4. Биологиялық инженерия және оның маңызы

Биологиялық инженерия – микроб биосферасы айналымдарының барлық экономикалық және техникалық аспектілерінің мәселелері кіретін жаңа сала. Биологиялық инженерия құрамына биохимиялық үдерістерді өткізудің техникалық қарқындатуы мен дамуы, құрал-жабдықтардың модернизациясы, биотехнологиялық қондырғыларды жоспарлау, жобалау, құрастыру және басқару кіреді.

Басқа да ғылымдардың (механика, физика, химия, т.б.) ілгері басуына қажетті нәрсе сияқты, биотехнология ғылымының дамуы үшін де өндірістің технологиялық мүмкіндіктерін арттыруға тікелей әсер ететін жағдайларды қалыптастырудың маңызы зор. Сондықтан биотехнология саласының дамуына әсер ететін технологиялық үдерістерді жетілдіруге қажетті құрал-жабдықтарды өндіруге бағытталған ғылым саласын – биологиялық инженерия деп атау ұсынылған болатын.

Биологиялық инженерия саласы, химиялық үдерістердің толықтай және тиімді өтуін қамтамасыз етуге бағытталған қондырғылар (аппараттар) мен құрал-жабдықтар жасау негізінде дамыды. Сондықтан оның мақсаты – белгілі бір өнім алу үшін заттарда жүретін биотехнологиялық үдерістерге қажетті микробиологиялық, биохимиялық реакциялардың жүруін неғұрлым жоғары деңгейде қамтамасыз ету болып табылады.

Қазіргі кезде биотехнология өндірісіне қажетті ферменттер, микроорганизмдер өсіруге арналған әртүрлі құрал-жабдықтар жасалынып шығарылған. Өткен ғасырдың 40-50 жылдары автоматты түрде іске асырылатын фермент өндіруге арналған ферментерлер жасалынып шығарылған болатын. Қазіргі кезде олар биотехнология өндірісінде антибиотиктер, ферменттер, дәрумендер, амин қышқылдарын, нуклеотидтер мен ақуыздар өндіруде кеңінен қолданылуда.

Микроорганизмдерді өндірістік мақсатта өндіру мәселесі олардың түрлеріне байланысты – үздіксіз, үзіліспен және жартылай үздіксіз режимдерінде, оттегі бар (аэробты) және оттегінсіз (анаэробты) ортада жүргізілуі мүмкін. Сондықтан, аталған жағдайларға байланысты, биотехнологиялық мақсаттарға арналған қондырғылардың конструкциялары мен оларда қолданылатын технологиялық үдерістердің өтілуінде де өзгешеліктер болады.

Алға қойылған мақсаттарға байланысты биотехнологиялық өндірістер негізінде алынатын өнімдерді шартты түрде екі топқа бөлуге болады: биомассалар (ашытқылар, бактериялар) және микроорганизмдердің синтездейтін дайын өнімдері (антибиотиктер, ферменттер, дәрумендер, амин қышқылдары және т.б.).

«Бактериялар, ашытқылар мен саңырауқұлақтар – молекулалық деңгейде жұмыс істеуге керемет бейімделген машина» (Өндірістік микробиологиялық және гендік инженерия жетістері” -М.: Мир, 1984, 6-7 б.) деген ұстанымға байланысты, биотехнологияның инженерлік мәселелеріне үлкен қызығушылық тууда. Олар бір рет іске қосылғаннан кейін тек керекті өнім ғана емес, сонымен бірге өздерінің көшірмелерін алуға, дәстүрлі микробиологиялық технологияларға қайта түзуге әсер ететін жаңа гендік инженерия әдістерін құруға, микроорганизмдердің өнімділігіне тікелей бақылау жасауға мүмкіндік береді. Бірақ, генетикалық инженерия мүмкіншіліктерінің бәрін толық пайдалану үшін, зертханалық шыны ыдыстарда жасалынатын әдістерді – өндірістегі темір реакторларға тиімді ауыстыру керек. Қазіргі кезде ірі масштабты биотехнологиялық өндірістер бар. Биотехнология өндірісінде әртүрлі қосылыстарды алу үшін үздіксіз жұмыс істейтін реакторларды, мысалы 50000 л реакторларды қолдану қалыпты деп саналды.

Халық шаруашылығындағы биотехнологиялық жолмен алынған өнімдердің маңыздылығының артуына байланысты, оларды өндіруде жоғары қабілетті микроорганизмдерді пайдаланумен қатар, көлемі ауқымды, яғни мың шаршы метрден де астам қондырғылар жасап шығару, қажетті өнімді өндіру барысындағы биосинтез үдерістерінде тиімді әдістер мен режимдерді қолдану арқылы өндірісті интенсивтендіру, қолда бар және арзан шикізат қорларын пайдалану, өндірістік үдерістерін ЭЕМ (электронды есептеуші машина) және компьютерлік жүйе арқылы басқару сияқты соңғы ғылым мен техника жетістіктерін пайдаланудың маңызы зор. Осындай алға қойылған мақсаттарға жету үшін, бірінші кезекте, биоинженерлік бағыттағы ізденістердің ауқымын кеңейту қажет деп есептелінеді.

І тарау бойынша өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар мен тапсырмалар.

1. Биотехнология ғылымы нені зерттейді және оның өнімі қандай үдерістерге негізделеді?

2. Биотехнология ғылымының жедел дамуы қай кезеңдерден кейін басталды?

3. Биотехнология ғылымы қандай өндіріс салаларымен тығыз байланысты?

4. Биотехнологияның халық шаруашылығындағы қазіргі маңызы мен болашағы қандай деп ойлайсыз?

5. Биологиялық инженерия ғылымы нені зерттейді?

6. Биологиялық инженерия ғылымының болашағы қандай?

7. Микроорганизмдерді өндірістік мақсатта қолданудың артықшылықтары қандай?

8. Қазіргі кезде Қазақстанда қандай биотехнологиялық өндіріс салалары дамыған және болашақта қандай өндірістердің даму мүмкіндіктері зор?

9. Көздеген мақсатқа байланысты гендік инженерияның қандай деңгейлерін ажыратуға болады?

10. Гендік инженерия нені және қандай деңгейде зерттейді?

11. Активті, гибридті ДНҚ молекуласын ең бірінші болып кім алды?

12. ДНҚ-ның молекулярлы құрылымы қандай типті нуклеотидтерден тұрады?

13. Гентикалық кодтың универсалдылығы дегенді қалай түсінесіз?

14. Рекомбинантты ДНҚ құрамына енетін жекелеген гендерді қандай жолдармен дайындауға болады?

15. Гендік инженерияның әдістерін қолдану үшін қажетті басты материал не?

16. Ген инженериясы және генетикалық инженерия арасында айырмашылық бар ма?

17. ДНҚ молекуласы неден құралады?

18. Геном дегеніміз не? Ол қандай қызметке жауап береді?

19. Гендік инженерия жұмыстарының барысы қандай кезеңдерден тұрады?

20. Қажетті ДНҚ-ын бөліп алу жұмыстарының атқарылу кезеңдерін ретімен айтып беріңіз.

21. ДНҚ сегментін не үшін генетикалық векторлармен біріктіреді?

22. Векторлар дегеніміз не және вектор ретінде не қызмет ете алады?

23. Егерде рестрикциялау барысында «жабысқақ» ұшты бөлшектер пайда болмаса, қандай ферменттер қолданып оларды «мәжбүрлі» түрде айналдырады?

24. ДНҚ құрамына кіретін нуклеотидтер бір-бірінен не себептен ерекшеленеді?

25. Рестриктаза ферменттерінің атқаратын қызметі қандай?

26. Рекомбинантты ДНҚ-ын клондау үдерісі қалай жүреді?

27. Вектор ретінде қандай заттар пайдаланыла алады?

28. Лигаза ферментінің атқаратын қызметі қандай?

29. Гендік инженерияның денсаулық сақтау саласындағы маңызы қандай деп ойлайсыз?

30. Гендік инженерия әдістерінің жетілуі адамдарға қандай мүмкіндіктер береді?

31. Гендік инженерия жұмыстарының биологиялық тұрғыда қауіпті болуы мүмкін бе? Қандай жағдайда қауіп тудыруы мүмкін деп ойлайсыз?

ІІ тарау