Лекция 5- Өндірістік штаммдар, оларды алу және сақтау мәселесі

1 Штамм туралы ұғым

2 Өндірістік штаммдарды алу әдістері

3. 
   Таза штамм культурасын сақтау мәселесі
   

Штамм- жақсы зерттелген немесе нақты бөлініп алынған және де сол түрге жататын МО-дің басқа культураларынан ерекшеленіп отыратын МО н/е вирустың таза дақылы. Штаммдар биотехникада кеңінен қолданылады. Ғалымдар мәдени өсімдіктердің зиянкестерімен күресуге бейім МО штамдарын, топырақ құнарлылығын арттыратын МО,т.б бөліп шығарды. МО штамдарын зерттеу жоғары флокулатүзуші қасиеті бар биополимерлер продуценттерін алуға мүмкіндік берді. Деструкциялаушы-МО штамдарын қолдану және лас суларға төзімді микробалдырларды пайдалану, тазартушы жүйелерге жоғары сатыдағы өсімдіктерді енгізу су тоғандарының қалпына келтіріп тазартудың жаңа биотехнологиялық әдісін жасауға жағдай туғызды. Қазіргі заманда жоғары температурада (65-75°С) тіршілік етіп, ауыл шаруашылығының алуантүрлі органикалық қалдықтарынан этил спиртін және басқа да өнімдерді алуға болатын МО штамдары жасалған. Болашақ технологиялары гендік инженерия көмегімен алынған МО штамдарын кеңінен пайдалануды көздеп отыр. Соған орай, ароматты қосылыстардың биодеградациясына қатысатын МО және шаруашылық зхиянкестеріне қарсы МО өнімдерді, топырақты азотпен байытушы МО алу өте маңызды. Соңғы жылдары анаэробты және аэробты МО жаңа штамдарын іздестіруге арналған зерттеу жұмыстары артып келеді.

Ұрпақтан ұрпаққа тұқым қуалайтын бастапқы түрінен өзгеше белгілері бар МО алу олардың ауылшаруашылық және өндірістік ауқымда, медицина мен ветеринарияда қолдану мүмкіндігін арттырды.Жаңа МО формаларын алу әдісі – табиғи культураларда бағытты мутагенез процесін туғызу. Бұл әдістің көмегімен құнды өнімнің шығымы 10-100 есе артық болатындай мутанттарды өсіруге көмектеседі. Жоғары продуктивті штамдарды алу көптеген сатыдан тұрады.

ХІХ ғасырдың ортасына дейін бактерияларға пластикалық өзгергіштік тән, яғни олардың қасиеттері тұқым құаламайды деп есептелген. Л.Пастер клондарды алу арқылы бұл тұжырымды теріске шығарып, белгілерінің сақталуы тікелей тұқым қуалаушылыққа байланысты болатындығын дәлелдеді.

МО селекциясы өсімдіктер мен жануарлар селекциясына қарағанда біршама өзгеше:

1. 
   Материалдың шексіз көп мөлшері, яғни санаулы күннің ішінде қоректік орталарда миллиардтаған клеткаларды өсіруге болады.
   
2. 
   Мутациялық үрдістерді тиімді пайдалану, МО-дің геномы гаплоидты болғандықтан кез келген мутациялар 1-ші ұрпақта көрініс береді.
   
3. 
   Бактериялардың генетикалық ұйымдасуының қарапайымдылығы, яғни бактерияларда гендер саны аз,әрі олардың қызметін реттеуші механизмдердің күрделі болмауы.
   

1. 
   Қажетті өнімді синтездеуге қабілетті МО-ді таңдау немесе бөліп алу. Бір өнім түрін бөліп шығаратын МО-ді сол сияқты көптеген микроағзалар түрлерінің ішінен таңдап алынуы оның өнімділігіне, технологиялық үрдіске тиімді болуына, зерттелу дәрежесіне байланысты
   
2. 
   Іріктелген организмнің қажетті затты синтездеу қабілетін арттыру
   

Мысалы, конъюгация - процесінің көмегімен мұнай көмірсутектерін ыдыратуға қабілетті Pseudomonas putida штаммы алынған. Көптеген МО-де антибиотиктер синтезіне жауап беретін гендер хромосомада емес плазмидаларында орналасқан. Сол себептен сол плазмидалардағы гендерді амплификациялау антибиотиктер шығымын жоғарылатуға жағдай туғызды.

Өнімділігі бойынша сұрыптау сезімтал штамның өсуін жаншу және антагонистік дәрежесіне негізделіп іске асырылады. Ол үшін өндіруші штамм сезімтал дақылға егіледі. Продуцент шатмм колониясының айналасында өсімтал штамм культурасының өсуі жаншылған аймақтың көлеміне сай штамм белсенділігіне баға беріледі.

Көбейту үшін өнімділігі ең жоғары колониялар іріктелініп алынады. Сұрыптау нәтижесінде продуценттердің өнім беру қабілеті 100-1000 есе жоғарылайды. Мысалы мутагенез процесі мен сұрыптауды кезектестіре отыру арқылы Penicillium саңырауқұлағынан антибиотикті өндіру дәрежесі бастапқы штамымен салыстырғанда 10 мың есе артық болды.

МО сұрыптау жұмыстарында протопласттардың рекомбинантты қосылу жолы немесе гибридизация арқылы алынған бактерия штамдарын алу аса маңызды. Протопласттарды қосу арқылы табиғи жағдайда бір-бірімен шағылыспайтын МО-ң генетикалық материалын қосуға болады.

Сұрыптау жұмыстарында мутацияларды индукциялау өте маңызды. Мутацияларды эксперименталды жолмен алу жоғары өнімді штамдарды жасауда зор мүмкіндіктер ашады. МО-де мутациялардың пайда болу ықтималдылығы басқа ағзаларға қарағанда төмен болғанымен, белгілі ген бойынша мутацияларды бөліп алу мүмкіндігі көп есе жоғары. Сонымен, мутагенез- жоғарыөнімді штамдарды алу әдістерінің тиімдісі б.т. Шартты түрде бактерия хромосомасын құрылымдық және реттеуші гендерден тұрады деп елестетуге болады. Кез-келген заттың синтезі іске асу үшін көптеген гендер және ферментер іске қосылады. Синтез үшін клеткаға бастапқы материал-субстрат түсу керек. Клеткаға түскен субстрат метаболизм барысында өзгеріске түсіп, қажетті өнімнің ізашары түзіледі. Бұл процеске ферменттердің түзілуін қамтамасыз ететін гендер де қатысады. Демек, белгілі гендегі мутация ақырғы өнімнің түзілуіне тікелей әсері бар. Алайда кез-келген мутация қажетті заттың синтезделуіне әкелмейді. Мутантты ағзалар сыртқы әсерсіз өздігінен жүретін мутациялардың есебінен пайда болуы мүмкін. Бірақ табиғи жағдайда мутациялардың пайда болуы сирек құбылыс. Мутантты ағзалар санын көбейту үшін бағытты мутагенездің мәні зор. Клеткаларға түрлі мутагендердің көмегімен: УК-сәулелер, химиялық мутагендермен әсер етеді. Мутаген мен ағза әсерлескен соң біраз уақыт өткеннен кейін ортадан мутаген алынып тасталады да клеткалар арнайы ортаға қайта егіледі. Әдетте сұрыптау жұмыстарында мутаген концентрациясы культурада тірі клеткалардың 0,1 -50-80% қалатындай етіп алынады. Мутагендер әсеріне ұшыратылған клеткалардың колонияларынан қажетті қасиеттері бар колониялар іріктеліп алынады. Мутантты штамдарды іріктеудің 2 түрлі әдісі бар:

1. 
   Қажетті қасиетіне сандық баға беруге болатындай кездейсоқ мутациялардың нәтижелерін тексеру. Әдетте бұл әдіс қажетті өнімнің реттелу механизмі жайлы мағлұматттар аз болғанда қолданылады. Ол кезде өсіп шыққан колониялардан қажетті клетка саны алынып түгелімен іздестіріліп отырған зат синтезіне қабілеті тексеріледі. Алынған продуценттердің арасында ең белсенділері қайта іріктеп мутагенмен әсер етеді.
   
2. 
   Метаболиттердің құрылымдық аналогтарына төзімді мутанттарды сұрыптау. Әдетте мутаген әсеріне ұшыратылған клеткаларды құрамында сол клетка метаболитіне ұқсас қосылысы бар ортаға қайта еккенде, метаболит аналогы клеткаға түскен соң, сол клетканың реттеуші жүйелеріне ортада метаболиттің мөлшері жоғары екендігіне белгі береді. Нәтижесінде қажетті өнімнің синтезі тоқтап, клетканың өсуі тежеледі. Бірақ біраз уақыт өткен соң ортада метаболит аналогының әсерін жеңетін клеткалар пайда болып көбейеді. Демек, егер мутация нәтижесінде өнімнің синтезделу барысының реттелу механизмдері бұзылып, ортада атаулы өнімнің артық мөлшері жиналғанына қарамастан клетка сол затты түзуін тоқтатпайтын жағдайда мутанттар қажетті өнімнің шектен тыс продуценті деп табылады. Кейбір жағдайда мутаген әсерінен ақырғы өнімнің клетка ішіне ену механизмі бұзылады. Ол кезде культура өсіп дами береді, демек суперпродуцент болып табылмайды.
   

Мутациялық процестерді пайдалану арқылы пенициллин синтездеуші штамдардың өнімділігін 300-350 есе арттыруға, лизин аминқышқылын синтездеуші штамм өнімділігін 300-400 есе жоғарылатуға мүмкіндік туды.

Жоғары өнімді штамды алған соң оны сақтау және өнімділігін жоғары деңгейде ұстап тұру мәселесі туындайды. Ұзақ мерзімде МО штамдарын сақтау әдістерінің бірнешеуі белгілі. МО сақатаудың әдістері оның сақтауға қажетті мерзім ұзақтығына байланысты әр түрлі.

Салыстырмалы түрде қысқа мерзімді сақтау тәсілдер:

1. 
   Қайта егілетін дақылдар әдісі –жиі қолданылады. Қажетті клетка культуралары үнемі жаңа ортаға егу арқылы сақталады.
   
2. 
   Минералды майда сақтау
   
3. 
   Тұзды ерітінділерде сақтау
   
4. 
   Қатты орталарда кептіру
   
5. 
   Төмен температураларда қатыру арқылы сақтау
   

1. криоконсервация

2. төмен температурада қатырылған материалды кептіру

3. сұйық күйден вакуумда кептіру