X-BOB. BIOTEXNOLOGIYa ASOSLARI
10.1. Biotexnoloiyaning hozirgi biologiya fanidagi o‘rni va ahamiyati
Ma’lumki, biologiyaga boshqa tabiiy fanlar - fizika, ximiya, matematika
kabi fanlarning yutuqlarini tatbiq qilinishi, zamonaviy biologiya fanining
rivojlanishiga olib keldi. XX asrning ikkinchi yarmida bioximiya, molekulyar
genetika va molekulyar biologiya sohalarida erishilgan fundamental yutuqlar,
hujayra faoliyatini boshqarishni turli mexanizmlarini ochilishiga sabab bo‘ldi.
Biologiya sohasida yaratilgan olamshumul yangiliklar va ishlanmalar zamonaviy
biotexnologiyani rivojlanishiga turtki bo‘ldi va ular quyidagilardir:
• Biologik sistemalardagi irsiy axborotni saqlanishi va avloddan-avlodga
uzatilishida nuklein kislotalar rolini isbotlanishi;
• Barcha tirik organizmlar uchun universal hisoblangan genetik kod
tuzilishini aniqlanishi;
• Organizmlarning bir avlodini hayoti jarayonida genlar faoliyatini
boshqarish mexanizmlarini ochib berilishi;
• Mikroorganizmlar, o‘simlik va hayvon hujayralari kulturasini olishning
ma’lum bo‘lgan texnologiyalarini mukammallashtirilishi va yangi texnologiyalarni
yaratilishi;
Genetik va hujayra injeneriyasi metodlarini rivojlanishi va ular yordamida
sanoat miqyosida ishlatiladigan organizmlarning yuqori mahsuldor shakllarini
yaratilishi.
“Biotexnologiya” atamasini 1917 yilda venger injeneri Karl Ereki kiritgan.
U, bu atamani ozuqa sifatida shakar lavlagidan foydalanib, cho‘chqalarni boqish va
ulardan qo‘shimcha maxsulot olish jarayoniga nisbatan ishlatgan.
Karl Erekining fikricha, biotexnologiya - bu, “tirik organizmlar yordamida
xom ashyo maxsulotlaridan u yoki bu maxsulot tayyorlashda bajariladigan barcha
turdagi ishlardir”.
Ammo, bu fikr qanchalik aniq bo‘lishiga qaramasdan, keng tarqalmadi.
Uzoq vaqt davomida “biotexnologiya” atamasi, bir-biridan anchagina
uzokda turadigan ikki yo‘nalishga nisbatan ishlatib kelindi. Bu yo‘nalishlarni biri-
ishlab-chiqarish darajasidagi fermentatsiya jarayoni bo‘lsa, ikkinchisi, hozirgi
vaqtda ergonomika (inson bilan faoliyat ko‘rsatib turgan tizimning boshqa
elementlari orasidagi o‘zaro munosabatlarni o‘rganadigan fan tarmog‘i) deb
yuritiladigan soha bo‘lgan.
1961 yil Shvedsiyalik mikrobiolog Karl Gyoren Xeden (“Journal of
Microbiological and Biochemical Engineering and Technology”)
“Mikrobiologik va kimyoviy muxandislik va texnologiyalar” deb atalgan
jurnali “Biotexnologiya va bioinjeneriya” (“Biotechnology and Bioengineering”)
deb atash kerakligini asoslab bergandan keyin, hamma tortishuvlar o‘z o‘rnini
topgandek bo‘ldi. Chunki, bu jurnal amaliy mikrobiologiya va sanoat
fermentatsiyasi sohalarida bajarilgan tadqiqotlarni natijalarini chop qilishga
mo‘ljallangan edi.
145
Shu davrdan boshlab, biotexnologiya atamasi – “tirik organizmlar, biologik
tizimlar va jarayonlar ishtirokida (yordamida), maxsulotlarni sanoat mikyosida
ishlab chikarish” jarayonlariga nisbatan ishlatiladigan bo‘ldi.
“Biotexnologiya” - mikrobiologiya, bioxiiya, molekulyar biologiya va
kimyoviy injenerlik fanlarining yutuqlariga tayanadi.
Sanoat miqyosidagi biotexnologik jarayonlar, odatda 3 asosiy bosqichdan
iborat:
1-bosqich
2-bosqich
3-bosqich
1 - Boshlang‘ich (dastlabki) ishlov berish bosqichida, xom ashyodan ozuqa
modda sifatida foydalanish maqsadida, ularda mikroorganizlarni o‘stirish va
ko‘paytirish mumkin bo‘lgan xolatgacha ishlov beriladi.
Fermentatsiya va biotransformatsiya bosqichi eng murakkab bosqich bo‘lib,
u katta bioreaktorlarda (fermentyorlarda), tanlangan produtsent mikroorganizmni
ekib ko‘paytirish va ulardan kerakli metabolit, masalan antibiotik, aminokislota,
ferment, organik kislota, gormon va x.k. ajratishni o‘z ichiga oladi.
Oxirgi, ishlov berish bosqichida tanlangan maxsmulotni, u sintez bo‘lgan va
to‘plangan (lokalizatsiya bo‘lgan) joyiga qarab, yoki xujayra ichidan yoki xujayra
tashqarisidan (kultural suyukligidan) ajratib olinadi.
Biotexnologik tadqiqotlarni maqsadi, yuqorida keltirilgan har bir bosqichni
samaradorligini oshirish va inson faoliyati uchun kerakli bo‘lgan maxsulotlarni
sintez qilaoladigan (antibiotiklar, vitaminlar, aminokislotalar, fermentlar va x.k.)
mikroorganizmlarni tanlab topish (skrining) yoki yaratish (gen yoki xujayra
injenerligi, mutagenez, seleksiya usullari yordamida), tanlangan mikroorganizm
(produtsent)ni o‘sishi, rivojlanishi va kerakli maxsulot sintez qilishi uchun zarur
bo‘lgan sharoitlarni tanlash va sintez bo‘lgan moddani ajratib olishni iqtisodiy
asoslangan usullarini yaratishdan iborat.
O‘tgan asrni 60-70 yillarigacha bunday tadqiqotlar, ko‘proq dastlabki ishlov
berish bosqichi doirasida olib borilgan.
Хом ашиё
Бошланғич ишлов бериш
Ферментация ва биотрансформация
Охирги ишлов бериш
Маҳсулот
146
Keyinroq, fermentatsiya va biotransformatsiya jarayonlarida ishlatiladigan
bioreaktorlarni
(ularni
fermentyorlar
deb
ham
yuritiladi)
tuzulishini
mukammallashtirish, ularni hajmini kattalashtirish ustida ilmiy va amaliy
tadqiqotlar olib borilgan. Shu yo‘l bilan biotexnologik jarayonlarni samaradorligini
oshishiga erishilgan.
Darhaqiqat, biotexnologik jarayonlarni optimallashtirini jarayoni eng
murakkab jarayon hisoblanadi.
Optimallashtirish orqali mikroorganizmni maxsuldorligini oshishiga
erishilgan. Samaradorlikni oshirishni yana bir yo‘li, tabiiy produtsentlarni genetik
konstruksiyasini o‘zgartirish usulidir. Bu maqsadda, ultrabinofsho nurlari va turli
xil kimyoviy mutagen preparatlarni ta’siridan foydalaniladi. Bunday sharoitda
mahsulotni mikdorini oshirish darajasi, biologik omillar bilan chegaralab qo‘yilgan
bo‘ladi. Masalan, agarda mutant shtamm u yoki bu moddani juda ko‘p miqdorda
sintez qiladigan bo‘lsa, u boshqa metabolik jarayonga salbiy ta’sir ko‘rsatishi
mumkin, oqibatda bunday mikroorganizmlarni katta hajmli bioreaktorlarda
ko‘payishi sekinlashadi va vaqt birligida biomassa to‘planishi kamayadi.
Shuning bilan bir katorda, “indutsirlangan mutagenez va seleksiya” deb
nomlangan, o‘z davrida keng ishlatilib, ananaga aylangan strategiya, yuqori
faollikga ega bo‘lgan produtsentlar yaratishda katta yordam bergan. Masalan, mana
shu yo‘l bilan antibiotiklar sintez qiladigan shtammlar yaratilgan.
Mikroorganizmlarni genetik mukammalashtirish quyidagi bosqichlardan
iborat: skrining (tanlash) → baholash. Bu jarayonlar serxarajat bo‘lib, uzok vaqt
talab qiladi.
Bundan tashqari ushbu usul faqatgina (produtsent-mikroorganizmida bor
bo‘lgan belgilarni (xossa va xususiyatlarni) mukammallashtirish imkonini beradi
xolos. Mikroorganizmga yangi xususiyat beraolmaydi. Shunga qaramasdan o‘tgan
asrning 70-yillarida shu usul bilan ko‘plab fiziologik faol maoddalarni ishlab
chiqarish samaradorligi oshirilgan.
Biotexnologiyaning yangi rivojlanish davri - DNK texnologiyasi
yaratilgandan keyin boshlandi. Shundan keyin biotransformatsiya bosqichini
to‘g‘riroq yo‘ldan olib borishga va yuqori darajada maxsuldor bo‘lgan shtammlarni
skrining (tanlash) orqali emas, balki to‘g‘ridan-to‘g‘ri yaratish imkoniyati paydo
bo‘ldi. Mikroorganizmlardan va eukariot organizmlarning xujayralaridan insulin,
interferon, o‘stirish gormonlari, virusli antigenlar va boshqa ko‘plab oqsil tabiatli
moddalarni ishlab-chiqarda oladigan “fabrikalar” sifatida foydalanadigan bo‘ldi.
Aynan biotexnologiyaning eng zamonaviy yutuqlari tufayli o‘simlik xujayralari va
hayvon to‘qimalari tabiiy bioreaktorlarga aylandilar. Endilikda tabiiy o‘simlik va
hayvonlarda kam uchraydigan yoki butunlay bo‘lmagan genlarni maxsulotlari
sintez bo‘ladigan darajaga ko‘tarildi. Bulardan tashqari yangi biotexnologiya turli
xil kasalliklarni diagnostikasi va davolanish sharoitlarini ham tubdan o‘zgartirib
yubordi.
Biotexnologiya va rekombinant DNK texnologiyasi fanlarining chegarasida,
ilmu-fanning raqobatbardosh, dinamik o‘zgaruvchan sohasi -molekulyar
biotexnologiya paydo bo‘ldi.
147
TT Tun day qilib, biotexnologiya so‘zi grekcha so‘zlar yig‘indisi bo‘lib,
“BIOS” - hayot, “texne” - sanoat, texnika va “logos” - tushuncha, ta’limot
ma’nolarini bildiradi.
Biotexnologiyaning vazifalari:
• Inson faoliyati uchun kerakli bo‘lgan mahsulotlarni ishlab chiqarish uchun
biologik ob’ektlar, sistema va jarayonlardan foydalanish;
• Ishlab chikarishda tabiiy va geni o‘zgartirilgan mikroorganizmlardan,
hujayra kulturalaridan va ularning alohida komponentlaridan foydalanishda
biokimyoviy, mikrobiologik va injenerlik bilimlarining yutuqlaridan kompleks
foydalanish;
• Raqobatbardosh, iqtisodiy va funksional samarador, raqobatbardosh
texnologiyalar yaratish.
Bu vazifalarni to‘laqonli amalga oshirish uchun nimalar qilish kerak?
Birinchidan - xujayrada modda almashinuv jarayonini boshqarish orqali,
kerakli maxsulotni to‘planishiga erishish.
Ikkinchidan - xujayra ichida mo‘rakkab, samarali, har xil tashki omillarga
chidamli makromolekulalar sintez bo‘lishini boshqarish.
Uchinchidan - yangi natijalarga erishish uchun DNK-biotexnologiyasi va
xujayra injeneriyasi uslublarini yanada chuqurlashtirish va mukammallash tirish.
To‘rtinchidan - chiqindisiz toza biotexnologik jarayonlar yaratish.
Beshinchidan - biotexnologiya jarayonlarida ishlatiladigan jixozlarni
zamonaviylashtirish va bu jarayonlarni texnik-iqtisodiy ko‘rsatishlarini yaxshilash.
Biotexnologiyaning yo‘nalishlari:
• Sog‘liqni saqlash sohasida, turli kasalliklarni davolash, ularni diagnostikasi
va profilaktikasi uchun yangi biologik faol moddalar va dorivor preparatlar
yaratish;
• Qishloq ho‘jaligi sohasida, o‘simliklarni har xil kasal qo‘zg‘atuvchilar va
zararkundalardan himoyalash uchun biologik vositalar, bakterial o‘g‘itlar, o‘simlik
va hayvonlarning o‘sishini boshqaruvchi biopreparatlar, noqulay atrof-muhit
omillariga chidamli bo‘lgan o‘simliklarni serhosil navlarini hamda foydali
xususiyatga ega bo‘lgan hayvonlarni maxsuldor zotlarini (transgen hayvonlar).
Ular uchun qimmatli bo‘lgan veterinariya preparatlari, diagnostikumlar va ozuqa
qo‘shilmalarini (ozuqaviy oqsil, aminokislotalar, vitaminlar, ozuqalarni hazm
qilishga yordam beruvchi fermentlar va b.) va boshqa biopreparatlar tayyorlash
texnologiyalarini yaratish.
• Oziq-ovqat, kimyo va mikrobiologiya sanoatlari uchun qimmatli bo‘lgan
mahsulotlar va ularni
ishlab-chiqarish
uchun
yangi,
raqobatbardosh—
texnologiyalar yaratish;
• Ekologiya sohasida, turli xil chiqindilardan samarali foydalanish orqali
ekologik toza, chiqindilarsiz, raqobatbardosh, energiya tejamkor texnologiyalar
yaratish va ularni xayotga tadbiq etish; noan’anaviy energiya manba’lari: biogaz,
bioetanol, biodizel va b. yaratish texnologiyalarini ishlab-chiqish va x.k.
Demak, biotexnologiya - ilmiy - texnikaviy progressning predmetlararo
sohasi bo‘lib, u biologiya, kimyoviy va texnik bilimlar to‘qnashuvida vujudga
148
kelgan va u yangi biotexnologik jarayonlarni yaratishga qaratilgandir. Bu
jarayonlaor aksariyat hollarda past temperaturada amalga oshadi, kam mikdorda
energiya sarflaydi va boshlangich xomashyo sifatida arzon substratlardan, hatto
turli xil chiqindilardan ham foydalandi.
Hozirgi zamon biotexnologiyasining asosiy yo‘nalishlarini quyidagicha
izohlash mumkin:
Shuni ham ta’kidlash lozimki, bu chizma biotexnologiyaning hozirgi
xolatini ifodalaydi xolos, kelajakda esa, qator yangi tarmoqlar, yo‘nalishlar
shakllanishi muqarrar. Chunki, biotexnologiya har xil fan sohalarining
yutuqlaridan foydalanadi va ular asosida xilma-xil tijorat maxsulotlari yaratadi. (2-
chizma).
Биотехнология
Саноат
биотехнологияси
Иммунобио-
технология
Техник
биоэнергетика
Экобио-
технология
Нанобио-
технология
Ферментёр
инженерлиги
Ген
инженерлиги
Хужайра
инженерлиги
Биоэлектроника
Биомембрана
технологияси
149
2-chizma: Biotexnologiya va zamonaviy fanlarni o‘zaro aloqalari.
Biotexnologiya azaldan ma’lum bo‘lgan insonlar ishlatib kelayotgan
an’anaviy jarayonlar, ya’ni pivo tayyorlash, pishloq ishlab chiqarish, sharq
shirinliklarini tayyorlash, hamda chiqindilarni qayta ishlash kabi jarayonlarni o‘z
ichiga oladi va bu jarayonlarning barchasida biologik ob’ektlar qatnashadi.
Bugungi biotexnologiyada yangi ishlanmalarni yaratish, rivojlantirish va
jarayonlardan optimal foydalanish maqsadida kimyo, mikrobiologiya, biokimyo,
molekulyar biologiya, kimyoviy texnologiya va kompyuter texnikasi metodlaridan
keng foydalaniladi. (2-chizma).
Yuqorida keltirib o‘tilganidek, o‘tgan asrning 70-yillaridan boshlab eng
yangi biotexnologiya, ya’ni molekulyar biotexnologiya shakllana boshladi. Bu
fanning bir qimi sanoat mikrobiologiyasi va kimyo injenerlik sohalarining
yutuqlariga asoslangan bo‘lsa, uning molekulyar qismi – mikroorganizmlarni
molekulyar
genetikasi,
molekulyar
biologiyasi
va
nuklein
kislotalarni
enzimologiyasi kabi fan tarmoqlarining yutuqlariga asoslangan.
Biotexnologiyaning rivojlanish tarixi quyidagi jadvalda keltirilgan.
11-jadval
Molekulyar biotexnologiyaning rivojlanish tarixi
Sana
Voqealar
1917
Karl Ereki “biotexnologiya” atamasini kiritgan
1943
Sanoat miqyosida penitsillin ishlab chiqarilgan
1944
Everi, Mak Leod va Mak Kartilar genetik material DNKdan
tuzilganligini ko‘rsatib berishgan
1953
Uotson va Krik DNK molekulasining tuzilishini aniqlashgan
1961
“Biotexnologiya va bioinjeneriya” jurnali ta’sis etilgan
150
1961-
1966
Genetik kod o‘qib chiqilgan.
1970
Birinchi restriksion endonukleaza ajratib olingan
1972
To‘liq hajmli tRNK geni sintez qilingan
1973
Rekombinant DNK texnologiyasiga asos solingan
1975
Monoklonal antitela olingan
1976
Rekombinant DNKni olish bo‘yicha yo‘riqnoma ishlangan
1976
DNKning nukleotid ketma-ketligini aniqlash metodi ishlab
chiqilgan
1978
E.coli
yordamida inson insulini ishlab chiqilgan
1982
Rekombinant DNK texnologiyasi bo‘yicha olingan 1
vaksinani hayvonlarda qo‘llashga ruxsat berilgan
1983
Gibrid
Ti–plazmidadan
foydalanib,
o‘simliklar
transformatsiyalangan
1988
Polimerazaning zanjir reaksiyasi metodi yaratilgan
1990
Insonning somatik hujayrasidan foydalanib, gen terapiyasini
sinash rejasi tasdiqlangan.
1990
“Inson genomi” loyihasi bo‘yicha ishlar boshlangan.
1994-
1995
Inson xromosomasining genetik va fizik haritasi chop
etilgan.
1996
1-Rekombinant oqsil (eritropoetin) katta miqdorda ishlab
chiqargan va sotilgan.
1996
Saccharomyces cerevisiae ni barcha xromosomalarni
nukleotid ketma-ketligi aniqlagan.
1997
Somatik hujayradan sut emizuvchi hayvon klonlashtirilgan
2003
Inson genomi to‘liq o‘qib chiqilgan
2003 yil aprelda xalqaro konsorsium (genomni sekvenlash markazi;
Vashington Universiteti va Kembridjdagi Senger markazi) AQSh, Buyuk
Britaniya, Germaniya, Fransiya, Yaponiya va Xitoylik olimlar, o‘zlarini 10 yil
davom etgan tadqiqotlari natijasini – Inson genomini to‘liq o‘qib chiqqanliklarini
chop etishgan. Bu tadqiqotni bahosi 3 mlrd dollarga teng bo‘lib, uning natijasida
inson genomi 30 ming gendan va 3 mlrd nukleotid asoslardan tuzilgan ekanligi
isbotlandi. Bundan tashqari bir qator samarali texnologiyalar va genomni xaritasini
tuzuvchi uskuna va jixozlar yaratildi.
O‘zbekistonda biotexnologiyani fan sifatida ikki yo‘nalishini ko‘rish
mumkin:
Hozirgi zamon biotexnologiyasi.
Klassik biotexnologiya.
Dostları ilə paylaş: |