Mikroorganizmlarning gen muhandisligida qo'llanilishi reja: Gen muhandisligi haqida

MIKROORGANIZMLARNING GEN MUHANDISLIGIDA QO'LLANILISHI
Reja:

1. Gen muhandisligi haqida
2. Mikroorganizmlarning gen muhandisligida foydalanilishi
3. Bakteriya va zamburug'lardan olinadigan foydali moddalar.

Mikroorganizmlar tabiatda ko`p mikdorda tarkalganligi, tezlik bilan ko`payishi va har xil yuqori molekulali organik modda sintez qilishini inobatga olingan xolda, ular biotexnologiya fanining asosiy ob’ekti xisoblanadi. Mikroorganizmlar ma’lum maqsad uchun tabiatdan ajratib olinadi va ular maxsus asboblarda (fermentyorlarda) ko`paytiriladi. Mikroorganizmlarning o`sib, rivojlanishi uchun kerakli optimal sharoit yaratiladi va ularning biomassasi ajratib olinadi. Mikroorganizmlar ko`p moddalarni o`z hujayrasida sintez qiladi. Bunday moddalarga: Alkaloidlar Nuklein kislotalar Aminokislotalar Organik kislotalar, Antibiotiklar pigmentlar, Oksillar Polisaharidlar, Vitaminlar Erituvchi moddalar, Gerbitsidlar Fermentlar, Kofermentlar Uglevodlar, Yog`lar Oksidlovchi moddalar va boshqalar

Mikroorganizmlarning birlamchi metabolitlari, pastmolekulali birikmalar (molekulyar ogirligi 1500 daltondan kam bo`lgan), ularning o`sishi uchun zarur bo`lganlardan birisi makromolekulani qurishda ishtirok qilsa, boshqalari kofermentlarning sintezida ishtirok qiladi.Ishlab chiqarish uchun zarur bo`lgan metabolitlardan: aminokislotalar, organik kislotalar, purin va pirimidin nukleotidlari, erituvchilar va vitaminlar. Mikroblar hujayrasi boshka tirik organizmlar hujayralari qatori, ortiqcha birlamchi metabolitlarni sintez qilmaydi.Lekin mikroorganizmlarning birlamchi metabolitlar mikrobiologik ishlab chiqarishda foydalaniladi.Fermentativ jaraenlar natijasida mikroorganizmlar hujayralarida aminokislotalarni va nukleotidlarni sintez qilib olinadi.Inson organizmidagi 20 aminokislotadan 8 tasi organizmda sintez qilinmaydi. Ular organizmga oziq-ovqat orqali o`tishi kerak.Almashtirib bo`lmaydigan aminokislotalardan metionin va lizin sintetik yo`l bilan olinmoqda.1980 yilda fermentatsiya yo`li bilan 40000t lizin ishlab chiqarilgan. Gulitamin kislota ham mikroorganizmlar yordamida sintez qilib olinadi.1980 yillarda Janubiy Koreya va Yaponiyada 100000 t glutamat va 20000 t lizin ishlab chiqarilgan. Bunday mikdordagi aminokislotalarni ishlab chiqarishda, ya’ni fermentatsiya jarayonida asosiy substrat glyukoza hisoblangan. Keyinchalik esa p-parafindan foydalanilgan. Mikrobiologik ishlab chiqarishda uksus kislotani sintez qilish muxim ahamiyatga ega. Uksus kislota rezina ishlab chiqarishda plasmassalar, atsetat tolasi, formatsevtik preparatlar, insektitsidlar va boshqalar ishlab chiqarishda foydalaniladi.Yaponiyada uksus kislota fermentativ yo`l bilan aminokislotalar olishda, substrat sifatida ishlatiladi. Organik kislotalardan birinchi bulib, sut kislotasi bijgish jaraenida ajratib olingan. Mikroorganizmlarning ikkilamchi metabolitlari pastmolekulali birikmalar bulib, toza hujayralarning o`sishi uchun talab qilinmaydi. Ikqilamchi metabolitlar ma’lum bir toksonlar tomonidan, ma’lum guruxga mos bo`lgan kimyoviy moddalar sintez qilinadi.Ularga antibiotiklar, alkonoidlar, garmonlar va toksinlar. Mikroorganizmlar hujayralari tomonidan sintez qilinayotgan antibiotiklar farmatsevtik birikmalar ichida eng katta klass hisoblanadi. Eng ko`p ishlab chiqariladigan va iqtisod jihatli foydali hisoblangan 4 ta antibiotiklar-pensillin, sefalosporinov, tetratsiklinlar va eritromitsinlar. 1978 yilda bularning bahosi 4 mlrd. dollordan ortiq bo`lgan.
Oltita oilaga mansub bo`lgan filamentoz zamburug`lardan 1000 ga yaqin har xil antibiotiklar ishlab chiqarilgan.Filamentoz bo`lmagan bakteriyalardan 500 antibiotik sintez qilingan. Aktinomitsetlarning 3 ta oilasidan 3000 yaqin antibiotiklar sintez qilingan. Mikroorganizmlarning o`sib, rivojlanish jarayonida xosil bulayotgan birlamchi va ikkilamchi metabolitlar mikrobiologik ishlab chiqarishda (sanoat mikrobiologiyasida) muxim ahamiyatga ega. Bu moddalardan tashqari gen injeneriyasi yordamida mikroorganizmlar hujayralarida har xil garmonlar sintez qilib olinmoqda. Bularga insulin, samototropin, interferonlar va boshkqalar kiradi.
1979 yilda Yer yuzasi bo`yicha 60 mln diabet kasali bilan kasallangan insonlardan 4 mln insulin olishgan.amerikada 1979 yilda 1,8 mln odam insulinga muxtoj bo`lgan (shulardan 100 mingi bolalar).Bu rakam har yiliga 6 foizga oshadi.Usha vaktda Fransiyada 1 mln diabet kasalligi bilan kasallngan kishilar bo`lgan.SHulardan 150 000 insulinga muxtoj bo`lgan.
1922 yilda hayvonlarda ajratilgan insulin 9 eshlik diabet kasali bilan kasallangan yuborilgan.Bir yildan keyin Amerika kompaniyasi "Eli Lilli" hayvonlardan olingan insulinni ishlab chiqardi. Qora mollardagi oshqozon osti bezi 200-250 g keladi.100g kristall xolatdagi insulinni olish uchun 800-1000 kg oshqozon osti bezi kerak bo`ladi.

1955 yilda Senger insulinning tarkibini urganib, u ikkita A va B polipeptid zanjiridan iboratligini isbotladi.Insulinning A zanjirida 20 ta aminokislota, B zanjirida esa 30 ta aminokislotalar ketma-ket joylashgan. Insulinning 2 ta zanjiri disulfid boglari bilan boglangan. 1980 yillarda cho`chqa insulini odam insuliniga aylantirilgan, ya’ni insulinning B zanjiridagi 30 aminokislota alanin qoldigi, trionin qoldig`iga almashtirilgan. Bunday muvaffaqiyatga fermentlar yordamida aminokislotalarni almashtirishda erishilgan. Kalamushlar oshqozon osti bezidan insulinning mRNK ajratib olinib, E.coli (ichak tayoqchasi) hujayrasiga o`tkazilganda , u insulinni sintez qilgan. Hozirgi vaqtda mikroorganizmlardan insulinni sintez qilib olish yo`lga qo`yilgan. Insulindan tashqari gipofiz bezining oldingi qismidan ajralib chiqadigan somotropin garmoni ham mikroorganizmlardan sintez qilib olinmoqda.

Hozirgi davrga kelib rekombinant DNK texnologiyasi yordamida (asosank DNK sifatida) 400 dan ortiq odamning har xil genlari dori vositasi sifatida klonlashtirilgan. JSST mutaxassislarining xisob kitoblariga ko‘ra har yili jahon bozorida odam oqsillari asosida DP sotilish hajmi 150 mlrd. dollarni tashkil qilib va bu ko‘rsatgich har yili oshib bormoqda.
O’tgan asrning 70 – yillarida biotexnologiyada yangi tajriba texnologiyasi – genetik (gen) muxandislik yaratildi. Bu usulning asosida hujayradan tashqarida rekombinant DNK yaratish yotadi. Bu texnologiyadan foydalanish oqibatida genlarni sof holda ajratish, ularni modifikasiya qilish, birini ikkinchisiga ulash, “genlar majmuasi” yaratish, oqibatida butunlay yangi xususiyatiga ega bo’lgan oqsil sintez qilish imkoniyati yaratildi va uni oqsillar muhandisligi deb ataladi Vektor gen bilan ligaza fermenti yordamida birikkandan keyin rekombinant DNK hosil bo’ladi. Keyin, bu birikma (vektor gen) mikroorganizm hujayrasiga yuboriladi (transformasiya) va u erda amplifikasiya (ko’payish) amalga oshadi.
Natijada bir genning bir necha nusxasi – klon paydo bo’ladi. SHuning uchun ham bu yo’lni klonlash deb ataladi. Agar klonlash maqsadida hamma genlar saqlovchi odam DNK si ishlatilsa, odamning gen kutubxonasi (klonoteka) hosil bo’ladi. Bu usulda bakteriyalarga klonlashtirilgan inson, hayvon yoki o’simliklar genlari to’g’ridanto’g’ri bakteriyada faoliyat ko’rsata olmaydi. Ishlash uchun esa, ularni bakteriyadan ajratish, bakteriya genini boshqaruvchisi (regulyatori) bilan jihozlash va qaytadan bakteriyaga kiritish zarur. Bugungi kunda har xil genlar saqlovchi va kerakli maxsulot sintez qiluvchi bir qator transgen bakteriyalar yaratilgan va muvaffaqiyat bilan ishlatilib kelinmoqda.
Shu sababli ham tabiiy shtammlar yordamida olinadigan maxsulotlar (birinchi avlod maxsulotlari) bilan bir qatorda transgen shtammlar yordamida rekombinant oqsillar (ikkinchi avlod maxsulotlari)ni sanoat miqyosida ishlab chiqarish yo’lga qo’yilgan. Biologik maxsulotlarni uchunchi avlodi – tabiiy oqsillarning vazifalarini to’liq bajara oladigan, ammo tabiiy bo’lmagan maxsulotlarni sintez qilish natijasida paydo bo’ladi. Gen–muxandisligi usullari (rekombinant DNK texnologiyasi) tibbiyot uchun zarur bo’lgan, qimmatbaho oqsil moddalari ishlab chiqarish yoki ko’p tonnalik oqsil moddalari ishlab chiqarish jarayonlarida keng qo’llanib kelinmoqda. Eng avvalo inson organizmida sintez bo’ladigan va dorivor modda sifatida ishlatiladigan oqsil va peptidlarni sintez qilishni yo’lga qo’yish katta ahamiyat kasb etadi.
Gen muxandisligi muammolari bilan shug’ilanadigan omillarni asosiy vazifalaridan biri ham shunday birikmalarni etarlicha sintez qila oladigan bakteriyalar shtammlarini yaratishga bag’ishlangan. Bu jarayonni asosiy qiyinchiliklari, shtamm yaratish bilan bog’liq emas, balki, yaratilgan shtammda sintez qilingan oqsil moddalarini kerakli me’yorda ushlab turish, ularni modifikasiyaga uchrab, mikroorganizm hujayrasida parchalanib ketmasligi uchun sharoit yaratish bilan ham uzviy bog’liqdir.
Antibiotiklar - mikroorganizmlar sintez qiluvchi eng yirik sinov farmasevtik preparatlar hisoblanadi. Ulardan ba’zi-birlari qishloq xo’jaligida xilma-xil zararkunandalarga qarshi (masalan, polioksin, baridamisin, kosgalisin va x.k.) ishlatilsa, boshqalari tibbiyotda (penisillin, tetrasiklin, sefolasporin S va x.k.) keng qo’llaniladi. Atigi 6 avlodga mansub zamburug’larni 1000 dan ortiq xilma-xil antibiotiklar sintez qilishi ma’lum. Ko’pgina antibiotiklarni aktinomisetlar sintez qiladilar. Birgina Streptovyces griscus 50 dan ortiq antibiotiklar sintez qilishi ma’lum. Mikroorganizmlar sintez qiladigan antibiotiklardan atigi bir qismigina amaliyotda keng ishlatiladi. Eng avvalo bular penisillinlar va sefolasporinlardir. Bu antibiotiklarni sintez qiluvchi zamburug’lar Penicillum va Ctpholosporum avlodiga mansub. Streptomisin, gentamisin, tetrasiklin kabi antibiotik Streptomyces avlodiga mansub aktinomisetlar hamda Micromonospora va Bacillus avlodlariga mansub bakteriyalar tomonlaridan sintez qilinadilar..
Gen muxandisligi “davri”gacha antibiotik sintez qiluvchi mikroorganizmlar shtammlarini asosan mutagenez va seleksiya yo’llari orqali olingan. Masalan: seleksiya hamda fermentasiya sharoitlarini tanlash oqibatida sanoat sharoitida penisillin ishlab chiqaradigan shtammni hosildorligi 1 litr oziqa muhitida 40 grammgacha ko’tarildi. Bu ko’rsatkich, dastlabki, Penecillum chrysogenum shtammiga nisbatan 20 ming marotaba ko’proqdir. Shuningdek, modifikasiya qilingan antibiotiklarni ishlab-chiqarish imkoniyatini beradigan mutasintez usuli ham yaratildi. Bu usul - antibiotiklar sintezining ma’lum qismida o’zgarish kiritilgan mutant shtammlardan foydalanishga asoslangan.
Funksional faol bo’lgan antibiotik sintez qiluvchi oziqa muhitiga o’zgartirilgan qismni anologlari qo’shiladi va oqibatda o’sha qo’shilgan modda saqlagan, antibiotikni modifikasiyalari hosil bo’ladi. Bu usul ayniqsa patogen bakteriyalarni antibiotiklarga moslashib borayotgan jarayonlarda juda qo’l keladi. Ma’lum bir qismi o’zgargan, ammo funksional faolligi saqlanib qolgan antibiotiklarga moslashish qiyinlashib boradi. Hozirgi paytda ampisillin, sefoleksin, metisillin kabi yarim sintetik antibiotiklardan keng foydalanilmoqda.
Antibiotiklar - mikroorganizmlarning 10 dan 30 gacha ba’zida esa undan ham ko’proq gen maxsulotlarining hamkorlikdagi ta’siri natijasida paydo bo’ladi. Shuning uchun ham gen muhandisligi orqali serhosil shtammlar yaratish ancha mushkul ish. Ammo, bu muammo bir operonda sintez bo’ladigan multifermentlar kompleksi orqali sintez bo’ladigan peptid bog’liq antibiotiklarga ta’luqli emas. Bir mikroorganizmlardagi genlarni shu avlodga yaqin bo’lgan mikroorganizmlarga o’tkazish natijasida yangi xususiyatga ega bo’lgan “gibrid” antibiotiklari sintez qilishga erishish mumkin.
Xuddi shu usul bilan 1988 yilda AqSHda biokimyogar Mixael Xopvud tomonidan ishlatilgan edi. Oqibatda antinorodin va medermisin antibiotiklarini biosintezida ishtirok etuvchi genlarni qo’shish natijasida “mederrodin” deb atalgan yangi antibiotik yaratishga erishilgan edi. Xuddi shu olim tomonidan keyinroq digidrogranatirodin nomli gibrid antibiotik sintez qiluvchi yangi shtamm ham yaratilgan edi. Ba’zi bir misollarda hujayrada antibiotik sintez qiluvchi genlarning nusxalarini ko’paytirish natijasida mikroorganizmlar shtammlarini hosildorligini oshirish mumkinligi ham keltirib o’tilgan. Masalan, xuddi shu usul bilan antinorodin antibiotigini sintezi bir necha marotaba oshirilganligi ilmiy adabiyotlarda keltirilgan.
Antibiotiklar tibbiyotdan tashqari qishloq xo’jaligida (hayvonlarni davolash hamda hayvonlar bolalarining o’sib rivojlanishini jadallashtirish) va oziq ovqat sanoatida (konservasiya jarayonlarida) keng ishlatiladi. 1987 yilda chet elda ishlab chiqarilgan antibiotiklarning miqdori 3,7 mlrd. dollorni, 1992 yiil 4,2 mlrd. dollorni tashkil etgan bo’lsa 2000 yilga kelib, bu ko’rsatkich 6 mlrd. dan oshib ketdi. Ko’pchilik hollarda kasallik qo’zg’atuvchi bakteriyalarga qarshi ularni antogonistlari -boshqa bakteriyalardan foydalaniladi.Misol tariqasida tish emalini emiradigan Streptococcus mutans shtammiga qarshi shu bakteriyani mutant shtammini qeltirish mumkin. Tabiiy shtammga qarshi og’iz chayishga tavsiya qilingan mutant shtamm o’zidan tabiiy shtammni o’ldiradigan oqsil chiqaradi va natijada tishni sog’lom saqlab qolishga erishiladi. Bu holatda antogonist bakteriyalar biosterilizatorlar vazifasini
bajaradilar. Xuddi shu yo’l bilan qishloq xo’jalik o’simliklarini himoya qilish ham mumkin.
Misol tariqasida Fusarium oxysporum zamburug’i chaqiradigan pomidor ko’chatidagi yuqumli kasallikni ko’rsatish mumkin. Bu kasallik, shu zamburug’ chaqiradigan fuzar kislotasini ta’sirida kelib chiqadi. Bunga qarshi esa Pseudomonas solanacterium bakteriyasidan keng qo’llaniladi. Pseudomonas bakteriyasi fuzar kislotasini o’z hujayrasiga yutib olish xususiyatiga ega va shu sababli uning kasallik qo’zg’atish xususiyatini kamaytiradi.
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR.
1.O‘zbekiston qishloq xo‘jaligida iqtisodiy islohatlarni chuqurlashtirish dasturi (1999- 2000 yy). T., «O‘zbekiston»1988.
2.G.D. Mustakimov «O‘simliklar fiziologiyasi va mikrobiologiya asoslari». T, 1995.
3.G.D. Mustaqimov«O‘simliklar fiziologiyasi va mikrobiologiya asoslaridan amaliy Mashgulotlar». T. 1967.
4.M.F.Fyodorov . «Mikrobiologiya», T.1966.
5. N.Valker (V.V.Navinov tajrimasi) «Pochvennaya mikrobiologiya», M, 1979.
6. A.Ya.Pankratov «Mikrobiologiya», M.1962.
7.Ye.N.Mishustin; V.T.Emsov «Mikrobiologiya», M.198.
8. K.Xasanov «Mikrobiologiya», M.1997.