Биотехнологияны қолданатын аумағы және оның деңгейі, мәні мен мақсаты
Биотехнологияның мәні мен мақсаты
- күрделі молекулалардың көздеген өзгерісі үшін клетканы немесе
олардың қарастырған бөлшектерін алу;
- культивирленетін организмге ауысуда басқа реакцияда байқалатын
дайын өнімнің жиналуына клетканың алмасу жолын активтендіру
және қолдау;
- клеткалық және ген инженериялық әдіспен өзгерген тұқым қуалайтын организмнің табиғи түрін культивирлеуде, дайын өнімнің максималды шығымына жеткізу мақсатында, биотехнологиялық процесті аппаратуралық өңдеуді оптимизациялау және жаңарту;
Биотехнология сатысы немесе деңгейі
Көптеген биотехнологиялық өндірістерде қазіргі кезге дейін сәйкес келетін микроорганизмдердің жасушасын қолдану негізделген және көптеген осындай өндірістер жұмыс жасауда. Демек, бұл биотехнологиялық процестің жасушалық деңгейі деп аталады. Мұндай жолмен бастапқы жасушаның гибридтік тұқым қуалауымен потенциальды активтілігін жоғарылатуды іске асыруға болады.
Ген инженерия үлкен мүмкіндіктерді ашуда. Бұл молекулярлық деңгей 1972 (АҚШ-та) Бергта бірінші ДНК рекомбинатын құрды.
Биотехнологияны қолданатын аумағы
энергия көзі (күн сәулесі –энергия биомассасы)
тамақ, шырындар (шарап,спирт,сүт қышқылды өнімдер,
консервілеу және т.б.)
химиялық жолмен өңдеу және өнімді тазарту;
химиялық тұрмыстық өнімдер(желім,бояу,талшық,пигмент
және т.б.);
химиялық өндірістерге арналған көміртегін құрайтын шикізат;
биосинтез процесі және деградация;
қоршаған ортаның жағдайын бақылау;
денсаулық сақтау (интерферон өндірісі, моноклональды
антидене, датчиктер және т.б.);
аналитикалық химияға арналған аспаптар;
минералды шикізатты өңдеу және оларды бөліп алу және т.б.
Қолданатын сфералары және болашақта мақсаты
Биотехнологияны қолданатын аумақтар өте әртүрлі, ол көптеген ғылымдарды қамтиды, сондықтан қазіргі уақытта биотехнологияны келесі түрлерге ажырату қабылданған.
Тамақ биотехнологиясы
Микроорганизмдердің тіршілік ету қабілетін және ертеден белгілі дәстүрлі әдісті сыра ашытуда, сүт қышқылды өнімдерді және ашытқы алуда қолданған. Ғылымның дамуына байланысты екі бағытта жаңарды:
биореактордағы өсімдіктердің және жануарлардың клеткасынан, микроорганизмдер өндірісінің шығымы, ауылшаруашылығының өндірісіне қарағанда шығымы жоғары.
биотехнологиялық процестердің өнімділігінің жоғарылауы ген инженерия әдісін қолданудың арқасында.
1 кесте- Биоконверсия шикізатының эффективтілігі
Организм |
Бастапқы өнім |
Өнімділігі, г |
Сиыр |
1 кг. азықтық |
68г.сиыр еті |
Шошқа |
1 кг. азықтық |
200г.шошқа |
Тауық |
1кг. азықтық |
240 г.тауық еті |
Fusarium graminearum |
1кг.көмірсу+неорганикалық Азот + О2 |
1080 жасушалық массалары |
Медициналық биотехнология
Ген инженериясының жетістігінің арқасында медициналық биотехнология дами бастады, мысалы генді клондау жолымен гармонның өсуі және интерферон, инсулин алу терапияда кеңінен қолданылады және әртүрлі ферменттер диагностикасында. Болашақта биоэлектрохимияның жетістігінде қолданатын болады, мысалы, глюкоза құрамын анықтаушы, қанның жеке компоненттерін анықтаушы арнайы датчиктерді құрайды.
Ауылшаруашылық биотехнологиясы
Қазіргі жағдайда ауыл шаруашылық биотехнологиясын қолдану әр түрлі:
-биотехнологиялық өнім алу үшін шикізат ретінде ауылшаруашылығының қалдығын және өнімін қолдану: спирт, шарап,сыра, энергия. Бұл бағыттың дамуы үшін әртүрлі субстраттың ыдырау кинетикасын және процестегі микроорганизмдердің рөлін мұқият оқып зерттеу керек;
-ветеринарияда вакцина мен қанның сары суын алу үшін биотехнологияны қолдану;
-мал азығын алу: (АВК) азықтық витамин концентратын, ашытқы массасы;
-ауылшаруашылық культурасының өнімділігі мен сапасын жақсартудың жаңа әдісі;
-дәстүрлі тыңайтқыштың орнына азотты биологиялық фиксациялау әдісін қолдану;
-пестицидтің орнына биологиялық бақылау әдісін қолдану.
Болашақта ауылшаруашылық биотехнологиясы - бұл гендік инженерияны қолданудың барысында өсімдіктің қасиетін жақсарту.
Өндірістік биотехнология
Э
нергетика:
күн биомасса энергия. Болашақта
биоотын элементі құрылатын болады,
мысалы, ашу кезінде пайда болатын сутегі,
сутекті-оттекті элементінде
қолданылады.Биомассада күн сәулесі
жарығының конверсиясының эффективтілігін
жоғарылату қажет ( бұл 1-2% болады). Сонымен
қатар фотосинтездеуші микроорганизммен
(көк-жасыл балдырлар) Н2О
ыдырату арқылы Н2
алуға болады. Мұнай алу өндірісінде БАЗ
немесе полимерлер тәрізді микроорганизмдерді
қолданудың болашағы зор.
Химиялық қосылыстар:
- Биохимиялық әдіс, оларды алуда артықшылығы бар: арнайылығы, бақылаудың оңай болуы, температураның төмен болуы, экологиялық таза болуы, қарапайымдылығы. Спирт, метан, қышқылдар, ацетон, аминқышқылдары, ферменттер, антибиотиктер және т.б. алуға болады. Бірақ әзірше синтездеудің дәстүрлі әдісі басым болып асып түседі. Болашақта пластмасса, эмульгаторлар өндірісі жоспарлануда.
Материалдар:
- өндірістік шикізат алуды дамытуда биотехнология іс-әрекет жасайды, мысалы мұнайды;
- көптеген материалдар өндірісі үшін микроорганизмдерді қолданады, мысалы пластмасс;
- микроорганизммен бүлінуден әртүрлі заттарды қорғау әдісі жасалуда;
- руданы микробиологиялық сілтілеу.
Экологиялық биотехнология
- Ертеден белгілі қалдықты өңдеуде және ағын суды тазартуда
микробиологиялық әдіс кеңінен қолданылуда.Катаболиттік әдіспен жасанды құрылған немесе ертеректен белгілі микроорганизмді қолдану - болашағы.
Қоршаған ортаны бақылау және мониторингке арналған биодатчиктер.
2 кесте -Биотехнологияның экономикалық және коммерциялық аспектісі.
Жаңа биотехнологияның әртүрлі өнімінің 2005 жылғы дүниежүзілік бәсеке таластағы сұранысына баға
«Жаңа» биотехнология өнімдері |
Сұраныс бағасы |
Химиялық заттар |
10 |
Энергия |
14 |
Азықтық өнімі |
14 |
Медицина |
10 |
Әртүрлі (кеңді сілтілеу, пластмассаны, қоршаған ортаны бақылау және т.б.) |
20 |
Қорытынды |
69 |
Ол ашытқы өндірісіне қарағанда 6 есеге жоғары.
Микробиологияның химиялық технологиямен байланысы биотехнологиялық өндіріске енгізілуі ауыр индустриядан жоғарғы технологияға ауысқанда нәтиже берді. Биотехнологияның практикаға енуі жүйедегі қатынасты өзгертеді: адам-өндіріс-табиғат, еңбек өнімділігін жоғарылатады. Биотехнология процестерінің кең көлемде қолданылуы, өндірістік және ауылшаруашылық өндірісінің бір-біріне ұштасуына мүмкіндік береді, азық-түлік және т.б. ауылшаруашылық өнімдері индрустриялық жағдайда өндіріледі.
Қазіргі кезде биотехнологияның жетістіктері келесі салаларда қолданылуда:
өндірісте (химиялық, мұнай, фармацевтика, азықтық);
экологияда;
энергетикада;
ауыл шаруашылығында;
медицинада;
Биотехнологияның – сала мен пән аралық оның дамуы басқа пәндермен, салалармен жаңалық ашпай дамуы мүмкін емес. Молекулярлық биология және генетиканың қазіргі дамуы, химияға және физикаға сүйенуі, тірі организмдердің потенциалын адам баласының тұрмыстық тіршілігіне пайдалануға мүмкіндік береді (демек олар жасушалық және молекулярлық сатыда тіршілік ету жағдайын жасайды). Жасушалық және гендік инженерия жаңа микроорганизмнің продуцент-штамдарын алуға мүмкіндік береді.
Биотехнологияның негізгі аумағы
Биотехнологияның негізгі аумағы болып микроб жасушасы саналады. Жасушаның құрылысы бойынша, олар генетикалық аппаратта прокариот және эукариот болып бөлінеді.
Микроорганизмдердің басым көпшілігін бір клеткалы, олар өте ұсақ, жай көзге көрінбейтін тірі организмдер. Олардың клеткалары миллиметрдің мыңнан бір бөлігімен өлшенеді. Микроорганизмдер бір ортада топталып тіршілік етсе, онда колониялар түзеді (2 сурет).
