Гендік және метаболизмдік инженерияның әлеуетті мүмкіндіктері

 
 
126 
генетикалық  құралдарды  дамытуда  елеулі  табыстарға  қол  жеткізілді.  Мүмкін,  осы  жетістіктердің 
көпшілігін  өнеркәсіптік  пайдаланылатын  ағзаларға  да  қолдануға  болады.  Келесі  бөлім  биоэнергия 
өндірісі үшін биотопты негіз ретінде цианобактерияларды/микробалдырларды жақсарту мақсатында 
қарастыруға болатын гендік және метаболизмдік инженерияның әлеуетті бағыттарына арналған. 
 

 
Цианобактериялардың  геномын  секвенирлеу  олардың  әлеуетін  биоотынның  келесі  ұлы 
көздерінің бірі ретінде тексеруі тиіс. 

 
Метаболизмдік  жолдардың  амал-шарғыларын  жасау  жасушалық  функцияларды  қалаған 
өнімдер синтезі бағытын қайта бағыттай алады. 

 
Метаболизмдік инженерия мутагенез арқылы немесе трансгендерді енгізу арқылы ағзаның 
жасушалық механизмін тікелей бақылауға мүмкіндік береді [86].  

 
Көптеген ғылыми-зерттеу жұмыстары микробалдырлар/цианобактериялардың жасушалық 
қабырғасының  қасиеттерін  өзгертуге,  сутегіге  немесе  басқа  өнімдерге  арналған  жаңа 
гендерді  түрлендіруге,  липидтердің  синтезін  арттыруға,  тиімді  заттарды  –  негізін 
қалаушылар мен басқа да қызықты және пайдалы салаларды іздеуге бағытталған. Аризона 
штатының  зерттеушілері  фотосинтезден  кейін  өздігінен  түзуге  арналған  микробтарды 
генетикалық  бағдарламалау  арқылы  биоотын  өндірісін  арзандату  және  жеңілдету  әдісін 
тапты  деп  санайды,  бұл  биоотынның  негізін  қалаушыларын  қалпына  келтіру  жеңіл  және 
әлеуетті аз шығынды етеді. Гендер бактериофагтан алынды [87–90].  

 
Соңғы жылдары PS I және PS  II кванттық тиімділігін арттыра отырып және электрондар 
ағынын ферменттер жағына бағыттай отырып, тилакоид жарғақшалары арқылы тиракоид 
жарғақшалары  арқылы  тиракоидты  градиенттер  ағынын  ферменттер  жағына  бағыттай 
отырып,  нитрогеназа,  гидрогеназа  сияқты  бөліп  шығаратын  H2  ферменттерді  активтікке 
және аса айқындауға бағыттау арқылы цианобактериялар штаммдарының мақсатты гендік 
инженерия  әдісімен  сутегі  өндірісін  кез  келген  басқа  бәсекелес  жолдың  жағына  қарай 
жақсартуға әрекет жасалды [9, 14].  

 
Asada  және  оның  әріптестері  цианобактерияға  Clostridium  pasteurianum  гидрогеназасын, 
Synechococcus PC7942, цианобактериялар үшін гендік инженерия кешенін жасап, жоғары 
тәжірибе  жасауға  тырысты.  Олар  цианобактериалды  жасушаларда  электриндуцирлеу 
кезінде клостридиальді гидрогеназаның ақуызы фотожүйелер өндіретін электрондарды алу 
арқылы сутегін өндірумен айналысатынын көрсетті. [91].  

 
Этанолды  жоғары  тиімділікпен  өндіру  үшін  фотосинтетикалық  цианобактерияларды 
гендік  трансформация,  штаммның  немесе  үдерістің  дамуы  және  бейінді  метаболизмдік 
модельдеу/талдау  арқылы  өңдеуге  болады.  "Dexter  and  Fu,  2009"  компаниясы 
пируватдекарбоксилаза  (pdc)  және  алкогольдегидрогеназа  II  (adh)  гендерін  Zymomonas 
mobilis  – тен Synechocystis PCC 6803 sp-ке өзгертті. Бұл штамм CO2 фототрофты әдіспен 
этанолға айналдыруы мүмкін [92].  

 
Балдырлардан айырмашылығы, цианобактериялардың жақсы әзірленген гендік-инженерлік 
әдістері бар, бұған этанол мен бутанолды қоса алғанда, бірінші буын биоотын өндірісіне 
арналған  цианобактериялардың  гендік  инженериясы  куә  бола  алады.  Бұдан  басқа, 
цианобактериялар  еркін  май  қышқылдарын  (ЕМҚ),  биодизель  негізін  қалаушылары, 
жасушадан  тыс  ортаға,  шығыстағы  өнімнің  бөлінуін  жеңілдетеді.  Бұл  белгілер 
цианобактерияларды  биодизельді  шикізаттың  әлеуетті  көзі  ретінде  зерттеуді 
ынталандырады. 

 
Микробалдырлар, фотосинтетикалық майдың табиғи өндірушілері, биодизель саласындағы 
көптеген  зерттеулердің  ортасында  орналасқан.  Цианобактериялар  балдырлар  сияқты 
майды  табиғи  түрде  өндірмейді.  Ацетил-СоА-карбоксилазаны  (ACCase)  асыра  айқындау 
липидтердің биосинтезін күшейту үшін қолданылды [86]. 

 
Метаболизмдік  инженерия  теңіз  балдырларынан  алуға  болатын  қантты  ферменттеуді 
жақсарту  үшін  қолданылды.  Галактоза  Цейлон  мүк  қызыл  балдырларынан  23% 
гидролизатты  құрайтын  Қызыл  теңіз  балдырларының  гидролизатындағы  негізгі  қант 
қоспасы  болып  табылады.  Осыған  байланысты,  S.cerevisiae  зерттеуінің  көмегімен 
галактозаны этанолға дейін ферменттеуді кеңейту мақсатында ғылыми-зерттеу жұмыстары 
жүргізілді.  Ашытқы  S.  cerevisiae  жабайы  түрдегі  галактозада  ыдырауға  қабілетті,  бірақ 
этанолдың шығуы мен өнімділігін шектейтін екі негізгі мәселе бар. Біріншіден, этанолды 
өндіру және галактозадан шығару жылдамдығы глюкозаға қарағанда әлдеқайда төмен [93–

 
 
127 
97].  

 
Генетикалық  трансформация,  бәлкім,  H2  өнімін  жақсарту  әрекеттерінде  айтарлықтай 
әлеуетке  ие,  әсіресе  C.  reinhardtii  жағдайында,  себебі  оның  гені  толығымен  анықталған 
және  бүгінгі  күнге  белгілі  H2  үздік  продуценттерінің  бірі  болып  табылады.  Бірнеше 
мутанттар  алынды  және  мутациялар  әртүрлі  деңгейде  орындалды,  мысалы  гидрогеназа 
ферменті,  сульфат-пермеаза  және  рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилаза  (RuBisCO), 
сондай-ақ PSI және PSII фотожүйелерінде де [98].  

 
Микробалдырларды  өсірудің  техникалық  және  физиологиялық  параметрлері  сутегіні 
өндірудің  тиімділігін  арттыру  үшін  оңтайландырылды.  Мысалы,  "Scoma  and  Torzillo" 
компаниясы  жарық  қарқындылығы,  хлорофилл  шоғырлануы  және  C.reinhardtii-да  H
2 
өндіру кезінде дақылдарды араластыру арасындағы өзара байланыс туралы хабарлады [98, 
99]. 

 
Жарық  энергиясын  жоғалту  фотохимиялық  белсенді  реакциялық  орталықтардың  артық 
қанығуын алдын алатын гендік инженерия көмегімен II (PSII) фотожүйенің жарық беретін 
антеннасын  қысқарту  жолымен  азайтылуы  мүмкін.  Бұл  стратегия  фотозақымдауды 
азайтудан  тұратын  қосымша  артықшылыққа  ие,  сонымен  бірге  керісінше  жағдайда 
шашырап,  мәдениетке  тереңірек  еніп,  сол  арқылы  H
2
  жиынтық  шығысын  ұлғайтатын 
жарыққа  мүмкіндік  береді.  In  vitro  жасушалық  –  культуралдық  сынақтары  биомассаны 
өндіру тиімділігін екі есе арттыратыны, ал мұндай штаммдардың тиімділігін бағалау үшін 
қазіргі  уақытта  нақты  жағдайларда  ашық  ауада  сынақтар  жүргізілетіні  көрсетілді. 
Reinhardtii  Stm6  штаммының  көрнекі  мысалдарының  бірі  болып  табылады,  ол  оның 
жабайы түріне қарағанда H2-ден 5 есе көп өндіруге қабілетті [19, 99-101]. 

жүктеу/скачать 4,71 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: