1-ma’ruza: Kirish. Biotexnologiya va bioinjeneriyada bioxavfsizlik haqida tushuncha. Biotexnologiyaning rivojlanishi va uning yutuqlari Reja

4.2. Mikrobiologik sintez mahsulotlari “biologik omil” sifatida
Mikrobiologik sintez mahsulotlarini ikki guruhga bo‘lish mumkin.
Birinchi guruh – sintez mahsulotlariga atrof – muhitga ajralib chiqarilgan ekzometabolitlar kiradi (eruvchan yoki gazsimon birikmalar). Ekzometabolitlarga biotexnologik jarayonning maqsadli mahsuloti (masalan, antibiotiklar, fermentlar, organik kislotalar, ba’zi vitaminlar va boshqalar) va maqsadli bo‘lmagan, ammo metabolizmning oraliq mahsulotlari (masalan, uglevodorodlarning oksidlanishi vaqtidagi kislotali va neytral tabiatli birikmalar) yoki sintez oraliq mahsulotlarini (masalan, amid fenilsirka kislota) kiritish mumkin.
Ular ishlab chiqarishning aylanma yoki chiqindi suv oqimlarida shuningdek, aerozol shaklida gaz-havo chiqindilarida uchraydi.
Ikkinchi guruh - hujayrada to‘plangan mikrobiologik sintezning maqsadli mahsulotlari. Bu mahsulotlarga sut emizuvchilar to‘qimalaridan olingan gormonlar, hayvon hujayra kulturalari tomonidan ishlab chiqarilgan rekombinant oqsillar, nuklein kislota komponentlari, mikrob hujayralarining ayrim fermentlari va kofermentlari, toksinlar va boshqa biologik faol moddalar kiradi. Bu mahsulotlar kimyoviy usullari yordamida hujayralardan ajratib olinadi (suvli ekstraktsiya, organik erituvchilar ekstraktsiyasi, ion almashinuv, xromatografiya va boshqa usullar). Kichik konsentratsiyada ular ishlab chiqarish sanoati suyuqliklarida va aerozol shaklida gaz - havo chiqindilarida bo‘lishi mumkin.
Mikrobiologik sintez mahsulotlari ishchi xodimlarga va atrof-muhitga ta’siri ishlab chiqarish hajmiga, texnologik jarayonning mukammalligiga va metabolitlarning tabiatiga bog‘liq.
Ishlab chiqarishning eng ko‘p hajmi biologik faol moddalardan antibiotiklar va fermentlarga to‘g‘ri keladi.
Antibiotiklar - tabiiy sintez bo‘ladigan moddalar yoki ularning yarim sintetik hosilalari bo‘lgan ekzometabolitlardir. Ularning biologik faolligi mikroblarga qarshi xususiyatlar bilan tavsiflanadi. Antibiotiklarning antibakterial ta’siri bakteritsid bo‘lishi mumkin, ya’ni bakteriyalarning o‘limiga olib keladi va bakteriostatik - bakteriyalarning o‘sishi va rivojlanishiga to‘sqinlik qiladi. Antibiotiklarni analog turlari antibiotiklar o‘xshash ta’sirga ega, masalan zamburug‘larga qarshi: fungitsid va fungistatik.
Antibiotiklarni biosintez qilish qobiliyati mikroorganizmlarning bir turi yoki hatto shtammning o‘ziga xos xususiyati bo‘lib, ularning adaptiv xususiyatlaridan kelib chiqadi.
Antibiotiklar kimyoviy tuzilishi, molekulyar ta’sir mexanizmi, ta’sir spektri va biologik kelib chiqishiga ko‘ra tasniflanadi.
Kimyoviy tarkibiga ko‘ra antibiotiklarni quyidagi guruhlarga ajratish mimkin: 1) β-laktam halqasiga ega azotli geterotsiklik birikmalar - penitsillin, sefalosporin; 2) aromatik birikma bo‘lgan benzol hosilalari - levomitsetin; 3) olti xalqali tetratsiklinlar - tetratsiklin va uning hosilalari; 4) tarkibida aminosaxarid bo‘lgan aminoglikozidlar - streptomitsin; 5) aminosaxaridlar bilan bog‘langan makrosiklik lakton halqasini o‘z ichiga olgan makrolidlar - eritromitsin, oleandomitsin; 6) polipeptidlar - polimiksin, batsitratsin; 7) bir nechta konyugatsiyalangan qo‘sh bog‘larni o‘z ichiga olgan asiklik birikmalar - nistatin, levorin.
Antibiotiklarning mikroorganizmlarga ta’siri ularning mikrob hujayrasida yuzaga keladigan ba’zi biokimyoviy reaksiyalarni amalga oshirishga to‘sqinlik qilish qobiliyati bilan bog‘liq. Ta’sir mexanizmiga ko‘ra, antibiotiklar 6 guruhga ajratiladi.
1. Hujayra devorining sintezini buzish. Bu guruhga , masalan, β-laktamlar kiradi. Penitsillin bakteriya hujayra devorining bir qismi bo‘lgan atsetilmuramik kislota hosil bo‘lishini oldini oladi. Hujayra devori sintezining buzilishi protoplast lizisini va hujayra o‘limini keltirib chiqaradi.
2. Hujayra membranasini molekulyar tuzilishi va sintezini buzish. Bunday preparatlarga misol qilib polien va ba’zi polipeptidli antibiotiklarni masalan, polimiksinni keltirish mumkin.
3. Oqsil sintezini buzish . Bu preparatlarning eng katta guruhi hisoblanadi. Ushbu guruh vakillari aminoglikozidlar, tetratsiklinlar, makrolidlar va levomitsetin bo‘lib, ular turli darajadagi oqsil sintezini buzadi.
4. Nuklein kislota sintezi ingibitorlari. Bu guruhga asosan shishga qarshi antibiotiklar kiradi. Masalan, RNK sintezi ingibitori aktinomitsinlar; DNK sintezi ingibitori rubomitsin.
5. Turli ferment tizimlari faolligini to‘xtatish: nafas olish siklida oksidazalar va degidrogenazalar fermentlari polisaxaridlar sintezida ishtirok etadi. Bularni ingibirlovchi antibiotiklarga oligomitsin va kolitsin kiradi.
6. Moddalar almashinuvi jarayonida raqobatbardosh harakatga ega bo‘lish. Antibiotiklarning ta’siri shundan iboratki, ular metabolik jarayonlarga kirib, ularning normal yo‘nalishini buzadi va shu bilan mikroorganizmning rivojlanishini susaytirishga yoki uning o‘limiga olib keladi.
Hujayra metabolizmining invaziyasi turli yo‘llar bilan amalga oshirilishi mumkin. Agar antibiotik har qanday metabolitning tuzilishiga o‘xshash tuzilishga ega bo‘lsa, u holda uning o‘rniga hujayra metabolizmida ishtirok etadi, lekin bu metabolitning vazifasini bajara olmagani uchun metabolizm buziladi, mikroorganizm esa rivojlanmaydi. Antibiotik metabolit raqobatchisi, ya’ni antimetabolit sifatida harakat qilishi mumkin. Masalan, sulfonilamid - oq streptotsid - hujayra hayoti uchun zarur bo‘lgan foliy kislotasining biosintezida ishtirok etadigan n-aminobenzoy kislotasidan hujayra foydalanishga to‘sqinlik qiladi.
Ta’sir spektriga ko‘ra, antibiotiklar ikki guruhga bo‘linadi - tor va keng spektrli. Tor spektrli antibiotiklar penitsillinlarni o‘z ichiga oladi, ular faqat G+ bakteriyalariga, G- kokklarga va spiroxetalarga zararli ta’sir ko‘rsatadi. Ular kislotalarga nisbatan chidamsiz va G- bakteriyalarga, mikoplazmalarga, rikketsiyalarga va protozoyalarga ta’sir qilmaydi. Xuddi shu guruhga kiruvchi polienli antibiotiklar achitqi va ba’zi protozoalarga ta’sir qiladi (amyoba, leyshmaniya, trichomonas), makrolidlar esa G+ va G- kokklarga ta’sir qiladi.
Keng spektrli antibiotiklar aminoglikozidlarni o‘z ichiga oladi, ular kislotali muhitga chidamli bo‘lib, ko‘plab G+ va G- bakteriyalarning o‘sishini ingibirlaydi. Ba’zi turlari sodda hayvonlarga ham ta’sir qiladi; tetratsiklinlar - ko‘plab G+ va G- bakteriyalarga , rikketsiyalarga, xlamidiya va mikoplazmalarga; Levomitsetin – G+ bakteriyalarga, ba’zan G- bakteriyalarga, rikketsiya va xlamidiyadalarga ta’sir qiladi.
Sil kasalligiga qarshi qo‘llaniladigan antibiotiklar guruhlariga streptomitsin, kanamitsin va boshqalar; zamburug‘larga qarshi antibiotiklarga nistatin, grizeofulvin va boshqalar; sitotoksik ta’sirga ega bo‘lgan shishga qarshi antibiotiklarga aktinomitsin C , mitomitsin C, olivomitsin va boshqalarni kiritish mumkin.
Kelib chiqishiga ko‘ra antibiotiklarning 3 guruhga bo‘linadi:
1. Zamburug‘lar tomonidan sintez qilinadigan - penitsillin, sefalosporin va boshqalar;
2. Bakteriyalar tomonidan sintez qilinadigan - gramitsidin, polimiksin va boshqalar;
3. Aktinomitsetlar tomonidan sintez qilinadigan - levomitsetin, tetratsiklin, nistatin va boshqalar.
Odam va hayvonlarda uchraydigan patogen mikroorganizmlarga qarshi kurashish uchun antibiotiklarning keng qo‘llaniladi, antibiotiklardan foydalanishda kelib chiqadigan muhim muammosini biri - patogen mikroorganizmlarning antibiotiklarga nisbatan chidamli shakllarining paydo bo‘lishidir (ayniqsa, penitsillin va streptomitsinni qo‘llashda), ya’ni mikroorganizmlar dori-darmonlarga nisbatan chidamlilikni paydo bo‘lishini aniqlangan. Patogen mikroorganizmlar antibiotiklar bilan qanchalik ko‘p aloqa bo‘lsa, bakteriyalarning antibiotiklarga chidamli shakllari paydo bo‘ladi. In vivo sharoitida bakteriyalarning bunday shakllarining paydo bo‘lishi antibiotik preparatlarining dorivor xususiyatlari samaradorligini pasayishiga olib keladi.
Bakteriyalarning antibiotiklarga chidamliligini har xil genetik va biokimyoviy mexanizmlarda bo‘lishi mumkin. Bakteriyalar dori vositalariga tabiiy qarshilik ko‘rsatishi mumkin, bu mexanizm tur xususiyatlariga bog‘liq bo‘ladi. Shunday qilib, enterobakteriyalarning penitsillinga chidamliligi ularning xromosomasidagi genlar nazorati ostida bo‘lgan β-laktamazalar mavjudligi bilan bog‘liq; anaeroblar tashqi energiyaga bog‘liq transport tizimlaridan foydalanmaydi.
Antibiotiklarga nisbatan chidamlilikni paydo bo‘lishini bakteriya xramosomasida joylashgan genlarni mutatsiyaga uchrashi natijasida hujayra komponentlari: hujayra devori, sitoplazmatik membrana, ribosomalar, transport oqsillari va boshqalar sintezini o‘zgarishi tufayli sodir bo‘ladi. Ba’zi hollarda esa bakteriya plazmidalari ham antibiotiklarga qarshilik genlarini o‘zgartirishi natijasida, antibiotiklarni inaktivatsiya qiluvchi va o‘zgartiruvchi fermentlar sintez qilishi aniqlangan.
Bakteriyalarning antibiotiklarga chidamliligini xromosomadan tashqari, yana bir bakteriya hujayrasidan boshqa bakteriya hujayrasiga konyugatsiya jarayonida o‘tkaziladigan plazmidlarning mavjudligi bilan aniqlash mumkin.
Bakteriyalarning bir vaqtning o‘zida bir nechta antibiotiklarga chidamliligini aniqlaydigan genlar majmuasi qarshilik omili (R-omil) deb ataladi.
Bakteriya hujayrasida plazmidalarni mavjudligi bilan bir qatorda antibiotiklarga bakterial qarshilik transpozonlar orqali ham sodir bo‘lishi mumkin. Transpozonlar ko‘chib yuruvchi genetik elementlar bo‘lib antibiotiklar va bakteriofaglarga qarshilik ko‘rsatadigan qo‘shimcha genlarni o‘z ichiga olgan bo‘ladi.
Bakteriyalarning antibiotiklarga chidamli shakllarining paydo bo‘lishi antibiotiklardan foydalanish qoidalariga rioya qilish zarurligini belgilaydi, ular chidamli mikroorganizmlarning shakllarini shakllantirishni cheklashga qaratilgan tadbirlarga: bu antibiotiklardan profilaktika vositalari sifatida foydalanishni qisqartirish; ko‘p yillar davomida bir xil antibiotiklardan foydalanish amaliyotini istisno qilish; antibiotiklarning terapevtik dozalarini oshirish; antibiotiklarni to‘g‘ridan-to‘g‘ri tananing zaralangan o‘choqlariga kiritish; kombinatsiyalangan dorilarni qo‘llash - antibiotiklar va chidamli shakllarning kamaytiradigan boshqa biologik faol birikmalar (ingibitorlar β-laktamaza), bu bakteriyalarning sezgirligini oshiradi (asosan oqsillar); kovalent kompleksga bog‘langan ikkita antibiotik asosida olingan bisantibiotiklar deb ataladigan preparatlardan foydalanish.
Antibiotiklar ham organizmga salbiy ta’sir ko‘rsatishi mumkin. Eng ko‘p uchraydigan yondosh ta’sir allergik reaksiyalar bo‘lib, bular asosan penitsillinlar guruhiga xosdir. Antibiotiklarning ko‘p guruhlari organizmda toksik reaksiyalarni keltirib chiqarishi bilan tavsiflanadi (neyro-muskulyar blokada, nevrologik va nefrologik toksiklik va boshqalar).