Дәріс № 3. Селекция

Селекция әдістерімен алынған, микроағзалардың өнеркәсіптік штамдары. Индуцирленген мутагенез. Мақсатты өнімнің құрылымдық ұқсастықтарына орнықтылығы бойынша – продуценттерді іріктеу.

Селекция – ДНК нуклеотидті тізбектілігінде құрылымдық түрөзгергіштің салдарынан, тұқымқұалаушылығы секіріс тәрізді өзгерістерге ұшыраған, ағзаларды, яғни, мутанттарды бағытты іріктеу. Селекцияның басты жолы – бұл продуценттерді көз жұмып іріктеуден оардың геномдарын саналы құрастыруға дейінгі жол. Бірақ кенеттен мутацияларды іріктеуге негізделген, әдістер микроағзаларды пайдаланумен әртүрлі технологиялардың дамуында маңызды рөл атқарады.

Осындай жолмен ұзақ уақыт бойында сыра, шарап, наубайхана ашытқыларының штамдары, сіркеқышқылының, пропион-қышқылының бактериялары т.б. іріктелген болатын. Баспалдақты іріктеу туралы сөз қозғалып отыр: кезңдердің әрқайсысында микроағзалардың популяцияларынан ең жоғары тиімді клондар іріктеледі. Кенеттен түрөзгеруге негізделген, селекция әдісінің шектеулігі олардың төмен тиілігімен байланысқан, бұл үдерістің қарқындылығын мәнді түрде қиындатады. ДНК құрылымында өзгерістер сирек жүреді. Түрөзгергіштік туындау үшін, ген орташа алғанда - есе еселенуі керек.

Көптеген ұрпақтар бойында үлкен көлемдерде бионысанды үздіксіз егумен сәйкестікте, 1мл тамшыларға және одан артық жасушаларға жететін, микробты популяциялардың жоғары тығыздықтары мутанттардың жеткілікті үлкен мөлшерін алуға мүмкіндік береді. Үздіксіз тәртіпте егу барысында ең өнімділікті мутанттарды іріктеудің мысалы, ашытқылар тіршілігінің өніміне, этанолға төзімділік белгісі бойынша Saccharomyces uvarum ашытқыларды іріктеу болып табылады. Қышқылдарға және сілтілерге, метаболизм өнімдеріне, ауыр металлдардың иондарына, т.б.-әртүрлі факторларға бионысандардың төзімділігін жоғарылатуға жол алатын, бұл қадамның жаңашылдығы-дақылдың бөлуімен және биореакторға ингибирлейтін фактордың (бұл жағдайда этанол) түсуімен-дақылдың тіршілігін сипаттайтын, параметрдің арасында кері байланысты орнатуда. Осындай белгілеудегі ұзақ (650 сағаттық) егуде, 10%-ға дейін концентрацияларда этанолдық ингибирлейтін әрекетіне резистентті, мутант ашытқылар алынған.

Геномның жасанды зақымдануында бионысан мутациялары жиілігінің күрт ұлғаюы-индуцирленген мутагенез селекцияның мәнді түрде жақсаруына әкеледі. ДНК-ның бірінші құрылымының өзгерістерін тудыратын, кейбір химиялық қосылыстар, ультракүлгін рентген немесе усәулелері мутагенді әсерге ие болған. Өздерін ұсына білген мутагендер қатарына азотты қышқыл, алкилдеуші агенттер,акридинді бояғыштар, бром – урацил, т.б. жатады.

Алынған клондардың тоталді тексерейін (скрипинг) жүргізіді. Ең өнімділікті клондарды іріктеп алып, сол немесе өзге мутагенмен өңдеуді қайталайды, ең өнімділікті нұсқаны қайта таңдайды, т.с.с., яғни, мұнда да керекті белгі бойынша баспалдақты іріктеу туралы сөз қозғалады.

Еңбегінің күрделілігі – индуцирленген мутагнез және тізбекті баспалдақты іріктеу әдісінің негізгі кемшілігі. Сондай – ақ мутациялардың сипаты туралы мәліметтердің болмауы да әдістің кемшілігіне жатады, зерттеуші ақтық нәтиже бойынша іріктеу жүргізіледі. Егер, ауыр металдарға төзімді, бактерия штамдары туралы сөз қозғалса, онда төзімділік әртүрлі мутация топтарына байланысты болуы мүмкін: а) бактерия жасушасымен металдар катиондарының жұтылу жүйесін басумен; б) жасушадан жұтылған катиондардың шығарылуын белсендірумен; в) ауыр металдардың ингибирлейтін әсеріне сезімтал, жүйелердің қайта құрылуымен.

Молекулалық генетикалық жетістіктері, мақсатты өнімнің құрылымдық аналогтарына төзімділіктері бойынша, продуценттерді іріктеудің мақсатқа сай әдістерін тәжірибеге енгізуге мүмкіндік берді. Әдіс, биосинтетикалық жолдың ақтық өнімімен кері байланыстың қағидасы бойынша, ферменттерді реттеуге негізделген (В.Г.Дебабов, 1984). Метаболит концентрациясының жоғарылауы, метаболит синтезіне қатысатын, ферменттің белсенділігін ингиьирлейді; немесе бұл ферменттің синтезін репрессиялайды. Осылайша, пен глюкоза болғанда көптеген бактериялардың жасушалары тіршілікке қажетті барлық азотқұрамды қосылыстарды синтездейді. Егер ортаға сол немесе өзге аминқышқылын қосса, онда оның

Сурет 2. Ақтық өніммен биосинтетикалық жолдың негативті реттелуі: A, B, C, D-Ea, Eb, Ec, Ed ферменттерімен, өршітілетін реакциялардың өнімдері.

Синтезі тез тоқтайды. Метаболиттің құрылымдық аналогтары да осындай әсер тудырады, бірақ олар метаболитті функционалды алмастыра алмайды. Мысалы, аминқышқылының аналогы ақуыз құрамына кіре алмайды, сондықтан аналогтың ақуыз құрамына кіре алмайды, сондықтан аналогтың қатысуында қалыпты жасушалардың өсуі, мақсатты өнімге ашығумен байланысты, басылады.

Бұл жағдайларда тек кейбір жасушалар ғана аман қалады. Бұл ферменттер синтезінің және белсенділігінің бұзылған реттелуімен мутенттар. 1) Еа ферменті (сурет 2) функционалдық белсенділігін сақтаған, бірақ ақтық өнімнің немесе оның аналогының ингибирлейтін әсеріне сезімталдылығын жоғалтқан; 2) Еа ферментінің синтезі табиғатта өсімдіктердің обыр ісіктерін тудырады, өйткені олар бақылаусыз көбейеді. Осындай клондардың негізінде құнды қосылыстарды алуға болады.