Лекция 1- кіріспе. Микробиология пәні мен биотехнология сабақтастығы

Бактериялар, саңырауқұлақтар, балдырлар, вирустар, қарапайымдылар адам өміріндегі маңызы зор. Оларды адам баяғы заманнан бері нан пісіруде, шарап пен сыра ашытуда, т.б. өндірісте қолданған. Қазіргі кезде құнды белокты заттарды алу, жер құнарлығын арттыру, ортаны ластаушы заттардан тазарту, биопрепараттарды алу проблемаларына және т.б. басқа талаптардың туындауына байланысты микроорганизмдерді зерттеу және қолдану аясы кеңіді. Микроорганизмдер қоректік белокты заттар мен биогаз өндіруде қолданылады. М/о ауаны, суды тазартуда, препараттарды алуда, ауылшаруашылығы зиянкестерін зарарсыздандыру үшін пайдаланады.

Микроорганизмдер- соның ішінде бактериялар- генетика, биохимия, биофизика салаларының мәселелерін зерттеудегі негізгі нысандардың бірі б.т. М/О- биотехнологияда кеңінен пайдаланылатыны белгілі. Микробиологиялық реакциялар өзінің жоғары спецификалығына байланысты табиғи қосылыстардың химиялық түрлендірілуінде маңызды орын алады. Микроорганизмдердің көмегімен іске асырылатын химиялық реакциялардың 20 типі белгілі. Бұл реакцияларды іске асыру үшін бактериялар, актиномицеттер, ашытқылар, т.б. қолданылады. Продуценттері микроорганизмдер болып табылатын антибиотиктарды, ферменттерді, интерферон, органикалық қышқылдарды, т.б. алудың биотехнологиялық өндірісі жасалған.

Aspergillus және Fusarium (A.flavus, A.ustus, A.oryzae, F.sporotrichiella) туыстарының кейбір өкілдері жүрек гликозидтерін, ксилозидтерді, рамнозидтерді, ақырғы қанттар ретінде құрамында глюкоза, галактоза, арабиноза полисахаридтері бар гликозидтерді гидролиздей алады. A.terreus көмегімен никотин ышқылы алынады.

Фармацияда микробиологиялы трансформациялар химиялық әдіспен алынуы мүмкін емес физиологиялы тұрғыдан белсенді заттар мен жартылай дайын өнім алуда қолданылады.Микробиологиялық реакциялар дәрілік заттардың метаболизмін, әсер ету механизмін, ферменттердің әсер ету табиғатын зерттеуде пайдаланылады.

Биобелсенді биологиялық активті заттардың продуценттері ретінде қарапайымдыларды да алуға болады. Қарапайымдылар күйіс қайыратын жануарлардың қатпаршағында тіршілік етіп целлюлаза ферментін бөлу арқылы целлюлозаны ыдыратуға көмектеседі.

Қарапайымдылар ферменттер, гистондар, серотонин, липополисахаридтер, липополипептидогликандар, амин ышылдары, медицинағ ветеринария, тама және тоқыма өндірістеріндегі метаболиттер продуценттері б.т.Оңтүстік америкалық трипаносомозының қоздырғышы Trypanosoma cruzi ісікке қарсы препарат круцин мен трипанозаның продуценті. Ол препараттар қатерлі түзілістердің клеткаларына цитотоксикалы әсері бар.Сол сияқты антибластомды ингибиторлар ретінде Trypanosoma lewisi, Crithidia oncopelti и Astasia longa өндіретін қосылыстар бар. Астализид препаратының (Astasia longa) сонымен қатар E.coli и Pseudomonas aeruginosa қатысты антибактериялық және Leischmania антипротозойлы әсері бар.

Қарапайымдылар полиқанықпаған май қышқылдарын, полисахаридтерді, гистондарды, серотонин, ферменттерді, глюкандарды алуда қолданылады. Қарапайымдылар биомассасы 50% белоктан тұратындықтан жануарлар үшін жем қоспасы ретінде де пайдаланылады.

Aspergillus oryzae ферментативті препараттары сыра қайнатуда, A.niger ферменттері жеміс шырындары мөлдірлетуде, лимон қышқылын алуда пайдаланылады. Нан өнімдерін пісіруде A.oryzae және A.awamori ферменттерін қолдану өнім сапасын жақсартуға көмектеседі. Лимон қышқылын, сәрке суын, нан өнімдерін алуда технологиялық процестерде Aspergillus niger және актиномицеттерді пайдалану өндірістік көрсеткіштерді жоғарылатады. A.niger мицелийінің пектиназасы шырындарды алуда шырын тұтқырлығын төмендетіп, оның бөлінуін жеңілдетеді.

Бактериялық ферменттер -Bac.subtilis-кондитер тағамдарының балғындығын сақтау үшін және белоктардың терең ыдырауын тоқтату қажет болғанда пайдаланады. Bac.subtilis ферменттері нан және кондитер өндірісінде қату процесін баяулатып өнім сапасын арттыруға көмектеседі. Bac.mesentericus ферменттері тері илеуде құйқадағы қылдардың бөлінуін жеделдетеді.

Микроорганизмдерді тамақ және ашыту өндірісінде кеңінен пайдаланады. Сүт өндірісінде сүт ашытқыларының көмегімен айран, қымыз алады. Бұл микроорганизмдердің ферменттері сүт қантын спирт пен көмірқышқылына дейін ыдырайды, нәтижесінде өнім дәмі жақсарып, сіңімділігі артады. Сүт өнімдерін алуда галактозаны, мвйлар менбелоктарды ыдыратпайтын ашытқылар да пайдаланылады. Олар майдың сақталуы мен сүтқышқылды бактериялардың сақталуына көмектеседі. Оларды әрәмшәк алуда пайдаланады.

Penicillum roqueforti саңырауқұлағы рокфор, Penicillum camemberi – камамбер әрәмшәгән әзірлеуде қолданылады. Текстильді өнеркәсіпте Granulobacter pectinovorum, Pectinobacter amylovorum ферменттерінің әсерінен болатын пектинді ашу процестері қолданылады. Пектинді ашу зығыр, кенеп, т.б. талшықты шөптердің өңделуінің негізінде жатады.

Ашытқылардың көбісі спирт, т.б. қнімдерді түзе отырып көмірсуларды ашытуңа қабілетті. Олар сыра қайнатуда, шарап жасауда кең қолданыс тапты, негізгі топтары- Saccharomyces cerevisial, S.ellipsoides.

Көптеген микроорганизмдер баяғыдан түрлі субстраттарды тағам өнімдеріне айналдыру мақсатында пайдаланылып келеді. Ауксотрофты мутантты Candida guillermondii флавиногенезді зерттеуде пайдаланылады. Гифалы саңырауқұлақтар мұнай, парафин көмірсутектерін жақсы сіңіруге қабілетті. Бұл мақсатта Mucorales, Penicillium, Fusarium, Trichoderma саңырауқұлақтары пайдалы.Май қышқылдарын ыдыратуға Penicillium штамдары қажет болса,ал 2-реттік спирттерді Penicillium және Trichoderma штамдарының қатысында ыдырайды. Aspergillus, Absidia, Cunningham, Ella, Fusarium, Mortierella, Micor, Penicillium, Trichoderma, Periconia, Spicaria саңырауқұлақтары парафиндерді, парафин майларын, дизель отыны, ароматты көмірсутектерді бейтараптауға көмегін тигізеді. Микроорганизмдердің өнеркәсіптік пайдаланылуы жаңа өнімдерді өндіруге алып келді.Тағам өнеркәсібінде сүтқышқылды бактерияларды пайдалану (Bact.bulgaricum, Bact.casei, Streptococcus lactis и др.) арқасында тек сүтқышқылды ғана емес, сондай-ақ спиртсүтқышқылды және ашыған көкөністерді алуға мүмкіндік берді. Оларға простокваша, мацони, ряженка, қаймақ, сүзбе, ашыған орамжапырақ, қияр, ірімшіктер, айран, квас, т.б. мысал етіп келтірсе болады. Мәселен Str.lactis, Str.diacetilactis, Str.paracitrovorus, Bact.acidophilum простокваша өндірісінде пайдаланылады. Май алуда хошиістендіргіш және сүтқышқылды стрептококктар Str.lactis, Str.cremoris, Str.diacetilactis, Str.citrovorus, Str.paracitrovorus қолданыс тапты.

Жалған сүтқышқылды бактериялар .coli commune, Bact. Lactis aerogenes шикі жемді силостауға пайдаланады.

Микроб клеткасының метаболиттері ішінде нуклеотидтті заттар аса маңызды.Олар биол. Тотығу кезіндегі аралық өнім б.т. Олар НҚ туындыларын, антимикробты, антибластомды препараттарды алуда құнды шикізат. Микробиологиялық синтез негізінде тірі клеткаларда өтетін реакциялар б.т. ОЛ үшін пурин және пиримидин негіздерінің фосфорландыру реакциясыніске асыратын м/о қажет.Ондай қасиеттерге E.coli, S.typhimurium, Brevibacterium liguefaciens, B.ammonia genes, Mycobacterium sp., Corynebacterium flavum, Murisepticum sp., Arthrobacter sp.ие.

М/О рудалардан көмірді бөліп алу үшін мәні зор. Thiobacillus ferrooxidous-литотрофты бактериялар 2 валентті темір сульфатын 3 валентті темір сульфатына дейін тотықтырып, ол өз кезегінде 4-валентті уранды тотықтыру арқылы уранды сульфатты комплекс күйінде ерітіндіге шығуын қамтамасыз етеді. Ураннан басқа ерітінділерден басқа металдарды да тотығу арылы бөліп алуға болады. Рудалардағы сульфидтерді микроорганизмдер көмегімен тотықтыру арқылы құрамында металы аз кендерді өңдеуге жағдай жасайды. Бактериялар ескі шахталардағы металдарды алуға себін тигізеді.

Тау кендерінде м/о әсерінен күкірттің тотығуы қышқыл шахта суларының жиналуына жол береді. Күкірт қышқылының зақымдаушы әсері белгілі, сол себепті сульфаттарды тотықсыздандыратын бактериялар пайдаланылады..

Органикалық заттардың отынға айналу жолы – микробты күрделі жүйе қатысында өтетін метаногенез процесі. Метантүзуші бактериялар ацетоногенді микрофлорамен бірге органикалық қосылыстарды метан және көмірқышқылының қоспасына айналдырады.Сондай-ақ микроорганизмдер мүнай өндірісін арттыруда пайдаланылады.

Ортаға антропогенді әсер нәтижесінде табиғи қалыптасқан тепе-теңдік бұзылады. Алғашқыда ластаушы заттарды суда, ауада еріту жеткілікті болған, алайда уақыт өте ластаушы қалдықтарды жою орасан зор проблема б.т. Тазартушы жүйелерде суды тазартуда аралас микрофлораны (аэробные бактерии, водоросли, простейшие, бактериофаги, грибы), белсенді тұнбаны пайдаланады. Микробты қоспа су тазартудың табиғи интенсификаторлары болып табылады. М/О сондай-а теңіз суларын мұнай қалдықтарынан арылтуға да пайдаланылады.

Б/т тағы бір міндеті – түрлі субстраттардан м/о көмегімен белок өндіру б.т. Микроскопиялық саңырауқұлақтардың активті штамдары комбижем, кебек сынды жемдерді белок, амин қышқылдарымен байытуға көмектеседі. Ол мақсатта сүрыпталған тез өсетін, уытсыз термо- және мезофильді микромицеттер- Fusarium sp., Thirlavia sp қолданылады.

Саңырауқұлақтарды пайдаланудың тағы бір мысалы – энтомопатогенді саңырауқұлақтарды - Beanvtria bassiana и Entomophthora thaxteriana- боверин және афедин препараттарын алуда пайдаланады (фитопатогенді шіркей қарсы)

Trichoderma viride штамдарын жабық грунт жағдайында туындайтын фитопатогенді саңырауқұлақтарға қарсы триходермин препаратын алуға қолданылады.

Baccilus megathrtium алынған фосфобактерин қызылша, орамжапырақ, картоп, жүгері өнімділігін жоғарылатады. Ол препарат топырақты фосформен байытылып өнімнің жақсы түсуіне жағдай жасайды.

Бұршақтұқымдас өсімдіктердің өнімінің мол болуы олардың ауадан азотты сіңіру қабілетіне байланысты. Атмосфералық азотты сіңірудегі маңызды роль азотбайланыстырушы Rhizobium, Eubacteriales, Actinomycetales, Mycobacteriales, виды Azotobacter chroococcum, Clostridium pasterianum м/о тиесілі. Clostridium pasterianum, Rhodospirillum rubrum, Bac.polymixa, Chromatium и Klebsiella бактерияларынан азотфиксациялаушы препараттар алынған( азотобактерин (готовится из азотобактера), нитрагин (из клубеньковых бактерий), фосфобактерин (из Bac. Megatherium)

М/о ауылшаруашылығындағы маңызы- өсімдіктерді биологиялық қорғанысын қамтамасыз ету б.т. Ол мақсатта – бактериялар,саңырауқұлақтар, вирустар пайдаланылады. Энтеробактерин көмегімен барлық көбелектердің құрттарын жоюға болады.Боверин-колорад коңызына, вирин –вирусты препараты орман ағаштарын зақымдайтын ұрттарды жоюда әсері жоғары.

Биотехнологияда сондай-ақ балдырлар да қолданыс тапқан. Әдетте оларды белок алуда пайдаланады. Ол бағытта Chlorella и Scenedesmus бірклеткалы балдырлардың мәні зор.Олардың биомассасы жем ретінде және тағамды мақсатта пайдалануға болады.