Микробиологиялық синтез
жүктеу/скачать 25,87 Kb.
|
ÐикÑобиологиÑлÑÒ ÑинÑез-1
|
Микробиологиялық синтез Микробты жасушалар арқылы жүзеге асатын , химиялық қосылыстар мен басқа өнімдерді алуға арналған өндірістік әдіс микробиологиялық синтез деген атпен белгілі. Ондай өнімдер, мысалы, тағамдық ашытқылар бұрыннан белгілі. Микробиологиялық синтез қолданылуы XX ғасырдың жылдары понициллин өндірісінің дамуымен басталды. Сол кезден бастап микробиологиялық өнеркәсіп дами бастады. Микробиологиялық синтез кезінде өте қарапайым заттан күрделі заттың пайда болуы жүреді, нәтижесінде микробты жасуша ферментті жүйеге функционирленеді. Ол осы ашытумен, сондай-ақ макроорганизмдердің зат алмасуынан түзілетін қнімдермен ерекшеленеді. Алайда ашыту органикалық заттардың ферментті ыдырауы бойынша жүреді. Микробиологиялық синтез бірнеше есе микробты жасушаны пайдаланатын, микроорганизмдердің өте үлкен жылдамдықпен көбею және заталмасудан қалған өнімдерді (амин қышқылдары, витаминдер және т.б.)бөлуқабілеттерін пайдаланады. Мұндай микроорганизм-продуценттер табиғи шикізаттардан бөлінеді немесе мутантты штамптан алынады. Мутантты штамп табиғиға қарағанда белсендірек. Соңғы жылдары продуценттер ретінде генді инженерия арқылы алынатын культурлар қолданылады. Органикалық заттардың микробиологиялық синтезі үшін бастапқы шикізат ретінде арзан азот (нитраттар) және көміртек (көмірсутектер, көмірсулар, майлар) туындылары қолданылады. Микробиологиялық синтез сатылы жүреді, оның негізгісі болып керекті микроорганизм-продуцентті культурларды дайындау, продуцентті өсіру, ферментация немесе синтез процестерінің өзі, фильтрация және биомассаны бөлу, бөліп алу және алынған өнімді тазалау, кептіру жатады. Қазіргі кезде микробиологиялық синтезді амин қышқылдарын, витаминдерді, провитаминдерді, коферменттерді және ферменттерді, нуклеозид-фосфаттарды, алкалоидтарды және т.б. ДЗ өнеркәсіптік алуда қолданылады. Витаминдер мен коферменттердің микробиологиялық синтезі кеңінен жаңа технологиялық схемаға негізделіп келеді. Физиология аумағында микроорганизм-продуцентті БАВ қолдану биосинтезді тиімді етеді және шығымын үлкейтуге мүмкіндік береді. Өндірісте көрсетілген әдістерді қолдану арзан шикізат көзін пайдалануға, өнім шығымын арттыруға, химиялық синтездің құнды сатыларын алмастыруға мүмкіндік береді. Микробты ферменттердің химиясы мен биохимиясын зерттеу оларды алуға ғана емес , жаңа витаминдер мен ферменттердің табылуына мүмкіндік береді. Бұл жаңа ДЗ табиғи құбылыстың пайда болуына жол ашады. Көптеген органикалық қышқылдар мұнайды өңдеу және құрғақ шымтезекті айдаудан алынған өнімдерден химиялық әдістермен алынады. Алайда, егер қышқылдар медициналық және тағамдық мақсатта қолданылатын болса, оның синтезі күрделі болып келеді, яғни микробиологиялық әдістер қолданылады. Қазір лимон, глюкон, кетогулон қышқылдарын тек микробиологиялық синтез жолымен алады, ал сүт және сірке қышқылдарын химиялық және микробиологиялық әдіспен де алады. Бұл қышқылдардың көпшілігі ДЗ болып табылады немесе өздерінің синтезінде соңғы өнімі ретінде немесе тұздарды алуда қолданылады. Ерте кезде органикалық қышқылдар өндірісінің негізгі шикізаты ретінде көмірсулар ( сахароза, глюкоза, крахмал) қолданылды. XX ғасырдың 60-жылдарынан бастап бұл мақсатта тағамдық емес шикізаттар қолданылып келеді. Солардың ішінде мұнайдың қалыпты парафиндері. Микроорганизмдер аминқышқылдарының продуценттері болып табылады. Олар медициналық практикада немесе ДЗ синтезінде жартылай өнім ретінде қолданылады. Қазіргі кезде амин қышқылдар өндірісі биотехнологияның дамыған саласы болып табылады. Бұл өндіріс технологиясы дәстүрлі селекция әдісін қолданумен ферментация процесіне негізделген. Бұл мақсатта сол немесе басқа амин қышқылдарының штам-продуценттерін ашу үшін мутанттарды таңдау жүргізіледі. Мұндай штаммдар медицинада қолданылатын амин қышқылдарының белсенді продуценті болып табылады. ДЗ қатарын алуда органикалық заттардың микробиологиялық трансформациясы қолданылады, яғни микроорганизмдердің ферменттері арқылы жүретін қандай да бір органикалық қосылыстың басқа қосылысқа айналуы. Органикалық синтезбен салыстырғанда микробиологиялық трансформацияда ферменттердің спецификалық қабілеттері мен жұмсақ жағдайда (сулы ортада, 100 С-тан жоғары емес ) биосинтезді орындау технологиялық процесті оңайлатады. Сол себепті қалдық өнімдер мен зиянды заттар мөлшері азаяды. Микробиологиялық трансформация тотығу-тотықсыздану, сабындану, декарбоксилдену, гидролиз, дезаминдеу, метилдеу, конденсация, этерификация, галогендеу, изомеризация, оптикалық антиподтарға ыдырау, нуклеотидтер синтезі және т.б. әдістер арқылы органикалық қосылыстардың айналуына алмасуы мүмкін. Микробиологиялық трансформацияның таксономиялық спецификалық қатары анықталды. Мысалы, стероидтарды гидроксилдеу грибов қатысында жүреді, ал стероидтардың тотықсыздануы мукобактериялар арқылы жүреді. Амино топтардың тотығуына стрептомицеттер, дезаминдеу және тотықсыздануға – ашытқылар арқылы жүреді, әр түрлі көмірсутектердің тотығуына және ароматты сақинаның бұзылуы псевдомонад арқылы, ал ароматты сақинаның гидроксилденуі артробактериялар және т.б. қатысында жүреді. Биохимиялық тотығудың негізі - изолирленген жануарлардың органдарын қолдануында. Стероидты қосылыстардың микробиологиялық тотығуы үшін ( мысалы, 11 жағдайындағы прогестерон) Rhizopus кейбір түрлерінің микроорганизмдерін қолданады. Мұндай тотығу биохимиялылықтан қарапайым технологиялық бөлінуі бойынша, тазалығы және соңғы өнімнің шығымы (30-60%) бойынша ерекшеленеді. Елімізде микробиологиялық трансформация өнеркәсіпте стероидты гармондар алуда, көбінесе гидрокортизоннан преднизолонды, преднизолоннан гидрокортизонды, кортексолоннан гидрокортизондыжәне т.б. алуда қолданылады. Кортизон, гидрокортизон, т.б. ДЗ синтезінде микроорганизмдердің қолданылуы өнеркәсіптің шығынын төмендетті. Медицинада қан плазмасын алмастырушы ретінде қолданылатын полисахаридтердің қатары да микроорганизмдермен продуцирленеді. Алайда полисахаридтерді антисептиктер ретінде қолдану тиімді болып табылады. Санкт-Петербургтың химия-фармацевтикалық академиясының ғалымдары полисахарид негізінде жараны емдейтін губка-аубазипорды ойлап тапты, ал НИИ вакцина мен сарысулар (сыворотка) – жаңа антисептикалық препарат катацелді ( целлюлоза мен аммоний негізіндегі полимерлі тұз ) тапты. Микроорганм-продуценттердің биохимиялық ерекшеліктері мен алкалоидтар биосинтезінің механизмін біліп, микробиологиялық синтезін басқаруға болады. Селекция және генетика әдістері арқылы жыртқыш штаммдар негізінде жоғары активті продуцентті алкалоидтар алуға болады. Үлкен қызығушылық, эргоалкалоидтарды синтездейтін аскомицеттің Clavlceps түрі туғызып отыр. Химиялық құрылымы күрделі болып келетін қосылыс, ферменттер, тек микробиологиялық синтез негізінде алынады. Ферменттер ДЗ ретінде кеңінен қолданылады. Биотехнологияның интенсивті дамуы микроорганизмдерді жаңа практикалық негізде, витамндер мен коферменттерді алу үшін қолдануға жол ашады. Биотехнологияда витаминдерді, шикізат ретінде көмірсуларды, төменгі спирттер мен қышқылдарды қолдану үлкен мүмкіндіктерді ашады. Биотехнология көмегімен медициналық практикада кеңінен қолданылатын рибофлавинді алу мәселесі шешілді. Гендік инженерия әдістері бациллада рибофлавин биосинтезіне жауап беретін гендерді көбейтуге мүмкіндік береді. Жүргізілген зерттеу нәтижелері бойынша рибофлавиннің продуцирленуі 4-5 мың есе өсті. Микроорганизмдер аскорбин қышқылының, β-каротин, кейбір цитохромдар мен нуклеотидтер, тиамин, цианокобаламин және т.б. продуценті ретінде қызмет атқарады. Биотехнология өнеркәсібінің негізгі бөлігін, қолданылуы үлкен антибиотиктар алады. Биотехнология екі мәселені шешуге мүмкіндік береді: антибиотиктар өндірісін үлкейту және организмге кері әсерін төмендету. Бұл мәселенің шешімін АМИ С.М.Навашина акад. басқаруымен ғылыми коллектив ВНИИ жаңа антибиотиктардың өндірісін тапты. Бұл мақсатта микроорганизмдерден антибиотиктар түзілуін тездететін заттар бөлінді. Арнайы орналастырылған гранулалар өндірістік масштабта ұзақ уақытқа дейін жаңа антибиотиктар алуға мүмкіндік береді. Мұндай процесс жүретін реакторлар жоғары өнімділігімен, аз орын алуымен, қалдық өнім қалмауымен ерекшеленеді. Алынған жаңа антибиотиктар үлкен антимикробты қабілетті спектрге ие. Олар аллергиялық реакция туғызбайды. Биотехнология мен гендік инженерия саласында өте таза биопрепараттарды белсенді зерттеу жұмыстары МемҒЗИ Ғылыми Мемлекеттік орталығында жүргізіледі. Басқа ҒЗИғалымдарымен рекомбинатты ақуыздар, полипептидтер және микроорганизмдер негізінде ДП алу технологиясын зерттеу жүргізілуде. ҒЗИ заводында техноинженерлі препараттар: интерлейкин 1, эритропоэтин, интерферон 2 және бактериалды препарат витафлор шығарылады. Ресейдің әскери-медициналық академия мүшелерімен бірге сәулелі және химиялық табиғат поражениясын емдеу үшін интерлейкин 1-бета негізінде ДП ойлап табылды, ал эритропоэтин анемияны емдеуде белсенділігі анықталды. Қолданбалы микробиологияның ГНЦ ғалымдары Е бактериясын қолданып гендік инженерия негізінде адамның инсулинді гибридті ақуызының культирлену технологиясын ашты. Вирусология және биотехнологияның Новосибирскідегі ГНЦ рекомбинатты цитокин негізінде ДП ойлап тапты. Біреуі обаға қарсы – альнорин, екіншісі иммуномодулятор ретінде клиникалық тәжірибеден өткен – бефнорин. Микроорганизмдерді қолданудың маңызды саласы медициналық мақсатта вакцина алу болып табылады. Вакциналарға ВИЧ-инфекция, адамға қауіпті ауруларды емдеу үшін жоғары эффективті ДҚ-ды ашу маңызды. Вирусологиялық орталықтың ҒЗИ микробиологиясы белсенді вакцина жасауға жақын. Оны бір енгізгенде өмірлік иммунитет туғызады. Бұл бағыттағы зерттеу жұмыстары 1982 жылы басталды, нәтижесінде гепатит В мен клещевой энцефалитке қарсы рекомбинатты конструкциялы көптеген вакциналар ашылды. Бұл вакциналар «родительские штаммы» негізіндегі вакциналармен салыстырғанда үлкен қауіпсіздік пен төменгі реагенділікті көрсетті. Ғалымдар ВИЧ-инфекциясын тек вакцина көмегімен емдеуге болатындығы туралы шешімге келді. Ал қалған ДҚэффективтілік көрсетпейді және де иммунды жүйені бұзады. Ойлап табылған 50 вакцинаның екеуі ғана клиникалық тәжірибеден өтті (АҚШ және Таиландта өткізілді). Вирустарға (өлген вирустарға), сонымен қатар сальмонеллге негізделген вакциналар белсенді болып табылды. АҚШ ғалымдарының ойлап тапқан СПИД-ке қарсы вакцинасы жақынырақ. Оны 5 жыл ішінде шығару жүзеге асырылмақ. Болжап отқан мұндай вакцинаның бағасы өте жоғары, сол себепті басқа елдерге ол тек 15-20 жылдан кейін ғана жетуі мүмкін. ҚР БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ ФАКУЛЬТЕТІ СӨЖ Тақырыбы: Микробиологиялық синтез Орындаған: Талиева М.Х., Пазыл Е.К. ОЗХТ-302 Тексерген: Халменова З.Б. Алматы 2017 жыл жүктеу/скачать 25,87 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|