Микробтар генетикасы

- Lactobacillus туыстығы, грам оң таяқша пішінді бактерия, анаэробты және факультативті анаэробтылар, гомо- және гетеро-ферментативті (4-сурет);

- Corynebacterium туыстығы, грам оң, түйреуіш пішіндес (шок-пар тәрізді) (согупе - шоқпар) таяқшалар, аэробЧы және факультативе анаэробты, хемоорганотрофтылар, қышқылға төзімді;

- Arthrobacter туыстығы, грам оң аэробты, хемоорганотрофтылар, сапрофитті, гумустық органикалық заттарды ыдыратады;

- Propionibacterium туыстығы, бүтақталған немесе дұрыс пішінді таяқшалар, түйреуіш пішіндес немесе жіп тәріздес, грам оң, факультативе және облигатты анаэробтар, хемоорганотрофтылар. Көмірсуды ашытқанда пропион және сірке қышқылын, көмірқышқыл газын түзеді. Сүт өнімдерінде, қатты сырларда, теріде, асқазан-ішек жолдарында кездеседі.

      Mendosicutes бөліміне  бес архебактерия тобы жатады:

- метан түзуші бактериялар, Melhanomonas, Methanophilus

және т.б.;

- аэробты күкірт тотыктырушы, Sulfolobus;

- анаэробты, күкіртті күкіртсутекке тотыксыздандырады, Тһегmophilus, Desulfococcus;

- галобактериялар, 20-25%-дык еріген тұзға төзімді, Наіососcus, Halobacterium;

- термоацидофильді, хемоорганотрофтылар, рН 1-2 және 60°С

температурада көбейе алатын аэробты бактериялар, Thermoplasma.

     Актиномицеттер

    Актиномицеттер  Берджи анықтамасы бойынша Firmicutes бөліміне жатады, клетка қабыргасы  қалың, грам оңды бүтақталып  тармақталған бактериялар (actis - нүр, myces - саңырауқүлақ,

өңез).

     Актиномицеттер - прокариоттар, клетка қабырғасы  құрамында пептидогликан бар,  бірақ олар көп клеткалы, күрделі  даму циклді, спора, спора тасушыларды  түзеді. Актиномицеттердің көптеген  туыстығы мен түрлері аэробтар, сонымен қатар анаэробты, факультативті  анаэробтылары да кездеседі, қоректік  субстратқа талғам-паз емес, тығыз  қоректік ортада өскен кезде  субстратты және ауалы мицелий  түзеді, вегетативті жолмен көбейеді.

Streptomyces туыстығында шамамен  500-дей түрі бар, субстратты  және ауалы мицелий түзеді. Бұл  туыстыққа жататын актиномицеттерде  мицелий фрагментациялау жолымен  таяқша және сфера тәріздес  клеткаларға бөлінеді. Ауалы гифтердің  үшында көбеюге арналған конидиеспоралар  бар. Актиномицеттер споралары  әдетте термостабильді емес.

     Micromonospora туыстығына  жататын актиномицеттерде ауалы  мицелий болмайды, субстратты мицелийде  бірен-саран споралар түзеді, оларды  стрептомицеттер секілді антибиотиктер  өндірісінде қолданады.

     Frankia туыстығы - бұршақты емес қосжарнақты өсімдіктерде  түйнек түзетін актиномицеттер (бүрген, қандыағаш, жиде және т.б.). Түйнек  клеткалары гиф массамен толып  тұрғанда, сфера немесе түйреуіш  тәріздес ісініп түрады. Өсімдіктермен  селбесіп өседі және түйнегінде  атмосферадағы азотты сіңіре  алады. Микро-аэрофильдер.

     Актиномицеттермен  жалпы филогенетикалық бұтақтасатын  нокардия гәрізді актиномицеттер - таяқша тәрізді және дүрыс  емес пішінді бактериялар. Кейбір  туыстықтың өкілдері бұтақталады  — Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia және т.б.  Нокардия тәрізді актиномицеттердің  клетка қабырғасы арабиноздар және галактоздардан, сонымен қатар миколды және көп мөлшерде май қышқылдарынан тұрады.

Жалпы алғанда актиномицеттер геосмин атты затты түзетіндіктен  топырақты түзу үрдістеріне қатысады. Геосмин топыраққа белгілі бір  өзіне тиесілі иіс береді. Актиномицеттер - актиномикоз, нокардия - нокардиоз, микобактерия - туберкулез, коринебак-терия - дифтерия деген ауруларды тудырады.

     Ашытқы  клеткалары 

     Ашытқы клеткалары - бұл бір клеткалы саңырауқүлақтар, 3 класқа бөлінеді: Ascomycetes, Basidiomycetes, Deiteromycetes.

    - Аскомицеттер  мицелий түзбейтін, клетка пішіні  сопақша келген, диаметрі 3-15 мкм-ге  жететін ашытқылар. Аскомицеттер  бинарлы бөлінеді немесе аскоспорлар  түзу арқылы жынысты жолмен (споралар  арнайы клетка ішінде - дорбада  немесе аскыда) бүршіктеніп көбейеді.

     Бүршіктеніп  көбейгенде дамыған клетканың  бетінде бір немесе бірнеше  бүршік пайда болады және оларға  цитоплазма мен ядроның бір  бөлігі кіреді. Аналық және жас  клетка арасы созылып тартылуы (жұқарған орны) азайып, белгілі бір  уақыт келгенде жас клетка  бөлініп түсіп қалады. Аналық  клетканың бетінде перифериясы  дөңгеленіп көтеріліп тұрған  тыртық қалады. Бүршіктеніп кобею  жолы Saccharomyces туыстығына тән (5-сурет).

Бөліну арқылы көбейгенде клетка ортасында екі қабырғалы  қалқа пайда болып, кейіннен екіге  ыдырап болінеді (Schizosac-charomyces туыстығы).

     Жынысты жолымен  кобеюуінде - екі ашытқы клеткалары  бірігіп (копуляция), арасындағы  кабаты еріп кетеді. Ұрықтанған ядро 2 немесе 3 рет бөлінеді және 4 немесе 8 аскоспора пайда болады. Аскоспора қабығы қалың болғандықтан, ортаның қолайсыз факторларына төзімді. Біраз өсіп болған соң споралар жыныссыз кобейе бастайды.

     Биотехнологияның гендік-инженерия саласында тәжірибелік жұмыстарға наубайханалық ашытқыларын кеп қолданады -Saccharomyces cerevisiae. Ашыткының глюкозаны этанол мен -көмір қышқыл газына айналдыру касиетін пайдаланып, бұрыннан шарап өндірісінде, наубайханалық өнеркәсібінде қолданады. S.cerevisiae ашытқысының биохимиясы, физиологиясы зерттелген, барлық хромосома жинағындағы толық нуклеотидтік реті анықталған, зертханалық және өндірістік жағдайларда өсіру жеңіл, қоректік субстратты қажет етпейтін, күшті промоторлары бар, трансляциядан кейінгі модификациясы бар ашытқы сонымен қатар, GRAS - "generally recognized as safe" тізіміне енген, яғни қауіпсіз деп танылған организмдер. Saccharomyces lipolytica ақуызға бай биомассаны алуға қолданады.

     Аскомицеттердің  кейбір өкілдері - қара күйе (Claviceps purpurea) астық түқымдас өсімдіктерді  зақымдайды, ал Nadsonia тагам өнімдерін  бүзады.

- Базидиомицеттер ашытқылар, базидиалы типті жынысты қүрылым түзеді (базидиоспоралар). Ол қызыл түсті ашытқылар Rhodosporidium туыстығы және қызғылт түсті - Sporobolomyces туыстығы. Базидиомицеттер арасынан өндірістік штамдар жоқ.

- Дейтеромицеттер ашытқы тәрізді саңырауқүлақтар, бүршіктеніп көбейеді, ұштарында хламидоспоралары бар псевдомицелий түзеді (жіпше созылатын өспелі құтышалардан клеткалар бүршіктенеді). Нағыз ашытқыларда (аскомицеттер) псевдомицелий және хламидоспоралары жоқ, тек аскоспора түзеді.

     Candida utilis, C.arborea - биотехнологияда ақуызды биомасса  алуға қолданады; Torula spp. - сүт қышқыл  ашытуда; Rhodotorula тағам өнімдерін  бұзады; Trichoderma cutaneus - ағынды суларды  тазартуға қолданады; С.albicans - адамдарда  кандидоз ауруын тудырады.

     Candida туыстығына  жататык ашытқылар тері өндеу  зауыттарында және кағаз-целлюлозалық  өнеркәсіп орындарында түзілетін  сульфитті ағынды суларда өседі.  Олардың ішінде уыттарды, фенолдарды  тотықтыратын штамдары бар. Ашытқылардың  ішінде форель мен лосось фаршының  жүмсағына, қызғылт немесе қызғылт  сары түс беретін каротиноидтардың (А провитаминнің бастауыш заты) продуценті белгілі.

Өндірістік микроорганизмдерге қойылатын  талаптар

     Биологиялық  технологияларда микроорганизмдерге  қойылатын талаптар акырғы өнімді  пайдалану максатына байланысты. Жалпы барлық өндірістік микроорганизмдерді  бағалау критериялары бар, сондай-ак  кейбір айырмашылықтар болуьт  іаарт.

    Ашыту үрдісінің  ақырғы өнімі метаболит (антибиотик, витамин, аминқышқыл және т.б.) болатын болса, өндірістік микроорганизмдерде  қолданылатын ферментациялық технологияларда,  микробиологиялық өндірісте талаптары  нақты белгіленген. Бүл талаптарды  микроб клеткасының сипаттамасына  байланысты бір жағынан зерттеуші-селекционер  және екінші жағынан  ғалым-технолог  белгілейді:

1. Микроорганизмдердің апатогенділігі, адамға және қоршаған ортаға қауіпсіз болуы;

2. Мақсатты өнімді синтездеуге қабілетті болуы - штамм-продуценттерді сүрыптағандағы басты критерий;

3. Мақсатты өнімді шығару жылдамдығы жоғары болуы (био-массаның жиналуы, антибиотиктер, органикалық қышқылдар синтезі, егер ферменттер болса, онда клеткадан тыс болуы дұрыс және т.б.);

4. Зертханалық және өндірістік жағдайда биопродуценттің активтілігі тұрақты болуы;

5. Метаболизмнің жанама өнім шығуының минималдығы;

6. Бактериофагтардың және бөтен микрофлораның лизистік әрекетіне төзімділік көрсетуі. Кейбір өндірістік жағдайларда штамм-продуценттерді бактериофагтар лизиске үшыратады. Сол себепті продуцентті сезімтал фагпен бірге өсіру жолымен және фагқа төзімді штамдарды сүрыптау арқылы төзімді, фагорезистентті штамм алуға болады;

7. Ферментацияның жоғары температурадағы режимі немесе рН корсеткішінің темен болуы өндірістік жағдайларда стерильділікті сақтауды жеңілдететіндіктен өндірістік штамм термо- және ацидофильді болғаны дұрыс;

8. Технологиялылық, яғни ондірістік процеске штамның жоғары бейімделуі;

9. Арзан субстратта (ет-сүт, кондитерлік ондірісінің қалдықтары және т.б.) жақсы осе алуы;

10. Түзілген өнімнің экономикалык  күндылығы болуы шарт және  дақылдық сұйықтықтан жеңіл бөлініп  алынуы қажет.

     Продуценттің  келесідей касиеттеріне де қөңіл  аудару қажет: әртүрлі қөміртегі  көзін қолдану қабілеттілігі,  қосымша өсу факторларын қажет  етуде минимальды көрсеткіш, кей  жағдайларда белсенді продуцент  болғанымен қоректік ортадағы  көміртегі көздерін толығымен  қолданбайтынмен салыстырғанда,  көміртегі көздері бар ферментациялық  қоректік ортада субстратты толық  қабылдау қабілеттілігіне ие, бірақ  продуценттің биопродуцирлеу белсенділігі  төмен болғаны дұрыс. Керісінше,  мүндай жағдайларда мақсатты  өнімнің бағасы қымбаттайды, қосымша  тазалау және ферментациялық  ортадан өнімді бөліп алу қиындықтары  туындайды.

    Қолданылатын  биоинсектицидтер, биотыңайтқыштар,  био-деструкторлар ретінде микроорганизмдердің  штамдарына баға беру талаптарына  сай, басты функциясы мен қатар  (қауіпті жәндіктерге жоғары уыттылығы,  атмосферадағы азотты сіңіре  алуы және су, топырақты ластайтын  органикалық қосылыстарды ыдырату  белсенділігі) температураға, рН  көрсеткішіне және қоршаған микрофлораға, топырақтың әртүрлі ингредиенттеріне, табиғи ылғалды жағдайға, басқа  микрофлораға бейімделгіштігіне  үлкен көңіл бөлінуде.

   Жоғары энтомопатогенді  биоинсектицидті штамм адамға  да, жануарларға да қауіпсіз болуы  қажет. Оның уытты қабілеті  сақтағанда түрақты болуы қажет,  препарат жәндіктерге тез эсер  ету қажет; ферментациялық үрдісте  арзан субстратта биомасса онай  өсуі тиіс.

    Ластанған территорияларда  биоремедиация жасау мақсатында  ксенобиотиктер биодеструкциясында  микроорганизмдердің әр-түрлі таксономиялық  топтардан штамдардың қауымдастығын  сүрыптап алған жөн. Біртіндеп,  ксенобиотиктердің биодеструкциясында  әртүрлі микроорганизмдердің бірігіп  биокатализдік әрекеттерімен бірге  үйлестірілген жұмысты жасау  талап етілді. Бастысы, штамм-деструктор  тиісті ферменттер синтезін детерминациялайтын  деградациялық плазмидалар санына  жеткілікті ие болуы қажет.

    Атмосферадағы  азотты бекітетін түйнек бактериялар  селекция-сын жүргізгенде кейбір  ерекшеліктерін ескеру қажет.  Әлбетте, штамм жоғары азотфиксирлеуші  кабілетке ие болуы кажет, белгілі-бір  өсімдік иесіне арнайылы болуы,  ризосфералы микрофлора қауымдастығында  конкуренттік қабілетке ие болуы  керек. Сонымен қатар, биотынайтқыштар  ретінде қолданғанда, сұрыптауға  басқаша тәсіл қажет. Биоңайтқыштарды  тек бұршақ тектес өсімдіктерге  ғана емес, басқа да өсімдік  дақылдарына қолдану мақсаты  үшін белгілі бір микроорганизм  түріне сәйкес жаңа "шатастыру"  әдістері тағайындалуда.

     Биотехнологияда  қолданылатын өндірістік микроорганизмдерге  мониторинг жасағанда тау металлдарын  сілтісіздендіру мақсатында рН  көрсеткіштерінің ауытқуына, қоршаған  ортаның темпе-ратурасына, металл  концентрациясы, сілтісіздендіретін  минералдарының типі өзгерісіне  бейімделу тиімділігі мен жылдамдығы  маңызды.

    Вакциналық штамм,  әсіресе тірі вакцина түрінде  қолданылатын микроорганизмдер  келесі критериялармен бағаланады: апатогенділік, ареактогенділігі, стерильдігі  (бөтен микроорганизмдердің болмауы), иммуногендігі, антигенді арнайылығы, яғни бұл жерде метаболизмдік  жолдың өзгеруі немесе жоғарлауы,  микроорганизм жоғары өнімділік  алу қабілеті айтылып түрған  жоқ, вакцинаның сапасы антиген  қасиетіне тәуелді болғандықтан  антигендер (ақуыз, полисахарид,  липополисахарид және т.б.), микробты  клетканың қүрылымды компоненттегл  жайлы көңіл аударылып отыр. Өйткені  антиген қасиеті вакцина сапасын  айқындайды.

    Берілген сипаттамалар  әртүрлі биотехнология салаларында  қолданылатын өндірістік микроорганизмдерге  қойылған талаптардың толық емес  нұсқасы.

  

   Мутагенез және селекция

    Микроб әлемінде  микроорганизмдердің метаболиттерді  физиологиялық қажеттіліктен асырып  синтездеу қабілеттілігі мөлшері  бойынша көптеп кездеседі. Дегенмен, микроорганизмдердің қоршаған ортаға  бөлетін метаболиттердің (органикалык  қышқыл, спирт, антибиотик және  т.б.) кейбіреулері басқа түрлер  үшін уытты болады және продуцентке  қорғаныш, конкуренттік зат ретінде  немесе қор ретінде қолданады.

    Тек мұндай  белгілі бір метаболитті әдеттегіден  көп синтездейтін жабайы штамдар  өндірістік микроорганизмдер ретінде  қолданылмайды. Оған көптеген  себептер бар, соның ішінде  өндірістің рентабельді болуына  кедергі жасайтын жоғары синтездің  темен болуы, жабайы штамның  технологиясы және өндірістік  фермента-цияның үрдістерінде оптималды  функционирлену бейімділігі қойылатын  талаптан мүлдем бөлек және  т.б.