1.

Wymień etapy opracowania procesu biotechnologicznego.

1. Screening – selekcja szczepów ze środowiska, które mogą być potencjalnie użyteczne
2. Wstępne ustalenie warunków ich hodowli – jak najlepszy wzrost na jak najtańszym podłożu
3. Doskonalenie cech produkcyjnych – ukierunkowana mutagenizacja lub fuzja protoplastów:
4. Optymalizacja warunków bioprocesu – ustalenie najlepszych parametrów
5. Powiększenie skali – przejście ze skali laboratoryjnej do przemysłowej
6. Uruchomienie produkcji

2.

Metody przechowywania szczepu produkcyjnego.

o przechowywanie na skosach
o liofilizacja (wysuszenie w niskiej temperaturze pod obniżonym ciśnieniem)
o zamrożenie w ciekłym azocie (temp. -80 stopni)

3.

Problemy, z jakimi stykają się hodowle biotechnologiczne prowadzone na skale przemysłową.

o uniknięcie zakażenia bakteriofagami – zachowanie aseptyczności hodowli
o efektywne napowietrzanie i mieszanie
o powstawanie piany -> koniecznie stosowanie środków przeciwpiennych (oleje i tłuszczem wyższe

alkohole, środki silikonowe), które hamują powstawanie piany z mąk zbóż i soi oraz hydrolizatów i
ekstraktów

4.

Co może wpłynąć na obniżenie wydajności A. niger w produkcji kwasu cytrynowego?



obecność soli metali (żelaza, manganu, cynku) – aktywują dehydrogenazy



niedostateczne napowietrzanie podłoża



za duże stężenie soli fosforowych i amonowych – niedostatek N i P limituje wzrost grzybni



za mała kwasowość pożywki – konieczne pH 2-3, w wyższym pH wzrasta udział produktów ubocznych

5.

Wyjaśnić pojęcie fermentacji w kontekście fizjologii bakterii i w kontekście przemysłowym.

Fermentacja (fizjologia bakterii) – beztlenowy proces zdobywania energii w procesie utleniania związków
organicznych z wykorzystaniem endogennego akceptora elektronów; fermentacja zachodzi bez udziału łańcucha
transportu elektronów; jest to proces mało wydajny, ilość uzyskiwanej energii jest dużo mniejsza od energii
wytwarzanej w oddychaniu tlenowym i beztlenowym.

Fermentacja (przemysł) – proces biotechnologiczny zachodzący z wykorzystaniem mikroorganizmów, także
tlenowy, np. fermentacja octowa (wytwarzanie octu z etanolu) zachodzi w warunkach tlenowych.

MIC (Minimal Inhhibitory Concentration) minimalne stężenie hamujące (uniemożliwiające wzrost) antybiotyku,
minimalne stężenie bakteriostatyczne

MBC (Minimal Bactericidal Concentration) odpowiada najmniejszemu stężeniu antybiotyku działającemu
bakteriobójczo

Moc antybiotyku – mikrogramy czystej substancji antybiotycznej zawartej w 1 mg preparatu

6.

Podać przykład mikrobów stosowanych w fermentacji mlekowej i alkoholowej.

Fermentacja mlekowa:

o Homo: Lactobacillus delbrueckii, Pediococcus , Lactococcus lactis, Streptococcus thermophilus,
o Hetero: Leuconostoc mesenteroides Lactobacillus brevis

Fermentacja alkoholowa: Saccharomyces cerevisiae, Zymomonas mobilis (pulque)

7.

Co to jest BIOAUGMENTACJA

Bioaugmentacja to zabieg bioremediacyjny, wykonywany w wypadku skażenia gleby i wód podziemnych, np.
produktami naftowymi. Bioaugmentacja polega na szczepieniu gleby specjalnymi szczepami mikroorganizmów,
które działają oczyszczająco na skażoną glebę.

8.

Biorafinerie i 6 produktów wytwarzanych przez nie

Biorafinacja łączy technologie rafinacji oraz biokonwersji, produkuje biopaliwa ciekłe i gazowe oraz materiały z
produktów ubocznych procesów technologicznych. Produkcja biopaliw (etanol, wodór), biochemikaliów (witamin,
aminokwasów, enzymów), biomateriałów (polimleczan, polihydroksymaślan, celuloza bakteryjna).

9.

fuzja protoplastów: co zwiększa wydajność; pozytywne jej cechy; do jakich organizmów używa się enzymu
ze ślimaka Helix i dlaczego

Fuzja protoplastów polega na hybrydyzacji komórek pozbawionych całkowicie ściany komórkowej.

Przygotowanie protoplastów

- enzymatyczna hydroliza ściany komórkowej (stosujemy lizozym w przypadku bakterii G+ i promieniowców, sok

żołądkowy Helix pommatia w przypadku trawienia chitynowej ściany grzybów), także wykorzystanie B-laktamów

(zahamowanie syntezy ściany)

- utrzymujemy środowisko hipertoniczne (siarczan magnezu, sacharoza, sorbitol) oraz pH 5-7 (bufory)

Jak zwiększyć wydajność fuzji ?
- 30% glikol polietylenowy
- jony wapnia
- odczyn alkaliczny roztworu (pH = 9)
- impulsy elektryczne

Zalety fuzji protoplastów:
- duża częstotliwość kariogamii i rekombinacji (10-20%)
- rekombinacja międzygatunkowa oraz między szczepami o
tym samym typie płciowym (nie trzeba go uwzględniać)
- możliwa wymiana dużych fragmentów DNA
- fuzja protoplastów z liposomami zawierającymi obcy DNA

10.

Jakie antybiotyki na Mycobacterium tuberculosis, mechanizm molekularny działania

Ryfamycyna – blokada polimerazy RNA

Streptomycyna – blokada translacji

Izoniazyd – hamuje syntezę kwasów mikolowych (odpowiadają za kwasooporność prątków, element ściany kom.)

11.

narysowana struktura antybiotyku, rozpozać => tetracyklina; mechanizm i spektrum działania

12.

parę gatunków Streptomyces, dopisać produkowany antybiotyk

Przeciwnowotworowe (cytostatyki):
Aktynomycyna, bleomycyna

13. 3 kwasy organiczne produkowane w biotransformacji + producent

Biotransformacja (biokonwersja) enzymatyczne przekształcenie egzogennych zw. organicznych, wprowadzające

tylko nieznaczne zmiany

kwas octowy CH3COOH – Acetobacter aceti, Gluconacetobacter xylinus, Gluconobacter oxydans

kwas L-jabłkowy – Brevibacterium flavum, Proteus vulgaris, Pseudomonas fluorescens

kwas 6-AP (6-aminopenicylinowy) – E. coli, grzyby

14. 3 aminokwasy produkowane metodą enzymatyczną, ich zastosowanie

L-Asparginian – produkcja z kwasu fumarowego i amoniaku (Aspartaza z E. coli i Brevibacterium flavum), dodatek

do żywności i detergentów, substrat do produkcji aspartamu

L-Alanina – otrzymywany z asparaginianu z użyciem dekarboksylazy aspartamu (Pseudomonas dacunhae),

stosowana jako dodatek do żywności

L-Cysteina – dodatek do żywności, stosowana w produkcji kosmetyków – preparatów do włosów

L-DOPA – amina biogenna katecholowa, lekarstwo w chorobie Parkinsona

Hyp (4-hydroksy-L-prolina) – substrat do syntez, produkcja kosmetyków i leków, dodatek do żywności

D-hydroksyfenyloglicyna (D-HPG) produkcja penicylin półsyntetycznych (amoksycylina) i cefalosporyn

(cefadoksel)

15.

czym jest pirogronian w tlenowym i beztlenowym metabolizmie drożdży

Stosunek metabolizmów tlenowego i beztlenowego bywa różny, dla drożdży fermentacji dolnej (S. uvarum)
oddychanie ma mniejszy udział, dla drożdży fermentacji górnej (S. cerevisiae) – metabolizm tlenowy i fermentacyjny
występuje w równych proporcjach. W fermentacyjnym – pirogronian jest akceptorem elektronów (endogennym) i
jest przemieniany w aldehyd octowy, a nastepnie w etanol.

Efekt Pasteura fermentacja jest hamowana w obecności tlenu
Efekt Crabtree aktywność enzymów zw. z metabolizmem oddechowym jest hamowana przez wysokie stężenie
glukozy (zahamowanie biosyntezy tych enzymów to negatywny efekt Pasteura)

16.

wykres produkcji glutaminianu w zależności od zawartości biotyny w podłożu

Niedobór biotyny w podłożu powoduje wzrost przepuszczalności błony komórkowej,
co skutkuje zwiększonym wydzielaniem biotyny na zewnątrz komórki (wyciek
biotyny). Podobny efekt możemy uzyskać dodając do podłoża detergenty.

17.

inżynieria genetyczna subtilizyny

Subtylizyna – zasadowa bakteryjna proteaza serynowa, mało specyficzna, wiąże

jeden lub więcej jonów wapnia (stabilizacja enzymu)

Wprowadzane zmiany mają na celu utworzenie subtiliziny BPN’ Bacillus amyloliquefaciens – niezależnej od jonów
wapnia. Stosowano ukierunkowaną mutagenezę w obrębie fragmentu peptydu, gdzie wiązany jest jon wapnia.

18.

co to jest cukier drzewny, jak powstaje

Ksyloza – pentoza, cukier prosty, używana do produkcji D-ksylitolu (reduktaza B. coagulans, Mycobacterium
smegmatis), który jest wykorzystywany jako naturalny słodzik dietetyczny. Chroni przed tworzeniem płytki
nazębnej oraz jest metabolizowany niezależnie od insuliny – jest bezpieczny dla diabetyków.

Ksylan – polimer, hemiceluloza, rozkładany jest przez ksylanazy

19.

zastosowanie oksydazy glukozowej, reakcja

Utlenia glukozę do kwasu glukonowego i nadtlenku wodoru:

glukoza + O2 + H2O  kwas glukonowy + nadtlenek wodoru

Zastosowania oksydazy glukozowej: do usuwania śladowych ilości glukozy z produktów spożywczych, do usuwania

resztek tlenu z soków owocowych, do szybkiego oznaczania glukozy w moczu lub krwi (testy), jako składnik

niektórych leków do leczenia ran i stanów zapalnych skóry.

20.

aktywność biologiczna penicyliny G i ampicyliny

Penicylina hamuje syntezę peptydoglikanu wiążąc się z białkiem PBP, które jest związane z powstawaniem
mostków peptydowych łączących łańcuchy mureiny.
Ampicylina półsyntetyczna penicylina.

21.

2 enzymy kluczowe w syntezie L-lizyny

Aspartokinaza (kinaza asparaginianowa) hamowana przez jednoczesny nadmiar L-lizyny i L-treoniny, jeden z
produktów nie powoduje represji

Dehydrogenaza homoserynowa – odgałęzienie od drogi prowadzącej do otrzymania lizyny, hamowana przez
nadmiar treoniny i metioniny – można podać metioninę z zewnątrz

22.

Od czego zależy dobrana metoda mieszania w procesie produkcyjnym

- od rodzaju organizmu producenckiego: w przypadku wrażliwych producentów jak grzyby i promieniowce
wybieramy łagodny sposób mieszania, np. mieszanie gazem (kolumna barbotażowa), mieszanie cieczą
(powodujemy przepływ cieczy w obrębie bioreaktora); mieszanie mechaniczne nie jest tak łagodne, stosujemy je,
gdy nie wpływa to negatywnie na wydajność organizmu producenckiego.

23.

Co robi Rhizopus nigricans w syntezie kortyzonu?

Przeprowadza 11α-hydroksylację progesteronu.

Podstawowym surowcem do produkcji leków steroidowych są fitosterole (stigmasterol, sitosterole, diosgenina –
pochodzenia roślinnego). Ulegają one przekształceniom chemicznym oraz z wykorzystaniem drobnoustrojów:
- utlenianie fitosteroli i degradacja łańcuchów bocznych (Arthrobacter Simple, Corynebacterium spp., Mycobacterium
spp., Nocardia spp.)
- Rhizopus nigricans, Aspergillus ochraceus – 11α-hydroksylacja progesteronu oraz kolejne modyfikacje
chemiczne prowadzą do otrzymania kortyzonu (hormon steroidowy)
- Saccharomyces cerevisiae, S. uvarum – redukcja grupy ketonowej androsteno-3,17-dionu  testosteron

24.

Opisać fermentację octową, schemat

25.

Opisać etapy prowadzące do otrzymania amoksycyliny oraz podać wykorzystywanych w tych etapach
producentów.

26.

Trzy zalety kolumny barbotażowej.

27.

Kilka gatunków Bacillus i co produkują

B. brevis – gramicydyna, celulaza, D-hydantoinaza

B. amyloliquefaciens – alfa-amylaza, ksylanaza, metaloproteinaza, subtilizina BPN’

B. licheniformis – bacytracyna, alfa-amylaza

B. coagulans – izomeraza glukozowa

B. polimyxa – polimyksyna, kolastyna, beta-amylaza, celulaza, ksylanaza

B. subtilis – polimyksyna, subtylizyna typu Carlsberg (proszki do prania), celulaza, alfa-glukozydaza, dekstranaza,

arabinaza

28.

Abzymy

przeciwciała o charakterze enzymatycznym, najczęściej monoklonalne, wykorzystywane w specyficznych

reakcjach.

Synzymy

biokatalizatory otrzymane na drodze syntezy lub chemicznej modyfikacji enzymów.

Biotransformacja

D-glukoza  D-fruktoza ---- Izomeraza glukozowa – Bacillus coagulans, Streptomyces olivaceus

D-sorbitol  L-sorboza ----- Dehydrogenza sorbitolu – Gluconobacter oxydans  synteza kwasu askorbinowego

D-ksyloza  D-ksylitol ----- Reduktaza D-ksylozy – Bacillus coagulans, Mycobacterium smegmatis

Fumaran  L-Jabłczan ----- Hydrataza fumarowa – Brevibacterium Flaum, Proteus vulgaris, Pseudomonas fluorescens

EtOH  Kwas octowy ----- Dehydrogenazy alkoholowa I aldehydowa – Acetobacteriaceae: Acetobacter aceti,
Gluconacetobacter xylinus (także produkcja celulozy), Gluconobacter oxydans

penicylina  kwas 6-AP ----- Acylaza penicylinowa

Celulaza

Aspergillus niger, A. nidulans
Trichoderma viridae
Stachybotrys chartarum
Bacillus brevis

- scukrzanie celulozy (piwowartswo, wytwarzanie
soków)
- dodatek do pasz (zwiększa wartość odżywczą)
- składnik proszków do prania

Ksylanaza
(pentozanaza)

Streptomyces, Bacillus, Trichoderma,
Thermatoga maritima
(termostabilna ksynalaza)

- piekarnictwo – dodatek poprawia jakość ciast i chleba
(zatrzymanie CO2)
- dodatek do pasz
- p. papierniczy – biobielenie masy makulaturowej

Laktaza

A. niger, A. oryzae

- rozkład laktozy w mleku

Pektynaza

A. niger, A. went ii, Rhizopus sp.

- klarowanie soków i win
- ekstrakcja barwników (flawonoidów)

Inwertaza

Saccharomyces cerevisiae

- otrzymywanie syropów HFCS (fruktoza-glukoza)
- produkcja cukierków z półpłynnym nadzieniem