Микробиология және биотехнология. Биомедицина және биоинформатика

Оқулықтық тірек

• Очкур Е.А., Құрманғалиева Ж.Ж., Үсіпбек Б.А., Инкарбекова Д.К. «Биология. 7 сынып», 7-сынып, Мектеп, 2025, б. 41, 267–282
• Асанов Н.Г., Соловьева А.Р., Ибраимова Б.Т. «Биология. 9 сынып», 9-сынып, Атамұра, 2019, б. 190–195
• Очкур Е.А., Құрманғалиева Ж., Нұртаева М. «Биология. 10-сынып ЖМБ», 10-сынып, Мектеп, 2019, б. 217–228
• Ковшарь А.Ф., Асанов Н.Ғ., Соловьева А.Р., Ибраимова Б.Т., Куприй С.А. «Биология. 11-сынып», 2-бөлім, 11-сынып, 2020, б. 45–76, 98–118

Негізгі ұғымдар

• Микробиология – көзге көрінбейтін ағзаларды, олардың табиғаттағы рөлін, пайдасы мен зиянын зерттейді.
• Вирус – жасушасыз тіршілік формасы: нуклеин қышқылы (ДНҚ не РНҚ) + нәруыз қабық (капсид); жасушаішілік паразит. Ашқан – Д.И. Ивановский (1892).
• Биотехнология – тірі ағзаларды өндірісте өнім алу үшін пайдалану (мысалы, ішек таяқшасы арқылы адам инсулинін алу).
• Рекомбинантты ДНҚ – түрлі ағзалардың ДНҚ фрагменттерін in vitro біріктіріп жасалған молекула.
• ПТР (К. Муллис, 1983) – ДНҚ бөлігін пробиркада көп рет көбейту.

Теория

Бактериялар пішіні: бацилла (таяқша: пішен таяқшасы, туберкулез Кох бацилласы, сіреспе), кокк (стафилококк, стрептококк, пневмококк), вибрион (үтір: холера), спирилла (спираль). Қоректенуі: сапрофиттер және паразиттер. Қолайсыз жағдайда спора түзеді.

Микробиологиялық зерттеу. Зарарсыздандыру: автоклав (121°C, 1,1 атм, 15–30 мин – спораларды да жояды), құрғақ ауа (160–180°C, 1–2 сағ – шыны ыдыс), мембраналық сүзу (0,22 мкм – антибиотиктер, дәрумендер), ілмекті жалында күйдіру. Қоректік орталар: агар-агар (қызыл балдырдан, 1,5–2%), ет-пептонды агар, селективті орталар.

Грам бойынша бояу (Х. Грам, 1884): генцианвиолет → Люголь (иод кешені) → 96% спирт → фуксин.

	Грам оң	Грам теріс
Пептидогликан	қалың	жұқа, сыртқы мембрана бар
Спиртпен	бояу жуылмайды	бояу шайылады
Түсі	қою күлгін	қызғылт (фуксин)

Гендік инженерия кезеңдері:

1. Нысаналы генді бөлу – рестриктазамен кесу немесе мРНҚ-дан кері транскриптаза арқылы кДНҚ (интронсыз) алу.
2. Вектор – плазмида не бактериофаг; сол рестриктазамен кесіліп, «жабысқақ ұштар» ашылады.
3. Генді векторға ДНҚ-лигаза тігеді → рекомбинантты ДНҚ.
4. Трансформация – жасушаға (E. coli) жылу соққысы не электропорация арқылы енгізу.
5. Клондау және скрининг – маркер гендер (антибиотикке төзімділік) арқылы іріктеу. Рестриктазалар палиндромды реттіліктерді (4–8 жұп) таниды; мысалы EcoRI жабысқақ ұштар түзеді.

Инсулин өндірісі: адам инсулинінің гені бөлініп, вектор арқылы ішек таяқшасына енгізіледі → бактерия әр 20 минут сайын бөлініп, инсулинді көп мөлшерде түзеді. Талаптар – стерильділік, арзан қоректік орта.

ПТР кезеңдері (термоцикл):

Кезең	Температура	Не болады
Денатурация	94–95°C	қос тізбек ажырайды
Отжиг (гибридизация)	50–65°C	праймерлер комплементар бөлікке қосылады
Элонгация	72°C	Taq-полимераза $5'\to3'$ тізбек синтездейді
Компоненттері: матрица ДНҚ, праймерлер, Taq-полимераза, dNTP, Mg²⁺ бар буфер. Қолданылуы: жұқпалы ауруларды анықтау, таксономия, сот-медицина.

Клондау. Эмбрионалдық бөлу – 2–8 бластомер сатысындағы ұрықты бөліп, тотипотентті жасушалардан егіздер алу. SCNT (ядроны тасымалдау): ооцит ядросы алынып тасталады (энуклеация) → ересек дараның диплоидты соматикалық ядросы енгізіледі → суррогат анаға. Алғаш – Долли қойы (Я. Вилмут, К. Кэмпбелл, 1996).

Биомедицина.

• ЭКҰ (Р. Эдвардс, П. Стептоу, 1978 – Луиза Браун): суперовуляция (ФСГ, ЛГ) → фолликулдарды пункциялау → in vitro ұрықтандыру (немесе ИКСИ) → эмбрионды жатырға көшіру.
• Моноклоналды антиденелер (Ж. Кёлер, С. Мильштейн, 1975): В-лимфоцит + миелома жасушасы → гибридома (ПЭГ қатысуымен); HAT ортасында тек гибридомалар тірі қалады. Бір эпитопты дәл таниды – диагностика мен мақсатты терапияда қолданылады.

Биоинформатика – биологиялық деректерді компьютермен сақтау және талдау. Деректер қоры: GenBank (NCBI), EMBL-EBI, DDBJ (нуклеотидтер), UniProt (нәруыздар), PDB (3D құрылымдар). BLAST – белгісіз тізбекті қордағы жазбалармен салыстырып, гомологты гендерді табады.

Мысалдар

1. Сұрақ. ПТР-да неге Taq-полимераза қолданылады? – Ол 94–95°C денатурацияға төзімді, әр циклде бұзылмайды.
2. Есеп. ПТР-да 1 ДНҚ молекуласы 10 циклден кейін неше көшірме береді? – $2^{10} = 1024$ (идеал жағдайда).
3. Сұрақ. Бактерияға адам генін енгізу үшін неге кДНҚ алынады? – Бактерияда сплайсинг жоқ; кері транскриптаза жетілген мРНҚ-дан интронсыз кДНҚ түзеді.
4. Сұрақ. Бактерия спирттен кейін түссізденіп, фуксинмен қызғылт боялды. Түрі? – Грам теріс.

ҰБТ-дағы жиі қателер

• Вирусты бактерияға жатқызу – вирус жасушасыз форма, өз ферменттік жүйесі жоқ.
• Рестриктаза ДНҚ-ны жалғайды деу – рестриктаза кеседі, лигаза тігеді.
• Долли қойын эмбрионды бөлу арқылы алынды деу – соматикалық ядроны тасымалдау әдісімен.
• Құрғақ ауамен қоректік ортаны залалсыздандыру – орталар автоклавта зарарсыздандырылады.
• Холера қоздырғышын кокк деу – ол вибрион.

Өзіңді тексер

1. Вирустарды кім ашты? – Д.И. Ивановский, 1892.
2. ПТР-дың үш кезеңі? – Денатурация, отжиг, элонгация.
3. Гендік инженерияда вектор ретінде не қолданылады? – Плазмидалар не бактериофагтар.
4. Гибридома қандай жасушалардың бірігуінен алынады? – В-лимфоцит пен миелома жасушасы.
5. Белгісіз ДНҚ тізбегін қордағы тізбектермен салыстыратын бағдарлама? – BLAST.