Mikrobiotechnologija  

Spontaninę mikroflorą žmonės naudoja nuo seniausių laikų: raugti duoną, sūrį, alų, vyną, kopūstus ir t.t. Grynas mikroorganizmų kultūras išmokta auginti po Roberto Kocho atradimų.

Pramoniniai mikroorganizmai turi atitikti nemažai reikalavimų – turi nuolat sintetinti didelį kiekį produkto, greitai daugintis pigiose ir nesudėtingose terpėse, nesintetinti šalutinių produktų, kenkiančių gamybos technologijai (pvz., gleivės kenkia filtravimo ir džiovinimo intensyvumui) arba pačiam produktui (pašalinis skonis, kvapas, ...). Tinkami mikroorganizmai gaunami atrankos, mutagenezės, genų ir ląstelių inžinerijos metodais.

Atranka yra seniausias, bet tebenaudojamas metodas, panašus į augalų ir gyvūnų selekciją, tik naudojant specialią techniką. Plačiausiai naudojamas grynų kultūrų išgavimo iš vienos kolonijos metodas. Kolonija terpėje susidaro iš vienos ląstelės. Šiuo metodu išskiriami mikroorganizmai iš dirvos, gyvūnų virškinimo trakto, vandens ir kitų vietų. Gautas mėginys sėjamas į agrarizuotas terpes. Geriausia turėti tokią terpę, kurioje išaugusią koloniją galima lengvai atskirti nuo kitų, neaktyvių. Pvz., nugriebto pieno terpėje ląstelės, sintetinančios daug proteazių fermentų, aplink koloniją sudaro skaidrią zoną. Šio metodo trūkumas – neįmanoma tiksliai kiekybiškai nustatyti mikroorganizmų produktyvumo.

Mutagenezės metodas imtas taikyti tik 20 a. viduryje. Jis labai pravertė gaunant mikrobus – antibiotikų ir kai kurių aminorūgščių (lizino) producentus. Jie pavadinti superproducentais, o jų sintezė – supersinteze. Metodo privalumas tame, kad atranką galima daryti nieko nežinant apie reikiamo produkto biosintezę ir genetiką. Jos metu ląstelės paveikiamos fizikiniais arba cheminiais mutageniniais veiksniais. Fizikiniai veiksniai – tai rentgeno spinduliai, alfa ir beta dalelės, radioaktyvūs spinduliai, karštis ir šaltis. Cheminiai – nitrininė rūgštis, etilmetansulfanolas, sieros ipritas, alkaloidinės medžiagos (plačiausiai naudojama nitrozoguanidinas), kiti chemikalai.

Mutacijas sukeliantys mutagenai tiesiogiai arba netiesiogiai veikia DNR arba jų pirmtakus. Mutavusios ląstelės gali sintetinti labai didelius kurios nors medžiagos kiekius arba jų nesintetinti. Naudingų mutantų gavimui ląstelių populiacija dažniausiai paveikiama cheminiais mutagenais. Iš fizinių mutagenų paprastai taikomi ultravioletiniai (UV) spinduliai. Mutavusios ląstelės iš populiacijos išskiriamos grynų kultūrų išskyrimo metodais. Po ilgo ir kruopštaus darbo atrenkami pramoninę vertę turintys superproducentai.

Naujausias yra genų inžinerijos metodas. Jį 1972 m. pradėjo naudoti JAV mokslininkai S. Koenas ir H. Boeris. Atsirado galimybė konstruoti tokius superproducentus, kurių kitais metodais gauti nepavyksta. Taip sintetiniu būdu gaminamas feronas, insulinas, somatostatinas ir kitos medžiagos bei hormonai. Mikrobioliogija

Tačiau genų inžinerija yra labai sudėtinga. Tam reikia daug žinių iš genetikos, nukleino rūgščių ir baltymų chemijos, enzimologijos, o taip pat mikrobiologijos žinių. Metodo esmė tokia: genas, kuris valdo norimo produkto biosintezę ląstelėje, įstatomas į plastidę arba fagų chromosomą (šie vadinami vektoriais). Gautoji rekombinantinė DNR molekulė perkeliama į kito mikrobo ląstelę. Visa a ta procedūra vadinama klonavimu.

Yra įvairių genų gavimo metodų. Vienas jų – paveikti chromosomos DNR ta pačia restriktize kaip ir plazmidę. Gauti DNR gabalai (restriktai) turi komplementarius lipnius galus kaip ir perkirptos plazmidės. Sukarpytų plazmidžių mišinys sumaišomas su tokiu pat restriktų mišinio kiekiu. Judėdamos skystyje molekulės susiliečia ir lipnūs jų galai susijungia vandeniliniais ryšiais. Čia galimi du atvejai: a) plazmidės arba chromosomos (restriktai) susijungia tarpusavyje; b) chromosomos gabalai susijungia su plazmidės lipniais galais ir įsistato į ją. Vėliau chromosomos gabalai „susiuvami“. Tokia plazmidė jau turi svetimą geną. Vėliau plazmidė perkeliama į bakterijos ląstelę.

Ląstelių inžinerija, tai protoplastų suliejimo technika. Protoplastai gaunami ląstelės sienelę paveikus fermentais, kurie tirpdo mikrobų ląsteles. Gaunamos suapvalėjusios, gyvos, bet be sienelių mikrobų ląstelės-protoplastai. Veikiant juos polietilenglikoliu, protoplastai įgauna savybę susilieti. Susilieja ne tik tos pačios rūšies, bet ir skirtingų bakterijų rūšių protoplastai. Tokiu būdu įveikiamas tarpryšinio ląstelių kryžminimosi barjeras. Susiliejusios ląstelės turi abiejų ląstelių chromosomas. Tarp jų vyksta rekombinacija. Pasėjus susiliejusius ir nesusiliejusius protoplastus ant labai maistingos terpės paviršiaus, sužadinama ląstelių sienelės regeneracija. Susidaro ląstelių sienelės; ir protoplastai virsta bakterijomis. Iš regeneravusių bakterijų atrenkamos ląstelės su norimais požymiais.

Visi tie metodai leidžia pramoninę antibiotikų, aminorūgščių, pašarinių mielių, fermentų ir kitų mikrobinės kilmės produktų gamybą. Trumpai aptarsime kiekvieną grupę.

Antibiotikai - organinės medžiagos, žudančios mikroorganizmus arba stabdančios jų augimą. Aprašyta per 5000 antibiotikų, tačiau infekcinėms ligoms gydyti tinka tik per 50 antibiotikų. Daugiausia jų gaunama iš grybelių aktinomicinų. Pramoniniai antibiotikų gamintojai gauti mutagenezės būdu.

Insekticidai - bakterijų Bacillus thuringiensis ląstelių biomasė. Įvairių kamienų mikroorganizmai ląstelėje sintetina baltyminius kristalus ir kitas medžiagas, kurios specifiškai žudo atitinkamų vabzdžių lervas ir pačius vabzdžius. Žmonėms ir šiltakraujams gyvūnams šie preparatai nekenksmingi. Jų gamintojos – iš aplinkos išskirtos bakterijos.

Aminorūgštys. Svarbiausia maisto sudėtinė dalis yra baltymai, kurie yra sudaryti iš 20 aminorūgščių. Kol kas mikrobiologiniu būdu didesniais kiekiais gaminamos tik kelios aminorūgštys. Mitybos požiūriu svarbios 10 aminorūgštys, kurių žmonių ir gyvulių organizmas nesintetina – ypač lizinas, metioninas, treoninas ir triptofanas. Subalansavus pašarus pagal nepakeičiamas aminorūgštis, būtų sutaupoma daug pašarų ir pagaminama daugiau mėsos. O maisto pramonėje plačiai naudojama gliutamino rūgštis. Šie producentai gaunami mutagenės ir genų inžinerijos priemonėmis.

Fermentai - baltyminės kilmės katalizatoriai, dalyvaujantys ląstelių medžiagų apykaitos procesuose. Anksčiau jie gaminti iš augalų ir gyvūnų audinių ir palyginti mažai iš mikroorganizmų. Dabar pramoniniu būdu daugiausia fermentų gamina mikroorganizmai. Fermentais cukrinamas krakmolas, gydomos žaizdos ir nudegimai, skatinamas virškinimas, jie praverčia sulčių gamyboje, jie naudojami kaip analitinės medžiagos ir kt. Jų gamintojai gaunami atrankos iš aplinkos, mutagenezės bei genų inžinerijos metodais.

Hormonai - fiziologiškai aktyvios medžiagos, reguliuojančios organizmo funkcijas. Anksčiau jie gaminti tik iš gyvulinių audinių. Tačiau dabar genų inžinerijos metodais sukurti mikroorganizmų kamienai, gaminantys interferoną, insuliną ir kt. hormonus. Ypač svarbūs yra interferonai. Nuo 1970 m. jais imta gydyti virusines ligas. Anksčiau jie buvo išskiriami iš donorų kraujo, tad jų buvo pagaminama labai mažai. Tačiau vėliau jų poreikis labai padidėjo – ir paskaičiuota, kad norint jais aprūpinti 20 tūkst. pacientų, reikėtų visų Žemės gyventojų kraujo. Tokį poreikį patenkinti tegali tik mikrobiologinė technologija.

Insulinu gydomi sergantys diabetu, kuris užima 3 vietą po širdies-kraujagyslių ir vėžio ligų.

Šokio neurologija
Įgimta ar paveldėta?
Saulė sukelia čiaudulį
Po truputį apie skonį
Stomatologijos istorija
Autizmas: iškilūs ir keisti
Tingios akies įdarbinimas
Kamieninės ląstelės sukelia vėžį
Robertas Kochas ir Lietuva
Galvaninės teorijos pradžia
Alavijai - dekoratyvus vaistas
Nanomedicina nusitaiko į vėžį
Dž. Bruno mirtis ir nemirtingumas
Akis-smegenys: Užsipildanti spraga
Ar skaudėjo dantis mūsų senoliams?
K. Jaspersas. Filosofinis gyvenimo būdas
Thomas Huxley: išgarsėjęs anglų savamokslis
Kasdien laikykitės proto higienos
Vadovauk savo smegenims
Atsiradimai ir paaiškinimai
Velnių muziejus Kaune
Mozarto muzikos galia
Manipuliacijos šviesa
Žudantys smegenys
Placebas: kas tai?
Galileo Galilėjus
Jūra ir žarijos
Vartiklis