Biotexnologiyaning texnologik asoslari Ma’ruza rejasi: 1.Muxitni tanlash, ajratish. 2.Seleksiya. 3.Gen injeneriyasi. 4.Hujayra injeneriyasi. 5.Biologik muxitni populyasion chidamliligi. 2.1. Muxitni tanlash. Biotexnologik jarayonlarni aniklovchi ma’nosi-hujayradir. Chunki, barcha moddalar hujayralarda sintez bo`ladi. Yu.A.Ovchinnikovning suzi bilan ifodalanganda hujayra kichik kimyoviy zavod bulib, belgilangan reja, barcha jarayonlar bir-biri bilan muvofik xolda juda xam yukori samara bilan ishlaydi. Unda xar bir minutdayuzlab murakkab moddalar sintez bo`ladi, birinchi navbatda oqsillar sintez bo`ladi. Zamonaviy biotexnologik ishlab chiqarishning asosini mikrobiologik sintez, ya’ni, xar xil moddalarning mikroorganizmlar vositasida sintez bulishini tashkil etadi. O`simlik va xayvonot dunyosidan muxitni tanlash ishlab chiqarishda keng urinni topgani yuk. Chunki, ushbu makromolekulalar juda xam kup muxitni talab kilganligi sababli, juda kimmatga tushadi. Muxitning tabiatidan kat’iy nazar biotexnologik ishlarda toza hujayra va tukima muxitini tashkil etishda mikroorganizmlar muxitiga yakinlashtiriladi. Mikroblar dunyosi katta va xilma-xil bulib xozir ularning 100 mingdan oshik turi mavjud. Ana shunday kilib 8,2 yoki treonin yoki metan beradigan mikroblarni ajratish mumkin? Buning uchun ko`proq uglevodorodlarni oksidlaydigan benzinni zapravka kiladigan yerlardan yoki uzumdan vino achituvchi va boshqa joylardan namunalar olinadi. Olingan namunalar maxsus tarkibga ega bulgan suyuk ozika muxitiga solinadi. Ana shu muxit mikroorganizmlar uchun energiya manbai bulib, uglerod, azot, RN, temperatura, osmotik bosim va boshqalarga xar xil munosabatda bo`ladi. Masalan: proteolitik ferment xosil kilish uchun oqsilni, lipolitik sintez kilish uchun lipoidni iste’mol kiladi. Ana shu tarika mikroorganizmlarni tuplovchi muxit xosil bo`ladi. 2-chi etap toza muxitni ajratish. Buning uchun zich ozuka muxiti ishlatiladi, unga muxit namunalari joylashtiriladi. Natijada zich muxit mikroorganizmlarning toza tudasini xosil kiladi. Uni yana kaytadan ekilganida bitta turga mansub bulgan hujayralar populyasiyasini xosil kiladi. Mikroblar sanoati muxitga kuyidagi talablarni kuyadi: 1.mikroorganizmlar juda tez rivojlansin. 2.mikroorganizmlarga arzon muxit bulsin. 3.boshqa mikrofloralar bilan zararlanmasin. Ushbu talablar natijasida olingan maxsulotlar juda arzon bo`ladi. Bir hujayralilarning moddalarni sintez kilishi juda yukori. Masalan: 500 kg ogirlikdagi sigir bir sutkada 0,5 kg oqsil sintez kilsa, achitkilar vositasida (5 gramm) 0,5 kg oqsil bir sutkada sintez bo`ladi. Lekinda xamma mikroorganizmlar xam ana shunday tezlikda oqsilni sintez kila olmaydi. Shuning uchun mikroblar faktorini tekshirish katta nazariy va amaliy biotexnologik axamiyatga ega. Biotexnologik ishlab chiqarishda fotosintez utkazadigan mikroorganizmlar aloxida rol uynaydi. Chunki, bunday mikroorganizmlar uz xayotida yoruglik energiyasini uzlashtirib, SO2 dan va suvdan organik modda xosil kiladi. Suvni oksidlab O2 ajratadi. Ushbu usul juda arzon. Fototrof mikroorganizmlar muxiti ammiak, vodorod, oqsil va boshqa xar xil biopreparatlar bulib, kelgusida kuyosh energiyasini genetik injeneriya yuli bilan biokonservalashda katta rol uynaydi. Biotexnologiya uchun arzon muxit termofil mikroorganizmlar xisoblanadi. Ularning optimal sharoiti +600 S + 800 S ayrimlariniki + 1100 S va yukori. Juda issik suvlar va okeanlar tagidan + 3000 S gacha xaroratga chidaydigan mikroorganizmlar topilgan. Termofillar tarkibidan juda kimmatbaxo maxsulotlar: spirtlar, aminokislotalar, fermentlar, molekulyar vodorod topilgan. Termofillar kullanilganida sanoat asboblarini strellash juda arzonga tushadi. Termofillarning o`sishi va metabolitik aktivligi mezofillarga nisbatan 1,5-2 marta yukori. Termofillar vositasida sintez bulgan fermentlar, masalan proteazalar nokulay sharoitlarga juda chidamli. Birok, termofillar sintez kilgan proteazalar va boshqa fermentlar +200 S da 100 baravar, + 75 0 S dagiga nisbatan past. Termofillar bioreaktorlarni sovutishda keng kullaniladi. Biotexnologiyaning muxim etapi muxitni ajratish va tanlash xisoblanadi. Birok oddiy tanlash bilan bunga erishish kiyin. Shuning uchun organizmni kerakli tomonga seleksiya yuli bilan o`zgartirish kerak. Shu usulda 10-100 marta aktiv mikroorganizmlarni yaratishga erishilgan. 2.2. Seleksiya. Mikroorganizmlarni kerakli tomonga o`zgartirishga mutasiya usuli bilan erishish mumkin. Mutasiya uchun gen urtacha 10 6 – 10 8 marta oshishi kerak. Eng mustaxkam muxitni tanlashda uning dastlabki namunasiga mos kelishini xisobga olish kerak. Ya’ni, kislotali va ishkorli faktorlarga ogir metallar ta’siriga, metabolitik maxsulotlar ta’siriga chidamlilik kilish xisobga olinadi. Agarda genlar sun’iy ravishda shikastlantirilsa mutasiya chastotasi keskin o`zgaradi. Mutagen ta’sir etish ultrafeolit, rengen nurlari, ayrim kimyoviy birikmalar, DNK molekulasini dastlabki xolatini buza oladi. Eng yaxshi mutagenlarga azot kislotasi, etilmetansulfonat, akridin kraskasi, bromurasil va boshqalar kiradi. Mikroorganizmlar seleksiyasi prototrofdan (tormozlochi modda), auksotrofga utishga asoslangan. Birok, ayrim xollarda uning teskarisi xam bo`ladi. Chunki, fitogarmon ta’sir etmasa o`simlik hujayrasi normal usmaydi. Birok, oxirgi yillarda triptofandan auksin tipidagi indoluksus kislotasi aniklangan. Ayrim mutantlardan sitokinin-ya’ni o`simlik rakini keltirib chikaruvchi modda sintez kilingan. 2.3. Genetik injeneriya. Zamonaviy biotexnologiya- genetik injeneriyasi – biotexnologiyasi bilan xarakterlanadi. Bu uz navbatida bioobyektlarni maksadli modifikasiyasini sun’iy genetik dasturini yuzaga keltiradi. Genetik injeneriya 4 asosiy etapdan iborat: 1. Kerakli genni olish. 2. Uni kerakli gen elementiga joylashtirish. 3. Genni kiritish. 4. Kerakli genni olish uchun yakinlashtirish. Genni olish. Kerakli genni. a) uni DNK ajratib olish. b) kimyoviy fermentativ sintez. v) DNK – polimerazalarga boglik bulgan RNK yordamida. Genni DNK dan ajratib olishda fragmentasiya usuli kullaniladi. Parchalash natijasida nukleotid fragment juftlari ikki ipli bo`ladi. Ana shu ip yolgonlashishi mumkin. Natijada gen nukleotidlari uzining funksiyasini yukotishi mumkin. Eukariot organizmlar geni, murakkab oqsil kodlaridan iborat. Genlarni kimyoviy – fermentativ sintezida DNK kiska bir zanjirli etaplar buyicha nukleotidlar oraligidagi efirli boglanishi orkali amalga oshiriladi. 2.4. Hujayra injeneriyasi. Hujayra injeneriyasining asosini jinsiy bulmagan hujayralarning ( gibridlanib) kushilib bir butun hujayra xosil bulishi tushuniladi. Hujayralarning kushilishi bir butun yoki ayrim joylari kushilishi mumkin. Duragay hujayra olishda xar xil zaryadli oqsil va lipoidlar kushiladi. O`simlik , zambrug va bakterial hujayra pustidan ajraladi. Hujayra pusti fermentativ gidrolizlashadi, keyin protoplast xosil bo`ladi. 2.5. Biologik muxitni populyasion chidamliligi. Biotexnologiyada bioobyektni tirik (ichki) – xolatda saklanishi juda muxim. Biologik muxitni buzilishi asosan uni uzok saklanishi va laboratoriya sharoitidan sanoat sharoitiga utkazishda sodir bo`ladi. Mikroorganizmlarni saklash asosan ozika muxitida olib boriladi. Hujayralarni uzok vakt xususiyatini yukotmasdan saklash kuyidagicha amalga oshiriladi: 1. Muzlatib suvni vakuum bilan surrib olish-sublimasiya. 2. Xavoda kuritish. 3. Spora shaklida saklash. 4. Chukur muzlatib - 196 0 S da suyuk azotda saklash. 5. Kombinir usulda saklash, unda bir necha usullar birga kullaniladi. Yukoridagi barcha usullar xam bioobyektlarni 100% saklaydi. Biotexnologiyaning yakuniy stadiyasi kutilayotgan maxsulotni ajratish xisoblanadi. Agarda biotexnologiyada kullanilgan maxsulot toza bulsa, uni ajratish juda oson. Shuning uchun xam biotexnologlar avvalo genetik injeneriya usulida toza mikroorganizmlar shtamplarini olishga xarakat kiladi. Maxsulotni ajratish va tozalash uning tabiatiga boglik. Shuning uchun xam fermentlar va organik erituvchilar yordamida ajratiladi. 4.1. Biomassani suyuk muxitdan ajratish. Muljaldagi maxsulotni tozalashni dastlabki (birinchi) boskichi biomassani suyuk muxitdan ajratish xisoblanadi. Ushbu jarayon ba’zi xolllarda maxsus ishlov berishni talab etadi, ya’ni, rN o`zgartirish, isitish, oqsilni samarali ajratish uchun koagulyasion ta’sir etishi mumkin. Biomassani suyuk muxitdan ajratish uchga bulinadi: Flotasiya, filtrasiya, sentrafugirlashga. 1. Flotasiya - usulida hujayraning kam namlanishi natijasida, uning yuzasida suyuklik xosil bo`ladi. Ana shu yuzadagi suyuk kavat surib olinadi yoki yuzadagi kupik surib olinishi flotasiya deyiladi. Filtrasiyada - filtratda biomassa ushlab kolinadi. Sentrafugirlash usulida - keraksiz moddalarni markazdan kochirma kuch yordamida chuktiriladi. 4.2.Hujayrani buzish usuli. Hujayralarni buzish fizik, kimyoviy va kimyoviy- fermentativ usullarda utkaziladi. Hujayralarni buzishni industrlangan usuli fizik usul xisoblanadi.Bunda: 1) Ultrazvuk, 2) parraklar yordamida, 3) shisha munchoklar yordamida chaykatish, 4) yukori bosimda kichik teshikdan utkazish, 5) muzlatilgan hujayrani massasi bilan kisish, 6) xavonchada ezish, 7) osmotik bosim, 8) muzlatish - eritish 9) hujayra shirasini sikib- keyin tusatdan bosimni kamaytirish yuli bilan hujayralar buziladi. Fizik usul juda xam arzon. Kimyoviy usulda hujayrani buzishda xar xildagi kimyoviy moddalardan (toluol, butanol) foydalaniladi. 4.3. Maxsulotni ajratish va tozalash. Buzilgan hujayradan belgilangan maxsulotni suyuk muxitdan ajratib olishda chuktirish, ekstrasiya va adsorbsiya usullari kullaniladi. Chuktirishda eritilgan moddani fizik( isitish, sovutish, suyultirish, yoki kuyuklashtirish) yoki kimyoviy ta’sir etish yuli bilan chuktiriladi. Masalan: kaliy birikmasi katnashsa, pensilin krestall xolatga utadi. Oqsil ammoniy sulfat, etanol yoki aseton ta’sir etish yuli bilan ajratiladi. Nuklein kislotasi poliminlar ta’sir etish yuli bilan chuktiriladi. Unda fosfat gruppalari uzaro ta’sir etadi. Ekstraksiya usulida kattik moddalar suyuk xolatga utkaziladi yoki bir suyuk xolatdan ikkinchi suyuk xolatga utkaziladi. Ekstraksiya samarasi kuyidagilarga boglik: 1. Bir xildagi ekstraksiya moddasi ikkinchisi bilan almashtiriladi.