Biotexnologiyaning texnologik asoslari
Ma’ruza rejasi:
1.Muxitni tanlash, ajratish.
2.Seleksiya.
3.Gen injeneriyasi.
4.Hujayra injeneriyasi.
5.Biologik muxitni populyasion chidamliligi.
2.1. Muxitni tanlash.
Biotexnologik jarayonlarni aniklovchi ma’nosi-hujayradir.
Chunki, barcha moddalar hujayralarda sintez bo`ladi.
Yu.A.Ovchinnikovning suzi bilan ifodalanganda hujayra kichik kimyoviy
zavod bulib, belgilangan reja, barcha jarayonlar bir-biri bilan muvofik xolda juda
xam yukori samara bilan ishlaydi. Unda xar bir minutdayuzlab murakkab moddalar
sintez bo`ladi, birinchi navbatda oqsillar sintez bo`ladi.
Zamonaviy biotexnologik ishlab chiqarishning asosini mikrobiologik sintez,
ya’ni, xar xil moddalarning mikroorganizmlar vositasida sintez bulishini tashkil
etadi.
O`simlik va xayvonot dunyosidan muxitni tanlash ishlab chiqarishda keng
urinni topgani yuk. Chunki, ushbu makromolekulalar juda xam kup muxitni talab
kilganligi sababli, juda kimmatga tushadi. Muxitning tabiatidan kat’iy nazar
biotexnologik ishlarda toza hujayra va tukima muxitini tashkil etishda
mikroorganizmlar muxitiga yakinlashtiriladi.
Mikroblar dunyosi katta va xilma-xil bulib xozir ularning 100 mingdan oshik
turi mavjud. Ana shunday kilib 8,2 yoki treonin yoki metan beradigan mikroblarni
ajratish mumkin?
Buning uchun ko`proq uglevodorodlarni oksidlaydigan benzinni zapravka
kiladigan yerlardan yoki uzumdan vino achituvchi va boshqa joylardan namunalar
olinadi.
Olingan namunalar maxsus tarkibga ega bulgan suyuk ozika muxitiga
solinadi. Ana shu muxit mikroorganizmlar uchun energiya manbai bulib, uglerod,
azot, RN, temperatura, osmotik bosim va boshqalarga xar xil munosabatda bo`ladi.
Masalan: proteolitik ferment xosil kilish uchun oqsilni, lipolitik sintez kilish uchun
lipoidni iste’mol kiladi. Ana shu tarika mikroorganizmlarni tuplovchi muxit xosil
bo`ladi.
2-chi etap toza muxitni ajratish. Buning uchun zich ozuka muxiti ishlatiladi,
unga muxit namunalari joylashtiriladi. Natijada zich muxit mikroorganizmlarning
toza tudasini xosil kiladi. Uni yana kaytadan ekilganida bitta turga mansub bulgan
hujayralar populyasiyasini xosil kiladi.
Mikroblar sanoati muxitga kuyidagi talablarni kuyadi:
1.mikroorganizmlar juda tez rivojlansin.
2.mikroorganizmlarga arzon muxit bulsin.
3.boshqa mikrofloralar bilan zararlanmasin.
Ushbu talablar natijasida olingan maxsulotlar juda arzon bo`ladi.
Bir hujayralilarning moddalarni sintez kilishi juda yukori. Masalan: 500 kg
ogirlikdagi sigir bir sutkada 0,5 kg oqsil sintez kilsa, achitkilar vositasida (5
gramm) 0,5 kg oqsil bir sutkada sintez
bo`ladi. Lekinda xamma mikroorganizmlar xam ana shunday tezlikda oqsilni sintez
kila olmaydi. Shuning uchun mikroblar faktorini tekshirish katta nazariy va amaliy
biotexnologik axamiyatga ega.
Biotexnologik ishlab chiqarishda fotosintez utkazadigan mikroorganizmlar
aloxida rol uynaydi. Chunki, bunday mikroorganizmlar uz xayotida yoruglik
energiyasini uzlashtirib, SO2 dan va suvdan organik modda xosil kiladi. Suvni
oksidlab O2 ajratadi. Ushbu usul juda arzon.
Fototrof mikroorganizmlar muxiti ammiak, vodorod, oqsil va boshqa xar xil
biopreparatlar bulib, kelgusida kuyosh energiyasini genetik injeneriya yuli bilan
biokonservalashda katta rol uynaydi.
Biotexnologiya uchun arzon muxit termofil mikroorganizmlar xisoblanadi.
Ularning optimal sharoiti +600 S + 800 S ayrimlariniki + 1100 S va yukori.
Juda issik suvlar va okeanlar tagidan + 3000 S gacha xaroratga chidaydigan
mikroorganizmlar topilgan.
Termofillar
tarkibidan
juda
kimmatbaxo
maxsulotlar: spirtlar, aminokislotalar, fermentlar, molekulyar vodorod topilgan.
Termofillar kullanilganida sanoat asboblarini strellash juda arzonga tushadi.
Termofillarning o`sishi va metabolitik aktivligi mezofillarga nisbatan 1,5-2 marta
yukori.
Termofillar vositasida sintez bulgan fermentlar, masalan proteazalar nokulay
sharoitlarga juda chidamli. Birok, termofillar sintez kilgan proteazalar va boshqa
fermentlar +200 S da 100 baravar, + 75 0 S dagiga nisbatan past.
Termofillar bioreaktorlarni sovutishda keng kullaniladi.
Biotexnologiyaning muxim etapi muxitni ajratish va tanlash xisoblanadi.
Birok oddiy tanlash bilan bunga erishish kiyin. Shuning uchun organizmni kerakli
tomonga seleksiya yuli bilan o`zgartirish kerak. Shu usulda 10-100 marta aktiv
mikroorganizmlarni yaratishga erishilgan.
2.2. Seleksiya.
Mikroorganizmlarni kerakli tomonga o`zgartirishga mutasiya usuli bilan
erishish mumkin.
Mutasiya uchun gen urtacha 10 6 – 10 8 marta oshishi kerak.
Eng mustaxkam muxitni tanlashda uning dastlabki namunasiga mos kelishini
xisobga olish kerak. Ya’ni, kislotali va ishkorli faktorlarga ogir metallar ta’siriga,
metabolitik maxsulotlar ta’siriga chidamlilik kilish xisobga olinadi. Agarda genlar
sun’iy ravishda shikastlantirilsa mutasiya chastotasi keskin o`zgaradi.
Mutagen ta’sir etish ultrafeolit, rengen nurlari, ayrim kimyoviy birikmalar,
DNK molekulasini dastlabki xolatini buza oladi. Eng yaxshi mutagenlarga azot
kislotasi, etilmetansulfonat, akridin kraskasi, bromurasil va boshqalar kiradi.
Mikroorganizmlar seleksiyasi prototrofdan (tormozlochi modda),
auksotrofga utishga asoslangan. Birok, ayrim xollarda uning teskarisi xam bo`ladi.
Chunki, fitogarmon ta’sir etmasa o`simlik hujayrasi normal usmaydi. Birok, oxirgi
yillarda triptofandan auksin tipidagi indoluksus kislotasi aniklangan. Ayrim
mutantlardan sitokinin-ya’ni o`simlik rakini keltirib chikaruvchi modda sintez
kilingan.
2.3. Genetik injeneriya.
Zamonaviy biotexnologiya- genetik injeneriyasi – biotexnologiyasi bilan
xarakterlanadi. Bu uz navbatida bioobyektlarni maksadli modifikasiyasini sun’iy
genetik dasturini yuzaga keltiradi.
Genetik injeneriya 4 asosiy etapdan iborat:
1. Kerakli genni olish.
2. Uni kerakli gen elementiga joylashtirish.
3. Genni kiritish.
4. Kerakli genni olish uchun yakinlashtirish.
Genni olish.
Kerakli genni.
a) uni DNK ajratib olish.
b) kimyoviy fermentativ sintez.
v) DNK – polimerazalarga boglik bulgan RNK yordamida.
Genni DNK dan ajratib olishda fragmentasiya usuli kullaniladi.
Parchalash natijasida nukleotid fragment juftlari ikki ipli bo`ladi. Ana shu ip
yolgonlashishi mumkin. Natijada gen nukleotidlari uzining funksiyasini yukotishi
mumkin.
Eukariot organizmlar geni, murakkab oqsil kodlaridan iborat.
Genlarni kimyoviy – fermentativ sintezida DNK kiska bir zanjirli etaplar
buyicha nukleotidlar oraligidagi efirli boglanishi orkali amalga oshiriladi.
2.4. Hujayra injeneriyasi.
Hujayra injeneriyasining asosini jinsiy bulmagan hujayralarning (
gibridlanib) kushilib bir butun hujayra xosil bulishi tushuniladi.
Hujayralarning kushilishi bir butun yoki ayrim joylari kushilishi mumkin.
Duragay hujayra olishda xar xil zaryadli oqsil va lipoidlar kushiladi.
O`simlik , zambrug va bakterial hujayra pustidan ajraladi.
Hujayra pusti fermentativ gidrolizlashadi, keyin protoplast xosil bo`ladi.
2.5. Biologik muxitni populyasion chidamliligi.
Biotexnologiyada bioobyektni tirik (ichki) – xolatda saklanishi juda muxim.
Biologik muxitni buzilishi asosan uni uzok saklanishi va laboratoriya sharoitidan
sanoat sharoitiga utkazishda sodir bo`ladi.
Mikroorganizmlarni saklash asosan ozika muxitida olib boriladi.
Hujayralarni uzok vakt xususiyatini yukotmasdan saklash kuyidagicha amalga
oshiriladi:
1. Muzlatib suvni vakuum bilan surrib olish-sublimasiya.
2. Xavoda kuritish.
3. Spora shaklida saklash.
4. Chukur muzlatib - 196 0 S da suyuk azotda saklash.
5. Kombinir usulda saklash, unda bir necha usullar birga kullaniladi.
Yukoridagi barcha usullar xam bioobyektlarni 100% saklaydi.
Biotexnologiyaning yakuniy stadiyasi kutilayotgan maxsulotni
ajratish xisoblanadi. Agarda biotexnologiyada kullanilgan maxsulot toza bulsa, uni
ajratish juda oson. Shuning uchun xam biotexnologlar avvalo genetik injeneriya
usulida toza mikroorganizmlar shtamplarini olishga xarakat kiladi.
Maxsulotni ajratish va tozalash uning tabiatiga boglik. Shuning uchun xam
fermentlar va organik erituvchilar yordamida ajratiladi.
4.1. Biomassani suyuk muxitdan ajratish.
Muljaldagi maxsulotni tozalashni dastlabki (birinchi) boskichi biomassani
suyuk muxitdan ajratish xisoblanadi. Ushbu jarayon ba’zi xolllarda maxsus ishlov
berishni talab etadi, ya’ni, rN o`zgartirish, isitish, oqsilni samarali ajratish uchun
koagulyasion ta’sir etishi mumkin.
Biomassani suyuk muxitdan ajratish uchga bulinadi: Flotasiya, filtrasiya,
sentrafugirlashga.
1. Flotasiya - usulida hujayraning kam namlanishi natijasida, uning yuzasida
suyuklik xosil bo`ladi. Ana shu yuzadagi suyuk kavat surib olinadi yoki yuzadagi
kupik surib olinishi flotasiya deyiladi.
Filtrasiyada - filtratda biomassa ushlab kolinadi.
Sentrafugirlash usulida - keraksiz moddalarni markazdan kochirma kuch yordamida
chuktiriladi.
4.2.Hujayrani buzish usuli. Hujayralarni buzish fizik,
kimyoviy va kimyoviy- fermentativ usullarda utkaziladi.
Hujayralarni buzishni industrlangan usuli fizik usul xisoblanadi.Bunda: 1)
Ultrazvuk, 2) parraklar yordamida, 3) shisha munchoklar yordamida chaykatish, 4)
yukori bosimda kichik teshikdan utkazish, 5) muzlatilgan hujayrani massasi bilan
kisish, 6) xavonchada ezish, 7) osmotik bosim, 8) muzlatish - eritish 9) hujayra
shirasini sikib- keyin tusatdan bosimni kamaytirish yuli bilan hujayralar buziladi.
Fizik usul juda xam arzon.
Kimyoviy usulda hujayrani buzishda xar xildagi kimyoviy moddalardan
(toluol, butanol) foydalaniladi.
4.3. Maxsulotni ajratish va tozalash.
Buzilgan hujayradan belgilangan maxsulotni suyuk muxitdan ajratib olishda
chuktirish, ekstrasiya va adsorbsiya usullari kullaniladi.
Chuktirishda eritilgan moddani fizik( isitish, sovutish, suyultirish, yoki
kuyuklashtirish) yoki kimyoviy ta’sir etish yuli bilan chuktiriladi.
Masalan: kaliy birikmasi katnashsa, pensilin krestall xolatga utadi.
Oqsil ammoniy sulfat, etanol yoki aseton ta’sir etish yuli bilan ajratiladi.
Nuklein kislotasi poliminlar ta’sir etish yuli bilan chuktiriladi. Unda fosfat
gruppalari uzaro ta’sir etadi.
Ekstraksiya usulida kattik moddalar suyuk xolatga utkaziladi yoki bir suyuk
xolatdan ikkinchi suyuk xolatga utkaziladi.
Ekstraksiya samarasi kuyidagilarga boglik:
1. Bir xildagi ekstraksiya moddasi ikkinchisi bilan
almashtiriladi.
2. Optimal erituvchini topiladi.
3. Isitish yuli bilan.
4. Apparatning bosimini kamaytiriladi.
Adsorbsiya usulida suyuk modda kattik moddaga
adsorbsiyalanadi. Masalan: ajratib olinayotgan modda yogoch kumiriga, yuzasida
teshigi kup bulgan loyga adsorbsiyalanadi.
Moddalarni ajratib olishning zamonaviy usullariga xromotografiya,
elektrofarez, keng kullanilib ekstraksiya va adsorbsiya prinsipiga asoslangan.
4.4. Maxsulotni konsentrasiyalash.
Maxsulot ajratib olinganidan sung uni konsentrasiyalash
boshlanadi.
Konsentrasiyalash- osmos, ultrafiltrasiya va buglatishga asoslangan.
Agarda membrana suvni utkazib yuborib, unda erigan moddalarni tuxtatib
kolsa-osmos deyiladi.
Ultrafiltrasiyada – membrana filtrlari yordamida moddalar ajratiladi. Ushbu
tipdagi filtrasiyada normal yukori bosimda membrana orkali organik kislotalar
molekulalari ushlab kolinadi.
Parlatish usuli kadimgi usul bulib, isitish orkali suvni buglatishga
asoslangan.
4.5. Maxsulotni suvsizlantirish.
Biotexnologiyada xar xildagi maxsulotni suvsizlantirish
usuli kullaniladi. Uning turi maxsulotlarning fizika- kimyoviy xususiyatiga boglik.
Eng kadimgi usul idishlarda kuritish. Uning zamonaviy modifikasiyasi lentada
kuritish bulib, lenta doimo isitib turiladi.
Eng istikbolli usul par, xavs va gaz bilan kuritish. Ushbu usulda hujayralar
suspenziyasi
emas,
antibiotiklar,
aminokislotalar,
kraxmalni
kuritishga
moslashtirilgan.
4.6.Maxsulotni modifikasiyalash yuli.