Bakterie w biotechnologii

Bakterie

Informacje ogólne

Bakterie to jedna z gromad królestwa bezjądrowych

(Procaryota). Bakterie, podobnie jak pozostałe

komórki prokariotyczne, wykazują zwykle niewielkie

rozmiary. Typowa komórka bakteryjna ma zwykle

średnicę ok. 1 μm (tj. 10-6m), przy długości nie

przekraczającej 5 μm. Spotyka się jednak również

bakterie o mniejszych wymiarach, np. wiele

ziarniaków ma średnicę 0,5 μm, a z drugiej strony

znane są również prawdziwe giganty. Największym

znanym obecnie gatunkiem bakterii jest

Thiomargarita namibiensis (siarkowa perła Namibii),

której komórka może mieć długość nawet 2 mm.

Znaczenie bakterii

• Bakterie mają ogromne znaczenie biologiczne jako

jeden z głównych czynników utrzymujących krążenie

materii w przyrodzie (destruenci rozkładają martwą

materię organiczną). Do najważniejszych grup

ekologiczno-fizjologicznych należą bakterie glebowe

(wytwarzające m.in. próchnicę glebową) i bakterie

korzeniowe (Rhizobium).

• Są one również niezbędne do prawidłowego

funkcjonowania przewodów pokarmowych zwierząt -

u przeżuwaczy występuje specyficzna flora

bakteryjna trawiąca celulozę, u człowieka bakterie

syntetyzują witaminę K i witaminy z grupy B.

• Bakterie wykorzystywane są również w przemyśle

farmaceutycznym (produkcja leków np. insuliny,

witamin), spożywczym (fermentacja, jogurty).

Bakterie przetrwalnikujące

Informacje ogólne

• Większość gatunków bakterii przetrwalnikowych

bytuje w środowisku naturalnym jako organizmy

saprofityczne ale niektóre są groźnymi bakteriami

chorobotwórczymi np. laseczki wąglika (B. antracis).

• Wśród bakterii przetrwalnikowych występują laseczki

tlenowe – Bacillus i beztlenowe – clostridium (skan ze

strony 78 cykl rozwojowy Bacilius).

• Bakterie te są szeroko rozpowszechnione w

przyrodzie : w glebie wodzie , na częściach roślin, w

psujących się żywnościach , treści żołądkowych

zwierząt przeżuwających, w mule itp.

• Cechą wspólna tych bakterii jest to że tworzą

przetrwalniki jak sama nazwa wskazuje i dodatnie

wybarwienie się metodą Grama .

Przykłady bakterii

przetrwalnikowych

Bakterie z rodziny Bacillus,

tlenowce

• Laseczki z rodzaju Bacillus z uwagi na ich zdolność do

syntezy licznych enzymów znajdują zastosowanie w

przemyśle, a także w produkcji antybiotyków i insektycydów.

• Do najważniejszych spośród wytwarzanych przez nie

enzymów należą pozakomórkowe hydrolazy

depolimeryzujące połączenia wielkocząsteczkowe np.

amylazy glukanazy i proteazy.

• Tlenowe bakterie przetrwalnikujące wytwarzają wiele

antybiotyków polipeptydowych działających na bakterie

gramdodatnie, gramujemne oraz grzyby.

• Bakterie z rodziny Bacillus wytwarzające antybiotyki to:

Bacillus circulans ( antybiotyk butyrozyna przeciwko G+ i

G-), Bacillus brevis (antybiotyk gramicydyna przeciwko G+)

• Bakterie z rodziny Bacillus produkują enzymy Bacillus cereus

(enzym izoamylaza: hydroliza skrobi)

• Bacillus subtilis wykorzystywane są w przemyśle

fermentacyjnym neutralne enzym proteazy

Cykl rozwojowy Bacilius

Bakterie Bacillius

Bacillis cereus

Bacillus brevis

Bacillus subtilis

Bacillus circulans

Bakterie z rodziny Clostridium,

beztlenowe

• Wytwarzają duże ilości pozakomórkowych enzymów

rozkładających skrobie, celuloze, pektyny i białka.

• Fermentują zarówno heksozy, jak i pentozy

• Wytwarzają duże ilości alkoholu i kwasów

organicznych jako końcowe produkty

• W obrębie tej grupy bakterii występują gatunki

termofilne które są źródłem termostabilnych

enzymów m. In. Amylazy, pululanazy, celulaza

• Beztlenowe bakterie przetrwalnikujące odgrywają

ważną rolę w procesie kompleksowej fermentacji

metanowej, pozwalające na bardzo efektywne

unieszkodliwianie ścieków i odpadów oraz produkcje

biogazu.

• Bakteria Clostridium acetobutylicum potrafi

przerobić skrobie i melase na aceton i butanol.

Clostridium acetobutylicum

PROMIENIOWCE

Informacje ogólne i

zastosowanie

• Organizmy wielokomórkowe rosnące w postaci

rozgałęzionych strzępek ”grzybni” i rozmnażających

się przez ich fragmentacje lubtworzenie egzospor.

• Największe znaczenie biotechnologiczne z

promieniowców ma rodzaj Streptomyces wytwarzają

około 2/3 poznanych dotąd antybiotyków i około 90%

antybiotyków naturalnych stosowanych w lecznictwie

np. Streptomyces noursei- nystatyna, Streptomyces

griseus.

• Promieniowce tej grupy potrafią wytwarzać Inhibitory

enzymów np. Streptomyces olivoreticuli- bestatyna .

• Znaczenie biologiczne promieniowców w przyrodzie

wynika z ich wielostronnej aktywności

enzymatycznej biorą one udział w rozkładzie materii

organicznej tworzeniu humusu w glebie i ogólnym

obiegu pierwiastków w przyrodzie

Streptomyces griseus

Streptomyces noursei

Streptomyces olivoreticuli

Grzyby strzępkowe.

Informacje ogólne i

zastosowanie

• Gromada grzybów obejmuje bardzo zróżnicowana grupę

organizmów jedno- i wielokomórkowych, które łączą ze sobą

dwie wspólne cechy: wszystkie należą do Eucaryota i są

organizmami cudzożywnymi.

• Uczestniczą w degradacji materii organicznej i obiegu

pierwiastków w przyrodzie.

• Występują w różnych środowiskach: w glebie, wodzie,

szczątkach roślin, rozkładającej się materii itp.

• Wiele grzybów żyje w symbiozie z roślinami, a także rozwija się

na powierzchni ciała zwierząt i ludzi.

• Z biotechnologicznego punktu widzenia ważną role odgrywają

gatunki grzybów mikroskopijnych dzielonych na drożdze

(jednokomórkowe) i grzyby strzępkowe (nitkowate, pleśniowe)

tworzą one pleche czyli grzybnie.

• U grzybów strzępkowych podczas rozmnażania

wegetatywnego , powstaje duża masa mikroskopijnej wielkości

konidiów.

• Z grzybów można uzyskać Antybiotyki np. Penicillium

griseofulvum– gryzeofulwina, Aspergillus fumigatus- fumagilina

Penicillium griseofulvum

Penicilium roqueforti

Aspergillus fumigatus

Drożdże

Informacje ogólne i

zastosowanie

• Drożdże z rodzaju Saccharomyces należą do

mikroorganizmów najbardziej wielostronnie

eksploatowanych a produkty wytwarzane przy ich udziale

stanowią największą część produktów biotechnologicznych.

• Drożdże są w zasadzie organizmami tlenowymi, mogą

jednak rozwijać się również w warunkach beztlenowych lecz

znacznie gorzej niż w tlenowych.

• Towarzysząca glikolizie efektywna produkcja etanolu

zdecydowała o praktycznym biotechnologicznym znaczeniu

drożdży, jednak podczas wyrabiania ciasta to nie alkohol

sprawia że rośnie ciasto tylko drugi z produktów

metabolizmu CO2. Największa ilość w drodze fermentacji bo

aż 95% można otrzymać za pomocą Sacharomyces

cerevisiae.

• Znaczenie technologiczne mają także drożdże z rodziny

candida których używa się do produkcji białkowych

preparatów paszowych i spożywczych np. Candida utilis

Drożdże

Candida utilis

Saccharomyces cerevisiae

BAKTERIE KWASU

MLEKOWEGO

Informacje ogólne i

zastosowanie

•

Bakterie kwasu mlekowego zaliczmy do bakterii beztlenowych,

nie posiadaja aktywnego ruchu. Do rozwoju potrzebują podłoża

zawierającego cukry, niektóre aminokwasy i witaminy.

•

W przyrodzie można je znaleźć w mleku , na roślinach i na

rozkładających się szczątkach i układzie pokarmowym ssaków .

•

Biotechnologiczne znaczenie omawianych bakterii wynika z ich

zdolności do beztlenowego metabolizmu cukrów z

wytworzeniem kwasu mlekowego jako końcowego produktu

fermentacji. Ta cecha wykorzystywana jest przemyśle

mleczarskim, przy kiszeniu żywności pochodzenia roślinnego,

w produkcji fermentacji przypraw spożywczych, przygotowaniu

niektórych przetworów mięsnych.

•

Przygotowanie produktów spożywczych na drodze fermentacj

charakteryzuje się dużą trwałością większą wartością odżywczą

i lepszymi walorami smakowymi. Np. Streptococcus lactis –

fermentacja napojów mlecznych i serów, Pediococcus

damnosus- fermentacja produktów roślinnych, rodzaj

Lactobacillus- fermentacje produktów mięsnych, Lactobacillus

bifidus- preparaty lecznicze.

Streptomyces gruceus

Streptococcus lactis

Pediococcus damnosus

Lactobacillus

Lactobacillus acidophilus