Wykorzystanie
drobnoustrojów w
procesach
biochemicznych
Procesy biotechnologiczne
W procesach biotechnologicznych zostały
zespolone dwa czynniki  biologiczny i
techniczny.Obecnie w tych procesach
czynnikiem biologicznym  nowej generacji
są często nie genomy występujące w
naturze, ale genomy zmienione przez
człowieka i dostosowane do jego
oczekiwań.
Współcześnie biotechnologię
dzieli się na:
ą
Biotechnologie tradycyjne  prowadzone z
użyciem naturalnych enzymów i komórek
ą
Biotechnologie nowoczesne  w których
wykorzystuje się szczepy drobnoustrojów
lub linie komórkowe skonstruowane
metodami inżynierii genetycznej oraz
enzymy zmodyfikowane technikami
inżynierii białka
Charakterystyka drobnoustrojów
przemysłowych
Drobnoustroje dzięki swoim szczególnym
właściwościom pełnią ważną rolę w przemianach
zachodzących w przyrodzie, jak również w procesach
biotechnologicznych. Decydują o tym: duża szybkość
przemiany materii, wielka różnorodność
prowadzonych reakcji chemicznych i
syntetyzowanych produktów oraz znaczna zmienność
fizjologiczna, co pozwala na sterowanie przebiegiem
procesów mikrobiologicznych przez dobór warunków
środowiskowych.
Charakterystyka drobnoustrojów
przemysłowych
Cechą o szczególnym znaczeniu dla
biotechnologi jest duża łatwość
dokonywania zmian genetycznych u
drobnoustrojów, co pozwala na uzyskanie
w szczególnych warunkach zwiększonej
wydajności syntezy pożądanych produktów.
Praktyczne znaczenie posiadają cztery grupy
drobnoustrojów:
ą
Wirusy
ą
Bakterie
ą
Grzyby
ą
Glony
Znaczenie wirusów w
biotechnologi
ą
Mogą być namnażane w procesach
biotechnologicznych w celu wytwarzania
szczepionek dla ludzi oraz zwierząt
ą
Wykorzystywane są w inżynierii
genetycznej do konstruowania tzw.
wektorów służących w transgenezie do
wprowadzenie obcego genu do komórki
biorcy
Bakterie w biotechnologi
W przemyśle wykorzystywane są przede
wszystkim bakterie gramdodatnie, rzadziej
gramujemne.
Bakterie w biotechnologi
Bakterie kwasu mlekowego (Lactobacillus,
Streptococcus). Ich biotechnologiczne znaczenie wynika
ze zdolności do beztlenowego metabolizmu cukrów z
wytwarzaniem kwasu mlekowego jako końcowego
produktu fermentacji. Ta cecha wykorzystywana jest w
przemyśle mleczarskim (fermentowane napoje mleczne,
sery), w produkcji fermentowanych przypraw
spożywczych, przy kiszeniu żywności pochodzenia
roślinnego, przygotowywaniu niektórych przetworów
mięsnych, produkcji kiszonek paszowych, otrzymywaniu
czystego kwasu mlekowego oraz niektórych
polisacharydów. Bakterie kwasu mlekowego wykazują też
aktywność proteolityczną, co przyczynia się do częściowej
degradacji białek w produktach mlecznych i ułatwia
procesy trawienia.
Bakterie w biotechnologi
Bakterie z grupy bakterii
przetrwalnikujących (Bacillus, Clostridium)
posiadają zdolność do syntezy licznych
enzymów znajdujących zastosowanie
przemysłowe (rozkładających
węglowodany), a także antybiotyków i
insektycydów.
Bakterie w biotechnologi
Promieniowce - bakterie tworzące twory
wielokomórkowe (Streptomyces) mają
zdolność do biosyntezy substancji o
właściwościach antybiotycznych
(streptomycyna  lek należący do grupy
antybiotyków aminoglikozydowych, działa
na prątki gruz
licy).
Bakterie w biotechnologi
Bakterie fermentacji alkoholowej - bakterie
beztlenowe (Zymomonas mobilis) zdolne
do rozkładu cukrów oraz produkcji etanolu.
Bakterie wyizolowano z fermentującego
soku agawy.
Bakterie w biotechnologi
Bakterie metylotroficzne - opisane przy
poszukiwaniach tanich surowców do produkcji białka
paszowego jednokomórkowców (single-cell protein,
SCP). Metylotrofy bezwzględne wykorzystują w
swoim metabolizmie metan (Metylococcus,
Methylobacter), natomiast metylotrofy fakultatywne
(Arthrobacter, Hypomicrobium, Methylocystis
Pseudomonas), mogą korzystać jedynie z
pochodnych metanu, takich jak metanol, metyloamina
i mrówczan. Syntetyzują formaldehyd.
Bakterie w biotechnologi
Bakteria Escherichia coli (gramujemna) -
najlepiej zbadany organizm
jednokomórkowy. Bakteria stała się
obiektem przemysłowego wykorzystania w
tzw. nowoczesnej biotechnologii i po
manipulacjach genetycznych jest w stanie
syntetyzować szereg związków, w tym o
działaniu antybiotycznym (acylaza
penicylinowa, kwas L-asparaginowy).
Grzyby w biotechnologi
ą
Drożdże fermentacji etanolowej
(Saccharomyces). Rozwijają się zarówno
w warunkach tlenowych, jak i
beztlenowych.
ą
Znaczenie biotechnologiczne mają również
drożdże z rodzaju Candida.
Wykorzystywane do produkcji białkowych
preparatów paszowych i spożywczych.
Glony w biotechnologi
ą
Jedno- i wielokomórkowce zdolne do
fotosyntezy. Uzyskiwany jest od nich np.
agar, alginiany.
ą
Przemysł papierowy wykorzystuje kwas
alginowy (z brunatnic) do produkcji kartonu
i tektury,
ą
W postaci agaru (z karsnorostów) znajdują
zastosowanie w piekarnictwie i
cukiernictwie,
ą
W przemyśle spożywczym używane są do
produkcji galaretek, lodów, majonezu
Glony w biotechnologi
W medycynie stosowane są do produkcji:
ą
Substancji żelującej, czyli agaru (z
krasnorostów), używanego do pożywek
mikrobiologicznych
ą
Do produkcji leków, które stosuje się w
przypadku chorób przewodu pokarmowego,
ą
Są składnikiem maści leczących rany po
oparzeniach.
 Procesy biotechnologiczne stosowane
w przemyśle spożywczym można
podzielić na trzy grupy:
ą
Procesy biosyntezy masy komórkowej
ą
Procesy fermentacji i innych szlaków
metabolocznych
ą
Procesy enzymatyczne
Biosynteza masy komórkowej
Charakteryzuje się ona przewagą przemian
anabolicznych (związanych z budową nowych
komórek) nad przemianami typu katabolicznego.
Produkcja drożdży piekarskich jest typowym, od
dawna stosowanym w skali przemysłowej,
przykładem wytwarzania biomasy. Masa
drożdżowa wykorzystywana jest w piekarnictwie,
cukiernictwie, stanowi z
ródło białek i witamin (z
grupy B) zarówno dla ludzi, jak i dla zwierząt.
Biosynteza masy komórkowej
Drożdże szlachetne wykorzystywane są na
szeroką skalę przy produkcji piwa - drożdże
piwne (odmiany Saccharomyces cerevisiae oraz
Saccharomyces carlsbergensis), wina - drożdże
winne (Saccharomyces ellipsoideus) oraz w
piekarnictwie - drożdże piekarnicze (szczepy
Saccharomyces cerevisiae). Inne gatunki
wywołują fermentację mleka, np. drożdże
kefirowe (Saccharomyces fragilis) lub drożdże
kumysowe (Saccharomyces kumys).
Procesy fermentacyjne
Fermentację wykorzystuje się w technologii
żywności do:
ą
Przetwarzania surowców spożywczych
(kiszenie surowców roślinnych)
ą
Modyfikacji i utrwalania żywności
ą
Otrzymywania składników odżywczych,
enzymów, alkoholi, kwasów organicznych i
barwników (soki warzywne poddawane
fermentacji zawierają żywe bakterie
mlekowe, reklamowane jako probiotyki)
Procesy enzymatyczne
Bakterie wykorzystywane są przy
biologicznym oczyszczaniu ścieków jako
główny składnik osadu czynnego.
Podstawową rolą osadu czynnego jest
wytwarzanie przez występujące w nim
bakterie licznych enzymów (dehydrogenaz),
które są katalizatorami wszelkich przemian,
jakim poddają związki chemiczne zawarte
w ściekach(utlenianie i mineralizacja
związków organicznych).
Drobnoustroje w przemyśle
farmaceutycznym
ą
Bakterie mają zastosowanie przy produkcji
insuliny. Do jej wytwarzania wykorzystuje
się m.in. Escherichię coli.
ą
Produkcji antybiotyków np. pencyliny.
Pencylina jest antybiotykiem �-laktamowym
otrzymywanym przy użyciu pleśni
Penicillium.