Biotexnologiya kafedrasi

1Мавзу Фармацевтик биотехнологияга тарихи. Янги биотехнологик препаратлар ва махсулотлар бозори. Биофармацевтика: ҳозирги ҳолати ва келажакдаги самараси.

Режа

1. 
   Фармацевтик биотехнология фанининг ривожланиши
   

2. 
   Биотехнологиянинг вужудга келиши
   

3. 
   Ген инженерияси усулида фармацевтик препаратларни олиш
   

1980-йил 15-октябрда Нью-Йорк фонд биржасида эсда қоларли воқеа содир бўлди: савдо бошланганидан 20 минут ўтгач, Genentech деб аталган биотехнологик компанияни акцияси 35 доллардан 89 долларга кўтарилди. Бу, ўша даврнинг коммерция билан шуғулланадиган корхоналари учун баҳонинг энг баланд сакраши эди. Кечқурун савдо тугаган вақтга келиб, Genentech компаниясининг ҳар- бир акциясини нархи 71.25 долларни ташкил қилди, бу рақам 528 минг акцияга эга бўлган компания учун, ўша даврнинг мисли кўрилмаган даражадаги катта кўрсатгичи эди.

Genentech, 1980- йилда, биринчи маротаба харидорларга ўз акциясини таклиф этган даврда, Калифорнияда фаолият кўрсатаѐтган, ва атиги 4 йил мобайнида рекомбинант ДНК олиш муаммоси билан шуғулланиб келаѐтган, кичик бир компания эди.
Шу воқеадан 2 йил илгари компанияда фаолият кўрсатиб келаѐтган олимлар, ДНКни инсон инсулини синтези учун жавоб берадиган бир бўлагини (ДНК кетма-кетлигини) ажратиб олишга ва уни ичак таѐқчаси (Escherichia coli) ҳужайрасида репликация бўла оладиган, генетик элементларга (кодловчи векторларга) ўтказишга муваффақ бўлган эдилар. Бу бактерияларнинг ҳужайралари, инсон инсулинини ишлаб чиқарувчи биологик фабрика сифатида ишлаб турадиган бўлган эдилар.
Ишлаб чиқарилган инсулин, тегишли даражада тозалангандан кейин, чўчқа инсулинига нисбатан аллергия берадиган, диабет билан касалланган инсонларни даволаш учун ишлатила бошланган эди.Genentech компаниянинг акциясини нархи кўтарилиб
кетганлиги, рекомбинант ДНК технологиясини имкониятларини нафақат олдиндан реал даражада баҳолаш, балки бу технологияни келачагини олдиндан башорат қилиш имкониятларини яратган эди.Кўпчилик, ХХ асрда бу янги технология туфайли, бутун дунѐда тўкин сочинлик бўлади деб, ўйлаган ва бу фикр газета журналларида чоп этилиб, телевизор, радио ва бошқа ахборот манбалари орқали оммага тарқатилар, ҳар хил биржаларда иштирок этадиган брокерлар учун дастури-амал бўлиб хизмат қилган.
Ген инженерлик усуллари ѐрдамида яратилган микроорганизмлар, кимѐвий ўғитларни ўрнини боса оладилар; тўкилган нефт қолдиқларини парчалай оладилар; шундай ўсимликлар пайдо бўладики, улар нафақат касалликларга чидамлигина бўлиб қолмасдан, балки бу хусусиятни аждоддан авлодарга ўтказа оладилар; озуқани энгил ҳазм қила оладиган сер маҳсул ҳайвон зотлари пайдо бўлади ва бошқа ижобий фикрлар пайдо бўлган эди.
Муайян биологик хусусият бир ѐки бир неча генлари (авлод бирлиги) томонидан белгиланадиган бўлса, янги ва керакли ген (генлар) тутувчи организмларни яратиш, унчалик катта муаммо эмасдай кўринар эди.
Дарҳақиқат, орадан 30-32 йил давр ўтди, мана шу фикрларнинг кўпчилиги амалга ошди. Бизнинг сиз билан ҳамкорликдаги вазифамиз, мана шу инқилобий ўзгаришлар қандай пайдо бўлганлигини ҳамда рекомбинант ДНК технологиясини ишлатилиш истиқболларини ўрганиб чиқишдан иборат.
Генни (ирсиятни функционал бирлиги) бир организмдан бошқа организмга ўтказиш стратегияси 1973- йилда америкалик олимлар Стенли Коэн ва Герберт Бойер томонидан яратилган.
Бу олимлар рекомбинант ДНК яратиш технологияси, келажакда катта имкониятлар очиб беришини олдиндан башорат қилганлар.
Ўша даврдаѐқ, Стенли Коэн, ―..... E.coli (бактерияларни ҳужайралари)га бошқа биологик туркумга хос бўлган, масалан фотосинтез ѐки антибиотик синтез қиладиган генларни кўчириб ўтказиш имкониятлари пайдо бўлса ажаб эмас‖ – деган эди.
Аммо, янги технологияга нисбатан биринчи муносабат, бундай ишларни баъзи бирларини тўхтатиб қўйиш билан боғлиқ бўлган. Бунга сабаб уларни ўта хавфли деб ҳисоблаганлигидир.
Ҳатто, энг йирик олимлар, жумладан Коэн, Бойер каби кучли молекуляр биолог олимлар ҳам ўз ишларини тўхтатиб қўйганлар.
Уларда, икки ҳар хил организмлардан олинган генларни бирлаштирилиши, тўсатдан хавфли ѐки керак бўлмаган хусусиятларга эга бўлган янги организмни пайдо бўлишига олиб келиши мумкин деган фикрлар пайдо бўлган.
Йиллар ўтиб, олимларда янги технологияни яратиш бўйича тажрибалар тўпланиб, бундай тадқиқотларни хавфсизлигини таъминлаш бўйича (инструкциялар) йўриқномалар яратилиб, секин-асталик билан бу технологияга муносабат ижобий томонга ўзгариб борди. Аммо, ҳозиргача бу технологияга муносабат ҳар хиллигича қолиб кетмоқда.
Коэн ва Бойер амалга оширган, генларни клонлаш ҳақидаги хабар бутун дунѐга тарқалди. Кўп олимлар (тадқиқотчилар) тезкорлик билан бу стратегияни устуворлигини баҳолаб, жуда кўплаб методик қўлланмалар яратдилар. Бу қўлланмаларга
риоя қилган ҳолда, катта самарадорлик билан генларни идентификация қилиш (аниқлаш), уларни ажратиш ва ишлатиш мумкин бўлди.
Бу технологик ишланмалар биология фанининг деярли барча йўналишларини, жумладан ҳайвонларни хулқ-атворини ўрганиш ҳақидаги фан этология, ривожланиш биологияси, молекуляр эволюция, ҳужайра биологияси, инсон генетикаси ва бошқа фанларни тараққий этишига катта ҳисса қўшдилар. Аммо, буларни орасида, биотехнология соҳасида чуқур ўзгаришлар амалга ошди.

Биотехнологиянинг келиб чиқиши

Ўтган асрнинг 70-йилларигача анъанавий биотехнология илмий соҳа сифатида унчалик машҳур соҳа эмас эди.

Бу соҳадаги тадқиқотлар асосан, кимѐвий мухандислик (инженерная химия) бўлимларида ва баъзи пайтларда ижтимоий микробиологик дастурлар асосида олиб борилар эди.
Кенг маънода биотехнология микроорганизмларни ҳаѐти натижасида ҳосил бўладиган маҳсулотларни ишлаб чиқариш ва савдога чиқариш билан шуғулланди.
Оддий қилиб биотехнологияни – ―илмий ва мухандислик принципларидан фойдаланган ҳолда, товар ва хизмат кўрсатиш маҳсулотларини қайта ишлашда тирик организмлар фаолиятидан фойдаланиш‖ деб изоҳлаш мумкин. Тарихан қаралганда, биотехнология, биринчи маротаба пиво тайѐрлашда ачитқи замбуруғларидан, бактериялардан эса қатиқ тайѐрлашда фойдаланган кундан бошланган.
―Биотехнология‖ атамаси, 1917-йил венгриялик инженер Карл Эрики томонидан ўйлаб топилган. У, бу атамани озуқа сифатида шакар лавлагидан фойдаланиб, катта миқдорда чўчқаларни боқиш жараѐнига нисбатан ишлатган.
Эрикини аниқлашича, биотехнология- бу ―тирик организмлар ѐрдамида хом-ашѐ маҳсулотларидан у ѐки бу маҳсулот тайѐрлашда ишлатиладиган барча турдаги ишлардир‖. Аммо, бу ҳақиқатдан ҳам аниқ бўлган фикр кенг тарқалмаган.
Узоқ давр мобайнида, ―биотехнология‖ икки бир- биридан анчагина фарқ қилувчи соҳаларга нисбатан ва уларни ичида ишлатилиб келинган. Бир томондан бу атамадан саноат ферментацияси ҳақида гапирилганда, иккинчи томондан эса ҳозирги вақтда, эргономика (инсон ва тизимнинг бошқа элементлари орасидаги ўзаро муносабатни ўрганадиган фан тармоғи) деб аталадиган соҳага нисбатан ишлатилган.
1961-йил шведциялик микробиолог Карл Гѐрен Хеден ―Journal of Microbiological and Biochemical Engineering and Technology‖ (Журнал микробиологической химической инженериии технологии) Микробиологик ва кимѐвий инженерлик ва технологиялар журнали, ―Biotechnology and Bioengineering‖ ( Биотехнология ва биоинженерия) деб аташ кераклигини асослаб берганидан кейин, ҳамма нарса ўз ўрнига тушгандек бўлди. Чунки, бу журнал амалий микробиология ва саноат ферментацияси соҳаларида бажарилган ишларни чоп қилишга мўлжалланган эди.
Шу даврдан бошлаб, биотехнология- ― маҳсулотлар ва хизмат кўрсатиш материалларини тирик организмлар, биологик системалар ва жараѐнлар иштирокида ишлаб чиқариш‖ билан узвий боғланганди ва микробиология, биохимия ва кимѐвий инженерлик фанларининг ютуқларига таянадиган бўлди.
Бу босқичларда асосан микроорганизмлар фаолиятидан фойдаланилади.

1. 
   Дастлабки ишлов бериш: хом-ашѐга шундай ишлов бериладики, ундан керакли микроорганизмларни ўстириш, кўпайтириш учун, озуқа моддалари манбаи сифатида фойдаланиш мумкин бўлади.
   
2. 
   Ферментация ва биотрансформация:
   

Катта биореакторларда (ферментѐрларда) (100 мл ҳажмга ва ундан ҳам катта ҳажмга эга бўлгн) керакли микроорганизмни экиб, кўпайтириш ва ундан керакли метоболит, масалан антибиотик, аминокислота ѐки оқсил моддалар (биотрансформация) ҳосил қилиш.

3. 
   Охирги ишлов бериш: керакли модддани, культурал суюқлик ѐки ҳужайра моддасидаги компанентлардан ажратиб олиш.
   

Биологик тадқиқотларнинг мақсади, юқорида келтирилган ҳар бир босқични самарадорлигини ошириш ва керакли маҳсулотни синтез қила олодиган (антибиотиклар, фермент ва ҳ.к.) микроорганизмлар топишдан иблрат. Ўтган асрнинг 60-70-йиллларида бундай тадқиқотларни барчаси, фақатгина дастлабки ишлов бериш, биоректорларни тузилиши ва охирги маҳсулотларни олиш (тайѐрлаш) масалаларига қаратилган. Шу туфайли ферментация жараѐнларида ишлатиладиган ускуналарни тузилиши мукаммаллаштирилган, катта ҳажмда кўпайтириш имкониятлари кенгайтирилган ва баъзи бир маҳсулот тайѐрлашни самарадорлиги оширилган.
Биетехнологик жарраѐнларни оптималлаштиришни энг қийин босқичи- биотрансформация босқичи ҳисобланади.
Табиий микроб штаммларидан фойдаланилганда, охирги маҳсулотни миқдори, оптималлаштирилганга нисбатан бироз бўлсада камроқ чиқади. Шу сабабли ҳам табиий продуцентларни генетик конструкциясини ўзгартиришга ҳаракат қилинган. Бу мақсадда ултрабинафша нурлардан ҳамда кимѐвий мутагенлардан фойдаланилган. Бундай шароитда маҳсулотни миқдорини ошириш даражаси биологик омиллар билан чегаралаб қўйилган бўлади.
Масалан агар мутант штамм, у ѐки бу моддани жуда кўп миқдорда синтез қиладиган бўлса, бу бошқа метоболик жараѐнларга салбий таъсир кўрсатган ва микроорганизмни катта ҳажмли биореакторларда ўсишини босиб қўйган.
Шунга қарамасдан, ― индуцирланган мутагенез ва селекция‖ деб аталган анъанавий стратегия, юқори фаолликка эга бўлган продуцент- штаммлар яратишда катта ѐрдам берган. Масалан мана шу йўл билан антибиотиклар синтез қиладиган штаммлар яратилган.
Бактерияларни генетик штаммлаштиришни анъанавий чизмаси қуйидани босқичлардан иборат: скрининг, катта миқдордаги колонияларни танлаш ва уларни баҳолаш. Шунинг учун ҳам бундай чизма серхаражатли бўлиб, кўп вақт талаб қилади. Бунинг устига, авлоддан- авлодга ўтган хосса ѐки хусусиятларни мукаммаллаштириш мумкин бўлади халос. Бу усул ѐки чизма ѐрдамида штаммни генетик имкониятларини кенгайтириш мумкин эмас. Шунга қарамасдан ўтган асрнинг 70-йилларида бир қатор маҳсулотларни олишни саноат жараѐнларини мукаммаллаштиришга эришилган.
Рекомбинант ДНК технологиясини ривожланиши билан биотехнологиянинг табиати орқага қайтмас даражада ўзгарди. Биотрансформация босқичини тўғрироқ йўлдан
оптималлаштириш имкониятлари пайдо бўлди. Эндиликда, юқори маҳсулдорликка эга бўлган штаммларни танлаб олиш эмас, уларни штамм имконияти туғилди. Микроорганизмлардан ва эукариот организмларнинг ҳужайраларидан инсулин, интерферон, ўстириш гормони, вирусли антигенлар ва бошқа кўплаб оқсил табиатли моддаларни ишлаб чиқара оладиган фабрикалар сифатида фойда оладиган бўлди.
Рекомбинант ДНК технологияси, катта миқдорда қимматбаҳо паст молекулали моддалар ва макромолекулалар олиш имкониятини берди. Ваҳоланки, бундай бирикмалар табий шароитда жуда кам миқдорда синтез бўлишлари мумкин халос.
Ўсимликлар ва ҳайвонлар табиий биореакторларга айландилар. Уларга янги ѐки ўзгартирилган генларни маҳсулотлари катта миқдорда синтез бўладиган бўлди. Ваҳоланки, бундай моддаларни ѐки шундай катта миқдордаги моддаларни мутагенез ва селекция ѐки чатиштириш (скрешивания) йўллари билан ҳеч қачон олиш имконияти бўлмас эди. Ва ниҳоят мана шу янги технология, ҳар хил касалликларни диагностикаси ва даволанишини тубдан янги усулларини яратиш имкониятини берди. Рекомбинант ДНК технологияси ва биотехнология фанларининг чегарасида, тадқиқотнинг янги, юқори рақобатга чидамли, динамик ўзгарувчан соҳаси-молекуляр биотехнология пайдо бўлди.Бу янги соҳа, ўз даврида молекуляр биологияга ўхшаш, жуда катта амбицияга эга бўлган, баъзида қўйган вазифа ва мақсадлари ҳозирча имкониятларга тўғри келмаган соҳа.Унинг стратегияси ва экспериментал базаси тез ўзгарувчан, бир йўли ѐки ѐндашиши иккинчиси билан сиқиб қиқарилиб турадиган, энг замонавий фан тармоқларидан бири. Аммо, молекуляр биотехнология тирик системалар яратишда энг оддий, янги функция ва имкониятларга эга бўлган қолоқ, эскирган соҳага айланиб қолишига ҳеч қандай шубҳа йўқ.Жуда кам ҳолларда янги илмий соҳалар ―қуруқ жойда‖ пайдо бўлишига фаннинг ҳар хил соҳалари пойдевор бўлиб хизмат қилади.

2 Мавзу Biotexnologiya ob‟ektlari va usullari. Biotexnologik ob‟ektlarni tanlash.

Rеja:

1. 
   Biotеxnologiya ob'еktlari.
   
2. 
   Viruslar.
   
3. 
   Viroidlar.
   
4. 
   Baktеriyalar.
   
5. 
   Zamburug'lar.
   
6. 
   Sodda va murakab tuzilgan o'simliklar.
   
7. 
   Hayvon hujayralari.
   
8. 
   Biotеxnologik usullar.