mikrobiologiawykady, mikroorganizmy w biotech.


22.01.2009

MIKROORGANIZMY W PROCESACH BIOTECHNOLOGICZNYCH

WIRUSY
Medycyna:
-terapia fagowa
- szczepionki
- identyfikacja szczepów bakteryjnych
Nauka:
- ewolucja
- wektory
- narzędzia biologii molekularnej
Przemysł i ochrona środowiska:
- fagoodporne startery
- organizmy transgeniczne

NAUKA
Wektory:
- pozachromosomowe nośniki genów zdolne do samodzielnej replikacji
- zdolne do przenoszenia o wiele większych fragmentów DNA niż za pomocą plazmidowych wektorów bakteryjnych
- wprowadzenie wektorów wirusowych prostą metodą transfekcji (pozyskanie genu, wyizolowanego z płaszcza białkowego) lub infekcji (wprowadzenie całej cząstki wirusowej)
- prezentacja białek na powierzchni fagów jako wydajna metoda przesiewowa w badaniach nad oddziaływaniami pomiędzy białkami
- typowanie bakteriofagami - fagotypowanie - określa różnice we wrażliwości bakterii na określony zestaw fagów - pomaga w rozróżnieniu blisko spokrewnionych szczepów bakterii
- tworzenie bibliotek genomowych (banków genów)
- wektory wirusowe w terapii genomowej
- wektory pochodne adenowirusów (ADV) - wywołują silną odpowiedź immunologiczną
- wektory pochodne para wirusów (AAV) - pozytywne wyniki wprowadzania z ich udziałem trans genów do neuronów
- wektory pochodne wirusa opryszczki (HSV) - wykorzystywany w infekcji neuronów, pozytywne efekty w leczeniu nowotworów mózgu, niedotlenienia mózgu (?), w chorobie Parkinsona (?)
- wektory pochodne retrowirusów - do otrzymania zwierząt transgenicznych, użyteczne do wprowadzania genów do zapłodnionych komórek jajowych ssaków

MEDYCYNA
- fagowe enzymy lityczne:
- holina - uczestniczy w powstawaniu „dziur” w błonie cytoplazmatycznej
- endolizyna - hydrolizując mureinę rozpoczyna proces śmierci komórki bakteryjnej
- terapia bakteriofagowa - u chorych na AIDS, po chemioterapii i transplantacji

Bakteriofagi

Antybiotyki

Bezpieczne w stosowaniu, nie powodują poważnych efektów ubocznych

Różne efekty uboczne, m. in. zaburzenia w funkcjonowaniu układu pokarmowego, alergie, infekcje wtórne

Replikują i koncentrują się w miejscu infekcji, tak długo, jak długo obecne są wrażliwe na nie bakterie

Są metabolizowane i eliminowane z organizmu, nie koncentrują się w miejscu i infekcji

Wysoko specyficzne i bardzo efektywne w niszczeniu docelowych komórek bakterii patogennych, pozwalają na uniknięcie infekcji wtórnej. Nie niszczą naturalnej mikroflory organizmu

Mogą być używane bez znajomości szczepu bakterii wywołującego chorobę, niszczą zarówno bakterie patogenne, jak i mikroflorę naturalną, co może prowadzić do poważnych infekcji wtórnych

Bakterie oporne na jeden typ faga pozostają wrażliwe na inne fagi

Stosowanie antybiotyków może wywołać wyselekcjonowanie bakterii wieloopornych, zarówno będących celem ich działania, jak i innych

Wyselekcjonowanie nowych fagów jest procesem krótkim, trwa kilka dni - tygodni, i stosunkowo niedrogi

Wytworzenie nowego antybiotyku jest procesem długim, trwa kilka lat i jest bardzo kosztowne

- szczepionki - preparaty biologiczne pobudzające odpowiedź komórkową i humoralną organizmu oraz prowadzi do wytworzenia swoistych przeciwciał skierowanych przeciwko określonemu patogenowi
- szczepionki inaktywowane - tworzone z całych cząstek wirusowych, traktowanych związkami chemicznymi lub czynnikami fizycznymi, w celu pozbawienia właściwości chorobotwórczych ale z zachowaniem właściwości antygenowych (wścieklizna, kleszczowe zapalenie mózgu, choroba Heinego-Medina)
- szczepionki atentowane - zawierają całe cząstki wirusowe lecz osłabione przez delecję genów odpowiedzialnych za ich chorobotwórczość (odra, różyczka)
- szczepionki podjednostkowe - zawierają jedynie najbardziej immunogenne antygeny - białka otoczki wirusa (WZW, grypa)
- szczepionki roślinne - są jadalne, o niskich kosztach produkcji, brak specjalnych wymogów przechowywania, wywołują odpowiedź immunologiczną przez śluzówkę nabłonka - są efektywniejsze w porównaniu ze szczepionkami podawanymi przez iniekcję.
Uzyskiwane przez bezpośrednie wprowadzenie genu kodującego antygen do komórki roślinnej lub przez infekcję rośliny wirusem zmodyfikowanym w kierunku produkcji antygenu.
Jako wektory wirusowe - pochodne wirusa mozaiki tytoniu i wirusa mozaiki lucerny
- terapia genowa - wprowadzenie materiału genetycznego do komórek pacjenta w celu zastąpienia uszkodzonego genu prawidłowym lub w celu wprowadzenia genu mającego nadać nową funkcję komórce.
- terapia suplementacyjna - trans geny dostarczają komórce prawidłową kopię genu, która odpowiada za efekt terapeutyczny (hemofilia, mukowiscydoza)
- terapia supresyjna - hamowanie ekspresji genu, który wymknął się spod kontroli, wprowadzenie genu, którego toksyczny produkt będzie prowadził do śmierci komórek, np. nowotworowych

PRZEMYSŁ I OCHRONA ŚRODOWISKA
- przemysł spożywczy i rolnictwo
- aerozole składające się z mieszaniny fagów służące do oprysku mięsa, jaj i owoców likwidując bakterie Listeria, Salmonella, Staphylococcus
- rośliny transgeniczne
- przemysł mleczarski
- infekcje bakterii mlekowych wirulentnymi fagami
W Polsce 60-70% zaburzeń technologicznych przy produkcji serów twarogowych i dojrzewających jest wynikiem fagowych zakażeń bakterii Lactococcus
- zastosowanie bakteriofagów w wytwarzaniu sera z udziałem Lactococcus lactis - dzięki wszczepieniu w genom Lactococcus genów faga przyspieszona ekspresja genów powodujących lizę komórek - przyspieszenie dojrzewania sera.
- modyfikacje genomów starterowych bakterii mleczarskich w właściwościach bioochronnych przeciw Listeria
- oczyszczanie ekosystemów wodnych
- wykorzystanie bakteriofagów do hamowania rozwoju patogenów ryb hodowlanych i roślin
- ograniczenie zakwitania wód sinicami
Równowagi między bakteriami pożytecznymi i szkodliwymi.

BAKTERIE W BIOTECHNOLOGII
- wykorzystanie w przemysłowych procesach fermentacyjnych
- wykorzystanie w produkcji antybiotyków
- wykorzystanie w produkcji kwasów organicznych:
- Lactobacillus - kwas mlekowy
- wykorzystywanie w produkcji aminokwasów:
- Corynebacterium glutamicum - kwas glutaminowy, lizyna, metionina, treonina, izoleucyna

Bacillus
-produkcja enzymów: proteazy, amylazy, celulazy, glukanazy, ksylanazy
- produkcja antybiotyków: bacytracyna, gramicydyna
- komórki-fabryki (cell factory) do produkcji białek heterologicznych (obcych białek, których geny pochodzą od innych gospodarzy): hormon wzrostu, interferony, enzymy
- inne produkty przemysłowe wytwarzane przez Bacillus

Produkt

Zastosowanie

Δ-endotoksyny

Biopestycydy, insektycydy

Nukleotydy purynowe

Środki poprawiające smak żywności oraz komponenty leków

Ryboflawina

Suplement żywności i skłanik leków

Kwas poluglutaminowych (PGA)

Biopolimer, zagęszczacz stosowany w przemyśle spożywczym, kosmetycznym i farmacji

D-Ryboza

Przyprawa poprawiająca smak żywności, dodatek do farmaceutyków i kosmetyków

Taumatyna

Słodkie białko - spożywczy środek słodzący

- wykorzystanie w biotransformacji (chemiczne przekształcenie przez Bacillus egzogennych związków organicznych w strukturalnie im podobne produkty) - leki steroidowe
- biodegradacja frakcji ropy naftowej, WWA, pestycydów, fungicydów, herbicydów

GRZYBY W BIOTECHNOLOGII
-wykorzystanie w produkcji kwasów organicznych:
- Aspergillus niger - kwas cytrynowy, glukonowy
- Aspergillus tereus - kwas itakonowy
- Aspergillus griseus - kwas winowy
- wykorzystanie w przemysłowych procesach fermentacyjnych
- wykorzystanie w produkcji antybiotyków
- pozyskiwanie chityny i chitozanu - Aspergillus, Mucor
­
- pozyskiwanie lipidów - kwas linolenowy - Mucor rouxii
- produkcja enzymów: amylazy, pektynazy, celulazy, lipazy, proteolityczne
- izolacja lowastatyny z Aspergillus terreus - hamuje syntezę cholesterolu, obniżając jego stężenie we krwi
- insektycydy w uprawach rolniczych - Trichoderma, Beauveria

MIKROORGANIZMU EKSTREMOFILNE
- Psychrofile
- rekombinacja DNA in vitro
- detergenty
- dodatki do żywności
- sztuczny śnieg, produkcja lodów
- krioprotektanty dla cytrusów
- produkcja metanu
- hydroliza laktozy w produktach mleczarskich
- roztwory do higieny soczewek kontaktowych
- zmiękczanie mięsa
- Ekstremalne termofile
- amplifikacja DNA przez PCR
- diagnostyka medyczna
- mleczarstwo, piekarnictwo
- przetwórstwo skrobi
- bielenie papieru
- degradacja skażeń ropą naftową
- Acydofile
- odzysk metali, odsiarczanie węgla
- produkcja kwasów organicznych, rozpuszczalników
- Alkalofile
-detergenty
- odwłaszanie skór zwierzęcych
- odgumowywanie
- bielenie pulpy drzewnej, wysokogatunkowy papier
- regeneracja oleju
- Halofile
- optyczne przełączniki
- produkcja tworzyw sztucznych dla medycyny
- odzyskiwanie ropy naftowej
- wczesne diagnozowanie nowotworów
- produkcja dodatków do żywności, barwników, suplementów
- degradacja i transformacja odpadów



Wyszukiwarka