Біздің планетамыздың тірі организмдерінің алуан түрлілігінен (2 млн астам түрі) биотехнологияда продуцент ретінде қолдану үшін зерттеледі және пайыздың тек жүзінші үлесі ғана пайдаланылады

Біздің планетамыздың тірі организмдерінің алуан түрлілігінен (2 млн. астам түрі) биотехнологияда продуцент ретінде қолдану үшін зерттеледі және пайыздың тек жүзінші үлесі ғана пайдаланылады.

Өндірушіні басқа биологиялық пәндердегідей белгілеу үшін екілік номенклатура қолданылады, яғни тұқым мен түрдің латынша атауы, олар үшін іріктеу арқылы алынған штамм нөмірі көрсетіледі, мысалы, Aspergillus awamori 16.

Қазіргі уақытта биотехнологияда продуцент ретінде бір типті жасушалардан (бактериялар, саңырауқұлақтар, балдырлар) құрылған бір клеткалы және көп жасушалы организмдер, сондай-ақ жоғары өсімдіктер мен жануарлардың жасушалары мен тіндері қолданылады. Биотехнология объектілері ферменттер, нуклеин қышқылдары, простагландиндер, лектиндер, нейропептидтер және әртүрлі ББЗ (биологиялық белсенді заттар) болып табылады. Өнеркәсіптік биотехнологияда штаммдардың 3 түрі қолданылады: 1) табиғи және жасанды іріктеумен жақсартылған табиғи штаммдар (микробтық биомассаны өндіру кезінде); 2) индукцияланған мутагенез нәтижесінде алынған штаммдар; 3) гендік-инженерлік штаммдар (ең жоғары генетикалық тұрақсыздыққа ие).

Өнеркәсіптік штаммдар келесі талаптарға сай болуы керек:

1. Тұтынушы мен қызмет көрсетуші персонал үшін зиянсыздық.

2. Қоректік ортаны үнемді тұтыну кезінде биомасса мен мақсатты өнімнің (BAV) жоғары өсу қарқыны.

3. Жанама өнімдердің минималды қалыптасуындағы бағытталған биосинтетикалық белсенділік.

4. Субстраттар мен өсіру жағдайларына қатысты генетикалық біртектілік пен тұрақтылық.

5. Мақсатты өнімде және өнеркәсіптік ағындарда улы заттардың болмауы.

6. Фагтарға және басқа бөгде микрофлораға төзімділік.

7. Арзан және қол жетімді субстраттарда, жасуша тығыздығы жоғары тамақ және химия өнеркәсібінің қалдықтарында өсу мүмкіндігі.

Тек осы және басқа қасиеттердің жиынтығымен өндірушінің пайдалылығы мен кірістілігін бағалауға болады. Ең көп зерттелген және жиі Thermoanaerobacter, Bacillus, Acetobacter, Pseudomonas, Brefibacterium.

Біз олардың ерекшеліктерін биотехнологияда өндіруші ретінде сипаттаймыз.

Бактериялардың көбею жылдамдығы өте жоғары, олардың жасушалары 30-60 минуттан кейін бөлінеді (кейбір түрлер 8-10 минуттан кейін). Олар тәулігіне 30 есе (массасы 10-12 г, көлемі 10-12 мл) жасуша массасынан асатын биомасса көлемін өңдей алады және 2-4 күнде 1010 т биомасса түзе алады.

Шындығында, бұл болмайды, өйткені әртүрлі шектеу факторлары әрекет етеді. Бірақ бактериялардың тез көбею мүмкіндігі организмдердің басқа түрлерінен әлдеқайда жоғары, бұл микробтық ақуыз мен биологиялық белсенді заттарды өндіруде маңызды. Бактериялар биохимиялық тұрғыдан жан-жақты, олар әр түрлі қоректік заттарды сіңіре алады және тіпті қоспадан ең жақсы органикалық қосылыстарды таңдай алады, сондықтан олар әр түрлі өмір сүру жағдайларына бейімделе алады. Мысалы, Pseudomonas multivorans көміртегі көзі ретінде 90 затты, соның ішінде көмірсулар мен олардың туындыларын, май қышқылдарын, спирттерді, аминқышқылдарын және тіпті циклді көмірсутектерді (фенол) қолдана алады.

О2-ге қатынасына байланысты бактериялар әдетте міндетті аэробтарға, факультативті анаэробтарға, аэротолерантты анаэробтарға бөлінеді.

Микробтық Биотехнологиядағы өндірушілердің көпшілігі міндетті аэробтар болып табылады, сондықтан оларды өсіру О2 тұрақты ағынымен жүреді, кейбір өндірушілер О2 (2-10%) аз мөлшерде өседі, оларды микроаэрофилдер деп атайды және оларды өсіру шарттары микроаэробты болады. Факультативті анаэробтарға Bacillus, Escherichia тұқымының кейбір өкілдері, аэротолерантты анаэробтар – метан түзетін бактериялар жатады.

Бактериялардың көпшілігі өсу факторлары (дәрумендер, амин қышқылдары, пуриндер, пиримидиндер) бар күрделі органикалық ортада өсіріледі. Өсу факторларына мұқтаж өндірушілер ауксотрофтар, бұл қажеттілікті анықтамайтын штамдар прототрофтар деп аталады. Сүт қышқылы бактерияларын ауксотрофтарға жатқызуға болады.

Көптеген өндірушілер көміртегі көзі ретінде тек бір органикалық зат бар синтетикалық ортада өсе алады. Кейбір өндірушілер энергия көзі ретінде метан, метанол, метилденген аминдерді пайдаланады. Микробтық биотехнологияда бірқатар бактериялардың молекулалық сутектің, күкіртсутектің, аммонийдің, нитраттардың, темір тұздарының және басқа да Бейорганикалық қосылыстардың тотығуы нәтижесінде тіршілік ету қабілетін кеңінен қолданады. Көптеген өндірушілер лайықты метаболизммен сипатталады, бұл әртүрлі көміртек, азот және басқа элементтердің көптеген қосылыстарын пайдалану қабілетімен, сондай-ақ бір қуат түрінен екіншісіне ауысуымен көрінеді.

Бактериялардың көпшілігінде жасуша қабырғасында пептидогликандар бар (олар N-ацетилглюкозамин мен N-ацетилмурам қышқылынан тұрады).

Өндірушілер ретінде архебактериялар, прокариоттардың ежелгі өкілдері ерекше маңызды. Олар төтенше жағдайларда өмір сүреді (Бейорганикалық заттардың жоғары концентрациясы, жоғары температура). Архебактериялардың ішінде галобактериялар Биотехнология үшін үлкен қызығушылық тудырады. Олар 20-30% NaCl (концентрацияланған ерітінді, Өлі теңіз) бар ортада өседі, құрғақ тұзды балықтарда, былғарыдан жасалған бұйымдарда өмір сүреді, ақуыздары бар, олардың қалыпты жұмысы тек NaCl жоғары концентрациясында болады. Бұл таяқшалар, кокки, квадраттар, құрамында фотобелсенді пигменттер бактериородопсин және галородопсин бар. Галородопсин жарықтың электромагниттік энергиясын химиялық энергияға айналдыра алады, соның арқасында АТФ фосфорлануы және синтезі жүреді. Егер Halobacterium күлгін бактериялары тасымалдаушыда иммобилизацияланса, онда жарықтандыру кезінде электр энергиясын, АТФ алуға және теңіз суын тұзсыздандыруға болады.

Болашақта осындай микро-түрлендіргіштердің көмегімен күн сәулесі жоғары елдерде жеке тұрғын үйлерді электрмен қамтамасыз ету ұсынылады. Метаногендік бактериялар биотехнологияда жаңартылатын субстраттан қосымша энергия алу әдісі ретінде кеңінен зерттеледі. Биологиялық метаногенез Қытайда б.з. д. II ғасырда белгілі болды. Е. 1911 жылы Бирменгем қаласында ағынды сулардың анаэробты ыдырауы зауыты салынды. Газ генераторы метанды электр энергиясына айналдырып, бүкіл қаланың өмірін қамтамасыз етті. Қазіргі уақытта Қытайда 7 миллионнан астам жұмыс істейді. биогаз өндіретін қондырғылар. Метаногенді бактериялардың биомассасын ауылшаруашылық жануарларына арналған B12 дәрумені концентраты ретінде қолдануға болады.

Серозға тәуелді архебактериялар мен термоплазмалар биотехнологтардың үлкен қызығушылығын тудырады. Олар ыстық және қышқыл су қоймаларында, жанартау жарықтарында тұрады. Энергия H2, S, Fe2+ металл сульфиттерінің тотығуынан алынады. Мысалы, Thermoproteales 108 С (80 С-тан төмен емес), анаэробтар өмір сүреді, олардың жасушаларында синтезделген ферменттер жоғары терморезистенттілікке ие. Термофильді анаэробты архебактериялардың басты артықшылығы: 1. өсіру мерзімін қысқарту; 2. аэрациясыз жасау мүмкіндігі; 3. жұқтыру ықтималдығын азайту.