´збекистон республикаси олий ва ´рта

1-маъруза.

Мавзу: µишло± х°жалиги биотехнологияси фани ва биопрепаратлар ажратиб олиш.

Маъруза режаси.
1.1.µишло± х°жалиги биотехнологияси фанининг мо³ияти ва вазифалари.
1.2.Микроорганизмлардан биотехнология жараёнларида фойдаланиш.
1.3.´збекистонда биотехнологиянинг ривожланиши.
1.4.Биологик фаол микроорганизмлар олиш.
1.5.Микроорганизмлар штаммларини селекция й°ли билан олиш.
1.1.µишло± х°жалиги биотехнологияси фанининг мо³ияти ва вазифалари.
Микроб биотехнологияси-бу °та му³им микробиологик жараёнларни яратиш ва улардан саноат усулида фойдаланиш ор±али зарур б°лган микроб х°жайралари, органеллари ва ферментларини ишлаб чи±ариш ³амда улардан ³ал± х°жалиги ва медицинада фойдаланишнинг назарий ва амалий томонларини ёритиб берадиган фандир. Бу фае асосан микробиология, физиология, биохимия ва генетика фанлари юту±лари асосида ташкил ±илинган б°либ, унинг заминида к°зга к°ринмас микроорганизмлар фаолиятидан унумли ва о±илона фойдаланиш ётади.
µишло± х°жалиги биотехнологиясида билим оладиган талабалар, асосан микроорганизмлардан саноат усулида фойдаланиш й°л-й°ри±ларини °злаштириш билан бир ±аторда, бу фаннинг исти±болли й°налишлари б°йича ³ам фикр юритиш ±обилиятларига эга булмо±лари керак.
Микроорганизмлар °зларининг кенг тармо±ли ферментлар тизими туфайли, °сиш ривожланиш ва к°пайиш жараёнларидан, ³аётий зарур, инсоният учун ³измат ±ила оладиган минглаб физиологик фаол моддалар ишлаб чи±ариш имкониятларига эга. Бундан таш±ари микроорганизмлар ³ар ³ил табиий ва кимёвий бирикмаларни °та му³им моддаларга айлантириш (модификация ±илиш) имкониятларига ³ам эгадирлар.
Инсоният пайдо б°лганидан буён билиб-билмай микроорганизмлар фаолиятидан фойдаланиб келганлар.
5
Нон пишириш, пиво, уксус, ±ати± тайёрлаш каби ±адимий технологиялар микроорганизмлар иштирокида амалга ошишини ³озиргача ³ам хамма билавермайди. Ю±орида зикр этилган жараёнларнинг к°пчилиги инсоният ³али микроорганизмлар ³а±ида билимга эга б°лмаган ва±тлардан бери мавжудлиги фикримизнинг далилидир. µадим-±адимларда (к°пинча ³озир ³ам) бу жараёнларда ачит±и сифатида, шу ма³сулотларга ³аво ва сув ор±али кириб ±олган микроорганизмлар фаолият к°рсатган. Нон ёпишда хамиртурушдан ёки ±ати± тайёрлашда бир ±оши± эски ±ати±дан фойдаланиш ³аммага маълум. Аммо, хамиртурушда сахоромицетлар, ±ати±да эса сут ачитувчи бактериялар борлигини ³озиргача к°пчилик билмайди.
Бугунги кунда микроорганизмлар ³ал±-³°жалигининг ³ар хил тармо±лари учун сут кислотаси, лимон кислотаси, ё² кислоталари, этил спирти, ацетон, бутанол ва юзлаб бош±а му³сулотлар етказиб берадилар.
Микроорганизмлардан сут кислотаси, бутанол ва ацетон олиш технологияларини биринчилардан б°либ рус олими В.Н.Шапочников (1884-1968) ва унинг шогирдлари Н.Д.Иерусалимский (1901-1967), М.Н.Бехтерёва лимон кислотаси олиш технологиясини эса С.П.Костучева (1877-1931) ва И.С.Буткевич (1872-1942) яратганлар.


1.2.Микроорганизмлардан биотехнология жараёнларида фойдаланиш.
Биотехнологиянинг ривожланиш тарихи к°п маънода XX асрнинг иккинчи ярми билан бо²ли±. Яшаб турган асримиз 40 йилларида микроорганизмлардан пенициллин олиш технологиясининг яратилиши бу фан ривожига ижобий бурулиш ясади. Пенициллин ишлаб-чи±арилишининг й°лга к°йилиши ва муваффа±ият билан ишлатилишида, кейинги авлод антибиотикларини ±идириб топиш, уларни чи±ариш технологияларини яратиш ва ±уллаш усуллари устида ишларни ташкил ±илиш зарурлигини олдиндан белгилаб к°йди. Бугунги кунда юздан орти±ро± антибиотиклар ишлаб-чи±ариш технологиялари ³аётга тадби± ±илинган.
Антибиотиклар ишлаб-чи±ариш билан бир ±аторда аминокислоталар, ферментлар, гармонлар ва бош±а физиологик фаол тайёрлаш технологиялари ³ам яратила бошланди. Бугунги кунда медицина ва ±ишлок х°жалиги учун
6
зарур б°лган аминокислоталар (айни±са организмда синтез б°лмайдиган аминокислоталар), ферментлар ва бош±а физиологик фаол моддалар ишлаб чи±ариш технологиялари й°лга к°йилган. Охирги 20-30 йилларда айни±са микроб о±силини олиш технологияси ривожланиб кетди. µишло± х°жалиги учун °та зарур б°лган бу ма³сулотни ишлаб чи±ариш билан бир ±аторда ундан унумли ва о±илона фойдаланиш й°ллари амалга оширилмо±да. О±сил ишлаб чи±аришда ³ар хил чи±индилар (зардоб, гушт ±олди±лари) ва парафиндан фойдаланиш мумкинлиги тасди±ланган. £озирги пайтда бунинг учун метан ва метанолдан фойдаланиш мумкинлиги ³ам к°рсатиб °тилган.
Кейинги ва±тда микроб биотехнологиясининг ривожланиши иммобиллашган (махсус сорбентларга бо²ланган) ферментлар ва микроорганизмлар тайёрлаш технологияларини яратилиши билан °звий бо²ли± б°лди. Иммобилизация ±илинган ферментларни ³ар хил жараёнларда ишлатилиши (ферментлар мухандислиги) бу биокатализаторлардан фойдаланиш янада фаоллаштириб юборди. Эндиликда ферментлар бир маротаба эмас, бир неча маротаба (³атто бир неча ойлаб) ишлатиладиган б°либ ±олди.
Микроорганизмлар фаолияти ва имкониятидан фойдаланиш, уларнинг турларини (штаммаларини) яратиш билан бо²ли±. Бундай вазифани микробиологлар билан узвий ³амкорликда генетиклар ва ген мухандислиги усулларидан б°лган бош±а маттахассислар амалга оширадилар. Микроб препаратларини ишлаб чи±аришни фаоллаштиришнинг яна бир й°ли икки ёки ундан орти± б°лган, бири-иккинчисининг фаоллиги ошириб бераоладиган (симбиозда ишлайдиган) микроорганизмлар ассоциациясидан фойдаланишдир. Бу й°л ³озирги ва±тда ферментлар. Антибиотиклар, витаминлар ва метан гази олишда ³амда о±ава сувларни тозалаш жараёнларида кенг к°лланилиб келинмо±да.
Микроб биотехнологиясининг асосини микроб фаолияти ташкил ±илар экан, фаол микроорганизмларни са±лаш, (энг аввало фарклардан ва таш±и му³ит таъсиридан) шароитларини ани±лаш энг му³им вазифалардан биридир.
Ю±орида айтиб °тилган, микроб биотехнологиясининг ривожланиши бир ±атор °та муаммоларини ечиш билан бо²ли± б°лади ва бу муаммоларни ечишда нафа±ат

7
микробиологлар, биохимиклар, биотехнологлар, балки мухандислар, технологлар иштирок этишлари зарур б°лади.

Бу эса, микроб биотехнологияси фанини яхши °злаштириб олиш учун ю±орида эслаб °тилган фанлардан хабардор б°лмо±ликни та±оза этади.
1.3.´збекистонда биотехнологиянинг ривожланиши.
Микроб биотехнологияси ´збекистон учун энг кенжа фанлардан б°либ, унинг тарихи узо±±а бормайди. (µадимий биотехнологиялар; нон пишириш, ±ати± тайёрлаш ва ³.к. бундан истисно). Бу фан асосан ´збекистон Фанлар академиясининг микробиология институтида, генетика ва °симликлар эксперементал биологияси институтида ³амда Республика Кимё бирлашмасига ±арашли бир ±атор заводларда (Янгий°л биокимё заводи, Андижон гидролиз заводи, µ°±он спирт заводи) ривожланиб келмо±да. Биотехнология ихтисослиги б°йича биринчи б°либ °збек академиги А.¶.Холмуродов (1939-1996) фузариум авлодига мансуб замбуру²лардан НАД-коферменти ва витамин комплекси (В гуру³ига кирувчи витамин РР,Q 10 ва ³.к.) тайёрлаш технологиясини яратди. Академик М.И.Мавлоний ´збекистонда учрайдиган нонвойчилик, виночилик ва чорвачиликка к°л келадиган турларини топди ва улар асосида махсус ³амиртурушлар ва виночилик учун ачит±и тайёрлаш технологияларини яратди.
Б.ф.д. Ж.Тошпулатов, сомон ва ²узапояни парчалашда «триходерма ³арзианум» деб аталлиш замбуру² ферментларидан фойдаланиш мумкинлигини илмий асослаб берди ва бу технологияни амалиётга ±°ллаш таклиф ва муло³азаларини чоп этди. Ж.Тошпулатов яратган бу технология ±°лланилганда сомонда шакар ми±дори 6-7 % етгани, унда витаминлар, аминокислоталар пайдо б°лганлиги ва шу туфайли сомонни озу±а-бирлиги бир неча баробар ошганлиги исботлаб берилган.
´збек олимларидан М.М.Муродов, Т.Ю.Юсупов, Т.¶.¶уломова, З.Р.Ахмедова, С.М.Ходжибоева, З.Ф.Исмоилов, И.Ж.Жуманиёзов ва бош±алар мамлакатимизда микроб биотехнологиясининг ривожлантириш устида чу±ур илмий ва амалий ишлар олиб бормо±далар.
1.4.Биологик фаол микроорганизмлар олиш.
Микроблар дунёси улу² ва хилма-хилдир. Уларга прокариотлар-бактериялар, актиномицентлар (шуълали
8
замбуру²лар), риккетсийлар ва ±исман эукариотлар – ачит±и замбуру²лари (дрожжи), ипсимон замбуру²лар, энг содда жониворлар (простейшие) ва сув °тлари киради. Уларни умумлаштириб турган хусусиятлари кичиклиги б°либ, улар фа±ат микроскоп остида я±±ол к°ринадилар.
£озиргача микроорганизмларнинг 100 мингдан к°про± турлари ани±ланган. Ани±ланмаганлари ³ам шундан к°про±, б°лса ажаб эмас. Шунча к°п микроорганизмлардан кераклиси ±андай танлаб олиш мумкин? µандай ±илиб витаминлар, о±сил моддалари, антибиотиклар, декстрин, ±°йингки, бизга керакли б°лган моддаларни ишлаб чи±ариш имкониятига эга б°лганларини танлаб олишимиз мумкин?
Бу саволларга жавоб олиш учун энг аввало микроорганизмларни ажратишни т°²ри °лга ±°йиш зарур. ´зига ³ос жойлардан, яъни ё² парчаловчи фермент синтез ±иладиган мкроорганизмларни ё² завод тупро±лардан; углеводород оксидловчиларни – бензин ±°йиш шахобчалари тупро±ларидан, виночиликда ±°л келадиган ачит±иларни –ток °симлигидан, кислородсиз шароитда (анаэробные) целлюлоза парчаловчи ва метан ³осил ±илувчиларни – йирик шохли ³айвонларнинг о²из б°шли²идан ва ³.к. ±идирмо± ва ажратмо± даркор. Ажратиб олинган тажриба нусхалари махсус таркибга эга б°лган сую± озу±а му³итига °тказилади. Бу озу±а му³итини –электив озу±а му³ити деб аталади.
Кейинги бос±ич – тоза культурани (штамм ёки микроорганизм деб аташ мумкин) ажратиш. Бунинг учун ±ую± озу±а му³ити ишлатилиб, унинг юзасига, олдинги бос±ичдан олинган микроорганизмлар т°плами экилади. Петри ликобчасига экилган микроорганизмлар ало³ида-ало³ида т°плам ³осил ±илиб °сиб чи±адилар. Ало³ида униб чи±±ан т°пламлар, ±айта экиш натижасида тоза продуцент (маълум ФФМ синтез ±илувчи микроблар) культураси ажратиб олинади. К°пчилик ³олларда бу культура бир турга мансуб микроорганизмлардан иборат б°лади.
Биотехнология н°±таи назаридан фотосинтез ±илувчи микроорганизмлар ало³ида эътиборга лойи±. Улар °зларининг ³аёт шароитларида ±уёш энергиясини ютиб, ³ужайра учун зарур б°лган бир ±атор моддалар синтез ±иладилар ва бу жараёнда карбонат ангидридни ±айтариш ва сувни оксидлаш (цианобактериялар ва баъзи бир эукариотлар) ³аводаги азотни ютиш (прокариотлар) имкониятларига эгалар.
9
Бош±ача ±илиб айтганда, энг арзон энергия ва углерод манбаи, ±айтариш эквивалентлари ва азот ³исобидан ³аёт кечиришлари мумкин.
Фотосинтетик микроорганизмларнинг асосий фар±и ва устунлиги ³ам шундан иборатки. Фототроф микроорганизмлар –аммиак, водород, о±сил моддалар ва бош±а биопрепаратлар олиш учун исти±болли манбалардан ³исобланадилар. Бу гуру³га кирувчи микроорганизмлар я±ин келажакда ген мухандислиги й°ли билан ±уёш энергияси асосида ±урилажак янги биотехнологиялар яратишда катта а³амият касб этиши турган гап. Фа±атгина фототроф микроорганизмларнинг генетикаси ва молекуляр биологиясини чу±ур билмасликгина бу й°налишни жуда секин кетишига сабаб б°либ турибди.
Биотехнология учун маълум манба, бу термофил микроорганизмлар асосида яратилган жараёнлар. Термофиллар ю±ори даражада усадилар (60-80⁰С,) баъзилари эса ундан ³ам баландро± ³ароратда -110⁰С, ±айно± сув чи±адиган манбаларда, айни±са катта океан тагларидан отилиб чи±адиган сувларда 3000⁰С гача яшай оладиган микроорганизмлар топилган. Бундан баланд ³ароратда бош±а микроорганизмлар °са олмаслиги ани±. Термофил микроорганизмлар асосида спиртлар, аминокислоталар, фермент, молекуляр водород синтез ±иладиганлари илмий адабиётларда келтирилган. Термофиллардан фойдаланиш стерилизацияга келадиган ³аражатларни пасайишига сабаб б°лади. Бундан таш±ари уларда (термофилларда) °сиш ва метаболитик фаоллик мезофилларга нисбатан 1,5-2,0 баробар баланд туради. Термофиллар хосил ±иладиган ферментлар °зларининг мутадиллиги билан ажралиб туради. Масалан,
Thermus caldophilus ёки Thermus aguaticus ³осил ±иладиган протеаза ферменти ³ароратга, органик эритувчилар таъсирига, оксидловчилар, детергентлар таъсирида °та чидамлиликлари билан ажралиб турадилар. Шунинг билан бир ва±тда улар оддий ³ароратда паст фаолликка эгалар. Масалан, Thermus caldophilus дан ажратилган протеазанинг фаоллиги 20⁰С да 75⁰С га нисбатан 100 маротаба пастро±. Ферментнинг бу хусусияти жуда катта а³амиятга эга, масалан, ози± -ов±ат саноатида. Термофилларнинг яна бир афзал томони биореакторларни совутиш билан бо²ли±. Термофилларни °стириш учун ишлатиладиган реактор-
10
ферментёрлар, атроф му³ит ³ароратидан бир мунча баланд ³ароратда ишлашини ³амда ю±ори ³ароратда исси±ликни тез °тказилишини ³исобга олган ³олда, биореакторлари соддалаштирилган чизмаларидан фойдаланиш мумкин ³усусан, исси± ³арорат берувчи ускуна, аэрация, аралаштиргич, к°пикбосувчи ускуналари анча соддалашган б°лиши мумкин, бу эса анча мабла² и±тисод ±илинишига олиб келади.


1.5.Микроорганизм штаммларини селекция й°ли билан олиш.
Мутантлар – ДНК ташкил этувчи нуклеотидлар кетма-кетлигининг °згарганлиги сабабли, наслдан-наслга °тувчи ирсий хусусияти °згарган хужайрадир. Селекциянинг бош й°ли – продуцетларни таваккал танлашдан – геном тузулишини а±лий °згартиришгача б°лган й°лидир. Шунга ±арамасдан тасаддуф танлаш усули микроб биотехнологияси учун жуда катта роль уйнайди.
Шу й°л билан узо± ва±тлар мобайнида пиво, вино, ози±-ов±ат (нон) ачит±илари, уксус, пропион кислоталари ³осил ±илувчи бактериялар танлаб олинган.
Бу ерда, бос±ичма-бос±ич танлов ³а±ида гап кетади, яъни ³ар бир бос±ичда. ´зидан олдинги бос±ичдагисидан фаолро± б°лган штаммларни танлаб олиш й°ли билан биотехнология талабларига жавоб бера оладиган штаммларини танлаш мумкин б°лади. Бу усулни камчилиги, биотехнологик жараёнларни бирданига к°тарилмаслигидир. Бундан мутантлар ДНКсида °згаришлар жуда ³ам кам учрайди. Умуман олганда ирсий °згариши учун ( мутация б°лиши учун) ген °рта ³исобда 10⁶ –10⁸ маротаба иккиланиши лозим.
Шунга ±арамасдан бу усулнинг имкониятлари ³озирча т°гагани й°±. Микроб ³ужайралари сони к°п б°лган (1 мл сую±ликда камида 10⁹ ³ужайра б°лган) шароитда ва катта хажмда, узо± ва±т т°хтовсиз °стириш натижасида янги мутантлар к°про± ³осил б°лиши кузатилган. Бунга мисол ±илиб, Saccharomuces uvarum ачит±исининг сер³осилро± ва спиртга чидамли мутантини к°рсатиш мумкин. Бу ачит±ини узо± ва±т °стириш натижасида (650 соат) ³атто 10% спирт эритмасига чидамли б°лган мутанти ³осил б°лган.
11
Молекуляр генетика фани юту±лари селекцияни янги, °та таъсирчан й°лини яратишга олиб келади, у ³ам б°лса мутантларни, к°зда тутилган ма³сулотга кимёвий °хшаш моддаларга нисбатан муътадиллиги.
Бу усул керакли махсулотни синтезида ±атнашадиган ферментлар тизимини бош±аришга асосланган. Маълумки, керакли ма³сулот ми±дорини ошиши, шу ма³сулотни синтез ±илувчи ферментларнинг °шилгандагина °сиш ±обилиятига эга б°лади. Шунинг билан бирга супрессорли (°рнини босадиган) мутантлар ³ам мавжуд б°либ, уларга етишмай турган махсулот синтезини альтернатив й°л билан т°плаш имкони б°лади.
Микроорганизмларни прототрофдан ауксотроф (маълум моддаларга) ³олатига °тиб боришига асосланган. Баъзи ва±тларда тескари яъни ауксотрофдан протрофга °тказиш масаласини ечишга т°²ри келади. Масалан, нормал шароитда °симлик ³ужайралари фотогармонларсиз (ауксинлар, цитокининлар) °смайдилар. Охирги йилларда °симлик ³ужайраларини шундай клонлари топилдики, улар триптофанни индолацетаминга, кейин эса ауксин типидаги табиий гармон –индолилсирка кислотасига айлантириб беради. Ажралган клонларни баъзилари цитокининга °хшаган, златинрибозин гармони синтез ±илиш мумкинлиги ³ам исботланган. ´симлик т°±ималарини бу турда мутантланиши фаоллигини ёки шу ферментни синтезини т°хтатишга олиб келади.
Текшириш учун саволлар.
1.Биотехнология нимани °ргатади?
2.µишло± х°жалиги биотехнологияси фанининг вазифалари ва
мо³ияти нимадан иборат?
3.Биотехнологияда микробларни роли нимадан иборат?
4.´збекистонда биотехнологияни ривожланишига катта ³исса
±°шган олимлар кимлар?
5.µишло± х°жалиги ишлаб чи±аришда кенг ±°лланилаётган
биопрепаратлар ±айси?
6.Биотехнологик жараёнларда микроорганизмлар ±андай ажратилади?
7.Биотехнологияда селекцияни ±андай тушунасиз?
8.Биотехнологияда мутациянинг роли ±андай?
9.µишло± х°жалиги кенг тар±алган ±айси мутагенларни
биласиз?
10.Ферментатив фаоллик нима?

12