ҚазҰУ ғалымдары микробтық экзополисахаридтер негізінде жаңа биоматериалдар алудың технологиясын зерттеуде

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің ғалымдары табиғи ортадан бөлініп алынған жаңа бактериялық штамдар негізінде микробтық экзополисахаридтерді (ЭПС) алу, олардың қасиеттерін зерттеу және практикалық қолдану мүмкіндіктерін кеңейту бағытында зерттеу жүргізуде. Жоба аясында экологиялық таза әрі биоыдырайтын биополимерлерді алу технологияларын жетілдіру, олардың физика-химиялық және биологиялық қасиеттерін анықтау және экология, мұнай өнеркәсібі, ауыл шаруашылығы, тамақ және басқа да салаларда қолдану мүмкіндіктерін бағалау көзделген.

Экзополисахаридтер — микроорганизмдер синтездейтін жоғары молекулалы табиғи полимерлер. Олар жоғары тұтқырлық, эмульсия түзу, гель қалыптастыру, термиялық тұрақтылық және биологиялық үйлесімділік сияқты бірқатар маңызды қасиеттерге ие. Осы ерекшеліктеріне байланысты микробтық полисахаридтер тамақ өнеркәсібінде, медицинада, фармацевтикада, ауыл шаруашылығында, косметикада және мұнай өндіру саласында кеңінен зерттелуде. Мысалы, ксантан сияқты полисахаридтер жоғары температура мен тұздардың әсеріне төзімділігіне байланысты мұнай бергіштігін арттыру үшін қолданылады.

Зерттеу барысында Іле Алатауы тауларында өсетін өсімдіктердің ризосферасынан бөлініп алынған жаңа бактериялық штамдардың экзополисахаридтері зерттеледі. Ғалымдар Mucilaginibacter, Sphingomonas, Agrobacterium, Xanthomonas, Rhizobium, сондай-ақ сүт қышқылды бактериялардың Lactiplantibacillus және Lactococcus туыстарына жататын штамдардың қасиеттерін бағалайды. Бұл микроорганизмдердің культуралық сұйықтықтары жоғары динамикалық тұтқырлыққа және мұнай мен өсімдік майларына қатысты эмульгирлеу белсенділігіне ие екені анықталған.

Жоба аясында экзополисахаридтерді культуралық сұйықтықтан бөліп алу және тазарту әдістері жетілдіріледі. Алынған полисахаридтердің молекулалық массасы, моносахаридтік құрамы, құрылымы, физика-химиялық және биологиялық қасиеттері анықталады. Сонымен қатар олардың эмульгирлеу, флокуляциялау, термиялық тұрақтылық, реологиялық және гель түзу қасиеттері зерттеліп, әрі қарай практикалық қолдануға ең перспективалы үлгілер іріктеледі.

Зерттеудің маңызды бағыттарының бірі — экзополисахаридтерді өндіретін микроорганизмдерді өсіру жағдайларын оңтайландыру. Ғалымдар қоректік ортаның құрамын, өсіру ұзақтығын, температураны, рН көрсеткішін, көміртек көзінің түрі мен мөлшерін зерттеп, полисахаридтердің шығымын арттыруға қолайлы жағдайларды анықтайды. Бұл ретте коммерциялық қанттардың орнына қант өнеркәсібінің қалдықтарын, соның ішінде меласса мен сүзгі тұнбасын көміртек көзі ретінде пайдалану қарастырылады. Мұндай тәсіл өндірістік қалдықтарды қайта пайдалануға және микробтық полимерлерді алудың тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді.

Ғалымдар табиғи экзополисахаридтердің қасиеттерін химиялық модификациялау арқылы жақсартуды да зерттейді. Атап айтқанда, ацетилдеу және карбоксиметилдеу әдістері арқылы полисахаридтердің құрылымы өзгертіліп, олардың ерігіштігін, биологиялық белсенділігін және функционалдық сипаттамаларын арттыру мүмкіндігі қарастырылады. Алынған модификацияланған өнімдер инфрақызыл спектроскопия әдісімен зерттеледі.

Зерттеудің тағы бір маңызды бағыты — табиғи және модификацияланған экзополисахаридтердің реологиялық және гель түзу қасиеттерін анықтау. Ғалымдар олардың бейтарап және сілтілі ортада тұрақты гельдер түзу қабілетін, тұтқырлықты арттыру қасиеттерін және екі валентті катиондардың қатысуымен гель қалыптастыру мүмкіндігін бағалайды. Алынған нәтижелер экзополисахаридтерді мұнай қабаттарында мұнай бергіштікті арттыру, мұнаймен ластанған топырақты биоремедиациялау және мұнай өндіру кезінде қолданылатын бұрғылау ерітінділерінің қасиеттерін реттеу үшін пайдаланудың перспективаларын анықтауға мүмкіндік береді.

Жобаның ғылыми жаңалығы Қазақстанда бұрын жеткілікті зерттелмеген жаңа микробтық экзополисахаридтерді табиғи көздерден бөліп алып, олардың қасиеттерін кешенді зерттеумен байланысты. Сонымен қатар табиғи және модификацияланған полисахаридтерді қант өндірісінің қалдықтары негізіндегі қоректік орталарда жоғары өнімді штамдар арқылы алу және олардың жаңа функционалдық қасиеттерін бағалау қарастырылады. Мұндай тәсіл экологиялық таза биоматериалдарды алуға және олардың қолданылу аясын кеңейтуге мүмкіндік береді.

Алынған экзополисахаридтер экология саласында мұнаймен ластанған топырақты тазартуда, мұнай өнеркәсібінде бұрғылау ерітінділерінің реологиялық қасиеттерін реттеуде және мұнай бергіштікті арттыруда, сондай-ақ ауыл шаруашылығы, тамақ және биотехнология салаларында қолданылуы мүмкін. Экзополисахаридтердің биоыдырайтындығы, уыттылығының төмендігі, биологиялық үйлесімділігі және химиялық модификацияға бейімділігі оларды жаңа биоматериалдар әзірлеу үшін перспективалы етеді.

Зерттеу нәтижесінде экзополисахаридтерді өндіретін перспективалы штамдар іріктеліп, оларды өсіру, бөліп алу және тазарту жағдайлары оңтайландырылады. Табиғи және модификацияланған ЭПС негізінде гельдер алу, мұнай қабаттарында қолдану және мұнайды ыдырататын микроорганизмдерді иммобилизациялау тиімділігі эксперименттік тұрғыдан бағаланады. Сонымен қатар ғылыми мақалалар жариялау және өнертабысқа патент алуға өтінім беру жоспарланған.

Жоба нәтижелері Қазақстанда микробтық экзополисахаридтерді зерттеу мен қолданудың ғылыми негізін қалыптастыруға, отандық биотехнологиялық зерттеулерді дамытуға және экологиялық таза биополимерлер негізінде жаңа материалдар әзірлеуге ықпал етеді. Зерттеу сонымен қатар жас ғалымдар, магистранттар мен докторанттардың заманауи биохимиялық, микробиологиялық және химиялық-физикалық зерттеу әдістерін меңгеруіне мүмкіндік береді.