Микробтар генетикасы

 Жоспар:

Кіріспе

Негігі бөлім

1. Микробтар генетикасы
2. Мутагенез және селекция
3. Рекомбинантты ДНҚ технологиясы
4. Генетикалық код

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

           Бактериялар— тек микроскопта ғана көрінетін аса ұсақ микробтар және олар квптеген әр алуан аурулар туғызады. Ғалым Антон Левенгук ашқан.Бактерия - бір жасушалы ағза, көбісі таяқша пішінді болып келеді. Бакреия негізінен түссіз тек кейбіреулерінде ғана аздап бояғыш заттар кездеседі. Фотосинтез құбылысы жүретін көк -жасыл қызыл түсті өкілдерін цианобактериялар деп атайды. Бактериялар – табиғатта ең көп тараған, негізінен бір клеткадан тұратын, оқшауланған ядросы жоқ, ең қарапайым организмдер тобы. Алғаш рет бактерияларды (грекше bakterіon – таяқша) 17 ғасырда голланд ғалымы, микроскопты жасаушы – Антони ван Левенгук байқаған. 19 ғасырда бактериялардың құрылысы мен табиғаттағы рөлін француз ғалымы Луи Пастер, неміс ғалымы Роберт Кох және ағылшын ғалымы Джозеф Листер зерттеді. Бактериялардың клетка құрамында тұрақты клетка қабаты, цитоплазмалық мембрана, цитоплазма, нуклеоид, рибосома болады. Ядроның қызметін дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) атқарады.       Бактериялар ядросы мембрана қабығымен оқшауланбаған және онда хромотин жіптері түзілмейді. Бактериялар қарапайым бөліну арқылы көбейеді. Мысалы, 1 г қара топырақта 2 – 3 млрд. бактериялар, 1 г құмды топырақта 150 мың бактериялар, адам көп жиналған бөлме ауасының 1 м3-інде он мыңдай бактериялар тіршілік етеді. Олардың пішіндері әр түрлі: шар тәрізділерін – кокк, қосарланғандарын – диплококк, таяқша тәрізділерін – бациллалар, үтір тәрізділерін – вибриондар, таға тәрізділерін терроидтар, жүзім тәрізді шоғырланғандарын – стафилококтар деп атайды. Бактериялардың ұзындығы 1 – 20 мкм, ені 0,1 – 10 мкм, ал жіп тәрізділерінің ұзындығы 50 – 100 мкм-ге жетеді. Қолайсыз жағдай туғанда сырты қалың қабықпен қапталып спора түзеді. Бактериялар өте төменгі температурада (–190С-та, ал споралары –253С-та) тіршілік ете береді. Оларды өте жоғары температурада (+100С-та) кептіргенде, кейбір түрлері (мысалы, гонококтар) тіршілігін тез жойса, дизентерия таяқшалары жеті тәулік, дифтериянікі отыз тәулік, туберкулездікі тоқсан тәулік, ал түйнеменің бациллалары он жылға дейін тіршілігін жоймайды. Бактерияларды ультракүлгін сәулелері ерітіп жібереді. Қышқылды, қантты, тұзды ортада тіршілік ете алмайды. Бактериялардың көпшілігі зиянсыз, ал зиянды түрлері көптеген жұқпалы аурулар (туберкулез, тырысқақ, көкжөтел, т.б.) тудырады.                              Бактериялар клеткасында өсімдіктер мен жануарлардың клеткасында болатын элементтердің барлығы кездеседі. Бактериялардың тіршілігінде ферменттердің атқаратын рөлі зор. Олардың бір бөлігі (эндоферменттер)    бактерияларда синтез, тыныс алу процесін реттесе, ал екіншілері (экзоферменттер) бактериялар арқылы қоршаған ортаға бөлініп шығады. Сондай-ақ олардың тіршілік етуі үшін көміртек пен азот өте қажет. Бактериялар азотты белоктан, амин қышқылдарынан, аммоний тұздарынан, нитраттардан алады, кейбіреулері атмосфера азотын сіңіреді. Бактериялар көміртекті көптеген көмірсулардан, спирттерден, органикалық қышқылдардан, т.б. алады. Органикалық қосылыстардағы көміртекті сіңіретін бактерияларды гетеротрофты, ал атмосферадағы көміртекті сіңіретіндерді автотрофты бактериялар деп атайды. Бактериялар ауа бар жерде де (аэробты бактериялар), жоқ жерде де (анаэробты бактериялар) өсіп-өнуге бейімделген. Өсімдіктер мен жануарлар қалдықтарын минералдандыру арқылы бактериялар табиғаттағы зат айналымына қатысады. Мысалы, бактериялар өсімдік қалдығына әсер еткенде, оның құрамындағы крахмал, пентозандар, целлюлоза, пектин заттары су мен көмір қышқылына ыдырайды. Тірі организмдерге шіріту бактериялары әсер етсе, ондағы азот қосылыстары аммиакқа айналады. Ал топырақтағы нитрификациялаушы бактериялар аммиакты азот қышқылы тұздарына дейін тотықтырады. Бактериялар топырақ құнарлылығын қалыптастыруға, химиялық элементтердің геохимиялық жолмен алмасуына қатысады, антибиотиктерді, амин қышқылдарын, витаминдер мен ферменттерді, т.б. қосылыстарды түзеді. Бактериялар тамақ және жеңіл өнеркәсіптерінде (сүт тағамдарын әзірлеу, зығырды жібіту, т.б.) кеңінен пайдаланылады. Бактериялық сілтісіздендіру, бактериялық шаймалау – кентастар құрамындағы бағалы кендерді (уран, мыс,алтын, т.б.) микроорганизмдер көмегімен ерітінділеп алу әдісі. Металдарды бактериялық сілтісіздендіру арқылы бөліп алу әдісімен өндіру 16 ғасырдан белгілі болған. Бірақ ол кезде бактериялардың металдарды сілтісіздендірудегі рөлі белгісіз болды. 1947 ж. американың микробиологтары Холмер мен Хинкелл кеніш суында бұрын белгісіз Thіobacіllus T. ferrooxіdans бактериясының бар екенін анықтады және оның сульфидті минералдардың барлық түрін, күкіртті, темірді, сондай-ақ Сu+, Se2-, Sb3+,U4+ элементтерін қышқылдығы (рН) 1,0 – 4,8, температурасы 5 – 35Ә болатын ортада тотықтыра алатынын дәлелдеді. Бұл бактериялардың 1 г кендегі, немесе 1 мл кен суындағы мөлшері 1 млн-нан 1 млрд-қа дейін болады. 1958 ж.АҚШ-та мысты T. ferroоxіdans бактериясымен сілтісіздендіру әдісі патенттелді. КСРО-да бұл жөніндегі зерттеулер 20 ғасырдың 50-жылдарында басталды. Оның нәтижесінде зерттеушілер сульфидті минералдарды, темірді, күкіртті тотықтыратын бактериялардың жаңа (Leptospіrіllum L. ferrooxіdans, Thіobacіllus organopatus, Thіobacіllus thіooхіdans, т.б.) түрлерін ашты. Түсті металдарды кеннен бактериялық сілтісіздендіру әдісімен алуда бактериялардың тиондық түрі – T. ferrooхіdans көбірек қолданылады. Бактериялық сілтісіздендіру процесін жылдамдату үшін кенді ұнтақтап немесе кен үгіндісін (концентратын) жете араластырып, алынған қойыртпақты аэраттап және бактериялардың әрекетке жарамдылығы толық сақталатындай температура мен қышқылдылықты (рН-ты 1,5 – 2,5 шамада) біркелкі ұстау қажет. Бұл жағдайда 1 мл концентраттағы бактерия клеткаларының саны 109–1010 жетеді. Бір сағат ішінде, осындай мыс концентратынан 0,7 г/л, мырыштан 1,3 г/л; қалайыдан 0,2 г/л өнім ерітіндіге түседі. Қалайы мен алтыны бар үгіндіден 70 — 80 сағат ішінде 90% пайдалы кенді (металды) бөліп алуға болады. Бактериялар сульфидтерді жүздеген, мыңдаған есе тез тотықтырады, ал екі валентті темірдің (Fe2+) тотығуын химиялық әдіске қарағанда 2Һ105 есе жылдамдатады. Ашық әдіс үш валентті (Fe3+) темір және бактериясы бар әлсіздеу күкірт қышқылының (H2SO4) судағы ерітіндісін үйіндідегі кенге шашыратып себу арқылы іске асырылады. Жер астылық әдісте ерітінді айдау ұңғымасы арқылы кенге жеткізіледі, ал құрамында металы бар ерітінді ұңғыма арқылы жер бетіне шығарылып, гидрометаллургия зауытына жіберіледі. Бактериялық сілтісіздендіру әдісімен алған металдың өзіндік құны химиялық сілтісіздендірумен салыстырғанда бір жарым – екі есе төмен болады. Бактериялық сілтісіздендіру әдісі Қазақстанда алғаш рет Қоңырат, Николаев кеніштерінде қолданылды.

 

Virus.

  

Категориясы бойынша  туыс саны:

Категория	— Саны
Туыс жалпы саны	35
Бактериялар	21
Мицелиалді саңырауқулақтар	8
Ашытқылар	4
Актиномицеттер	2

 

Категориясы бойынша  түр саны:

Категория	— Саны
Туыс жалпы саны	81
Бактериялар	56
Мицелиалді саңырауқулақтар	15
Ашытқылар	6
Актиномицеттер	4

Категориясы бойынша  штаммдар саны:

Категория	— Саны
Туыс жалпы саны	186
Бактериялар	139
Мицелиалді саңырауқулақтар	31
Ашытқылар	9
Актиномицеттер	7

Үлгілердің саны:

Категория	— Саны
Туыс жалпы саны	2565
Бактериялар	1950
Мицелиалді саңырауқулақтар	333
Ашытқылар	170
Актиномицеттер	112

 

 

Bacterii.

 

    

          Азот жиғыш бактериялар

        Азот  жиғыш бактериялар — топырақты мекендеп, ауадағы молекульді азотты өзіне сіңіріп, оны тұзға айналдыратын бактериялар. Азот жиғыш бактерияға жататындар: топырақтағы азотобактер, түйнек бактериясы, топырақтағы анаэробты майқышқыл бактериясы.

 

Virus.

       Азотбактериялар  – атмосферадағы азотты биологиялық жолмен топыраққа қайта сіңдіретін микроорганизмдердің бір тобы. Бұларды алғаш рет француз ғалымдары 1882 ж. М.Жоден, 1885 ж. М.Бертло анықтаған. 1893 ж. орыс ғалымы С.Н. Виноградский азот сіңіруші микроорганизмді таза күйінде бөліп алған, ал 1901 ж. Голландия ғалымы М.Бейеринк аэробты бактерияларды тапқан. А. 2 үлкен топқа бөлінеді: жоғ. сатыдағы өсімдіктердің тамырында түйнек түзетіндер (қ. Симбиоз); топырақта бос күйінде кездесетіндер. Қазіргі кезде соңғысының 30-дан астам түрі белгілі. А-дың пішіні таяқша тәрізді, ұзындығы 2 – 3 мкм, диам. 4 – 6 мкм. Сырты қабықшамен қоршалған. Кейде бұлардың сыртында қатты қалың қабығы (циста) болады. А-дың көпшілігі аэробты, яғни ауа бар жерде тіршілік етеді. Аммоний тұздарын, нитриттерді, нитраттарды, амин қышқылдарын қорек етеді. Ауадағы азотты бойына сіңіріп, оны өсімдік тамырларына қажет қосылыстарға айналдырады да, әр түрлі витаминдер, ауксиндер бөліп шығарып, өсімдіктің өсуін жақсартады. А-дың арасында спора түзетін бактериялар, яғни анаэробты бактериялар да кездеседі. Олардың ұзындығы 1,5 – 8 мкм. Бұлардың белсенділігі аэробты бактериялармен салыстырғанда төмендеу болады. Ауадағы молек. азоттың басқа хим. элементтермен әрекеттесуі А-дың клеткаларында ғана жүреді. Өсімдіктердің азотқа тапшылығын табиғи жолмен қамтамасыз ету үшін А-дан түрлі тыңайтқыштар алынады. Осы тыңайтқыштармен өсімдіктер тұқымын, ағаш қалемшелерін дәрілейді. Соның нәтижесінде өсімдіктер тез өсіп, өнімділігі артады.

 

 

          

Микроорганизмдерді зерттейтін биологиялық ғылым - микробиология, зерттеу нысаны бойынша карастырады: бактериялар мен актиномицеттерді (бактериология), мицеллалы саңырауқұлақтар  мен ашытқыларды (микология), микробалдырларды (альгология), вирустарды (вирусология), қарапайымдыларды (протозоология). Биотехнология  биологиялық ғылымның бір саласы болғандық-тан биообъект ретінде  микроорганизмдердің атап кеткен таксономиялық  топтарын қолданады. Осы ғылыми бағыттың жаңа даму сатыларында биотехнологиялық үрдіске микроорганизмдердің жаңа топтары, соның ішінде генетикалық  модификацияланған түрлері де енуде.

      Біріншіден, қолдану саласы бойынша микроорганизмдер топтары бөлінбейді (мысалы: медициналық биотехнологияда микробтардың бір тобын, тағамдық биотехнологияда - келесі, ауыл-шаруашылық биотехнологияда - үшінші тобын және т.б.). Айта кету керек, бір микробтық метаболитті (аминқышқылдар, органикалық қышқылдар, антибиотиктер, витаминдер және т.б.) түрлі таксономиядағы микроорганизмдер турлері (ашытқылар және бактериялар, мицелллалы саңырауқүлақтар мен актиномицеттер және т.б.) синтездей алады; сондай-ақ бір метаболита әртүрлі салада қолдануға болады.

      Екіншіден, әртүрлі салада биообъект ретінде қолданылатын микроорганизмдерге қойылатын талаптар әртүрлі, бір бірінен айырмашылықтары болады. Антибиотиктер өндіретіндерге бір талап қойылады, вакцина түрінде қолданылатын штамына қойылатын талаптардан белек, ал пробиотик ретіндегі микроорганизмдерге қойылатын талап екеуіне мүлдем ұқсамайды және т.б.

            Үшіншіден, биотехнологияның турлі  салаларында қолданылатын биообъект  маңызы, рөлі және қатысуы жағынан  ерекшеліктері болады. Микроорганизмдердің  бейімделуі технологияльщ жағдайларға,  өндірістің ауқымдылығына және  жасанды (биореакторда) тіршілік  етуінде функциаланғанда техникалық, өндірістік микро-биологиядан "өндірістік  микроорганизмдер" термині туындады.

       Өнімнің сапасы мен көлемі негізінен бионысанның активтілігіне байланысты.

        Айта кету керек, мүнай және мүнай өнімдерімен ластанған топырақтың биоремедиациясында, бионысан ретінде пайдаланыла-тын микроорганизмдер табиғи жағдайға жақын монодақыл болғанда емес, ал бақылауы төмен жағдайдағы әртүрлі топырақ микроорганизмдерімен бірге функциялайды.

           Төртіншіден, технологиялық міндеттерге  байланысты бионысанды монодақылда  (антибиотиктер, витаминдер, аминкышқылдар  өндіретіндер, вакциналық штамдар  және т.б.) немесе ажыратуы қиын  қоғамдастағы таксономиялық топтар (ағынды суларды активті лаймен  тазартуда) түрінде пайдалануға  болады.

Жалпы алғанда, "бионысан" түсінігі биотехнологияның әртүрлі  саласында қолданатын түрлі микроорганизмдер топтарын біріктіреді.

          Бактериялар

          Көптеген таксономиялық топтардан  түратын бактериялар әлемін Берджи  анықтамасында төрт бөлімге топтастырылған:

- грациликуттер (Gracilicutes, gracilus - жүқа, нәзік, cutes -тері, қабыршақ) - клетка қабырғасы жүқа бактериялар, грам терістер; бұл - фото- және хемотрофтылар, лито- және гетеротрофтылар, аэробты және анаэробтылар;

- фирмикуттер (Firmicutes, firmus - қалың, мықты) - клетка қабырғасы қалың бактериялар, грам оңдылар, авто- және гетеротрофтылар, аэробты және анаэробтылар;

- тенерекуттер (Tenericutes), грам теріс; клетка қабырғасы жоқ; бүл микоплазмалар;

- мендозикуттер (Mendosicutes), архебактериялар - клетка қабырғасының қүрылымы, рибосомалық мембрана қүрылысы мен рибосомалық РНҚ ерекшеліктері бар автотрофтылар.

      1977 жылы Везе және Фокс 16S және 18S - рРНҚ толық емес қатарын сараптау барысында прокариоттарды бактерия және архей әлеміне немесе эубактерия және архебактерия деп бөлуді үсынды.

Прокариоттардың таксондарын  ажырату үшін қазіргі заманғы  жіктелу жүйесі фенотиптік сипаттамамен бірге акуыздар мен ДНҚ молекуласының  анализіне негізделген.

      Биотехиологияда метаболизмнің өзгеше әртурлілігінің арқасында әсіресе энергиямен камтамасыз ететін анаэробты реакцияларында, азот фиксациялау, метан түзуге және баска да реакцияларға кабілеттілігінен бактериялар кеңінен қолданылады. Биохимиялық үрдістер бойынша әртүрлі бактериялардың бірбірінен айырмашылыктары айқын көрінеді, ал көпклеткалы эукзриотты организмдерді салыстыратын болсақ айырмашылыктары .айтарлықтай жоғары емес.

Өндірістік прокариоттар көміртегі және энергиямен қамтамасыз ететін органикалық субстратта өсіріледі. Олар әдетте тек бір органикалық  заттан немесе кез-келген азот көзінен  клетканың барлық компоненттерін синтездейді.

   Анаэробты  бактерияларды қоректенуі бойынша  ажыратады:

1. Гидролиздік бактериялар немесе ацидоген Д олар субстраттың алғашқы гидролизін темен молекулалы қосылыстарға дейін ыдыратады;

2. Гетероацетатты бактериялар, сірке қышқылын синтездейді;

3. Метаногенді бактериялар метан түзеді. Оларды сутегін қабылдайтындар - литотрофтылар және сірке қышқылымен қоректенетін метаногенді бактериялары - ацетотрофтылар деп атайды;

4. Сульфатредукциялаушы және денитрификациялайтын микроорганизмдер, субстрат ішінде азот және күкіртті пайдаланады.

Gracilicutes бөліміне жататын  аэробты, грам теріс бактериялар  (таяқшалар және кокктар) биотехнологияда  кеңінен қолданылады:

- Pseudomonas туыстығы, топырақта, суда, ағынды суда, органикалық және өсімдік қалдықтарында кездеседі; хемоорганотрофтылар, субстрат ретінде әртүрлі органикалық заттарды колдана алады - ақуыз, май, көмірсулар, сонымен қатар гумусты заттарды;

- Azotobacter туыстығы, таяқша пішінді, қозғалғыш бактериялар. Атмосферадағы азотты фиксациялайды, топырақта кеңінен таралған;

- Rhizobiwn туыстығы, түйнек бактериялары, атмосферадагы азотты симбиозды түрде фиксациялайды;

- Agrobacterhim туыстығы, фитопатогендер, Ті-плазмиданы aлy көзі.

- Methylococcus және Methilomonos туыстықтары, қозғалмалы және қозғалмайтын кокктар және таяқшалар. Хемоорганотрофтылар. Олар үшін көміртегі және энергияның көзі тек қана метан және метил спирті;

- Acetobacter және Gluconobacter туыстыктары, этил спиртін сірке қышқылына дейін тотьқтырады;

- Thiobacillus туыстығы, хемолитотрофтылар, күкірт және оның қосындыларын метаболиздейді, Ұсақ таяқша клеткалары, спора түзбейтін, облигатты анаэробтар. Энергияны күкірті бар қосылыстарды тотықтырғанда алады, көміртегі көзі ретінде көмірқышқыл газын пайдаланады. Өте қышқыл ортада кебеюге қабілетті. Топы-рақта, су қоймаларында, ағынды суларда, күкіртті бүлақтарда кездеседі.

       Грациликут бөліміне цианобактериялар да кіреді (жасыл-көк балдырлар). Олар грам теріс, прокариоттар, көп қабатты клетка қабыргасының ішкі жағында пептидогликанды қатар орналасады. Цианобактерия клеткаларында ішкі цитоплазмалық мембрана (тилакоидтар) жүйесі дамығандыктан фотосинтез процесі жүреді, фотопигменттер тән.

       Firmicutes бөліміне жуан грам теріс кокктар мен таякшалар, сонымен қатар актиномицеттер, оған үқсас коринебактериялар мен микобактериялар жатады.

       Клетка қабырғаның тығыздығы гликозидтік байланыспен байланысқан N-ацетилглюкозамин және N-ацетилмурам қышкыл қалдықтарынан парралель орналасқан гликан молекулаларынан тұратын пептидогликанға негізделген. Гликанды молекулалар көлденең пептидті байланыспен байланысқан. Осыдан полимердің атыя -пептидогликан деп атайды. Грам оң бактериялардың клетка қабыр-ғасында пептидогликан қүрғақ салмағының - 40-90%-ын алады, ал грам теріс бактерияларда - 5-10%.

Өндірістік биотехнологияда биологиялық нысан ретінде келесі бактерия топтары қолданады:

- Streptomyces, Leuconostoc, Pediococcus туыстықтары грам оң кокктар, хемоорганотрофтар, факультативті анаэробтар, көмірсуларды ашыту барысында сүт қышқылы, сірке қышқылы, қүмырска қышқылы, этанол және комірқышқыл газы түзеді. Топырақта, өсімдік бетінде, сүтте және сүт өнімдерінде кеңінен кездеседі.

- Bacillus туыстығы, грам он, спора түзуші бактериялар, таяқша пішінді аэробтар. Бүрында таяқша пішіндес бактериялардың барлығын бациллалар (bacillus - кішкентай таяқша) деп атайды. 1875 жылдан соң неміс ботанигі Ф. Кон шөп таяқшасы спора түзетінін ашты, сол жылдан бастап спора түзе алатын таяқша пішінді бактерияларды - бациллалар, ал спора түзбейтіндері - бактериялар атай бастады. Бациллалар топырақта, суда, жануар мен адам ішегінде және өсімдіктердс кездеседі. Сонымен қатар, адамдарда, жануарларда, жәндіктерде және өсімдіктерде ауру тудыратын түрлері анықталған.

- Lactobacillus туыстығы, грам оң таяқша пішінді бактерия, анаэробты және факультативті анаэробтылар, гомо- және гетеро-ферментативті (4-сурет);

- Corynebacterium туыстығы, грам оң, түйреуіш пішіндес (шок-пар тәрізді) (согупе - шоқпар) таяқшалар, аэробЧы және факультативе анаэробты, хемоорганотрофтылар, қышқылға төзімді;

- Arthrobacter туыстығы, грам оң аэробты, хемоорганотрофтылар, сапрофитті, гумустық органикалық заттарды ыдыратады;

- Propionibacterium туыстығы, бүтақталған немесе дұрыс пішінді таяқшалар, түйреуіш пішіндес немесе жіп тәріздес, грам оң, факультативе және облигатты анаэробтар, хемоорганотрофтылар. Көмірсуды ашытқанда пропион және сірке қышқылын, көмірқышқыл газын түзеді. Сүт өнімдерінде, қатты сырларда, теріде, асқазан-ішек жолдарында кездеседі.

      Mendosicutes бөліміне  бес архебактерия тобы жатады:

- метан түзуші бактериялар, Melhanomonas, Methanophilus

және т.б.;

- аэробты күкірт тотыктырушы, Sulfolobus;

- анаэробты, күкіртті күкіртсутекке тотыксыздандырады, Тһегmophilus, Desulfococcus;

- галобактериялар, 20-25%-дык еріген тұзға төзімді, Наіососcus, Halobacterium;

- термоацидофильді, хемоорганотрофтылар, рН 1-2 және 60°С

температурада көбейе алатын аэробты бактериялар, Thermoplasma.

     Актиномицеттер

    Актиномицеттер  Берджи анықтамасы бойынша Firmicutes бөліміне жатады, клетка қабыргасы  қалың, грам оңды бүтақталып  тармақталған бактериялар (actis - нүр, myces - саңырауқүлақ,

өңез).

     Актиномицеттер - прокариоттар, клетка қабырғасы  құрамында пептидогликан бар,  бірақ олар көп клеткалы, күрделі  даму циклді, спора, спора тасушыларды  түзеді. Актиномицеттердің көптеген  туыстығы мен түрлері аэробтар, сонымен қатар анаэробты, факультативті  анаэробтылары да кездеседі, қоректік  субстратқа талғам-паз емес, тығыз  қоректік ортада өскен кезде  субстратты және ауалы мицелий  түзеді, вегетативті жолмен көбейеді.

Streptomyces туыстығында шамамен  500-дей түрі бар, субстратты  және ауалы мицелий түзеді. Бұл  туыстыққа жататын актиномицеттерде  мицелий фрагментациялау жолымен  таяқша және сфера тәріздес  клеткаларға бөлінеді. Ауалы гифтердің  үшында көбеюге арналған конидиеспоралар  бар. Актиномицеттер споралары  әдетте термостабильді емес.

     Micromonospora туыстығына  жататын актиномицеттерде ауалы  мицелий болмайды, субстратты мицелийде  бірен-саран споралар түзеді, оларды  стрептомицеттер секілді антибиотиктер  өндірісінде қолданады.

     Frankia туыстығы - бұршақты емес қосжарнақты өсімдіктерде  түйнек түзетін актиномицеттер (бүрген, қандыағаш, жиде және т.б.). Түйнек  клеткалары гиф массамен толып  тұрғанда, сфера немесе түйреуіш  тәріздес ісініп түрады. Өсімдіктермен  селбесіп өседі және түйнегінде  атмосферадағы азотты сіңіре  алады. Микро-аэрофильдер.

     Актиномицеттермен  жалпы филогенетикалық бұтақтасатын  нокардия гәрізді актиномицеттер - таяқша тәрізді және дүрыс  емес пішінді бактериялар. Кейбір  туыстықтың өкілдері бұтақталады  — Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia және т.б.  Нокардия тәрізді актиномицеттердің  клетка қабырғасы арабиноздар және галактоздардан, сонымен қатар миколды және көп мөлшерде май қышқылдарынан тұрады.

Жалпы алғанда актиномицеттер геосмин атты затты түзетіндіктен  топырақты түзу үрдістеріне қатысады. Геосмин топыраққа белгілі бір  өзіне тиесілі иіс береді. Актиномицеттер - актиномикоз, нокардия - нокардиоз, микобактерия - туберкулез, коринебак-терия - дифтерия деген ауруларды тудырады.

     Ашытқы  клеткалары 

     Ашытқы клеткалары - бұл бір клеткалы саңырауқүлақтар, 3 класқа бөлінеді: Ascomycetes, Basidiomycetes, Deiteromycetes.

    - Аскомицеттер  мицелий түзбейтін, клетка пішіні  сопақша келген, диаметрі 3-15 мкм-ге  жететін ашытқылар. Аскомицеттер  бинарлы бөлінеді немесе аскоспорлар  түзу арқылы жынысты жолмен (споралар  арнайы клетка ішінде - дорбада  немесе аскыда) бүршіктеніп көбейеді.

     Бүршіктеніп  көбейгенде дамыған клетканың  бетінде бір немесе бірнеше  бүршік пайда болады және оларға  цитоплазма мен ядроның бір  бөлігі кіреді. Аналық және жас  клетка арасы созылып тартылуы (жұқарған орны) азайып, белгілі бір  уақыт келгенде жас клетка  бөлініп түсіп қалады. Аналық  клетканың бетінде перифериясы  дөңгеленіп көтеріліп тұрған  тыртық қалады. Бүршіктеніп кобею  жолы Saccharomyces туыстығына тән (5-сурет).

Бөліну арқылы көбейгенде клетка ортасында екі қабырғалы  қалқа пайда болып, кейіннен екіге  ыдырап болінеді (Schizosac-charomyces туыстығы).

     Жынысты жолымен  кобеюуінде - екі ашытқы клеткалары  бірігіп (копуляция), арасындағы  кабаты еріп кетеді. Ұрықтанған ядро 2 немесе 3 рет бөлінеді және 4 немесе 8 аскоспора пайда болады. Аскоспора қабығы қалың болғандықтан, ортаның қолайсыз факторларына төзімді. Біраз өсіп болған соң споралар жыныссыз кобейе бастайды.

     Биотехнологияның гендік-инженерия саласында тәжірибелік жұмыстарға наубайханалық ашытқыларын кеп қолданады -Saccharomyces cerevisiae. Ашыткының глюкозаны этанол мен -көмір қышқыл газына айналдыру касиетін пайдаланып, бұрыннан шарап өндірісінде, наубайханалық өнеркәсібінде қолданады. S.cerevisiae ашытқысының биохимиясы, физиологиясы зерттелген, барлық хромосома жинағындағы толық нуклеотидтік реті анықталған, зертханалық және өндірістік жағдайларда өсіру жеңіл, қоректік субстратты қажет етпейтін, күшті промоторлары бар, трансляциядан кейінгі модификациясы бар ашытқы сонымен қатар, GRAS - "generally recognized as safe" тізіміне енген, яғни қауіпсіз деп танылған организмдер. Saccharomyces lipolytica ақуызға бай биомассаны алуға қолданады.

     Аскомицеттердің  кейбір өкілдері - қара күйе (Claviceps purpurea) астық түқымдас өсімдіктерді  зақымдайды, ал Nadsonia тагам өнімдерін  бүзады.

- Базидиомицеттер ашытқылар, базидиалы типті жынысты қүрылым түзеді (базидиоспоралар). Ол қызыл түсті ашытқылар Rhodosporidium туыстығы және қызғылт түсті - Sporobolomyces туыстығы. Базидиомицеттер арасынан өндірістік штамдар жоқ.

- Дейтеромицеттер ашытқы тәрізді саңырауқүлақтар, бүршіктеніп көбейеді, ұштарында хламидоспоралары бар псевдомицелий түзеді (жіпше созылатын өспелі құтышалардан клеткалар бүршіктенеді). Нағыз ашытқыларда (аскомицеттер) псевдомицелий және хламидоспоралары жоқ, тек аскоспора түзеді.

     Candida utilis, C.arborea - биотехнологияда ақуызды биомасса  алуға қолданады; Torula spp. - сүт қышқыл  ашытуда; Rhodotorula тағам өнімдерін  бұзады; Trichoderma cutaneus - ағынды суларды  тазартуға қолданады; С.albicans - адамдарда  кандидоз ауруын тудырады.

     Candida туыстығына  жататык ашытқылар тері өндеу  зауыттарында және кағаз-целлюлозалық  өнеркәсіп орындарында түзілетін  сульфитті ағынды суларда өседі.  Олардың ішінде уыттарды, фенолдарды  тотықтыратын штамдары бар. Ашытқылардың  ішінде форель мен лосось фаршының  жүмсағына, қызғылт немесе қызғылт  сары түс беретін каротиноидтардың (А провитаминнің бастауыш заты) продуценті белгілі.

Өндірістік микроорганизмдерге қойылатын  талаптар

     Биологиялық  технологияларда микроорганизмдерге  қойылатын талаптар акырғы өнімді  пайдалану максатына байланысты. Жалпы барлық өндірістік микроорганизмдерді  бағалау критериялары бар, сондай-ак  кейбір айырмашылықтар болуьт  іаарт.

    Ашыту үрдісінің  ақырғы өнімі метаболит (антибиотик, витамин, аминқышқыл және т.б.) болатын болса, өндірістік микроорганизмдерде  қолданылатын ферментациялық технологияларда,  микробиологиялық өндірісте талаптары  нақты белгіленген. Бүл талаптарды  микроб клеткасының сипаттамасына  байланысты бір жағынан зерттеуші-селекционер  және екінші жағынан  ғалым-технолог  белгілейді:

1. Микроорганизмдердің апатогенділігі, адамға және қоршаған ортаға қауіпсіз болуы;

2. Мақсатты өнімді синтездеуге қабілетті болуы - штамм-продуценттерді сүрыптағандағы басты критерий;

3. Мақсатты өнімді шығару жылдамдығы жоғары болуы (био-массаның жиналуы, антибиотиктер, органикалық қышқылдар синтезі, егер ферменттер болса, онда клеткадан тыс болуы дұрыс және т.б.);

4. Зертханалық және өндірістік жағдайда биопродуценттің активтілігі тұрақты болуы;

5. Метаболизмнің жанама өнім шығуының минималдығы;

6. Бактериофагтардың және бөтен микрофлораның лизистік әрекетіне төзімділік көрсетуі. Кейбір өндірістік жағдайларда штамм-продуценттерді бактериофагтар лизиске үшыратады. Сол себепті продуцентті сезімтал фагпен бірге өсіру жолымен және фагқа төзімді штамдарды сүрыптау арқылы төзімді, фагорезистентті штамм алуға болады;

7. Ферментацияның жоғары температурадағы режимі немесе рН корсеткішінің темен болуы өндірістік жағдайларда стерильділікті сақтауды жеңілдететіндіктен өндірістік штамм термо- және ацидофильді болғаны дұрыс;

8. Технологиялылық, яғни ондірістік процеске штамның жоғары бейімделуі;

9. Арзан субстратта (ет-сүт, кондитерлік ондірісінің қалдықтары және т.б.) жақсы осе алуы;

10. Түзілген өнімнің экономикалык  күндылығы болуы шарт және  дақылдық сұйықтықтан жеңіл бөлініп  алынуы қажет.

     Продуценттің  келесідей касиеттеріне де қөңіл  аудару қажет: әртүрлі қөміртегі  көзін қолдану қабілеттілігі,  қосымша өсу факторларын қажет  етуде минимальды көрсеткіш, кей  жағдайларда белсенді продуцент  болғанымен қоректік ортадағы  көміртегі көздерін толығымен  қолданбайтынмен салыстырғанда,  көміртегі көздері бар ферментациялық  қоректік ортада субстратты толық  қабылдау қабілеттілігіне ие, бірақ  продуценттің биопродуцирлеу белсенділігі  төмен болғаны дұрыс. Керісінше,  мүндай жағдайларда мақсатты  өнімнің бағасы қымбаттайды, қосымша  тазалау және ферментациялық  ортадан өнімді бөліп алу қиындықтары  туындайды.

    Қолданылатын  биоинсектицидтер, биотыңайтқыштар,  био-деструкторлар ретінде микроорганизмдердің  штамдарына баға беру талаптарына  сай, басты функциясы мен қатар  (қауіпті жәндіктерге жоғары уыттылығы,  атмосферадағы азотты сіңіре  алуы және су, топырақты ластайтын  органикалық қосылыстарды ыдырату  белсенділігі) температураға, рН  көрсеткішіне және қоршаған микрофлораға, топырақтың әртүрлі ингредиенттеріне, табиғи ылғалды жағдайға, басқа  микрофлораға бейімделгіштігіне  үлкен көңіл бөлінуде.

   Жоғары энтомопатогенді  биоинсектицидті штамм адамға  да, жануарларға да қауіпсіз болуы  қажет. Оның уытты қабілеті  сақтағанда түрақты болуы қажет,  препарат жәндіктерге тез эсер  ету қажет; ферментациялық үрдісте  арзан субстратта биомасса онай  өсуі тиіс.

    Ластанған территорияларда  биоремедиация жасау мақсатында  ксенобиотиктер биодеструкциясында  микроорганизмдердің әр-түрлі таксономиялық  топтардан штамдардың қауымдастығын  сүрыптап алған жөн. Біртіндеп,  ксенобиотиктердің биодеструкциясында  әртүрлі микроорганизмдердің бірігіп  биокатализдік әрекеттерімен бірге  үйлестірілген жұмысты жасау  талап етілді. Бастысы, штамм-деструктор  тиісті ферменттер синтезін детерминациялайтын  деградациялық плазмидалар санына  жеткілікті ие болуы қажет.

    Атмосферадағы  азотты бекітетін түйнек бактериялар  селекция-сын жүргізгенде кейбір  ерекшеліктерін ескеру қажет.  Әлбетте, штамм жоғары азотфиксирлеуші  кабілетке ие болуы кажет, белгілі-бір  өсімдік иесіне арнайылы болуы,  ризосфералы микрофлора қауымдастығында  конкуренттік қабілетке ие болуы  керек. Сонымен қатар, биотынайтқыштар  ретінде қолданғанда, сұрыптауға  басқаша тәсіл қажет. Биоңайтқыштарды  тек бұршақ тектес өсімдіктерге  ғана емес, басқа да өсімдік  дақылдарына қолдану мақсаты  үшін белгілі бір микроорганизм  түріне сәйкес жаңа "шатастыру"  әдістері тағайындалуда.

     Биотехнологияда  қолданылатын өндірістік микроорганизмдерге  мониторинг жасағанда тау металлдарын  сілтісіздендіру мақсатында рН  көрсеткіштерінің ауытқуына, қоршаған  ортаның темпе-ратурасына, металл  концентрациясы, сілтісіздендіретін  минералдарының типі өзгерісіне  бейімделу тиімділігі мен жылдамдығы  маңызды.

    Вакциналық штамм,  әсіресе тірі вакцина түрінде  қолданылатын микроорганизмдер  келесі критериялармен бағаланады: апатогенділік, ареактогенділігі, стерильдігі  (бөтен микроорганизмдердің болмауы), иммуногендігі, антигенді арнайылығы, яғни бұл жерде метаболизмдік  жолдың өзгеруі немесе жоғарлауы,  микроорганизм жоғары өнімділік  алу қабілеті айтылып түрған  жоқ, вакцинаның сапасы антиген  қасиетіне тәуелді болғандықтан  антигендер (ақуыз, полисахарид,  липополисахарид және т.б.), микробты  клетканың қүрылымды компоненттегл  жайлы көңіл аударылып отыр. Өйткені  антиген қасиеті вакцина сапасын  айқындайды.

    Берілген сипаттамалар  әртүрлі биотехнология салаларында  қолданылатын өндірістік микроорганизмдерге  қойылған талаптардың толық емес  нұсқасы.

  

   Мутагенез және селекция

    Микроб әлемінде  микроорганизмдердің метаболиттерді  физиологиялық қажеттіліктен асырып  синтездеу қабілеттілігі мөлшері  бойынша көптеп кездеседі. Дегенмен, микроорганизмдердің қоршаған ортаға  бөлетін метаболиттердің (органикалык  қышқыл, спирт, антибиотик және  т.б.) кейбіреулері басқа түрлер  үшін уытты болады және продуцентке  қорғаныш, конкуренттік зат ретінде  немесе қор ретінде қолданады.

    Тек мұндай  белгілі бір метаболитті әдеттегіден  көп синтездейтін жабайы штамдар  өндірістік микроорганизмдер ретінде  қолданылмайды. Оған көптеген  себептер бар, соның ішінде  өндірістің рентабельді болуына  кедергі жасайтын жоғары синтездің  темен болуы, жабайы штамның  технологиясы және өндірістік  фермента-цияның үрдістерінде оптималды  функционирлену бейімділігі қойылатын  талаптан мүлдем бөлек және  т.б.