Микроорганизмдер селекциясы және биотехнология

Шығу тегі, өзіне тән белгілері бар бактериялардың жаңа штаммдарын алу (немісше, stamm – негіз, дің) осы микроорганизмдерге тән бірқатар қасиеттердің арқасында жеңілдетіледі. Олар өте тез көбейеді және генофорда гаплоидты ДНК мөлшері болады, сол арқылы барлық мутациялар бірінші ұрпақтың өзінде фенотипте көрініс береді. Сондай-ақ, прокариоттық микроорганизмдердің физиологиялық және биохимиялық қасиеттерінің алуантүрлілігі, олардың сан жағынан көптігі селекцияға қажетті белгілері бар мутант бактериялардың арасындағы таңдау жасауды күшейтеді.

Бүгінгі таңға дейін микроорганизмдер арасындағы селекцияның негізгі әдістері индукциялық мутагенез және генетикалық бірегей клеткаларды қолдан сұрыптау саналды. Осы әдіске сүйене отырып, С.И.Алиханян әріптестерімен зең саңырауқұлақтарының штаммдарын алды, олар антибиотиктердің 1000 есе қолайлы өндірушілері болатын. Қазірде микроорганизмдер селекциясында үлкен мәнге ие болып отырған гендік және клеткалық инженерия әдістері, олар генетикалық материалдың жаңа комбинацияларын құру арқылы алдын ала белгіленген қасиеттері бар микроорганизмдер алуға мүмкіндік береді. Микроорганизмдер селекциясында бұл әдістің дамуы биотехнологияға негіз берді.

Биотехнология (грекше, bios – өмір және techne – шеберлік, өнер) тірі организмдер және биологиялық процестерді өндірісте қолдануды айтады. Бұл өндірістің түрі өз атауын 1970 жылдары алған болатын, алайда микроорганизмдер ертеден бері нан ашытуда, шарап өндірісінде, сыра қайнату мен ірімшік жасауда қолданылып келген. Қазіргі биотехнология микробиология, биохимия, молекулалық биология және генетика, т.б. ғылымдардың жетістіктерін пайдаланып келеді.

Қазірде микробиологиялық синтез негізінде антибиотиктердің, интерферондардың, гормондардың, ферменттердің, витаминдердің, өсімдіктерді зиянкестерден қорғаудың және өзге де биологиялық белсенді заттарды өндірістік алу жолдарын өңдеп шығарды. Биотехнологияның жетістіктерінің бірі болып адам және жануарлардың ауруларын диагностикалау мен емдеуде қолданылатын синтетикалық вакциналар мен моноклонды антиденелерді алуды айтсақ болады. Биологиялық әдістер, сонымен қатар қоршаған ортаны ластаушылардан, мұнай және оның өнімдерінен қорғау мақсатында биологиялық жолмен тазалау жатады.

Биотехнология қалыптасуының бірінші кезеңінде жеткен жетістіктері биотехнологияның жақын болашақта қазіргі адамзаттың бірқатар мәселелерін шешуде, мысалы, денсаулық пен қоршаған ортаны қорғау, планета тұрғындарын тамақ және өзге де химиялық заттармен, дәрілік препараттармен қамтамасыз етумен қатар, т.б. улкен қызмет атқаратыны сөзсіз.

Микроорганизмдер селекциясының негізгі өдістері — тәжірибелік мутагенез және сұрыптау. Микроорганизмдердің жоғары өнімді штаммаларын шығару үшін оларға мутагендермен әсер етіп, жасушада мутация туғызады. Штамма (неміс тілінде — үрпак) дегеніміз — морфологиялық және биологиялық қасиеттері бірдей бір түрге жататын микроорганизмдер себіпдісі. Осындай зең саңырауқұлақтарынан алынған штаммалар пенициллин өндіруде бастапқы формаларынан мың есе әсерлі болған. Ашытқы саңырауқұлақтардың жаңа штаммалары нанның сапасын жақсартуға мүмкіндік берді. Биомицин түзуші штаммалардың өнімділігі 600%-ға, террамицинді түзушілер өнімділігі 80%-ға өсті. Генетикалық өдістер көмегімен лизин және глутамин қышқылдарын өндіру арттырылды. Сонымен қатар микроорганизмдердің өнімді формалары витаминдерді, гормондық препараттарды, ферменттерді өндіруде зор маңызы бар.

Тамақ өнеркөсібінде нан пісіру, спирт алу жөне сүт ашыту, одан өр түрлі тагамдар даярлау, шарап жасау жұмыстары микроорганизмдердің тіршілік әрекетіне негізделген. Мұндай штамдар мал шаруашылығы үшін азықтық нәруызды, тамақ өнеркәсібі мен медицинада қолданылатын ферменттер мен витаминдік препараттарды өндіруде маңызды рөл атқарады.

Микроорганизмдер штамдарын алуда тәжірибелік мутагенез бен сұрыптау әдістерін қолданады. Түрлі радиоактивті сәулелермен және химиялық мутагендік заттармен әсер ету арқылы қажетті өнімдерді көп мөлшерде бөліп шығаратын мутантты штамдар алады.осы әдісті пайдалану арқылы . Мысалы, пенициллиум зең саңырауқүлағынан пенициллин, актиномицеттерден стрептомицин мен биомицин антибиотиктері алынып, адамның түрлі жұқпалы ауруларын емдеуге кеңінен қолданылады. Мутантты формалардан алынатын антибиотиктердің мөлшері кәдімгі штамдарға қарағанда 10—12 есе жоғары келеді. Сонымен қатар организмге кажетті аминқыш-қылдар мен витаминдер бөліп шығаратын жаңа мутанттар да шығарылды. Осындай бір бактериялык мутантты штамм кәдімгі штаммен салыстырғанда жануарлардың дұрыс өсіп жетілуін қамтамасыз ететін лизин ам.қыш 500 есе артық бөледі. Біздің елімізде микроорганизмдердің антибиотиктерді көп бөліп шығаратын мутантты формаларын алуға М.Х.Шығаева, Н.Б.Ахматуллина, К.А.Төлемісова, т.б. ғалымдар зор үлес қосты.

Гендік инженерия, немесе генетикалық инженерия— генетикалық және биохимиялық әдістердің көмегімен түраралық кедергілері жоқ, тұқым қуалайтын қасиеттері өзгеше, табиғатта кездеспейтін жаңа гендер алу; молекулярлы биологияның бір саласы. Гендік инженерия әр түрлі организмдер геномының бөлігінен рекомбинатты ДНҚ құрастырумен қатар, ол рекомбинатты молекулаларды басқа ағза геномына енгізіп, жұмыс істеуін (экспрессиясын) қамтамасыз етеді.

 Генетика селекцияның ғылыми негізі болып есептелінеді. Тұқым қуалаушылық пен өзгергіштіктің негізгі заңдылықтары барлық организмге тән қасиет. Жануарлардың, өсімдіктердің жаңа тұқымы мен сорттарын шығаруда осы заңдылықтарды білудің маңызы зор. Себебі, ол тұқым қуалайтын өзгергіштікке негізделген. H.И.Вавилов селекцияның теориялық негізін қалады.

1. 
   Жануарлардың, өсімдіктердің және микроорганизмдердің тұқымдық, сорттық, түрлік және туыстық ерекшеліктерін зерттеуді көрсетті.
   
2. 
   Тұқым қуалайтын өзгергіштік белгілер мен қасиеттердің дамуына сыртқы орта факторларының әсер ететіндігін анықтады.
   
3. 
   Организмдердің пайдалы белгілері мен қасиеттерінің тұрақтандырылуына жағдай жасайтын қолдан сұрыптау жүйесін жасады.
   

Н.И.Вавиловтың айтуы бойынша: "Селекция үшін қажетті бастапқы материалды білмей, олардың шығу тегі мен эволюциясын зерттемей тұрып, жануарлардың, өсімдіктердің қазіргі сорттарын, тұқымын жаңарту, жақсарту мүмкін емес". Сонымен қатар жануарлардың, өсімдіктердің жабайы арғы тегі формаларының, мәдени формаларына қарағанда бай екенін көрсетті. Сондықтан өсімдіктердің жаңа сорттарын, малдардың асыл тұқымын шығаруда олардың ата тегінің бағалы белгілері бар түрлерін будандастыруға пайдалану қажет екендігін анықтап берді.