ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ

БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Х. Ә. Аубакиров

БИОТЕХНОЛОГИЯ

оқулық

Қазақстан Республикасы Білім және

ғылым министрлігі бекіткен

А лматы, 2011

УДК 30.16(075)

ББК 663.1 я7

А 91

Тараз инновациялық-гуманитарлық университеті

«КазАгроИнновация» АҚ «Оңтүстік-Батыс мал және өсімдік шаруашылығы ғылыми-зерттеу институты» ЖШС ғылыми кеңестері ұсынған

Пікір жазғандар:

М. С. Сабаншиев – биология ғылымдарының докторы, профессор

(Қазақ ұлттық аграрлық университеті);

У. А. Жұмабаев – биология ғылымдарының докторы, профессор

(Халықаралық гуманитарлық-техникалық университеті);

Б. С. Тұрымбетов – ауылшаруашылығы ғылымдарының докторы

(Оңтүстік-Батыс мал және өсімдік шаруашылығы ғылыми-зерттеу институты).

Х. Ә. Аубакиров

А 91 Биотехнология: Оқулық. Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір», 2011.- 280 бет.

ISBN 978-601-217-213-3

Биотехнология ғылымының ары қарай өркендеуі бір-бірімен тығыз байланысқан табиғаттану ғылымдары – цитология, биофизика, биохимия, органикалық химия, молекулалық биология, генетика, гендік инженерия, өсімдіктер және жануарлар физиологиясы, микробиологиямен ұштасып жатады. Сондықтан биотехнологияны білу арқылы ғана, басқа жаратылыстану ғылымдарының салаларын жете меңгеруге қол жеткізе аламыз. Кітап материалдарында жоғарыда аталған салалардың өзекті мәселелері қамтылған.

Оқулық гендік инженерия негіздері, жасушалық инженерия негіздері, ақуыздар құрылымы немесе протеомика негіздері, инженерлік энзимология және иммунология негіздері, өнеркәсіптік биотехнология өнімдері, биотехнология жетістіктерінің медицина саласында қолданылуы, биотехнология жетістіктерінің ауылшаруашылығында пайдаланылуы, биотехнология жетістіктерінің энергия көздерін толықтыру мақсатында қолданылуы, тау-кен өндірісі саласындағы биотехнология жетістіктерінің қолданылуы, экологиялық биотехнология атты тараулардан құралған. Сонымен бірге білімгерлерге арналған пысықтау сұрақтары, СОӨЖ тақырыптары мен тест сұрақтары, терминдер мен символдар анықтамалығы беріліп, қосымшалар мен әдебиеттер тізімдерімен аяқталады.

Жоғары және орта оқу орындары білімгерлеріне, болашақ биолог, биотехнолог мамандары мен жас ғалымдарға, битехнология өндірісі мен ауылшаруашылығы саласында жұмыс істейтін кәсіпкерлердің пайдаланылуына арналады.

ISBN 978-601-217-213-3

УДК 30.16(075)

ББК 663.1 я7

© Х. Ә. Аубакиров, 2011 ж.

© ҚР Жоғары оқу орындарының

қауымдастығы, 2011 ж.

Кіріспе

ХХ ғасырдың екінші жартысынан бастап адамзат қоғамы өте күрделі мәселелерді шешу қажеттілігі алдында бетпе-бет қалды. Олардың қатарында халық санының күрт өсуіне байланысты туындаған азық-түлік тапшылығы, энергия көздерінің және табиғи байлықтардың азаюы, адамдардың арасындағы әр түрлі аурулардың көбеюі, қоршаған ортаның ластануы сияқты көптеген өзекті мәселелер еді. Бұл мәселелерді шешу үшін оған жаңа қырынан қарап, ерекше ғылыми шешімдер табу қажет болды. Осындай заман ағымынан туындаған өзекті мәселелердің бірталайын, қазіргі кездің өзінде биотехнология ғылымы ұсынған әдістер арқылы шешу мүмкін болып отыр.

Ғылым, техника мен технологияның қарқынды түрде дамуы биотехнология саласының да мүмкіндіктерін арттырды. Соның нәтижесінде азық-түліктердің жаңа түрлерін, әртүрлі ауруларға қарсы медициналық дәрі-дәрмектер, альтернативті энергия көздерін алу, ауылшаруашылығында өсімдіктердің зиянкестерімен күресу мен жаңа сұрыптарын шығару, мал өнімділіктерін арттыру және экологиялық апат салдарларымен тиімді күресу әдістеріне қол жеткізілді. Мысалы, келешекте көмір, мұнай қорларының азая бастауына байланысты, автомобилдерге қажетті жанар-жағар май ретінде өсімдіктерден алынатын биоэтанолдың маңызы зор болатын болса, медицина мен ветеринария салаларындағы жаңа технологиялар әртүрлі вакциналар, рекомбинантты ДНҚ өнімдері болып табылатын медициналық дәрі-дәрмектерін, атап айтқанда ДНҚ-сынамаларын зерттеу, ДНҚ-дарының бегілі ретпен орналасуын білу арқылы, гендік деңгейде кездесетін мутацияларды анықтау сияқты мүмкіндіктерге қол жеткіздірді.

Биотехнология жетістіктері арқылы адамдар өздерінің ағзасына қажетті ақуыздарын сүт немесе қан құрамдарынан бөліп алу мақсатында, трансгенді хайуандарды пайдалануға болатындығы дәлелденген. Қазіргі уақытта адам ақуызын сүт арқылы алу үшін хайуандарды тиімді пайдалану мүмкіндіктері қарастырылуда.

Адам ақуызын өндірудегі тағы бір болашағы бар бағыт ретінде, тауық жұмыртқасы саналады. Сонымен бірге бірталай трансгенді өсімдік түрлері де шығарылған. Адамдарды емдеу үшін пайдаланылатын дәрмектерді астық тұқымдастардан, жүгеріден, картоптан және темекі жапырақтарынан алу мүмкіндіктері де туылып отыр.

Микробиологиялық өндіріс қазіргі кезде әртүрлі микроорганизмдердің мыңдаған штаммдарын пайдаланады. Бұлардың көпшілігі индукциялық мутагенез арқылы жақсартылып, бағытты сұрыптау нәтижелерінен алынған. Соның арқасында қажетті өнімді көп мөлшерде синтездеуге қол жеткізілуде.

Биохимия, цитология, микробиология ғылымдарында ферменттермен қоса микроорганизмдер, өсімдік және жануарлар жасушаларын иммобилизациялау әдістері аса қызығушылық тудырады. Малдәрігерлік саласында жасуша мен ұрықты өсіру, in vitro жағдайындағы овогенез, қолдан ұрықтандыру мен жасанды егіздер алу сияқты биотехнологиялық әдістері кеңінен қолданылуда.

Металургия саласында – геобиотехнология жетістіктерін пайдалана отырып, құрамында өте аз мөлшерде, бірақ қымбат металдар бар кен орындарынан арнаулы микроорганизмдерді қолдану арқылы пайдалы қазбалар өндіру, тас көмірлерін десульфидтеу, пирит немесе құрамында пириті бар жыныстарын тотықтыру, көмір шахталарындағы метан газынан арылтуда пайдалану; экологиялық тұрғыдан – ауылшаруашылығы, өнеркәсіп және тұрмыстық қалдықтарды, ластанған сулар мен ауаны өңдеп тазартудың тиімді тәсілдерін жасап шығару сияқты маңызды мәселелерді шешу мүмкін болып отыр; өсімдік шаруашылығында әртүрлі аурулар мен зиянкес жәндіктерден қорғаудың микробиологиялық әдістерін жасау және бактериалды тыңайтқыштар мен өсу үдерістерін реттейтін заттар жасап шығару, генетикалық және жасушалық инженерия әдістерін қолдана отырып қоршаған ортаның қолайсыз жағдайларына төзімді, жоғары өнімді өсімдіктердің жаңа сұрыптары мен гибридтерін шығару жолға қойылуда.

Биотехнология жетістіктерінің аса маңызды бір кезеңі, ХХ ғасыр аяғындағы адам геномы атты халықаралық бағдарламасының жүзеге асуы болып табылады. Ондағы негізгі мақсат – адам геномын молекулалық деңгейде біліп, хромосомаларды картаға түсіру және олардың құрамындағы ДНК-ны зерттеп, геномдағы нуклеотидтердің қатар тізбегін толығымен анықтап шығу. Адам геномы жобасы АҚШ-да 1988 жылы Дж.Уотсонның, Ресейде 1989 жылы академик А. Баевтың ұсынулары бойынша басталған болатын. Жобаның бірінші кезеңіндегі мақсат адам геномындағы нуклеотидтердің толық тізбегін анықтау еді. Бұл кезең 2000 жылдың соңында аяқталды. Қазіргі таңда адам геномы бағдарламасына сәйкес, хромосомалардың бүкіл ДНҚ молекулаларындағы нуклеотидтердің орналасу реті анықталып, адам геномы толықтай белгілі болды.

Сонымен бірге биотехнология саласының жоғарыда айтылған жетістіктері мен көптеген пайдасынан басқа, кемшін тартып жататын тұстары да жеткілікті. Солардың қатарында, өсімдіктердің генетикалық модификацияға ұшыраған түрлері мен сұрыптарын шығару, бірталай шешілуі қиын және қауіпті проблемалар туындатуы мүмкін екендігін көрсетіп отыр. Атап айтар болсақ, генетикалық жағынан өзгерістерге ұшыраған (модификацияланған) өсімдіктердің генетикалық материалдары, олардың жақын маңда өсіп тұрған жабайы түрлеріне, не болмаса туыстас жақын түрлерге тозаңдары, жәндіктер немесе т.б арқылы бақылай алмайтындай дәрежеде таралып кету қауіпі бар. Сондай ақ, арам шөптердің гербицидке төзімділігінің артуы, ал жәндіктердің инсектицидтерге бой алдырмайтын түрлерінің пайда болуы мүмкін. Осындай қауіпті әсерлер, адамдар ағзасына генетикалық өзгерістерге ұшыраған тағамдарды пайдалану арқылы бөгде гендердің түсіп кетуінен де туындауы ғажап емес көрінеді. Сонымен бірге, биотехнология саласындағы эмбриондарды қолдан ұрықтандыру мен өсіру, клондауды адамдарға қолдану мүмкіндіктері, жасанды адам ұлпалары мен мүшелерін тасымалдауды (трансплантация) коммерциялық мақсатта пайдалану сияқты моральдық-этикалық жағынан қоғам мүдделеріне сай келе бермейтін тұстары да баршылық.

Биотехнология немесе биоинженерияның принциптерін толықтай түсіну үшін, осы ғылымның негізгі қағидалары мен заңдылықтарын жақсы білу қажет болады. Сондықтан, осындай күрделі де заманауи мәселелерді шешу әдістеріне ден қойған өскелең ұрпақ үшін, биотехнология ғылымының қол жеткен мүмкіндіктері де, ашылмаған тылсым сырлары да, болашақта алар асулары да мол екендігін баса айта кеткенді жөн деп санаймыз.