п л а зм и д а л а р д а н

— тиісті өсімдік-реципиентті генетикалық сипаты бойынша 
таңдау;
— өсімдік-реципиент  жасушаларында  вектор  құрамында 
генді  (гендерді)  трансформациялау  мен  экспрессия;
— трансформацияланған  жасушаларды  регенерациялау 
және  трансгендік  өсімдіктерді  сұрыптау.
Трансгендік  ауылшаруашылық  өсімдіктерін  алғанда  көбі- 
несе  сыртқы  ортаның  әртүрлі  қолайсыз  абиотикалық  (түз- 
дардың жоғары  қүнарлығы,  пестицидтер,  қүрғақшылық, т.б.) 
және  биотикалық  (фитопатогендер,  зиянды  шыбын-шіркей- 
лер)  себеп  шарттарға төзімділігін  анықтайтын  гендер  пайда- 
ланылады.  Ең әуелі  өсімдік жасушаларын трансформациялау 
үшін  донор-гендер  есебінде  прокариотгар,  бактериялық жасу- 
шалар  қолданылады.  Егер  трансформация  үшін  өсімдік  ген- 
дері  керек  болса,  онда  олардың  жабайы  түрлері  дұрыс-ақ.
Генді  (гендерді)  трансформациялау  үшін  вектор  есебінде 
топырақ бактериялары 
А^гоЬасіегіит  іцте/асіет-Щщ
  бөлініп 
алынған  Ті  -   плазмидалары  жиі  қолданылады.  Табиғи  жағ- 
дайларда 
А.іите/асіепз
  өсімдіктер  тамырлары  (жүзім,  сүйек- 
жеміс  ағаштары,  раушандар)  жұқтырып,  ісікшелер  түзеді  -  
өсімдіктердің қалыпты өсуін бүзатын коронкалы галл Өсімдік 
жасушасына 
А.іите/асіепа
  өтуі  Ті — плазмидаларының транс- 
формациялағыш қабілетіне байланысты. Ті -  плазмида өсімдік 
геніне кірігеді, нәтижесінде жасушаларда фитогормондардың 
(ауксиндер мен цитокининдер) синтезі белсенеді, олардьщ көп 
мөлшерде болуы,  ісік дамуын  қоздырады. 
А.іите/асіещ
 жүқ- 
қан  өсімдіктерде  сонымен  қоса  көміртегі  қосындылары  — 
бактериялардың  қоректік  заттары  опиндердің  синтезі  баста- 
лады.  Өсімдік  трансформациясының  табиғатта  болатын  бұл 
жолы,  вектор  есебінде  Ті — плазмиданы  пайдаланудың негізі 
болды. Бірақ, алдын ала трансгендік технологияны пайдалану- 
дан  бұрын  Ті  -   плазмидадан  фитогормондар  гені  мен  опин 
метаболизмінің  гендері  алынып  тасталынады,  тек  оның 
трансформациялауға  қабілетті  гендері  сақталады.
Өсімдіктер  трансформациясында  өсімдік  жасушаларымен 
агробактерияларды  бірге  қоректендірумен  қатар  0,2-1,0  мкм
125

диаметрлі  алтыи,  платииа  немесе  вольфрам  микробөлшек- 
терімен  биобаллистикалық  зеңбіректермен  өсімдік  жасуша- 
ларын атқылау (бомбардировка) әдісін қолданады. Осы микро- 
бөлшектер бетіне вектордың ДНҚ молекуласы тозандатьшған
(23-сурет).
Ті  -  плазмидалар  қос  жарнақты  немесе  кейбір  дара  жар- 
нақты өсімдіктер геномьша бөтен гендерді  енгізу  үшін  пайда- 
ланылады.  Биобаллистикалық  зеңбірекшелер  көмегімен 
күріш,  жүгері,  соя,  арпа,  бидай  секілді  дара  жарнақты  өсім-
діктер  трансформацияланды.
Рекомбинантгық  ДНҚ  қүрастыру  жоғарыда  аталған  фер-
менттер — рестриктазалар мен лигазаны пайдаланып Ті — плаз- 
мида ДНҚ-сы нуклеотидтік ретіне қажетті  генді  кіріктірумен 
жүзеге  асады.
Трансформациялау үшін  жасушалар -  реципиент есебінде 
каллустық  үлпасынан  немесе  жапырақ  мезофилінен  бөлініп 
алынған  протопластылар  ең  қолайлы.
Эукариоттық  жасушаларда  бактериялық  гендердің  нәти- 
желі  экспрессиясы  үшін  эукариоттық  жасушалардың  про- 
моторларын  қолдану  керек.  Осындай  түрленулер  эукариот- 
тық РНҚ-полимеразаға бактериялық нуклеотидтік жасушала- 
рында  бактериялық  ақуызды  трансляциялауға  мүмкіндік 
береді. 
‘  ■
^ 
‘ 
^
Трансгендік  өсімдіктердің  регенерациясы  олардың  жасу- 
шаларының  тотипотенттілігіне  байланысты,  ол  темекі,  кар- 
топ,  қызылша,  соя,  рапс,  жоңышқа,  орама  жапырақ,  сәбіз, 
томаттар  секілді  қос  жарнақтыларда  жақсы  білінеді,  ал  дара 
жарнақтыларды,  әсіресе  дәнді  дақылдарда  -   әлсіз.
Бөтен  ДНҚ  енгізу  арқылы  генотипі  өзгерген  трансгендік 
жануарды  алу  зертханалық  тышқандарда  жанжақты  зерт- 
телген  және  ол  келесі  кезеңдерден  түрады:
-   бөтен  генді  (гендерді) 
і п  
у і і г о
 
үрықтанған  жүмыртқаға 
енгізеді;
яЦв
-   үрықтанған  жүмыртқаны  үрғашы-реципиент  организ- 
міне  инокуляциялайды;
-   төлдерден  генотипі  өзгерген  жануарларды  сүрыптайды, 
яғни  трансгеноз  болғанда.
126

А гробактерия
жжсушвсы
ДНҚ-мен 
-  
тозанлатылған
м икробө ліиектер
Хромосома
ДНҚ-мен  гоіандатылған 
ми кробол шектерлі н 
тсідетілуі
Өсімдік 
гін 
кулыурасына 
агробактерияны  «үктыру
Зеңбірек
Гелиденген агын
Бактериаллы
суспснтия
ДНҚ-мен  тоэандатылған 
мнкроболшектер
Леспланттар 
немесе  жасуша 
суспензнясы
ДНҚ өсімдік
жасүшасына
Экспланттар 
немесе  жасуша 
суспензнясы
та с м а л д а у
ДНҚөсімдік
іеномымеи
біріктіру
Қайта  өзгсрген
жасушалан  өсімдіктін 
кайта  жангьфуы
ПЦР әдісі көмегімен
Қайта 
өзгертілген 
өсімдіктерді  тестілеу 
^
 
Саузерн бойынша
гибридизаиия 
көмегімен
Трансгенді өсімдік
23-сурет. Трансгендік өсімдіктерді алу үлгісі:
а) биобаллнстика әдісімен, б) агробактериямен кокультивация.
127

Бөтен  геннің  (клонданған  геннің)  трансформаңиясының 
келесі  әдістері  қолданылады:
— аналық — реципиентке эмбрионды  импл антациялау алдын- 
да.  Дамудың  ерте  кезіндегі  эмбрион  жасушаларын  жүқтыра- 
тын  ретровирустық  векторлар  көмегімен;
— үрықтанған  жүмыртқадағы  сперманың  үлкен  ядросына 
(аталық  пронуклеус)  микроинъекциямен;
— дамудың  ерте  кезіндегі  имплантациядан  бүрынғы  эмб- 
рионға генетикалық түрленген эмбрионалдық үрпақтық жасу- 
шаларды  енгізу.
¥рықтанған  жүмыртқаның  аталық  пронуклеусіне  ДНҚ- 
ның  микроинъекция  тәсілі  кеңірек  таралған.  Осы  емшара 
үшін  микроскопиялық  техника,  ДНҚ-ны  енгізу  үшін  арнайы 
амалдары  қолданылады,  микроиньекцияға  арналған  жасуша- 
лардың  ішкі  диаметрі  0,5-1  мкм.  Бөтен  ДНҚ-ны  енгізгеннен 
кейін  эмбриондарды  реципиент-жануарларға  инокуляция- 
лайды.  ДНҚ  микроинъекциясы  жолымен  қолданылатын 
трансгеноз  әдістемесінің  әртүрлі  үлгісі  бар.  Мысалы,  зерт- 
ханалық  жануарлардың  (егеуқүйрық,  тышқан)  трансгено- 
зында  аналық  донорларға  овуляцияны  күшейту  үшін  гона- 
дотроптық  гормон  егеді.  Мүндайда  жүмыртқа  саны  5-6  есе 
көбейеді.  Одан  кейін  үрғашыларды  күйлетеді,  үрықтанған 
жүмыртқаларды  жүмыртқа  түтіктерінен 
іп  уііго
  бөтен  ДНҚ 
микроинъекциясы  үшін  бөліп  алады.  Бірталай  уақыт  бөтен 
ДНҚ-лы  жүмыртқаларды  күтімдейді,  өміршеңдігін  байқайды 
және  микрохирургиялық  тәсілмен  "сурогаттық"  реципиент- 
тік  үрғашының  жүмыртқа  түтігіне  енгізеді,  "сурогаттық" 
үрғашыда  піштірілген  еркек  қатысуымен  күйлетіп,  жалған 
буаздықты  қоздырады.  Зертханалық  тышқандарда  жалған 
күйлеу,  жатырда  эмбрионның  дүрыс  имплантациясы  үшін 
керек.  Осындай жолмен трансгендік зертханалық жануарлар- 
дың  түқымдарын  алады  (24-сурет.).
128

Г иперовуляция 
демелген үрғашы
Аналық пронуклеус
Ү рықтандырылған 
ұрық жасушасы
Бекіту пипеткасы
Ұ рыктандырылған 
үрық жасушасы
Ұрык жасушасы
қондырылған үрғашы
Аталық пронуклеус
Егу пипеткасы
Трансген
Трансгенді жануарлар
24-сурет. Микроиньекция әдісімен трансгендік тышқандар
линиясьш алу (Б. Глик, 2002 ж.).
і

VIII.  ТИ П ТІК  БИ О ТЕХ Н О ЛО ГИ ЯЛЫ Қ
ҮДЕРІСТЕР
1.  М икробиологиялық  синтез,  ферментация
Биологиялық  катализаторлар  -   ферменттер  қатысуымен 
жүретін  үдерістердің  биотехнологияда  типтік  үдеріс  ретінде 
бөлінуі  кездейсоқ  емес.  Шындығында,  микроорганизмдер, 
жануар  мен  өсімдік  жасушалары  мен  үлпалары  көмегімен 
альшатын бүкіл биотехнологиялық өнім — бүл ферментативтік 
реакциялар  нәтижесі.  Сондықтан,  бірталай  зерттеушілер 
микробтық, жануар және өсімдік текті ферментгерді тірі жасу- 
шалармен  қатар  жеке  биологиялық  агент  түрінде  бөледі. 
Ғьшыми зерттеулердің өз алдына бөлініп  шыққан тарауы ол -  
инженерлік энзимология,  оның негізгі  міндеті -  әдетте жасу- 
шадан  таза  бөлініп  алынатын  немесе  метаболизмдік  жүйеде 
жасуша  ішінде  болатын  ферменттердің  катализдік  әсерін 
пайдаланып,  биотехнологиялық  үдерістерді  жүзеге  асыру.
Биотехнологиялық  өндірісте  көбінесе  микробиологиялық 
синтезге  негізделген  ферментативтік  үдерістерді  қолданады. 
Оған  қоса  өсімдік  шикізаты  (әртүрлі  көктенген  дәндерді  — 
мия,  қауын  ағашының,  інжір  жапырақтарының,  ананастың 
көк-жасыл  бөлік  шырынының  протеазалары,  т.б.)  жануарлар 
мүшелері  мен  үлпаларынан  алынатын  (ірі  қаралардың  үйқы 
безі,  қарын,  ішек  шырышы,  үлтабарының  протеолиздік  фер- 
менттері,  сперма түгікшелерінің  гиалуронидазасы)  ферментгік 
препаратгар  пайдаланьшады.  Өткен  ғасырдың  1970-1980  жыл- 
дарында  органикалық шикізат  ферментациясына  негізделген 
биотехнологиялық  өндірістің  кең  дамуы  орын  алды  (жаужа- 
пырақ,  жүгері,  целлюлоза және т.б.),  бүл  микроорганизмдер- 
дің  әртүрлі  топтарының  көмегімен  іске  асты.  Ферментация 
үдерісі  арнайы  жасалынған  аппаратурада  -   биореакторларда 
(ферментаторларда,  ферменттерлерде)  жүзеге  асады.  Өндіріс- 
тік  биореакторлардың  көлемі  бірнеше  ондаған  мың  литрге 
дейін  жетті  (25-сурет).
130

25-сурет. 
"Киова Хакко Когио Ко. ЛТД' 
(Жапонияның Хофу каласы) зауытта орналасқан 
20 біркелкі ферментерлердің жетеуі көрсетілген.
[Хшық алаңда орналасқан ферментерлерде аминқышқылдары — глутамин 
қышқылы мен лизинге қантгы түрлендіретін микроорганизмдер бар. Глутамин 
қышқылы  мононатрийлік  тұз  (МНГ)  түрінде  тамақ  дәмін  жақсарту  үшін 
қолданылады. Лизин адам мен күйіс қайырушы жануарлардың тамағына қосу 
үшін керек, оны жануарларға береді, өйткені олар өздері лизинді синтездей 
алмайды. Әрбір ферментер 237825 л көлемді камтиды, биіктігі 30 м болады 
(25-сурег). Бұл ферментерлер 1970 ж. басында салынған. Мұнда жылына 20000 
т  МНГ  және  10000  т  лизин  өндіріледі.  Аминқышқылдарының  микробио- 
логиялык синтезі аэробты жағдайда жүреді, құбырлар шанақша арқылы өтіп, 
әрбір ферментерден  керексіз ауаны өткізіп шығарады.  Аминқышқылдарды 
микроорганизмдер көмегімен алуға болатын өңщріспк химикалиилердің тобы 
болып саналады,  басқа екі тобын  ферменттер  мен  алифаттық органикалық 
қосылыстар құрайды (Б. Глик, 2002 
ж.)Л
131

Ферментациялық  аппараттар
Биореакторлар саңылаусыз цилиндрлік сыйымды аппарат- 
тар  болады,  олардың  биіктігі  диаметріиеи  2,0-2,5  есе  артық, 
олар тотықпайтын қүрыш  және басқа  материалдардан дайын- 
далады.  Аппарат  ішінде  әртүрлі  типті  арапастырғыштарды 
орналастырады -   пропеллерлік,  турбиндік  және  басқа,  олар- 
дың көлемі аппараттың ішкі диаметрінің  1/3  бөлігін қүрайды.
Ферментгерлерде  биомассаның үнемі  араласуы,  масса  алма- 
суын,  қоректік  ортамен  өсірілетін  жасушалардың  біркелкі 
жанасуын,  оттегінің  жасушаларға  уақытында  жеткізілуін  -  
субстраттың  тез  шығындалуы,  үнемі  қажеттілік  қүнарлықты 
қамтамасыз етеді.  Қоректік заттың химиялық қүрамы  қандай 
болса  да,  оның  қүрамдарының  әбден  араласуы  өте  қажет. 
Бүл  қоректік  ортаның барлық  қүрамдарына,  субстратқа микро- 
организмдердің  жетуін  қамтамасыз  етеді;  биореактор  ішін- 
дегі  барлық нүктелерінде жасушалар мен ортада еритін орга- 
никалық  заттардың  біркелкі  және  түрақты  жанасуына  мүм- 
кіндіктер  жасайды,  заттардың  қүнарлығымен,  рН  және  тем- 
ператураның  белгілі  гүрақтылығымен  қамтамасыз  етеді.
Температуралық  тәртіпті  (биопродуценттер  негізі  мезо- 
филдер  болғандықтан  -   35-37°С)  үстап  түру  үшін  фермен- 
терлердің  сыртқы  және  ішкі  қабат  арасында  берілген  тем- 
пературада су ағыны болады немесе иірілім типті жылу алма- 
сушы  орналастырылады.  Сумен  қапталған  орағыш,  өсірілген 
жасушапар тіршілігінің әрекет үдерісінде болінетін жылудың 
артығын  өз  уақытында  және  тиімді  шығарылып  жіберуіне 
мүмкіндік  береді.
Биореактор  қоректік  ортаны  -   субстрат,  су  және  буды, 
рН-ортаны  реттейтін  ерітінділерді,  көбікті  басушылар,  өсірі- 
летін  биомассаны  аэрациялау үшін  зарарсыздырылған  ауаны 
беру үшін түтіктердің арнайы жүйесімен жабдықталған.  Фер- 
ментация  үдерісін  автоматты  реттеу  үшін  өлшеуіш  прибор- 
лар  қосылған.  -
Аппараттың саңылаусыздығы, енгізілетін заттардың зарар- 
сыздығы (субстрат, ауа, көбік басушылар, жүмысшы ерітінді- 
лер) -  ферментация үдерісі  технологиясының  міндетті  шарт- 
тары.
132

Жұмыстың көлемі немесе өсірілетін сұйық биомасса көле- 
мі  аппарат  сыйымдылығының  жалпы  көлемінен  7/10  аспауы 
тиіс^/Көбік жиналатын сұйық биомасса бетіндегі бос кеңістік 
б>фер есебінде пайдаланылады, сондықтан культуралы сүйық- 
тың шығынын болдырмайды. Берілетін ауа фильтрация жолы- 
мен механикалық бөлшектерден,  микроорганизмдерден, химия- 
лық заттардан тазартылады  (фильтрлер  әртұрлі,  оның ішінде 
гранулданған  немесе  талшықты  материал,  (1=16-18  мкм). 
Технологиялық  кезең  келесі  көрсеткіштер  бойынша  бақыла- 
нып,  меңгеріледі:
-   физикалық:  температура,  қысым,  араластырғыштың 
айналу  жиілігі,  көбік  түзелу,  ауа  ағынының  жылдамдығы, 
қоректік  ортаны  -   субстратты  беру  жылдамдығы,  оның  түт-
қырлығы  жөне  турбуленттігі;
-   химиялық:  рН  ортасы,  тотығу  -   тотықсыздану  потен- 
циалы,  еріген  оттегі  мен  көмірқышқыл  газының  мөлшері, 
көміртегі, азот, фосфор, магний, калий, кальций, натрий, темір, 
т.б.  түздары  мен  иондардын  қүнарлығы  (26,  27-суреттер).
Қазіргі  микробиологиялық өндірісте ең жиі  қолданылады. 
Реактор  субстрат  пен  оны  метаболизациялайтын  микроорга- 
низмдер  араласатын  резервуар  болып  табылады,  онда  реак- 
циялар  жүру  үшін  қолайлы  жағдайлар  жасалынады.  Темпе- 
ратура мен рН ретгеледі.  Қоректік орта арқылы кейде оттегі- 
мен  қаныққан  фильтрленген  ауа  айдалады,  химиялық  және 
биологиялық  талдау  үшін  сынамалар  алынады.  Ластануды
болдырмау  үшін  екі  тәсіл  қолданылады:
1)  барлық кірепн саңылаулар бумен зарарс ыздандырылады,
2)  реактор  ішінде  атмосфералық  қысымнан  артық  қысым
жасалынады.
Бірнеше  сағаттан  бірнеше  күнге  дейін  созьшатын  үдеріс 
аякталғанда, барльщ қоспаны реактордан алып тастаиды, бүл 
өнімді  бөліп,  тазалау  үшін  жасалынады.
Биореактор  қамтамасыз  етеді:
-  сүйық  фаза  көлемінде  микроорганизмдер  популяциясы-
ның  өсуі  мен  дамуын;
— микроорганизмдер  жасушаларына  қоректік  заттарды
тасымалдау; 
. 
- 
'
133

көбікті
басушы
күрамдары
орталар
ауа
құиып  алу
26-сурет. Жанасу қондырғылармен колонналы ферментатор үлгісі:
1 - корпус; 2 - жанасушы қондырғы (перфорацияланған табақша);
3 - суықтағыш агент пен нірілім; 4 - салқындататын жабын;
5 - сұйықтың төменгі ағыны үшін түтік; 6 - үрғыш; 7 - барботер.
-  микробтық  жасушалардан  олардың  алмасу  өнімін  алыс- 
татады;
-   өсірілген  биомассадан  жасушалардың  тіршілік  әрекеті 
нәтижесі  есебінде  бөлінген  жылуды  алыстату.
М икроорганизм-продуцентке,  жүмсалған  субстратқа,
ақьфғы  алынған  өнімге  байланысты  ферментаңия  үдерісінің
жағдайы  және  аппарат  қүрылысының  белгілі  ерекшеліктері 
болуы  мүмкін.
Кезеңдік  немесе  үздіксіз  жүмыс  жасайтын  ферментерлер 
пайдаланылады.
134

маномвтр
температураны
б а к ы л а у
суды   ағызу 
сы н ам аларды
^=7
( )
шыгарушы
саны лау
-  р Н - п   бааылау
ауа  ф и л ы р 1
алу  салкындататын
ауа  ағынын 
б а к ы л а у
ауа
ж іб е р у
27-сурет. Кезеңді жұмыстық реактор.
Кезеңдік  ферментацияда  аппар: 
і
 толтырылады;  себу  материалы 
еді;  ферментация  жүргізіледі;  б< 
іктоо  тоқтатылады,  ақырғы  өні
продуцент
лады.  Аппаратты  тазалаиды,  зарарсыздандырады
қаиталаиды
Үздіксіз  ферментацияда  аппарат  толтьфылған  кезден  бас-
тап,  ферментация  үдерісі  динамикасьшда  биореакторға  үздік-
сіз  белгілі  жылдамдықпен  жаңа  қоректік  орта  беріледі  және 
тіггч'* ^мпмяггянын бяпабаплык мөлшеоі алыньш тасталс
жалғаса
(кезеңдік
жүмысты),  ол  көлемі  және алға
саты  бойынша  (зертханалық — көлемі  3-10  л,  тәжірибе-өнді-
135

рістік немесе  пилотгық — 30-100 л,  өндірістік — 100  және одан 
көп  литр),  өсіру  жағдайы  бойынша  (аэробтық  және  анаэроб- 
тық,  мезо -  және термофильді,  беттік және тереңдікте өсіру, 
т.б.)  ерекшеленеді.  Өсірілген  жасушалардың  биокатализдік
қасиеттерін  тиімді  паидалану
ал қоректік зат оларды жуып
сен сияқты болады;  жасушалар бекітілі 
)ақты,  ұзақ уақыт  ферментативтік  бел< 
Жалпы  биореакторларда  ферментация
кезеңдік  ферментацияда
ұсталынады
қоректік  орта-субстраттың,  биореактор  іші,  көмекші
жабдықтың  зарарсыздығы;
-   аппаратты  қоректік  орта-субстратпен  толтыру;
-  штамм-продуцент таза жасушалары — материалын кіргізу;
-   жасушалар  өсуінен  басталатын  ферментация  үдерісі, 
одан  кейінгі  олардың  көбеюі  мен  ақырғы  өнім  синтезі  (бүл 
алғашқы  немесе  кейінгі  метаболиттің  болуына  байланысты, 
ақырғы  өнім  синтезі  микроорганизмдер  көбеюінің  әртүрлі 
фазаларында  -   ортасында,  аяғында  болуы  мүмкін);
-   ақырғы  өнімді  бөліп  алу  және  тазалау  ферментативтік 
үдерісті  екі  кезеңге  бөлуге  толық  болады:  биологиялық  ны- 
санды  дайындауға,  оны  өсіруге,  ферментацияға,  биоазықты 
тазалауға байланысты, биологиялық кезең;  шикі затгы ал, 
ала  өндеуді,  коректік  затты  таңдау  мен  дайындауды,  био- 
реактор  мен  қосымша  жабдықты  зарарсыздандыру,  оттегіні 
беруді  реттеуді,  рН,  температура  тәртібін  қамтитын  биоло- 
гиялық  емес  кезең;
ферментация
дың
ландыру,  ферментативтік
ету,  биоазықты  бөліп,  тазалау  тәсіл 
ақырғы  өнімге  биохимиялық  трнас
формацияға мүм 
ферментативтік
жағдаиларды
және  жалпы  биомассадан  оны  бөлу -   осылар  ферментативтік
кезеңдік
136

Ферментация сатысы -  ортапық саты, барлық ферметатив- 
тік  үдерістің  негізі,  сонда  субстраттан,  шикізаттан  биоката- 
лизатор  көмегімен  (микроорганизмдер,  жануар  мен  өсімдік 
жасушалары)  биосинтез  немесе  биотрансформация  нәтиже- 
сінде қажетті  өнім  (аминқышқылдары,  витаминдер,  антибио- 
тиктер,  т.б.)  алынады.
Әрине,  ферментативтік  удерістің  химиялыц  синтезден
елеулі  айырмашылыгы  бар:
-  аэрацияланған  биомассаны  араластыруды жүзеге  асырған- 
да  биореакторда  міндетті  түрде  туындайтын  физикалық-хи- 
миялық  әсерлерге  химиялық  катализаторларға  қарағанда 
жасушалардың  сезімталдығы  (әсіресе  жануар  мен  өсімдіктік 
текті,  мицелиалдық  өңездер);
-   химиялық  реакцияларға  қарағанда  жасушалардың  өсу 
жылдамдығы  біршама  төмен:  биомасса  қүнарлығының  екі 
еселену уақыты  бірнеше  ондаған минуттан  бірнеше тәулікке
дейін  қүрайды;
-   биореакторда  ферментативтік  үдерістің  зарарсыздығын
үстау,  басқа  микрофлорамен  контаминациялаудан  сақтай-
тын  оның  саңылаусыздығы;
-  жасушалар өсуі, қоректі метаболиттер синтезінің биохи-
миялық  механизмдерін  реттеудің  біршама  күрделілігі;
-   алынған  ақырғы  өнімнің  түрақтылығының  төмендігі, 
оның  биологиялық  белсенділігін  сақтауда  белгілі  техноло-
гияларды  жасауды  талап  етеді.
Химиялық синтезден ферментацияның жоғарыда айтылған
айырмашылықтары  биореакторда  биокатализдік  реттеудің
белгілі  күрделіліктерімен,  технологиялық  ерекшеліктердің
кешенімен,  биологиялық  нысанның  өз  метаболизмнің  өзге-
шеліктерімен  байланысты.
Дайындау  кезеңі  штамм-продуцентті  таңдаудан,  оның
өнімділігін  бағалаудан,  яғни  қажетті  метаболиттің  синтезін 
жылдам  және тиімді  жүргізу қабілетінен;  оның  фаголизиске, 
рН  өзгерісі  мен  температура  тәртібіне,  аэрацияға  төзімділі- 
гінен;  тапшылықтық  емес,  арзан  қоректік  ортада  жақсы  өсу 
қабілетінен  басталады.  Осы  кезең  бүтіндей  биологиялық 
нысанаға -   "өндіріс  күшіне"  арналған.
137

Одан  кейін  зертханалық  жағдайларда  ферментация  саты- 
сына  беру  үшін  биопродуценттің  таза  культурасы  жиылады; 
бүл  тұқымдық  материалды  дайындау  кезеңі.
Сонымен  бірге  өсірілетін  штамм-продуценттің  метабо- 
лизмдік  қажеттіліктеріне  байланысты  қоректік  ортаның 
қүрамын,  олардың  қүнарлығын  таңдауды  қамтуға  дайында- 
лады:  кейбір  қүрамдардың  (көмірсулар,  ақуыздар,  т.б.)  жы- 
луға  түрақтылығын  есептеп,  ортаның  зарарсыздығы,  өңдеу- 
дің  сақтау  тәртібін  қажет  еткенде  ыстық  ылғалды  бумен 
қысқа  уақыт  әсер  етуді  пайдаланады,  суық  зарарсызданды- 
руды  (микро-және  ультрафильтрация)  қолданады.
Зарарсыздандыруды  дүрыс  жүргізбеу  бөтен  микрофло- 
рамен  қоректік  ортаны  ластауға  әкеп  соғуы,  оның  қүрамы- 
ның  инактивациясы  болуы  мүмкін,  т.б.
Өндірістік жағдайда қоректік орта, оның негізі -  бүл жүм- 
салатын  субстрат,  одан  биосинтез  немесе  биотрансформа- 
ция жолымен мақсатты өнім алады. Субстратта белгілі дайын- 
дық  жүмысын  талап  етеді.  Мысалы,  этанолды  өндіруде  қол- 
данылатын  кең  таралған  шикізатқа  жаужапырақ  жатады.  Ол 
қант  өндірісінде  қалдық  болады  және  микробиологиялық 
синтезде  өте  кең  қолданылады,  өйткені  көп  микроорга- 
низмдер  ақуыздарды,  биологиялық  белсенді  қосьшыстарды 
өндіруде  оның  қүрамына  енетін  көмірсуларды  өте  жақсы 
жүмсайды.  Әуелі  мелассаны  сумен  сүйылтады,  қышқылдай- 
ды,  микроэлементтер  қосады,  екі  валентті  темірдің  артығын 
алып  тастайды.  Бүл  қосымша  жабдық  пен  технологияларды 
керек  етеді.  Шикізатты  таңдауда  штамм-продуценттің  физио- 
логиялық  қажеттілігін  ғана  емес,  оның  бағасын,  қайта  өнім- 
ділігін  және  жеткіліктігін  есепке  алады.  Сондықтан  биотех- 
нологиялық  өндірісте  жүгері,  жаужапырақ,  жаңғақтар,  глю- 
коза,  сахароза,  сірке  қышқылы,  метанол,  пальма  майы,  пара- 
фин, ашытқылық автолизат пен сығынды, сүт сарысуы, бидай 
кебектерінің  сығындысы,  т.б.  кең  қолданылады.
Бір  биотехнологиялық  үдерістің  қалдықтары  мен  қосым- 
ша өнімі басқа үдеріс үшін  арзан  шикізат есебінде пайдалану 
үшін  технологиялық  тізбекше  болуы  да  кездеседі.  Мысалы, 
этанолдың  микробиологиялық  синтезінде  қалатын  қалдық-
138

тарды  қоректік  қоспапар  ретінде  пайдаланып,  бір  жасушалы 
микроорганизмдер  -   ашытқы  жасушаларының  биомассасын 
өсіреді.
Биотехнологиялық  үдерістің  түпкі  мақсаты  микроорга- 
низмдердің  — ашытқы  жасушалардың,  бактериялар,  миңе-
і өңездердің өздерінің биомассасын арттыруы мүмкін,
олар  тиісті  тазартудан  кейін  дайын  өнім  ретінде  паидаланы- 
лады  (микроорганизмдер  ақуызы,  қоректік  ақуыз)  немесе 
биотехнологияльщ  үдерістің  міндетіне  продуцент  жасушала- 
рының артып өсуі ғана емес, бағалы биологиялық белсенділік
-  метаболиттер,  синтезделетін  аминқышқылдары,  фер-
заттар
болады
белсенді  заттарды,  дәрілік  препараттарды,  витаминдерді 
микробиологиялық  трансформаңия  жолымен  алады.
Ферментативтік  үдерістің  динамикасы  мен  қарқыны  био-
продуңенттщ
Сондықтан
болизмдік үдерістің динамикасын  білу  мен  есепке алу,  бүкіл
ферментация
түқымдық мате-
продуценттщ
көбеймейді.  Әуелі,  бірнеше  сағат  бойы  микроорганизмдер 
жаңа жағдайға  (коректік орта,  субстрат)  бейімделеді,  жүмса- 
латын  субстраттың  қүрамына  адаптацияланады.  Бүл  кезде 
жасушалардың  өсуі,  ферменттер,  нуклеин  қышқылдарыньщ, 
әсіресе РНК қүнарлығының артуы орын алады -  бүл 
Іа§
 фаза.
Одан кейін экспоненциалдық даму фазасы басталады, жасу- 
шалардың  жылдам  бөлінуі,  микроорганизмдердің  көбеюі,
олардың  биомассасының  жоғарылауы  байқалады.
Әрі  қарай  қоректік  ортаның  қоспа  бөлшектерінің  біртін-
деп  төмендеуі,  жасуша  метаболиттерінің  қүрамының  артуы, 
олардың  кері  байланыс  типі  бойынша  ферменттік  жүйелер 
белсенділігін  басуы жасушалардың өсуі мен  көбею  қарқыны- 
ның  төмендеуіне  әкеліп  соғады.  Бүл  баяу  өсу  фазасы.
Стационарлық  фаза  -   бүл  жаңадан  пайда  болатын  және
өлі жасушалардың тең қатьгаасы салдарынан қоректік ортада
139

микроорганизмдер санының бірталай түрақтылығымен сипат-
талады. 
- 
г
Ақырында,  төмендеу  фазасы,  яғни  тіршілікке  қабілетті, 
дамушы  жасушалар  қүрамының  біртіндеп  азаюы.
Өсу  мен  көбею  жоғарыда  көрсетілген  фазалардың  жүру 
үзақтығы  биопродуценттің  физиологиялық  ерекшеліктеріне 
байланысты. 
?  &|
Мысалы, 
Васіііиз  іһигіп§іепзІ8
  36  сағатқа,  ал 
А$рег£ІІІш 
амгатогі
  144  сағатқа тең,  т.б.,  одан  басқа өңездер  үшін  тиімді 
рН-4,0-6,0,  ал  көп  бактериялық  жасушалар  үшін  — 6,0-7,4. 
Биопродуценттің тиімді  кинетикалық  сипатгамалары  да  өсіру 
жағдайына,  әртүрлі  физикалық-химиялық  себепкер  шарт- 
тарға  тәуелді  (20-кесте).
20-кесте
Продуценттердің  өсуі  мен  биосинтездік  белсенділігін 
аны қтайты н  ортаның  негізгі  себепкер  ш арттары

жүктеу/скачать 11,01 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: