Тұздардың жоғары концентрациясы биотехнологиясы

Презентация қосу

Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті
Биология және Биотехнология факультеті

Экстремалды жағдайда өсетін бактерияларды биотехнологияда қолдану
жетістіктері

Орындағандар: Қарабаев Тұрар
Жоспар
Кіріспе
• Экстремофильдер
Негізгі бөлім
• Галофильді микроорганизмдер
• Галофильді микроорганизмдер өсіру
Қортынды
Пайданылған интернет ресурстар
Экстремофильдер - бұл планетадағы ең құбылмалы орталарда өсетін организмдер және олардың қасиеті
арқасында олар ешқашан биотехнологияда үлкен рөл атқара алмады. Бұл организмдер барлық жерде, жоғары
қышқылдығы немесе тұздылығы бар ортадан бастап, оттегі шектеулі немесе нөлдік аудандарға дейін өмір сүреді.
Дүние жүзіндегі ғалымдар геномдарды өзгерту үшін ДНҚ-ны бөліп алады немесе тапсырмаларды орындау үшін
экстремофильдерді тікелей пайдаланады. Осы организмдердің ашылуы мен қызығушылығының арқасында ПТР-да
қолданылатын ферменттер табылды, бұл зертханада ДНҚ-ның жылдам репликациясын мүмкін етті. Олар назар
аударғаннан бері зерттеушілер биотехнологияны одан әрі дамыту үшін жаңа белгілер мен қабілеттерді қолдануға
болады деген үмітпен геномдық мәліметтер базасын жинайды. Қалдықтардың биодеградациясынан бастап отынның
жаңа түрлерін өндіруге дейінгі барлық нәрсе биотехнология саласында жасалған әзірлемелермен бірге көкжиекте тұр.

Экстремофилдердің көптеген түрлері бар, олардың әрқайсысы өзінің
тіршілік ету ортасын қалайды. Бұл организмдер Биотехнология үшін барған
сайын маңызды бола бастады, өйткені олардың геномдары ашылып,
көптеген генетикалық мүмкіндіктерді ашты. Қазіргі уақытта экстремофилдер
негізінен ПТР, биоотын өндірісі және биоқоспа өндірісі сияқты процестерде
қолданылады, бірақ басқа да кішігірім операциялар бар.
Термофилдер. Термофильді экстремофилдер өте жоғары температуралы жерлерде өмір сүреді, олардың ең
жақсы мысалы-мұхит түбіндегі геотермалдық көздер. Бұл организмдердің артықшылығы оларда пайда болған
полимерлер мен ферменттерде қолданады, өйткені олар жоғары жылу тұрақтылығына ие.
Галофилия. Галофильді экстремофильдер тұзды көлдері мен батпақтар сияқты тұздылығы жоғары жерлерде
тұрады. Олардың осы тұзды аймақтарды тұтыну және өркендеу қабілеті, олар тұзға бай топырақта дақылдарды
егуге өсуіне көмектесу сияқты артықшылықтарды ашады. Тағы бір пайдалану - биологиялық ыдырайтын
пластмассаларды жасау үшін қолданылатын полимерлерді өндіру.
Метаногендер. Метаногенді экстремофильдер барлық жерде дерлік өмір сүреді және ең көп таралған. Бұл
организмдер әртүрлі қарапайым органикалық қосылыстарды қабылдайды және оларды энергия көзі ретінде
метанды синтездеу үшін пайдаланады. Метан синтезін энергия өндірудің бір түрі ретінде пайдаланатын басқа
организмдер белгілі емес.
Психрофилдер. Психрофильді экстремофильдер төмен температурада жоғары өсу қарқынын және
ферментативті белсенділікті сақтау қабілетіне ие. 0 ℃ ретінде. Бұл осы организмдерде кездесетін ферменттерді
термофильді организмдердің ферменттерін қолданылатынымен қатар, төмен температурада қолдануға мүмкіндік
береді.
Мұндай экстримальді ортада өмір сүру қабілеті организмдерде олардың геномдарына тән белгілер. Уақыт өте
келе ДНҚ арқылы тұқым қуалауы арқылы бұл организмдерге мекендейтін өзгермелі табиғатына әртүрлі қарсылық
пен иммунитетті дамытуға мүмкіндік берді. Дәл осы ерекшеліктерде ғалымдар экстремофилдерге соншалықты
бейім, өйткені бұл қабілеттерді қамтамасыз ететін гендерді экстремофилдерден алуға және әртүрлі биотехникалық
процестерде қолдануға болады. Бұған жақсы мысал-Thermus aquaticus бактерияларынан Taq полимеразасын
оқшаулау, содан кейін оны ПТР жүргізу үшін пайдалану.
1) Deinococcus radiodurans - бұл бактерия. Дәлірек айтқанда-кокк (яғни дөңгелек бактерия).
Deinococcus 10 мыңға дейін Грейге төтеп бере алады. Салыстыру үшін: адам үшін радиацияның
өлім дозасы небары 5-тен 10 Грейге дейін.
2) Thermococcus gammatolerans, рекордтық 30 мың грейге дейін радиацияға төтеп бере алады.
Мұндай микроорганизмдерді қолдану ғалымдарға радиациялық ластанудан, мысалы, ағынды
сулардан тазартуға арналған арнайы препараттарды жасауға көмектеседі.

3) 85-тен 95°c-қа дейінгі температурада aquifex aeolicus планетадағы ең ежелгі
бактериялардың бірі болып саналады және ыстық бұлақтар мен су астындағы
жанартаулардың жанында тұрады.
4) Араб-үнді жотасының түбінде тұратын микроорганизм - methanopyrus kandleri.
122°c-та өмір сүріп, көбейе алады.
5) Helicobacter pylori-бұл асқазанның өте қышқыл ортасында тұратын грам-теріс бактериялар.
6) Gloeocapsa-бұл әдетте жартасты жағалаулардағы ылғалды тастарда тұратын цианобактериялардың тұқымы.
Gloeocapsa түрлері ғарышта бір жарым жыл өмір сүре алатындығы анықталды.
7) Archaeoglobus neptunius - архея 80°C температурада оңтайлы дамиды және органикалық субстраттар арқылы да,
оларсыз да литоавтотрофты түрде көміртегі көзі ретінде көмірқышқыл газын және электронды донор ретінде сутекті
қолдана алады
8) Pseudodesulfovibrio alkaliphilus - түрдің атауы оның сілтілі жағдайда өмір сүруге деген "сүйіспеншілігіне"
байланысты.
9) Қатты суыққа шыдай алатын бактерияларға Arthrobacter sp., Psychrobacter sp. жатады.
10) Экстремалды галофилдер 15-32% - ға дейін натрий хлориді бар ортада дами алады (halobacterium, Halococcus
ұрпағының бактериялары)
Галофильді микроорганизмдер қоршаған ортаның белгілі бір жағдайларында, яғни тұзды экожүйелерде мол
дамиды, олардың тұз концентрациясы мұхиттағы тұз концентрациясынан бірнеше есе көп.
Галофилдер тамақ өнеркәсібінің әртүрлі салаларында практикалық қолдануды табады: сүт, нан-тоқаш, май,
макарон және ірімшік. Фармацевтика саласында ферменттер, галобактериялық антибиотиктер және
археасомалар қолданылады, олар ағзаға дәрі-дәрмектерді жеткізудің перспективті құралы болып табылады.
Макро - және микроэлементтердің, витаминдер, галоциндер, фосфолипидтер, нуклеин қышқылдары және
каротиноидтар сияқты биологиялық белсенді заттардың құрамы halobacterium salinarum архебактерияларының
биомассасын қартаюға қарсы әсері бар препараттарды өндіру үшін косметологиядағы таптырмайтын компонент
етеді.
Детоксикация
Тұздардың жоғары концентрациясы
биотехнологиясы
Өндірістік бар топырақтың биоремедиациясы

Биоэтанолдың
тұрақтылығын арттыру Экстремофилді Биополимер
микроорганизм
Экстромоферметтер
Биосенсоры Биопластик Лектин Экзополисахарид

ББЗ, осморегуляторларды қоса алғанда (эктоин, бетаин, ұзын
тізбекті полиқанықпаған май қышқылдары)

Экстремофильді микроорганизмдерді биотехнологияда, медицинада және өнеркәсіпте қолдану
Галофильді микроорганизмдер өсіру
Төтенше жағдайларда өмір сүрудің көптеген ұқсас нұсқалары болғанымен, архейлердің метаболизмінде
айырмашылықтар бар. Галофильдер қоректік ортадағы компоненттердің арақатынасындағы шамалы өзгерістерге де
сезімтал. Алынған өнімге байланысты олар құрамы әртүрлі ортада өсіріледі. Өсу ортасының міндетті компоненттері
жоғары концентрациядағы натрий хлориді және жеке аминқышқылдарының немесе микробтық, өсімдік немесе
жануар тектес ақуыздардың гидролизаттарының жиынтығы болып табылатын көміртегі көзі болып табылады.
Алайда, галобактерияны өсіру таза мәдениеттің төмен өсу қарқынымен сипатталады, әр түрлі штамдардың
пайда болу уақыты 1,5 сағаттан 2 күнге дейін, ұсынылған ортаға байланысты артуы мүмкін. Айта кету керек, аз
зерттеулер қоректік ортаны зерттеуге арналған.
Осылайша, микроорганизмдерді өсіру үшін оңтайлы ортаны таңдау өнеркәсіптік пайдаланудың маңызды
міндеттерінің бірі болып табылады.
Галобактерияларды өсіру кезінде тұздар мен глицерин концентрациясы маңызды. Ортадағы натрий хлориді
галобактериялық жасуша құрылымының тұрақтылығын қамтамасыз етеді, осмотикалық қысымды сақтайды,
калийдің жасушаларға белсенді тасымалдануын қамтамасыз етеді. Натрий хлоридінің оңтайлы концентрациясы 250
г/л құрайды, әдебиеттерге сәйкес, ортада NaCl концентрациясының төмендеуімен мәдениеттің өсу белсенділігі
төмендейді, ал мәні 15% – дан төмен болған кезде жасуша мембранасының жарылуы байқалады. Сонымен, жұмыста
ортадағы натрий хлориді концентрациясының өзгеруі биомассаның жинақталу деңгейінің және галобактерия
жасушаларының пішінінің өзгеруіне әсер ететіні атап өтілді.
Сондай-ақ, қоршаған ортаға терең өсіру кезінде метаболиттерді жою үшін агарға ыд-
ыраудың алдын алу үшін активтендірілген көмір қосылды
Галобактерияларды биореакторда өсіру.
Жұмыс көлемі 3 л (жалпы көлемі 5 л) Minifors және жұмыс көлемі 7 л
(жалпы көлемі 10 л) Фермус (Нижний Новгород) шыны зертханалық
биореакторларында галобактерияларды культивациялау стерильді жағдайда,
биореакторлы шыны арқылы Philips TL – D 18W/33-640 шамдарымен
жарықтандыру кезінде температурасы 37,5 – 38,5 °С диапазонында, рН 7,5-
7,8, pO2 диапазонында автоматты бақылаумен 7 тәулік ішінде жүзеге
асырылды. Өсіру бидай және арпа жармасының ферментолизаттарында келесі
компоненттерді қосу арқылы жүргізілді, г / л:
• NaCl – 250, MgSO4*7H2O – 20,
• цитрат натрия – 3,
• KCl – 2,
• глицерин – 2,5.
• Тұқым көлемі 10% құрады.

Minifors биореакторы
Жоғары тығыздықтағы мәдениетті алу үшін өсіру реактор арқылы қоректік ортаны сорып,
мембраналық модуль арқылы жасушасыз культуралық сұйықтықты таңдаумен қатар жүреді

Дәнді дақылдардың ферментолизаттарында жоғары тығыздықты дақылды алудың
аппараттық схемасы. СЗ-жинақ, ММ-мембраналық модуль.
Алайда, экстремофильді микроорганизмдерді − ферменттер мен
биологиялық белсенді заттарды өсірген кезде өнімділік айтарлықтай
төмен. Өнімділікті арттыру үшін бактериялардың әр түрлі
мезофильді экспрессиялық жүйелерінде қажетті гендерді клондау
қолданылады. Мысал ретінде Rhodothermus marinus-тен Е.coli-ге
дейінгі термостабельді ксиланазаның клондалуы, Bacillus subtilis-
тегі Desulfurococcus mucosus алу жатады.
Өнімділікті арттырудың тағы бір әдісі– өсірудің жаңа әдістерін
енгізу, атап айтқанда, синтезді тежейтін қайталама метаболиттерді
алып тастау арқылы sulfolobus shibatae биомассасының шығуын
әдеттегі ферментермен салыстырғанда 30-40 есе арттыруға
мүмкіндік берген диализді биореакторды пайдалану.
Сақтау
Галобактериялар негізіндегі препараттардың жаппай өндірісі жасуша компоненттерін ұзақ уақыт бойы
өздерінің табиғи күйінде сақтау үшін биомассаны кептіру мәселесімен бетпе-бет келеді. Тұрақтандырғыштарды
(глицерин) қосып терең мұздату немесе мұздатып кептіру арқылы галобактерия жасушаларын сақтау әдістері
сипатталған. Сонымен қатар, мұздату жасушалардың тіршілігіне теріс әсер ететіні атап өтілді.
Алынған өнімдерді жасанды кептірудің қолданылатын әдістері әртүрлі: сублимация (лиофильді кептіру),
конвективті (бүріккіш кептіру), контакті, терморадиация, жоғары жиілікті токтар, аралас. Алғашқы үш әдіс
биотехнологиялық өнеркәсіпте жиі қолданылады.
Кептіру әдісін таңдауға әсер етеді:
• Кептіру процесінің ұзақтығы,
• Ылғалдың булану жылдамдығы,
• Қыздыру және салқындату жылдамдығы
• Кептірілген материалдың физика-химиялық қасиеттері,
• Сонымен қатар соңғы өнімнің сапасы мен қасиеттері
Лиофильді кептіру
Негізінен мақсатты өнімдердің өнімділігін арттыруға және үздіксіз режимде немесе қуыс талшықтар арқылы
бақыланатын дақылдарды өсіруге бағытталған оңтайландырылған орта композицияларын қолданған кезде
мәдениеттің биомассасының шығу көрсеткіштері өте жоғары. Алайда, өсіру кезінде галобактериялар
морфологиялық және физиологиялық тұрғыдан тұрақсыз, жағдайлардың шамалы өзгеруіне сезімтал және жиі
стихиялық мутацияға ұшырайды, бұл өндірісті қиындатады және оны қымбатқа түсіреді, нәтижесінде
практикалық енгізуді тежейді.
Қортынды
Экстремофилдерге деген қызығушылықтың артуына байланысты ДНҚ-ны зерттеу саласын жаңа деңгейге
көтеретін революциялық ПТР әдісі ойлап табылды. Осы тенденциядан кейін Биотехнология және өнеркәсіп
саласындағы ғалымдар ғылыми қоғамдастыққа әсер етудің жаңа тәсілдерін іздегісі келеді. Қазіргі уақытта
зерттеліп жатқан тәсілдердің бірі - галофильді экстремофилдермен пластмассалар жасау, сондықтан қазіргі
заманғы май негізіндегі пластмассалар бұрынғы нәрсе болуы мүмкін. Бұл әлемдік нарықта биологиялық
ыдырайтын пластиктердің пайда болуына әкеледі, нәтижесінде әлемдік қоқыс мәселесімен күресуге көмектесетін
әдіс ретінде ұсынылады. Ғалымдар осы организмдердің көмегімен жасауға үміттенетін тағы бір жетістік - бұл
жерде табылған органикалық қосылыстарда өсетін метаногендік түрлерді қолдана отырып, бүкіл әлемдегі
полигондардың деградациясының жоғарылауы. Бұл қалдықтарды азайтып қана қоймайды, сонымен бірге
өндірілген метан жиналып, энергия көзі ретінде пайдаланылады деп күтілуде. Болашақта тағы бір қызықты даму
медицина саласында. Кейбір биотехнологиялық зертханалар иммундық жүйенің реакциясын қоздыратын
вирустардың бөліктерін шығару үшін салынған экстремофилдерді қолдану мүмкіндігін зерттейді.
Бұл иммундық жад пен антиденелер реакциясын вирустың шабуылы жағдайында денені
қорғауға үйретуге көмектеседі. Бұл бірнеше мысалдар болса да, жақсы болашақ құру үшін
экстремофилдерді қолдана отырып жұмыс жасайтын көптеген жетістіктер мен әзірлемелер бар.
Қолданылған интернет-ресурстар

• https://diss.muctr.ru/media/dissertations/2019/02/%D0%9C%D1%83%D1%80
%D0%B7%D0%B8%D0%BD%D0%B0_%D0%95.%D0%94..
pdf
• https://www.elibrary.ru/download/elibrary_13044950_16169869.pdf
• Википедия site:360wiki.ru

Ұқсас жұмыстар

Мұнайдың химиялық және технологиялық жіктелуі

Микроағзалар. Табиғатта микроағзалардың әсері

Концентрациясы - еріген зат массасының ерітіндінің жалпы массасына қатынасы

Уытты кептіруде биохимиялық және химиялық процесстер

Дүниежүзілік мұхиттың экологиялық мәселелері

Ерітіндінің молярлы концентрациясын есептеу

Қауынның егістіктегі алатын орны

Ағзаның су-электролиттік тепе- теңдігі

Тұздар гидролизі

Ерітіндінің нормальді концентрациясын есептеу

Пәндер