Клеткалық инженерия

Агар қосылған қатты қоректік ортада өсірген клеткалар сұйық ортада өсірген клеткаларға қарағанда  қосымша метаболиттерді көбірек  синтездейді. Тәжірибелер көрсеткендей, борпылдақ қарқынды өсетін каллусқа қарағанда тығыз баяу өсетін каллус клеткалары алкалоидтарды артық  жинақтаған, яғни әдеттегі метаболизм клеткалардың кеңістікте әлдеқандай ұйымдасуын талап етеді.

Қосымша заттарды алу үшін клеткалық  технологияларды дайындау жұмысы төмендегідей бірнеше кезеңдерден тұрады:

1.  Экономика жағынан тиімді өсімдікті таңдап алу. Өсіруге алынатын  өсімдіктерде бағалы, экономика жағынан маңызды қосымша заттары айтарлықтай жоғары мөлшерде болуы қажет. Әсіресе, бұл жағдайдың сирек кездесетін немесе жоғалып бара жатқан өсімдіктерге қатысы бар.

2. In vitro жағдайына алғашқы енгізу. Ол үшін қажетті зат жоғары мөлшерде синтезделетін жеке өсімдіктер таңдап алынады. Алдымен алғашқы каллустарды қатты ортада өсіріп алады.

3. Биомассада қосымша заттардың  сандық және сапалық құрамына  химиялық зерттеу жүргізу. Бөлініп  жатқан каллус клеткаларында  көбінесе қосымша заттардың мөлшері  бүтін өсімдіктер мүшелеріне  қарағанда аз болады. Бұл тұтас  өсімдікте қосымша заттардың  синтезі цитодифференцировканың  бақылауында болатындығын дәлелдейді. Кейбір өсімдіктерде қосымша  заттардың метаболизмі өсу процесі  бәсеңдегенде басталады, сондықтан  оларға алдымен қарқынды өсуге,  ал кейін заттардың биосинтезіне  лайықты жағдай жасалады.

4. Үйлесімді қоректік орта мен  өсіру жағдайларын іріктеу. Қосымша  метаболизмді белгілейтін генетикалық  информация жүзеге асу үшін  ерекше жағдайлар керек. Клеткаларды  сұйық ортаға көшіріп өсірген  кезде, бұл жұмыс одан әрі  қиындайды, себебі суспензияны  өсіргенде аэрация мен араластыру  факторларының әсерін де еске  алу қажет.

5. Клеткалардың өнімді штаммдарын  шығару. Барлық клеткаларда қосымша заттарды жоғары мөлшерде шығару өте қиын мақсат. Өйткені, клеткалар ұзақ уақыт өсіргенде бағалы затты синтездеу қабілетінен айырылады. Клеткалардың түріне тән ерекше заттарды синтездеу қабілетін жоғары деңгейде сақтау үшін әжептәуір күш жұмсау керек. Ол үшін генетикалық деңгейіндегі әрекеттер мен клеткалық сұрыптауды қолданады. Клеткалық технологияға негізделген тиімді ірі масштабты өндірісті ұйымдастыру үшін гормондарды қажет етпейтін (прототрофтық), қоректік ортаны талғамайтын, осмостық және механикалық стресстерге төзімді мутант клеткалары керек. Мысалы, жылан раувольфиясы клеткаларына этилениминмен әсер етіп мутагенез жүргізіп, жүрек аритмиясын емдейтін аймалин алкалоидын жоғары мөлшерде синтездейтін клеткалар линиясы алынған. Өсіру жағдайларын жақсарту нәтижесінде, осы линияда аймалин өнімділігі одан әрі өсіп, тұтас өсімдікпен салыстырғанда 10 есе артқан.

6. Ең жақсы өнімді штаммдарды  алдымен суспензияда өсіру. Қатты ортада алғашқы шыққан каллустар сұйық ортаға көшіріледі. Өсіру тәртібі өзгергенде штамм өзінің сапасын жоғалтпауы керек, яғни ол стресс жағдайларына төзімді болу керек. Ерекше қиын кезең – клеткаларды лаборатороиялық тәжірибедегі кішкене колбалардан үлкен ферментерлерге көшіру. Қазір биотехнологиялық өндірісте клеткаларды әр түрлі факторлар (температура, газдар құрамы, жарық, қышқылдық, физиологиялық активті заттардың мөлшері) автоматтық реттелетін ферментерлерде өсіреді.

7. Өнімді және тұрақты штаммдарды  өндіріс жағдайына жақын, көлемдері  жүйелі кеңейтілетін ферментерлерде  өсіру. Егер клеткалар осындай жартылай өндіріс жағдайында өсу қарқындылығын сақтап және қажетті заттың синтезін, жинақталуын және оның ортаға бөлініп шығуын өзгертпесе, бұндай штаммды ірі масштабтық өндірісте пайдалануға болады. Штаммның бұдан басқа маңызды қасиеті, оның генетикалық тұрақтылығы, өзіне тән биологиялық активтілігін сақтауы.

8. Клеткалық биомассаны алу және  оны бағалаудың техникалық регламентін  (іс тәртібін) жасау. Өндірістік технология тиісті аппаратураны талап етеді. Мысалы, Жапонияда қолданылатын көлемі 20000 л ферментерде темекі клеткалары үш ай бойынша үзіліссіз өсіріледі. Сол клеткалар күніне әрбір литрден 5,582 г убихинонды өндіреді. Жапонияда басқа қосымша заттардың да ірі масштабтық өндірісі іске қосылған (2-кесте). 

2-кесте. Өсімдік клеткаларын  пайдалануға негізделген қосымша  заттардың өнеркәсіптік өндірісі  

Қазіргі уақытта кей елдерде 100-ге жуық өсімдік түрлері маңызды  қосымша заттарды алу үшін биосинтездік өндірісте қолданылады. Олардың  ішінде: жень-шень, жылан раувольфиясы, жүн және қызғылт оймақгүлдері, дельта тәрізді диоскорея, торғайшөп, итжидек, бөліктенген алқа, кәдімгі сасықмеңдуана, май меруертгүлі, үпілмәлік, агава, тіс амми, апиын көкнәр, т.б.

Жалпы жасанды қоректік ортада өсірілген  клеткаларда генетикалық информация сақталады, бірақ оның жүзеге асуы үшін ерекше жағдайлар қажет. Шамамен, жоғары өнімді өсімдіктер мен ұлпалардан бөлініп  алынған клеткаларда сол метаболиттердің  биосинтезіне қажет генетикалық  информациясы болады.

Ал болашақта өнімді штаммдарды шығарудың ең тиімді жолы, ол клеткалық  және гендік инженерия әдістерін  пайдаланып жаңадан өте өнімді қажетті  клеткаларды құрастыру болып  табылады. 

Пайдаланылған әдебиеттер 

1. Бутенко Р.Г. Биология клеток  высших растений in vitro и биотеехнология на их основе. М: ФБК-ПРЕСС, 1999.160с.

2. Валиханова Г.Ж. Биотехнология  растений. Алматы:Қонжық, 1996ж,272с.

3. Бегімқұлов Б. Молекулалық  генетика және биотехнология  негіздері. Алматы.Білім, 1996.200б.

4. Артамонов  В.И. Биотехнология-агропромышленному комплексу. М.: Наука, 1989, 158с.