4 Медициналық және ветеринарлық биотехнология

Әлемдік нарықтағы ветеринариялық биотехнология өнімінің көлемі 11,0 млрд. Доллардан асса, оның басым бөлігін мал азықтық қоспалар мен ветеринариялық дәрі дәрмектер өндірісі құрайды.

Микроағзалар мен жануарлар жасушаларының кейбір түрлерін пайдалану арқылы биотехнологиялық үдеріс негізінде алынатын өте маңызды қосылыстар ретінде антибиотиктер мен биологиялық белсенді заттарды ( интерферон , интерлейкин , лимфокин және т.б. ) айта аламыз.

Шығу тегіне байланысты антибиотиктерді 5 топқа бөледі:

1. 
   Саңырауқұлақтар мен қыналардан өндірілетін антибиотиктер (пенициллин , цефалоспорин , фумагиллин , гризеофульвин , трихоцетин)
   
2. 
   Актиномициттер тарапынан өндірілетін антибиотиктер (стрептомицин, неомицин, канамицин, гентамицин, тилозин , хлортетрациклин, хлорамфеникол, эритромицин, леворин, новобиоцин, рифампицин, нистатин)
   
3. 
   Бактериялар бөлетін антибиотиктер ( грамицидин, колицин, пиоционин, субтилин, полимиксин)
   
4. 
   Жануарлардан алынатын антибиотиктер (эритрин, экмолин, лизоцин, интерферон)
   
5. 
   Өсімдіктерден алынатын антибиотиктер (сарымсақ фитонциді - аллицин , шалғам ұрығынан – рафанин, шайқурайдан – иманин және пияз ,ақжелек, қыша(қыжы), алоэ өсімдіктері мен арша ұрығы , қайың бүршігі , қарақат және эквалипт ағаштары жапырағынан өндірілетін фитоалексиндер – пизатин, фазеолин)
   

Микроағзаларға әсер ету механизміне байланысты антибиотиктерді бірнеше негізгі топтарға бөлуге болады:

1. 
   Бактерия қабырғасының синтезін ингибирлейтін;
   
2. 
   Цитоплазма мембранасының қызметін бұзушы;
   
3. 
   Рибосомалық суббөлшектерді бұзушы және ақуыз синтезін тежеуші;
   
4. 
   Нуклеин қышқылдарының синтезін таңдап басушылар, яғни:
   

• 
  РНК синтезінің ингибиторы;
  
• 
  ДНҚ синтезінің ингибиторы;
  

Антибиотиктердің жаңа түрін алу әлі де жалғасуда. Олардың жаңа түрінің іздестірілуі келесідей себептерге байланысты:

1. 
   Күнделікті қолданылып жүрген антибиотиктерге кейбір патогенді микроағза түрлерінің сезімталдығы төмен , сондықтан әсерлі антибиотик қосылыстарын іздестіруге тура келеді;
   
2. 
   Антибиотиктерді ұзақ мерзімді пайдалансақ , инфекциялаудың барлық түрінде де микроағза штаммдарының резисті формадағы селекциясы жүреді. Оларды ұзақ уақыт және жүйесіз қолдану патогенді микроағзаларда эволюциялық өзгерістердің жүріп,белгілі бір антибиотиктерге тұрақтылығының қалыптасуына алып келеді;
   
3. 
   Антибиотиктердің қолдану аясы кеңейіп, олардың іс-тәжірибелік қолданылуы бағытталығы артты.
   

Соңғы кездерге дейін жоғары өнімді антибиотиктер продуцентінің бағалы өндірістік штамдарын негізінен табиғи микроағзадарды слекциялау және мутагенез әдісімен алып келді. Кейіннен, жүргізілген сұрыптау жұмыстары мен ферментация технологиясын жетілдіру нәтижесінде өндірістік пенициллинді шығару 20 г/л жетті, яғни табиғи штаммен (Penicillinum chrysogenum) салыстырғанда оның өнімділігі 1000 есе артқан. Соңғы жылдары гендік инженерия әдісімен суперпродуцентті антибиотиктерді құрастыруда үлкен мүмкіндіктерге қол жеткізді. Қазір антибиотик биосинтезін кезеңдерімен жүргізуге мүмкіндік беретін иммобильденген жасушалар мен тиісті ферменттерді қолданудың болашағы зор деп бағалануда.

Антибиотиктерді алу үшін қолданылатын орта құрамында қымбат тұратын заттар (глюкоза, лактоза) мен таптырмайтын көбік басқыштар (кашалот майы және т.б. ) қолданылып келгендіктен ,антибиотиктерді өндіру шығындары қымбатқа түседі . Сондықтан жоғары сүзгілік (фильтрациялаушы) қасиеті бар және антибиотиктерді тазалау мен бөлуде аз шығынды әдістерді қолдануды талап етуі себепті, құны арзанға түсетін қоректік орталарды сұрыптап шығаруға бағытталған ізденіс жұмыстарына басты назар аударылуда.

Белгілі бір антибиотик биоситнтезінің жүруіне ықпал жасау үшін продуцент микроағзасының зат алмасу үдерісіне араласу әдістері жасап шығарылады. Нәтижесінде, кейбір продуценттер бір мезгілде түрлі арақатынастағы бірнеше антибиотиктерді түзе алады.Культивирлеу жағдайын, яғни орта компоненттерінің құрамын, қышқылдық белсенділігін, аэрацияны тағы да басқаларын өзгерту жіне ортаға микроағзалар бөлетін арнайы ингибиторлар , микроағзалар мен ферменттер қосу арқылы антибиотик биосинтезінің деңгейін басу не болмаса үдетуге болады. Кезеңді культивирлеу барысында қоректік орта компоненттерінің бөлшектік қоспасын қолдану , көміртегі метаболизмінің өтуін белгілі бір бағытқа реттеп отыру және т.б. жаңа технологиялық қолданыстарға жатады.

Антибиотиктер биотехнологиясындағы ірі жетістіктердің бірі – химиялық немесе биологиялық әдістер арқылы табиғи антибиотиктердің молекуласын модификациялау болып табылады. Кейбір антибиотиктердің молекулалық құрылымына ( пенициллин, цефалоспорин, тетрациклин) өзгеріс енгізу әдісімен антибиотиктердің жартылай синтетикалық жаңа түрлері шығарылады. Әртүрлі антибиотик топтары молекулалық құрылымдарының зерттелуі үлкен нітижелер әкелуі себепті, биотехнологиясының бұл бағыты 40-45 жыл бұрын қарқынды дами бастайды. Осы әдіспен 2000-нан астам пенициллин, 8000-дай цефалоспорин , 8000-дай цефалоспорин , 3000-дей тетрациклин және т.б. антибиотиктер алынған. Жартылай синтетикалық антибиотиктердің 15-16 түрлі қосылыстары іс-тәжірибелерде қолданыс тапты. Табиғи қосылыстардың молекулаларын жасанды түрде трансформациялау әдісімен микробқа қарсы кең әрекет спектрларымен және күшейтілген қарсы әрекет нітижелерімен ерекшеленетін антибиотиктер алына бастады.

Мысалы, табиғи пенициллин өз құрамында көптеген пенициллиндердің жалпықұрылымдары -6 аминопенициллин қышқылды қоспасынан тұрады. Биотехнологияда иммобильденген пенициллинамидазалы антибиотиктерді қолдану 15 жылдай бұрын бастаған. Бұл қышқылды ортада жоғары биологиялық белсенділікке ие , кең ауқымда микробқа қарсы белсенділігі жоғары , адам мен жануар ағзасындағы токсинді төмен , сондай ақ лакталазаға төзімді келетін көп көлемдегі жартылай синтетикалық пенициллиндерді алуға жол ашты.

Антибиотиктер биотехнологиясындағы инженерлік-энхимологиялық әдіс мұнымен аяқталмайды.Пенициллинамидиаза өзінің гидролиздік әсерін цефалоспроин молекуласына да таратады. Бензилпенициллиндегі сияқты иммобилизациясынған пенициллианамидаза да лактанды сақинаның құрылымына жоламай, тек қана цефалоспорин молекуласындағы қапталдық тобын ғана ерітеді. Екінші биотехнологиялық үдеріс – тиісті фенилацетатты туындысының гидролизденуі нәтижесінде 7-АДЦК алынуымен аяқталады. Сонымен, болашағы зор жаңа антибиотиктер тобын – жартылай синтетикалық цефалоспорин алу мүмкіндігі жолға қойылды.

Модификацияланған антибиотиктерді алуға арналған мутасинтез әдісі де жасап шығарылады. Осы мақсатта белгілі бір телімінде антибиотик молекуласының синтезі бұзылған мутантты штамм продуценттер пайдаланылады. Әдістің қолданылуы барысында осындай биологиялық жағынан белсенді антибиотик синтезінің жүруі үшін продуцентті культивирлеуге арналған ортаға аталған телімдердің (молекула синтезі бұзылған) баламаларын (аналог) енгізеді.

Микроағзалар көмегімен жүретін антибиотиктер синтезіне 10-30 геннің қатысуы себепті, оның синтезін басқаруда гендік инженерия әдістерін қолдану біршама қиындықтар тудырады. Аталған мәселе, антибиотик синтезі бір оперонды коделейтін мультиферментті кешендермен жүзеге асырылғанда өз шешімін таба алады.

Бұл антибиотиктер биотехнологиясында жаңа мүмкіндіктерге жол ашады. Тиісті гендерді бір микроағза продуцентін екінші бір туыстас микроағзаларға енгізу,гибридті,жаңа биологиялық қасиеттері бар антибиотиктерді алуға мүмкіндік береді.

Антибиотик штамм-продуценттерінің жоғары өнімділігіне , жасушада антибиотик биосинтезі гендер көшірмелері мөлшерін арттыру арқылы да қол жеткізе аламыз.

Қазақстанда да жаңа бактериоцидті және фунгицидті құрылымды антибиотиктер түрлерін іздестіру бағытындағы ғылыми-зерттеу жұмыстары жүргізіліп келеді. Өткен ғасырдың 70-жылдарының ортасында Степногорск қаласында «Прогресс» зауыты құрылып, мұнда әртүрлі биодәрмектердің өндірілуі меңгерілді.

ХХ ғасырдың 90-жылдары аяғында ҚР Ұлттық биотехнология орталығында патогенді саңырауқұлақтарға бактериоцидтік белсенділігі жоғары және терінің морфологиялық құрылымына кері әсер етпейтін полиен негізді-розеофунгин атты антибиотик шығарылады.

Алматы қаласындағы микробиология және вирусология институтында грамм теріс және оң грамм бактерияларға антибактериялық қасиеттері бар жаңа антибиотик-хинон алынды.

ҚР ҰБО өнеркәсіптік биотехнология интитутының бір топ ғалымдары 2001-2005 жылдар аралығында сүтқышқылды бактериялар көмегімен өндірілетін азықтық тазартылған антибиотиктерді алу технологиясын ойлап шығарады.Дәл осындай антибиотиктер тобының өкілі-низин медицинада пайдаланғанымен, қазіргі уақытта тамақ өнеркәсібінде сақтағыш қоспа ретінде қолданыс тапты. Низинді тез бұзылатын шұжық сорттарының өндісірісінде , жұмсақ ірімшік сорттарында қолданады.Низиннің химиялық тұрғыдан шығу тегі басқа консерванттардан басты айырмашылықтары:адамдар үшін токсинді емес:оның әсері телімді;азықтық өнімінің тұтынушылық қасиетіне кері әсер етпейді;адам ағзасында метаболизмнің зиянды өнімдерін түзбей толығымен сіңіріледі және азық – түлік құрамын алмастырылмайтын амин қышқылдарымен байытады.