Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті Биология және биотехнология факультеті Тексерген: Бержанова Р.Ж Орындаған : Айтжанова Н. Махашбай Н. Нұрбақытқызы А. Турганова Г.
Кіріспе Микробиологиялық биотехнологияның тарихы Биотехнологияда қолданылатын микрооргонизмдерге қойылатын талаптар Биотехнологиялық процестерде микроорганизмдердің жүзеге асыратын ролі Микроорганизмдердің биотехнологиядағы қызметі Биотехнологияда қолданылатын микроорганизмдер Микроорганизмдердің морфологиялық тобы Биотехнологияда микроорганизмдерге қойылатын талаптар
Микробиология – микроорганизмдердің биохимиялық әрекеттерін, қоректік заттарды өзгертудегі олардың негізгі ролін қарастырады. Бұл процестердің ішінде кейбір микроорганизмдер әрекеттерінің, мәселен қанттың спиртке дейін ашуының, антибиотиктер мен витаминдер түзілуінің халық шаруашылығында зор маңызы бар. Микроорганизмдер тіршілігінің ең бір айқын байқалатын жері – ашу процесі. Күнделікті көріп жүрген сыра мен түрлі шараптар, тағамдардың шіріп, бүлінуі және көгеруі бәрі де осы микроорганизмдер әсерінен болады.
Микробиология тарихында римнің профессоры Афанаси Қирхердің (1601-1680) есімі де аталуы тиіс. Қирхер сасыған ет, щарап сіркесін, сүтті қарап, онда түрлі құрттардың кездесетінің байқады. Ол қанды қарап, онда түрлі клеткаларды көреді. Микроорганизмдерді алғаш рет ашу Голландия әуесқойы Антон ван Левенгуктің (1632-1723) есімімен тікелей байланысты. Жас кезінен шыныларды құрастырумен көп айналысқан ол, заттарды 160-300есеге дейін үлкейте алатын алғашқы микроскопты құрастырған. Орыс оқымыстысы И.И.Мечниковтың 1845-1916 еңбегі зор. Ол микробиологияда бір қатар жаңалықтар ашты. Соның ішінде, әсіресе иммунитет және бактериология жайындағы еңбектері өте бағалы. И.И.Мечников фагоцитоз және оның иммунитетттегі ролі туралы тыңғылықты ілім жасады.
Микробиология ғылымының жетістіктері қазіргі кезде ауыл шаруашылық дақылдарының өнімділігін арттыруда, түрлі өсімдіктер мен жануарлар зиянкестеріне қарсы күресте, шырынды аз ық – сүрлемді даярлауда кеңінен қолданылады. Әсіресе олардың басым көпшілігі судың түбіндегі қорыста қоректік заттардың молырақ жерінде тіршілік етеді. Ал өзіміз тыныс алатын ауада да олар жеткілікті. Көбінесе олар ауасы нашар, әсіресе халқы тығыз, өнеркәсіптер жиі орналасқан жерлерде көп тараған. Жалпы микроорганизмдер дүниесінің табиғаттағы маңызы орасан зор.
Микроорганизмдер биотехнологиясының мақсаты ; Микроорганизмдердің бірінші және екінші ретті метаболиттер мен биомассасы мен өнімін медицина мен ауыл шаруашылығы немесе түрлі өнеркәсіп саласы үнемдеп алудың бұрынғы және қазіргі жаңа озық технологияларымен танысу.
Микроорганзмдер биотехнологиясы биотехнологияның негізгі салаларының бірі. Көптеген маңызды биопрепараттар мен өнімдерді алудың атап айтқанда витаминдер мен ферменттерді полисахаридтер мен бейтарап өнімдерді алудың жолын осы микроорганизмдер биотехнологиясы зерттейді.
Біріншіден, қолдану саласы бойынша микроорганизмдер топтары бөлінбейді (мысалы: медициналық биотехнологияда микробтардың бір тобын, тағамдық биотехнологияда - келесі, ауыл-шаруашылық биотехнологияда - үшінші тобьн және т.б.). Айта кету керек, бір микробтық метаболитті (аминқышқылдар, органикалық қышқылдар, антибиотиктер, витаминдер және т.б.) түрлі таксономиядағы микроорганизмдер түрлері (ашытқылар және бактериялар, мицелллалы саңырауқұлақтар мен актиномицеттер және т.б.) синтездей алады; сондай-ақ бір метаболитті әртүрлі салада қолдануға болады.
Екіншіден, әртүрлі салада биообъект ретінде қолданылатын микроорганизмдерге қойылатын талаптар әртүрлі, бір бірінен айырмашылықтары болады. Антибиотиктер өндіретіндерге бір талап қойылады, вакцина түрінде қолданылатын штамына қойылатын талаптардан бөлек, ал пробиотик ретіндегі микроорганизмдерге қойылатын талап екеуіне мүлдем ұқсамайды және т.б.
Үшіншіден, биотехнологияның түрлі салаларында қолданылатын биообъект маңызы, рөлі және қатысуы жағынан ерекшеліктері болады. Микроорганизмдердің бейімделуі технологиялық жағдайларға, өндірістің ауқымдылығына және жасанды ( биореакторда ) тіршілік етуінде функциаланғанда техникалық, өндірістік микробиологиядан "өндірістік микроорганизмдер" термині туындады.
Төртіншіден, технологиялық міндеттерге байланысты бионысанды монодақылда (антибиотиктер, витаминдер, аминкышқылдар өндіретіндер, вакциналық штамдар және т.б.) немесе ажыратуы қиын қоғамдастағы таксономиялық топтар (ағынды суларды активті лаймен тазартуда) түрінде пайдалануға болады. Жалпы алғанда, "бионысан" түсінігі биотехнологияның әртүрлі саласында қолданатын түрлі микроорганизмдер топтарын бірік-тіреді.
Биологиялық объектілер арасында ең алдымен микроорганизмдер туралы айту керек Биообъектілерден шикізат(субстрат), технологиялық жағдай және құрал жабдықтардан құралған биотехнологиялық жүйе өндірісте нақты өнім алу үшін тағайындалады.
Ашыту, биосинтез және биотрансформация процестері нәтижесінде өнім алынады. Себебі көптеген жұмыс істеп жатқан үлкен масштабты биотехнологиялық өндірістер олардың биопродукциялық активтілігіне негізделген.
Қалдықтарды қайта өңдеу, қоршаған орта жағдайын қадағалау Энергия алу. Жемдер, тағам қоспалары, сусындар, тұрмыстық химия өнімдерін алу. Минералды шикізаттарды бөлу. Затты тазалау және қанықтыру. Физиологиялық белсенді қосылыстарды алу. Биосинтез, биотрансформация, биодеградация үшін қолдану. Медицинада, ветеринарияда, өсімдік өсіру шаруашылығында қолданылады. Биоэлектроникада қолданылады.
Тіршілік ететін, биологиялық активті микроорганизмдер ауыл шаруашылықта (биотыңайтқыштар, биоинсектицидтер), азық түлік өндірісінде (ұйытқылар), биогеотехнологияда( металлдарды сілтіден айыру), тамақ және қоректік ақуыз ретінде (микроорганизмдердің инактивацияланған биомассасы) қолданады
Микроорганизмдер биотехнологияда ерекше басым міндет атқарады. Адам тіршілігіне қажетті биологиялық активті қосылыстарды (БАД) алу, прокариоттың метаболизм жүйесін қолдана отырып гендің-инженерлік технология жолымен аса құнды эукариоттық ақуыздар алуға болады.
Микроорганизмдер биотехнологияда микробиология зерттеу нысаны бойынша қарастырады. Биотехнология биологиялық ғылымның бір саласы болғандықтан биообъект ретінде микроорганизмдердің келесі таксономиялық топтарын қолданады: бактериялар мен актиномицеттерді саңырауқұлақтар мен ашытқыларды, микробалдырларды, вирустарды қарапайымдыларды. Биотехнологияда қолданылатын микроорганизмдер
Бактериялар Тамақ өнеркәсібінде Lactobactericeae, Bacillaceae, Mycobactericeae тұқымдасының өкілдері биообъект ретінде пайдаланады. Lactobactericeae тұқымдасының жататын түрлері көбінесе сүт пен сүт тағамдарында кезедеседі. Бұл бактериялар сүт құрамындағы қантпен қоректеніп сүт қышқылын түзеді. Ал сүт қышқылы сүтті ашытып айранға айналдырады. Сондықтан оларды сүт қышқылы бактериялары деп атайды. Бұл бактериялардың өнеркәсіп пен ауыл шаруашылығында маңызы зор.
Lactobactericeae тұқымдасына Lactobacterium, Streptococcus туысы жатады. Олар грам+ таяқша пішінді анаэробты және факультативты анаэробты бактериялар. Ашудың соңғы өніміне байланысты сүт қышқылы бактериялары 2 топқа бөлінеді: Гомоферментативті Гетероферментативті Гомоферментативті сүт қышқылы бактериялары – қанттан тек сүт қышқылын түзеді. Олардың ішіндегі маңыздылары: Lactobacterium bulgaricum – айран дайындауда Lact. Cucumeris – көкөністі, сүрлемді ашыту, қияр тұздауда Lact. Casei, Lact. Plantarum – ірімшік даярлауда, көкөніс, сүрлем ашытуда Streptococcus lactis – сүтті ұйытып, сүт тағамдары айран, қаймақ дайындауда қолданылады. Бұл бактериялар тобы спора түзбейді, қозғалмайды, тіршілік жағдайына талғампаз болып келеді.
Гетероферментативті сүт қышқылы бактериялары – қанттан сүт қышқылымен қатар сірке, янтарь қышқылы, этил спирті түзіледі. Mycobactericeae тұқымдасы Propionibacterium туысы бактерияларының сыр жасауда маңызы бар. Көмірсуды ашытқанда пропион және сірке қышқылын, көмірқышқыл газын түзеді. Сүт өнімдерінде, қатты сырларда, теріде, асқазан-ішек жолдарында кездеседі. Acetobacter туысына жататын сірке қышқылы бактериялары жеміс-жидектерде, түрлі көкөністе кездеседі, арақ-шарап жасау өнеркәсібінде қолданылады. Олардың ішінде ең негізгісі – Acetobacter aceti. Сірке қышқылы бактерия көмегімен сірке суы өндіріледі.
Acetobacter
Биореакторда олардың өсуі мен көбеюі үшін жасалған адекватты жағдайларға; Субстратпен қамтамасыз еткенге; Физико-химиялық факторларға; Микробты дақылдың өсу фазаларымен дұрыс басқаруына байланысты.
Біріншілік метаболиттерге амин қышқылдары, нуклеотидтер, органикалық қышқылдар, ферменттер және т.б биологиялық белсенді заттар жатады. Екіншілік метаболиттер бұлар антибиотиктер, олигопептидтер және т.б.
1. Микроорганизмдердің апатогенділігі, адамға және қоршаған ортаға қауіпсіз болуы. 2. Мақсатты өнімді синтездеуге қабілетті болуы штамм продуценттерді сұрыптағандағы басты критерий 3. Мақсатты өнімді шығару жылдамдығы жоғары болуы 4. Зертханалық және өндірістік жағдайда биопродуценттің активтілігі тұрақты болуы. 5. Метаболизмнің жанама өнім шығуының минималдылығы
6. Бактериофагтардың және бөтен микрофлораның лизистік әрекетіне төзімділік көрсетуі. Кейбір өндірістік жағдайларда штамм продуценттерді бактериофагтар лизиске ұшыратады. Сол себепті продуцентті сезімтал фагпен бірге өсіру жолымен және фагқа төзімді штамдарды сұрыптау арқылы болады. 7. Ферментацияның жоғары температурадағы режимі немесе рН көрсеткішінің төмен болуы өндірістік жағдайларда стерильділікті сақтауды жеңілдететіндіктен өндірістік штамм термо және ацидофилді болғаны дұрыс 8. Технологиялық, яғни өндірістік процеске штамның жоғары бейімделуі 9. Арзан субстратта жақсы өсе алуы.
Биотехнологияда микроорганизмдердің рөлі өте зор. Қолдану саласы бойынша микроорганизмдер бөлінбейді (медициналық биотехнологияда, ауыл шаруашылық биотехнологияда, тағамдық биотехнологияда, т.б.) салада қолдана береді. Микроорганизмдердің бірінші және екінші ретті метаболиттер мен биомассасын, өнімін медицина мен ауыл шаруашылығы немесе түрлі өнеркәсіп саласында қолданады.
