Biotexnoloiyaning hozirgi biologiya fanidagi о'rni va ahamiyati

Ikkilamchi metabolitlarning olinishi. Ikkil (idiolitlar ham deyiladi) - toza kulturada o'sisl magan past molekulali birikmalardir. Ularni chnomik guruhlar ishlab chiqaradilar. Ikkilamchi n biotiklar, alkaloidlar, fitogormonlar va toksinlar Ikkilamchi metabolitlarni ishlab chiqaradigan i birinchi bosqichda tez o'sadi, so'ng o'taydi. Bu bosqichda kam miqdorda ikkilamchi moddalar sintezlanadi. Mikroorganizmlar o'stirilayotgan oziqa muhitida bitta yoki bir nechta oziqa moddalarining kamayishi hisobiga idiofazaga o'tiladi. Aynan shunday sharoitda idiolitlar sintezi kuchayadi. Antibiotiklar olinayotganda, mikroorganizmlar ko'pincha tropofaza vaqtida o'zining shaxsiy antibiotiklariga sezgir bo'lib qoladi. Idiofazada esa ularga nisbatan chidamli bo'ladi. Antibiotik ishlab chiqaruvchi mikroorganizmlarning o'z-o'zini yo'q qihshining oldini olish maqsadida tezlik bilan idiofazaga o'tkazib olishga harakat qiUnadi. So'ngraj mikroorganizmni ushbu fazada o'stirish davom ettiriladi.
Antibiotiklar — mikroblar sintezlaydigan farmatsevtik birikma-larning cng katta sinfidir. Bu sinfga zamburug'larga qarshi, o'smaga (shishga) qarshi dorilarva alkaloidlar kiradi.
Filamentoz zambunig'larning 6 turi (xususan, sefalosporinlar — Cephalosporium va penitsillinlar — Penicillium) 1000 ga yaqin turli antibiotiklarni, nofilamentoz bakteriyalarning 2 turi 500 ga yaqin antibiotiklarni, aktinomitsetlarning 3 ta turi 3000 ga yaqin antibiotiklarni sintez qilishlari aniqlangan.
O'sma kasalliklariga qarshi moddalarning soni cheklangan. Tokio institutida Streptomyces verticillus kulturasidan ajratib olin­gan bleomitsin deb ataladigan modda glikopcptid tabiatiga ega bo'Ub, u o'sma hujayralarnining DNKsini parchalash va DNK, RNK replikatsiyasini buzish xususiyatiga cga. Ikkinchi guruh o'smaga qarshi reagentlaraminogUkozidbirlikva antrasiklin molekulasining o'zaro kombinatsiyasiga asoslanib yaratilgan. Bu preparatlarning kamchiligi ularning yurak faoliyatiga salbiy ta'sir ko'rsatishi bilan bog'liq.
Qimmatli va faol produtsentlarni yaratish jarayonining ajralmas qismi bo'lib seleksiya hisoblanadi. Seleksiyaning asosiy yo'li kerakli produtsentni tanlab olishning har bir bosqichida ularning genom-lariga tashqi omil bilan ta'sir ko'rsatish va konstruksiya qilishdir. Mikrobli texnologiya jarayonida asosan bosqichli seleksiya usulidan foydalaniladi, ya'ni jarayonning har bir bosqichida mikroorga­nizmlar populyatsiyasi orasidan ko'proq faollikka ega bo'lgan va-riantlari tanlab olinadi (spontan mutantlar), keyingi bosqichlarning har birida yangi, oldingisiga nisbatan samaraliroq bo'lgan shtammlar tanlab olinadi va shu tariqa davom ettirilaveradi.
Samarali produtsentlarning seleksiyasi jarayonini indutsirlangan mutagenez metodini qo'llash bilan tezlashtirsa bo'ladi.
Mutagen ta'sirlar sifatida UB, rentgen va gamma-nurlanishlar, ma'lum bir kimyoviy moddalardan foydalaniladi va bu ta'sirlar natijasida DNKning birlamchi tuzilishida o'zgarishlar paydo bo'ladi.
Bu usul bilan seleksiya qilinganda ham mikroorganizm klonlari (hujayra yoki mikroorganizmlar to'plami) bosqichma-bosqich biokimyoviy tekshiruvdan o'tkaziladi va eng faollari ajratib olinib, mutagenlar bilan qayta ta'sir etiladi. Bu jarayon ko'zda tutilgan maqsadga erishgunga qadar davom ettiriladi.
Mikrobiologiya sanoati uchun mikroorganizmlar seleksiyasi va yangi shtammlarni yaratish, ularning mahsuldorlik xususiyatiga, ya'ni u yoki bu mahsulotni hosil qilishiga qaratilgandir. Bu masa-lalar hujayradagi boshqaruv jarayonlarni o'zgartirish bilan amalga oshiriladi. Shuning uchun bakterial hujayralarda sodir bo'ladigan biokimyoviy jarayonlarni boshqarishni yaxshi tushunish kerak bo'ladi.
Ma'lumki, bakteriyalardagi biokimyoviy reaksiyalarni 2 yo'l bilan amalga oshirish mumkin. Birinchisi juda tez (sekund yoki minut ichida) bo'lib, fermentning individual molekulasining kata-litikfaolligini o'zgartirishga asoslangan. Ikkinchisi nisbatan sekinroq kechadi (bir necha minut davomida) va bunda fermentlar sintezi-ning teziigi o'zgartiriladi. Har ikkala mexanizmda ham tizimlarni boshqarishning yagona tamoyili — qayta bog'lanish tamoyili ishlatiiadi.
Har qanday metabolitik yo'lni boshqarishning eng oddiy usuli substrat oson olinadigan yoki fermentning bor-yo'qUgini aniqlashga asoslanadi. Darhaqiqat, substrat miqdorining kamayishi (muhitda past konsentratsiyada bo'lishi) mazkur metabolitik yo'l orqali aniq bir moddaning sintezlanish tezligini kamaytiradi. Boshqa tomon-dan, substrat konsentratsiyasining oshishi metaboUtik yo'lning barqarorlashishiga olib keladi.
Xuddi shunday samara ferment konsentratsiyasini oshirish natijasida ham ro'y beradi. Masaian, tegishli ferment sintezini nazorat qiluvchi genlarni amplifikatsiyalash bilan amalga oshiriladi. Hujayrada metabolitik reaksiyalar faolligini boshqarishning eng keng tarqalgan usuli retroingibirlash tipi bo'yicha boshqarish hisoblanadi.
O'sayotgan hujayralar sintezlaydigan minglab fermentlarning ba'zilari doimo va oziqa muhitiga bog'liq bo'lmagan holda hosil bo'ladi, boshqalari esa ularga ta'sir qiluvchi substrat mavjud bo'lgandagina hosil bo'ladi. Birinchilariga konstitutiv fermentlar (gidroliz fermentlari va b.), ikkinchilariga esa adaptiv yoki indutsibel fermentlar kiradi. Masalan, glukozali muhitda o'sayotgan E. coli hujayralari oz miqdordagi laktozaning metabolizmida ishtirok etuvchi fermentlaming hamda ushbu mikroorganizm hujayralan o'zlashtira oladigan uglerodning boshqa manbalarining metobo-lizmida ishtirok qiluvchi fermentlar saqlaydi. Bu mikroorganizm laktozali muhitga o'tkazilsa, 1—2 minutdan so'ng laktoza utili-zatsiyasining asosiy fermenti p-galaktozidazaning faolligi oshadi. Bu ferment laktozani glukoza va galaktozagacha gidrolizlaydi. Keyingi qisqa vaqt ichida p-galaktozidazaning faolligi boshlang'ich darajaga nisbatan 1000 marta ortadi. Boshqacha aytganda, bu yerda ferment sintezining induksiyasi sodir bo'ladi.
Ferment induksiyasi — kultural muhitda ma'lum bir kimyoviy birikmaning (induktor)nmg paydo bo'lishiga ferment sintezining javobidir. Ko'p hollarda substratlarning sarflanmagan analoglari induktor bo'lib hisoblanadi. Masalan, p-galaktozidaza uchun lak­tozaning metabolizmida qatnashmaydigan analogi — izopropil p-D-tiogalaktopiranozid (IPTG) induktor sanaladi. Boshqa to-mondan, substrat har doim ham o'ziga tegishli ferment sintezining induktori hisoblanavermaydi. Laktoza induktor bo'lishi uchun avval o'zining izomeri allolaktozaga aylanishi kerak.
1961-уШ F.Jakob va J.Monod E.coli bakteriyalari tomonidan laktozaning utilizatsiya jarayonini genetik va biokimyoviy o'rga-nishlari natijasida «operon modeli» nomii konsepsiyani ishlab chiqqanlar. Bu modelga ko'ra, boshqarishning ushbu tizimi 4 ta komponentdan iboratdir: strukturali genlar, gen-regulyator, operator va promotor. Gen-regulyator operator bilan bog'lana oladigan oqsil-repressorning strukturasini aniqlaydi. Bu, o'z nav-batida, uning yonidagi stmkturali genlar faoliyatini nazorat qiladi. Promotor transkripsiya fermenti — RNK-polimeraza bilan bog'la nadigan qismni tashkil qiladi. Agar oqsil-repressor operator bilan bog'langan bo'lsa, u holda RNK-polimeraza promotorga joylasha olmaydi va informasion-RNK sintezlanmaydi. Buning natijasi esa tegishli fermentlar sintezining ro'y bermasligidir. Birinchi marta qamrovli o'rganilgan operon ichak tayoqchasining laktozali ope-roni hisoblanadi. Mualliflarning fikricha, repressor 2 ta o'ziga xos markazga ega bo'lgan allosterik oqsildan tashkil topgan. Ulardan bin' operatorning nukleotid ketma-ketligiga, ikkinchisi esa induktor molekulasiga o'xshashdir. Induktor bilan repressoming o'zaro ta'siri repressoming operatorga o'xshashligini kamaytiradi, natijada operator ajraladi. Lac-opcroni repressori toza holda ajratib olingan va uni 4 ta bir xil subbirlikdan tuzilganligi anqlangan (umumiy molyar massasi 150000 D). Har bir subbirlik induktorning 1 ta molekulasi bilan o'zaro munosabatga kirishadi, ya'ni repressorni to'liq inaktivatsiyaga uchratish uchun induktorning 4 ta molekulasi kerak bo'ladi. Toza holdagi repressor operatorga juda o'xshaydi va in vitro sharoitida Lac-opcratoming nukleotid ketma-ketligi bilan bog'lana oladi. Induktor esa bu bog'lanishni buzadi. Ushbu natijalar F.Jakob va J.Monod gipotezasini to'liq isbotlaydi.
Istalgan operonning boshqaruvchi dementi bo'lib, DNK ning promotor deb nomlanuvchi qismi hisoblanadi. Operonning ushbu qismi transkripsiya jarayonini boshlash uchun RNK-polimeraza bilan birlashadi. Transkripsiyaning borishi promotorning xusu-siyatiga bog'liqdir. Promotor qismidagi mutatsiya uning faolligini o'zgartirib, operon ekspressiyasini oshirishi yoki kamaytirishi mumkin. Promotorning ushbu xususiyatidan nisbatan faol pro-dutsentlarni yaratishda foydalaniladi.