• Биотехнологияның міндеттері • 1) медицинада биологиялық ырықты заттар мен дәрілік препараттарды (интерферондар, инсулин, өсу гормоны, антидене) алу; • 2) өсімдіктерді аурулар мен зиянкестерден қорғайтын микробиологиялық заттарды, бактериялық тыңайтқыштарды, өсімдіктердің өсу регуляторларын, гендік және клеткалық инженерия әдістері негізінде сыртқы ортаның қолайсыз факторларына төзімді және өнімділігі жоғары өсімдік бұдандарын алу ;

3) мал шаруашылығының өнімділігін арттыру, мал азығының құрамын жақсарту мақсатында (мал азықтық белок, амин қышқылдар, ферменттер, витаминдер, мал азықтық антибиотиктер) алу; 4) тағамдық, химиялық, микробиологиялық т. б. өндіріс салаларында қолданылатын құнды шаруашылық өнімдерді алу технологияларын жасау; 5) ауылшаруашылық, өндірістік және тұрмыстық қалдықтардың терең және жоғары эффективті тазарту, ағын сулар мен ауа газ қалдықтарын биогаз және жоғары сапалы тыңайтқыштар алу технологияларын жасау және кеңінен қолдану.

Биотехнологияның даму тарихы Ø 1 кезең. XVIII ғасырдың соңына дейін – биотехнологияның тууы. Биотехнологияның тууы ауыл шаруашылық негізіне, яғни өсiмдiк және мал шаруашылық өнiмдерін өңдеуiмен тығыз байланысты болған.

Ø 2 кезең (XIX мен XX-ғасырдың алғашқы жартысында) – биотехнология жеке ғылым саласы ретінде дамыды. Ø XIX - XX ғғ биогаз қондырғылары құрастырылды. Биогаз (метан) және тыңайтқыштар алына басталды. Ø XX г. 40 -шы жылдың аяғында үлкен масштабта антибиотиктер алу нәтижесінде микробиологиялық өндірістің дамуы алға басты. Ø Микроорганизмдерден амин қышқылдары, витаминдер, органикалық қышқылдар, ферменттер өндіретін өндіріс орындары ашылды. Ø 60 -шы жылдың аяғында ферменттерді иммобилиздеу технологиялары дамыды.

• 3 кезең (XX ғ 70 -ші жыл) – биотехнологияның гендік және клеткалық инженерия салаларының қарқынды дамуымен тығыз байланысты болды. Ø Казіргі заманғы биотехнологияның қалыптасу - рекомбинантты ДНҚ құрастырылған, 1972 жылы болып саналады. Ø Жаңа құрастырылған микроорганизмдердің құнды заттарды өндіру белсенділігі физикалық және химиялық мутагендер арқылы алынған штамдарға қарағанда 5 -10 есеге артық.

Биотехнологиялық әдістердің артықшылықтары мен ерекшеліктері • 1) Көп энергия көзін талап етпейді. Биотехнологиялық процестер қалыпты қысым мен температурада 20 -40° С жүзеге асады. • 2) Биотехнологиялық өндірісте стандартты бір типті қондырғылар қолданылады.

• 3) Биотехнологиялық процестерді қалдықсыз жасау үшін қиындық тудырмайды. • Микроорганизмдер әр түрлі субстарттармен қоректену қабілеттеріне байланысты белгілі бір өндіріс орындарының қалдықтарынан белгілі бір микроорганизмдердің штамдарын қолданып құнды заттар алу мүмкіндігі жоғары болады.

• 4) Қалдықсыз биотехнологиялық өндіріс экологиялық таза болады. Яғни, биологиялық қалдықтардың (азық түлік, ағаш, целлюлозалық-қағаз т. б. өндірістерде) биотехнологиялық процесс арқылы қайта өңделуі нәтижесінде аралық заттардың жойылуы жүзеге асады. • 5) Биотехнологиялық салада зерттеу жұмыстарын жасау үшін үлкен қаржы мен қымбат қондырғыларды талап етпейді.

Биотехнология принциптері 1. Экономикалық негізділік. 2. Технологиялық әдістемелерді мақстатты түрде (үнемділік) қолдану. 3. Биотехнологиялық процестің ғылыми негізділігі. • 4. Өндірісті арзандату.

Биотехнология бағыттары: Өндірістік биотехнология ( өндірістік микробиология) Өсімдік және жануарлардың клеткалары мен ұлпа культуралары Гендік инженерия

Клеткалық биотехнологияда қолданылатын негізгі әдістер: • 1) клондық микрокөбейту; • 2) протопласттарды бөліп алу және сомалық гибридтерді алу; • 3) гаплоидты және дигаплоидты өсімдіктер алу; • 4) генетикалық трансформациялаудың нәтижесінде модификацияланған өсімдіктердің регенерациясын тудыру.

In vitro жағдайында өсірілетін клеткалар мен ұлпалар Өсімдіктерді генетикалық жақсарту Регенерант өсімдік Клондық көбейту мен сауқтыру Биотрансформация Қажетті өнімдер биосинтезі Клеткалық масса Өсімдік клеткалары мен ұлпаларын in vitro жағдайында өсіру технологиялары

• Өсімдік клетка культураларын қолдану аясы екіге жіктеледі 1) Организмнен тыс клетка биологиясын зерттеуде клеткалық культуралар өсімдіктердің генетикасы, физиологиясы, молекулалық биологиясы және цитологиясы салаларындағы іргелі ғылыми-зерттеулерде жетекші роль атқарады. Толыққанды өсімдіктің ұлпалары мен клеткаларындағы метаболизмді және оның ретелуін зерттеу мақсатында клеткалар мен ұлпа культураларын адекватты модель ретінде қолдануға болады.

2. Жоғары сатыдағы өсімдіктердің клетка культураларын өте қарапайым микрообъект ретінде қарастыруға болады, оның негізінде оларды зерттеуде арнайы аппаратуралар мен технологияларды және микробиологияда қолданылатын әдістерді қолдануға мүмкіндік туады. Сонымен қатар, культурада өсірілетін клеткалар арнайы даму бағдарламасына өтуге қабілетті, яғни сомалық клеткадан өсуге және көбеюге қабілетті толыққанды өсімдік дамиды. Олар көбеюге және өсуге қабілетті болады.

Өсімдіктердің клеткалары мен ұлпаларын өсіру негізінде жаңа технологиялық бағыттардың дамуы: 1. Өсімдіктерден биологиялық ырықты заттарды алу: • Екінші реттік метаболиттік өнімдер (токсиндер, гербицидтер, өсу регуляторлары, алкалоидтар, стероидтар, терпеноидтар);

• Ерекше өзіндік қасиеттерге ие жаңа қоспалар алу, бүл культурада өсірілетін клеткалар популяцияларының әр тектілігі, генетикалық өзгергіштігі және модификациялық тұрақты клеткалық линиялардың селективті сұрыпталуы нәтижесінде, кей жағдайларда мақсатты түрдегі мутагенезге ұшыратуы негізінде жүзеге асады; • Суспензияда өсірілетін клетка культураларын химиялық заттарды биотрансформациялайтын кең спектрлі мультиферменттік жүйелер ретінде қолданауға болады.

• 2. Өсімдіктердің клондық микрокөбейту коэфициентін жоғарылату • 3. Вирустан құлан таза өсімдіктер алуға болады.

• 4. Эмбриокультура және in vitro жағдайында ұрықтандыру әдістері прогамды және постгамды сәйкессіздікті (әлжуаз ұрық) жеңу мақсатында және қашықтан бұдандастыру арқылы өсімдіктерді алу үшін қолданылады. • 5. Антерлы культуралар – гаплоидтар мен дигаплоидтарды алу үшін тозаңдар мен тозаңқаптарды қолданады.

• 6. Клеткалық мутагенез және селекция. Ұлпа культураларынан сомаклондық өзгергіштіктің нәтижесінде фенотиптік және генотиптік ерекшеліктері бар регенеранттар тузіледі. Кей жағдайларда мутагенздік өңдеусіз де нәтижеге жетуге болады.

• 7. Криоконсервлеу және генофондты сақтаудың басқа да әдістерін қолдануға болады. • 8. Өсімдік клеткаларын иммобилиздеу. • 9. Өсімдік протопласттарын құйылыстыру нәтижесінде сомалық гибридтеу.

• 10. Әр түрлі клеткалық органеллаларды қосу арқылы клеткаларды құрастыру. • 11. Хромосомалық және гендік деңгейде генетикалық трансформациялау. • 12. Вирустар, бактериялар мен жәндіктерді қолданып «қожайын-паразит» жүйесін зерттеу.

Өсімдіктердің жаңа сорттарын алу принциптері: • Бұдандастыру; • Рекомбинация; • Мутация; • Сұрыптау.

Өсімдіктерді генетикалық жақсаттудың биотехнологиялық әдістері Дәстүрлі әдістер мен жаңа әдістерді үйлестіру Клеткалық инженерия Гендік инженерия • Генетикалық базисты кеңейту • Селекуиялық процсті жеңілдету және жылдамдату • Табиғатта жоқ жаңа формаларды шығару

Селекцияның дағдылы әдістерін клеткаларды in vitro өсіру әдістерімен үйлестіру Түпкі тектері алшақ өсімдіктерді бұдандастыру In vitro жағдайында ұрықтандыру бұдандастыру Жыныстық сәйкессіздікті жеңу Гаплоидтық селекция Тозаңқаптарын, микроспораларды, түйіндерді, тұқым бүршіктерін, ұрық қалталарын in vitro жағдайында өсіру Гаплоидтар мен изогенді линияларды алу Клеткалық селекция Селективті жағдайда сомалық клеткаларды өсіру Сомаклонды варианттар мен мутанттарды алу

Клеткаларды, ұлпаларды, мүшелерді in vitro жағдайында өсіру Агроөнеркәсіп Химиялық өнеркәсіп Дәрі дәрмек препараттарын өндіру Ауылшаруашылық биотехнологиясы Химиялық заттрады биомассадан алу, оларды сараптау Өсімдіктерді көбейту және сауқтыру Өсімдіктерді генетика тұрғысынан жақсарту Генофондты сақтау Медицина