1) AKTYWNOŚĆ WODY- krytyczny parametr kontroli jakości

Aktywność wody ma wpływ na wygląd, konsystencję, zapach i smak oraz podatność wyrobu na zepsucie. Kontrola optymalnej aktywności wody, charakterystycznej dla danego produktu, umożliwia uzyskanie najwyższej jakości, maksymalnej trwałości i zminimalizowanie zawartości substancji konserwujących. Dlatego też aktywność wody odgrywa kluczową rolę w procesie kontroli jakości produktów żywnościowych, farmaceutycznych, kosmetycznych i innych.

Water Activity (ang.) Aktywność wody (a_w) w żywności jest definiowana jako stosunek ciśnienia pary wodnej nad żywnością do ciśnienia pary wodnej nad czystą wodą w tej samej temperaturze. Wartość tę przyjęto w celu dokładniejszego określenia zapotrzebowania drobnoustrojów na wodę. Czysta chemicznie woda ma aktywność a_w=1. Ze wzrostem stężenia związków rozpuszczalnych aktywność wody spada poniżej wartości 1. Większość drobnoustrojów może rosnąć w środowiskach, których aktywność wody wynosi powyżej 0,95 jakkolwiek wzrost niektórych z nich można stwierdzić w środowiskach o aktywności wody wynoszącej 0,6. Drobnoustroje zdolne do wzrostu przy niskiej wilgotności środowiska zaliczane są do kserofilnych, wykazujące natomiast wzrost w środowiskach o dużym stężeniu cukrów do osmofilnych, w dużych stężeniach soli do halofilnych.

W technologii żywności są stosowane różne metody utrwalania żywności oparte na regulacji aktywności wody. Można je podzielić na:

• metody oparte na dodawaniu substancji osmoaktywnych do żywności (głównie soli kuchennej lub cukru),

• metody oparte na usuwaniu wody z żywności,

• metody kombinowane, stosujące jednocześnie odwadnianie i dodawanie substancji podwyższających ciśnienie osmotyczne.

Rozwój większości bakterii jest zahamowany już przy stężeniu cukru w środowisku wynoszącym 25-35%, natomiast większość drożdży nie rozwija się dopiero przy stężeniu ponad 65% cukru (sacharozy). Do zahamowania rozwoju pleśni jest wymagane jeszcze większe stężenie cukru - ok. 75-80%. Dopiero przy dawce 18-20% soli kuchennej uzyskuje się pełniejsze zakonserwowanie żywności. Spożywane przez człowieka potrawy zawierają przeciętnie ok. 1% NaCl.

2) BIODEGRADACJA (gr. bios - życie, łac. degradatio - obniżenie) to biochemiczny rozkład związków organicznych przez organizmy żywe (bakterie, pierwotniaki, promieniowce, grzyby, glony, robaki) na prostsze składniki chemiczne.
Termin biodegradacja, w odróżnieniu od terminu mineralizacja, używany jest na ogół w odniesieniu do substancji szkodliwych, np. pestycydów. Rozkładowi ulegać może nawet 95% substancji organicznej. Biodegradację wykorzystuje się w biologicznych oczyszczalniach ścieków oraz w stawach biologicznych (służących do fermentacyjnego oczyszczania ścieków np. z cukrowni). Konieczna jest do tego odpowiednia temperatura oraz brak w ściekach substancji toksycznych dla mikroorganizmów (np. detergentów czy pestycydów).

3) BIOFILM, forma agregacji bakterii, grzybów i innych mikroskopijnych organizmów w postaci cienkich osadów tworzących się na różnych powierzchniach, mających kontakt z niesterylną wodą lub innymi płynami. Powstają we wszystkich środowiskach.
W zależności od miejsca powstawania i składu gatunkowego biofilmy mogą być przyczyną wielu chorób lub mieć pozytywne znaczenie dla człowieka. Mikroorganizmy tworzące biofilmy są odpowiedzialne np. za degradację zanieczyszczeń organicznych gleby i wód. Inne, tworzące nazębną płytkę bakteryjną, są przyczyną próchnicy zębów. Jeszcze inne powodują groźne choroby prostaty, nerek, gruźlicę, infekcje ucha środkowego.
Zastosowanie nowoczesnych technik skaningowych i laserowych umożliwiających "cięcie na plastry" obserwowanej powierzchni i analizę poszczególnych warstw z osobna, pozwoliło ustalić proces powstawania i budowy biofilmów. Okazało się, że bakterie (lub inne mikroorganizmy) tworzące biofilmy rosną w mikrokoloniach. Stanowią one zaledwie 30% masy mikrokolonii, reszta to pozakomórkowa matrix zespalająca organizmy oraz szereg innych substancji. Biofilm jest agregatem takich mikrokolonii oddzielonych od siebie kanałami, przez które przepływa woda, dostarczająca koloniom substancji odżywczych oraz usuwająca resztki przemiany materii. Rozrost mikrokolonii powoduje zróżnicowanie chemicznego środowiska kolonii umożliwiające koegzystencję różnych gatunków i stadiów metabolicznych bakterii (replikujących i niereplikujących).
Bakterie tworzące biofilmy są znacznie bardziej odporne na działanie antybiotyków, przykładowo penicylina penetrująca biofilm rozkładana jest przez beta-laktamazy, degradujące antybiotyk szybciej niż jest on w stanie przedostać się do głębszych warstw biofilmu. Nawet jeśli antybiotyk nie zostanie rozłożony w czasie jego wędrówki przez biofilm to współistnienie bakterii replikujących i niereplikujących zapewni przetrwanie takiej mikrokolonii. Niereplikujące bakterie przetrwają działanie antybiotyku i dadzą początek nowej kolonii.
Biofilmy stwarzają liczne problemy medyczne, zanieczyszczjąc soczewki kontaktowe, cewniki, sztuczne implanty. Są przyczyną wielu zakażeń szpitalnych.

Wśród bakterii tworzących biofilm wymienia się:

• Staphylococcus epidermidis

• Pseudomonas aeruginosa

• Escherichia coli

• Enterococcus faecalis

Zwarta struktura biofilmu jest bardzo trudna do usunięcia, dlatego też mycie i dezynfekcja są ważnymi czynnikami mającymi na celu zapobieganie akumulacji materii mikrobiologicznej.

4) BIOREAKTOR (dla fermentacji metanowej) - najczęściej urządzenia o ciągłym przepływie ścieków. Występują jako bioreaktory z beztlenowym osadem oraz beztlenową błoną biologiczną. Efektem pracy bioreaktora są wstępnie oczyszczone ścieki oraz biogaz wykorzystywany np. do ogrzewania budynków oczyszczalni ścieków. Bioreaktor posiada również wady, do głównych zaliczamy sporą wrażliwość na odczyn i temperaturę oraz często niewystarczające oczyszczenie zanieczyszczeń, które należy doczyszczać metodami tlenowymi. Fermentacja metanowa (czyli anaerobowe oczyszczanie) stosowana jest głównie do oczyszczania ścieków z przemysłu spożywczego, papierniczego, farmaceutycznego, celulozowego, a także ferm hodowlanych.

Bioreaktory - Są to urządzenia skonstruowane w sposób umożliwiający kontrolę procesu produkcyjnego jego optymalny przebieg (pomiar i regulację parametrów) w warunkach maksymalnego ograniczenia lub całkowitego wyeliminowania możliwości zakażeń. Pozwalają na prowadzenie procesów mikrobiologicznych, enzymatycznych oraz hodowli komórek organizmów wyższych.
Duże bioreaktory, o pojemności do 2 tys. m3 przeznaczone są do oczyszczania ścieków.

5) DEZYNFEKCJA (nie mylić z odkażaniem) - postępowanie mające na celu maksymalne zmniejszenie liczby drobnoustrojów w odkażanym materiale. Dezynfekcja niszczy formy wegetatywne mikroorganizmów, a nie zawsze usuwa formy przetrwalnikowe. Zdezynfekowany materiał nie musi być jałowy. Dezynfekcja, w przeciwieństwie do antyseptyki dotyczy przedmiotów i powierzchni użytkowych.

Wyniki dezynfekcji zależą od trzech czynników:

• drobnoustroju - gatunek, liczba, aktywność fizjologiczna,

• środka dezynfekcyjnego - właściwości chemiczne i fizyczne, stężenie, czas działania,

• środowiska - temperatura, wilgotność, pH, obecność materii organicznej, poziom kationów Ca²⁺ i Mn²⁺ itp.

Do dezynfekcji stosuje się metody fizyczne i chemiczne.

Czynniki fizyczne używane do dezynfekcji:

• Para wodna - do dezynfekcji wcześniej oczyszczonego sprzętu, odzieży, unieszkodliwiania odpadów, używa się pary wodnej w temperaturze 100-105°C pod zmniejszonym ciśnieniem (0,5 - 0,45 atm). Pary wodnej pod normalnym ciśnieniem używa się od odkażania m.in. wyposażenia sanitarnego.

• Promieniowanie - do odkażania używa się promieni UV o długości fali 256 nm, które niszczą drobnoustroje w powietrzu i na nie zasłoniętych powierzchniach.

Im dłuższy jest czas działania i stężenie środka dezynfekcyjnego, tym większa liczba drobnoustrojów zostanie zniszczona. Ze względu na to, iż środki chemiczne zwykle nie działają w środowisku suchym, ważny jest również stopień ich wilgotności, co jest szczególnie ważne w dezynfekcji powietrza.

Sterylizacja, wyjaławianie - jednostkowy proces technologiczny polegający na zniszczeniu wszystkich, zarówno wegetatywnych, jak i przetrwalnikowych form mikroorganizmów. Sterylizacji można dokonać mechanicznie, fizycznie, bądź chemicznie, najczęściej używa się metod fizycznych. Prawidłowo wysterylizowany materiał jest jałowy - nie zawiera żadnych żywych drobnoustrojów (także wirusów) oraz ich form przetrwalnikowych. Metody sterylizacji

Wyróżnia się następujące metody wyjaławiania:

• Wyżarzanie lub spalanie

• Sterylizacja suchym gorącym powietrzem

• Sterylizacja nasyconą parą wodną pod ciśnieniem

• Sterylizacja przez sączenie

• Sterylizacja promieniowaniem

• jonizującym

• UV

• mikrofalowym

• Sterylizacja gazami

• tlenkiem etylenu

• formaldehydem

• ozonem

• Sterylizacja roztworami środków chemicznych

• aldehydu glutarowego

• kwasu nadoctowego

• Sterylizacja plazmowa

Wyżarzanie przedmiotu poddawanego wyjaławianiu w płomieniu palnika powoduje spalenie komórek drobnoustrojów. Metoda ta jest stosowana tylko do drobnych przedmiotów metalowych - na przykład do sterylizacji ez stosowanych do posiewów mikrobiologicznych.

Spalanie stosujemy wówczas, gdy chcemy zniszczyć skażony materiał - na przykład odpady szpitalne.

Sterylizacja suchym gorącym powietrzem

Suche gorące powietrze powoduje utlenianie, a co za tym idzie inaktywację i degradację składników komórkowych drobnoustrojów.

Wyjaławianie suchym gorącym powietrzem prowadzi się w sterylizatorach powietrznych, stanowiących zamknięte komory z termoregulacją, stosując temperatury 160-200°C utrzymywane w czasie od dwóch godzin do kilkunastu minut. Warunki sterylizacji zależą w głównej mierze od wyjaławianego materiału i jego wytrzymałości termicznej. Materiał powinien być suchy, czysty i zabezpieczony przed ponownym skażeniem, na przykład za pomocą termoodpornej folii z tworzywa sztucznego.

Aby materiał został wyjałowiony, suche gorące powietrze musi przeniknąć do jego wnętrza - czas potrzebny na zajście tego procesu nazywany jest czasem przenikania. Gdy materiał osiągnie odpowiednią temperaturę, rozpoczyna się czas utrzymywania się, będący właściwym procesem sterylizacji. Zwykle dla bezpieczeństwa oba czasy wydłuża się o połowę. Materiał powinien być ułożony w sterylizatorze tak, by nie utrudniać dostępu gorącego powietrza.

Sterylizacja parą wodną pod ciśnieniem

Nasycona para wodna powoduje gwałtowną hydrolizę, denaturację i koagulację enzymów i struktur komórkowych. Wyjaławianie jest rezultatem zarówno wysokiej temperatury, jak i aktywności cząsteczek wody. Zwykle stosowane temperatury sięgają 108-134 °C, zaś czas wyjaławiania wynosi 15-30 minut. Aby osiągnąć taką temperaturę pary, podnosi się ciśnienie o wartość od jednej atmosfery w górę. Wzrost ciśnienia o jedną atmosferę powoduje podniesienie temperatury wrzenia wody o około 10 stopni.

Wyjaławianie parą wodną przeprowadza się w autoklawach (aparatach ciśnieniowych), wyposażonych w przyrządy do pomiaru temperatury i ciśnienia oraz odpowiednie elementy zabezpieczające (zawory).

Wyjaławianie hermetycznie zamkniętych pojemników z roztworami możliwe jest dzięki temu, że doprowadzona do autoklawu nasycona para wodna oddaje im swoje ciepło utajone, ogrzewając je do własnej temperatury. Roztwór w pojemniku paruje, wytwarzając "własną" parę, która jest faktycznym czynnikiem sterylizującym.

Proces sterylizacji parą wodną składa się z następujących etapów:

• Czas nagrzewania - ciepło przenika wówczas w głąb materiału. Czas ten jest różny dla różnych obiektów, dlatego np. różne rodzaje pojemników należy wyjaławiać oddzielnie.

• Czas wyrównania temperatury - para wodna oddaje swoje ciepło utajone materiałowi aż do chwili, gdy temperatury wyrównają się i wymiana ciepła ustąpi.

• Czas wyjaławiania - właściwa sterylizacja, podczas której staramy się utrzymywać temperaturę przez stosowny okres. Zwykle dla bezpieczeństwa wydłuża się go o połowę.

• Czas schładzania autoklawu - czas od chwili przerwania ogrzewania do momentu, gdy manometr wskaże, że ciśnienie wewnątrz autoklawu jest równe atmosferycznemu.

Wyjaławianie parą wodną nie może być, rzecz jasna, stosowane do płynów niebędących układami wodnymi oraz do pustych pojemników, gdyż nie ma w nich z czego powstawać para. Uzyskane wówczas warunki sprowadzają się do podwyższenia temperatury (jak w przypadku sterylizacji suchym gorącym powietrzem). Jest ona jednak zbyt niska, by proces osiągnął wymaganą skuteczność.

W hermetycznie zamkniętych pojemnikach wytwarza się nadciśnienie, którego wielkość zależy od stopnia wypełnienia - jeśli roztwór zajmuje ponad 90% pojemności, ciśnienie może rozerwać pojemnik. Dlatego też zaleca się, by pojemnik nie był wypełniony w więcej niż 85 procentach.

Drugim istotnym zjawiskiem jest to, że płyn w pojemniku stygnie wolniej, niż komora autoklawu. Powstaje więc nadciśnienie, które grozi implozją pojemnika. Aby się przed nią ustrzec, nie należy wyjmować zawartości autoklawu tuż po jego otwarciu. Można też zastosować chłodzenie cieczą, aby temperatury wyrównywały się szybciej.

Nasyconą parą wodną możemy wyjaławiać zarówno roztwory wodne, jak i odzież ochronną, opatrunki, narzędzia. Materiały należy zabezpieczyć przed powtórnym skażeniem.

Sączenie

Istotą tego procesu jest fizyczne usuwanie drobnoustrojów z roztworu lub gazu przez zatrzymanie ich na jałowym sączku membranowym ( wykonanym z estrów nitrocelulozy) o średnicy porów mniejszej niż 0,2 μm (mikrometra). Sączki te to cienkie błony o grubości około 70-140 μm, mające kształt krążków lub arkuszy. Średnica porów 0,45 mikrometra zatrzymuje bakterie i przetrwalniki a 0,22 mikrona wirusy.

Korzyści wynikające z tej metody są znaczące - nie zmienia się pH roztworu, nie rozpadają się jego składniki wrażliwe na temperaturę (termolabilne, na przykład witaminy), substancje nie ulegają adsorpcji na materiale sączka.

Zestawy do sączenia należy wyjałowić za pomocą pary lub suchego gorącego powietrza. Koniecznie jałowy musi być też pojemnik, do którego zbieramy roztwór, a dozowanie do opakowań jednostkowych musi odbywać się w warunkach aseptycznych.

Ten typ wyjaławiania, z racji zagrożenia wtórnym skażeniem podczas dozowania, stosujemy tylko wówczas, gdy roztworu nie można wyjałowić termicznie - na przykład gdy jest to roztwór zawierający witaminy lub preparat biologiczny (enzymy, roztwory toksyn, surowica). Metodą sączenia wyjaławia się również powietrze - rolę filtra pełnią arkusze z włókien szklanych (filtry HEPA).

Sterylizacja promieniowaniem

Ultrafiolet jest efektywną metodą sterylizacji powierzchni nieosłoniętych przez szkło lub papier.

Promieniowanie UV

Wyjaławianie polega na naświetlaniu materiału promieniowaniem ultrafioletowym. Promieniowanie to zmienia strukturę kwasów nukleinowych, dlatego najsilniej działa na formy wegetatywne drobnoustrojów. Używa się fal o długości 210-328 nm (najbardziej aktywne jest promieniowanie o długości fali 254 nm), emitowanych np. przez lampy rtęciowe (niskociśnieniowa rura z kwarcu, wypełniona parami rtęci).

Promieniowanie ultrafioletowe jest szkodliwe dla ludzi - może powodować między innymi stany zapalne skóry i zapalenie spojówek.

Promieniowanie ultrafioletowe nie przenika w głąb płynów i ciał stałych, jest absorbowane przez szkło i tworzywa sztuczne. Dlatego też wyjaławiamy w ten sposób na ogół tylko powietrze lub powierzchnię przedmiotów. Jest to metoda pomocnicza.

Promieniowanie jonizujące

Sterylizacja promieniowaniem jonizującym przebiega zarówno w sposób bezpośredni, jak i pośredni, przez produkty radiolizy wody. Źródłem tego promieniowania mogą być na przykład izotopy - zwykle używa się izotopu kobaltu ⁶⁰Co lub wiązka elektronów i promieniowanie X, wytworzone w akceleratorze.

Zwykle stosowaną dawką minimalna jest 25 kGy, dawniej stosowaną jednostką był (2,5 Mrad).

Metodę tę stosujemy do wyjaławiania materiałów termolabilnych - wyrobów medycznych jednorazowego użytku, produktów leczniczych, kosmetyków oraz materiałów transplantacyjnych.

Wyjaławianie gazami

Stosujemy je w szczególnych przypadkach, gdyż z reguły stosowane gazy są agresywnymi reagentami i zachodzi ryzyko zajścia niekorzystnych zmian chemicznych w materiale poddawanym wyjaławianiu lub sorpcji gazów.

Tlenek etylenu

Jest to czynnik o działaniu alkilującym, bakterio- i wirusobójczy. W wyższych stężeniach niszczy też przetrwalniki.

Tlenek etylenu może powodować u ludzi podrażnienie błon śluzowych, nudności i wymioty. Jest też łatwopalny, a z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową - ryzyko wybuchu zmniejsza się, mieszając 10% lub 20% tlenku etylenu z dwutlenkiem węgla lub azotem.

Do sterylizacji używany jest czysty tlenek etylenu lub jego mieszanina z dwutlenkiem węgla (w proporcji 1:9). Sterylizację prowadzi się w komorze gazoszczelnej w temperaturze 30-65°C, przy wilgotności względnej 40-60%. Stężenie gazu nie powinno przekraczać 1200 mg/l. Skuteczność procesu bardzo zależy od tych warunków.

Zaletą tlenku etylenu jest jego przenikliwość - gaz ten przedostaje się przez tworzywa sztuczne, którymi owija się wyjaławiane przedmioty, dzięki czemu po wyjęciu są one od razu zabezpieczone przed wtórnym zakażeniem. Jednocześnie, ze względu na możliwość sorpcji gazu przez wyjaławiany materiał, konieczne jest zachowanie tzw. okresu resorpcji.

Tlenkiem etylenu wyjaławiamy materiały i sprzęt medyczny z tworzyw sztucznych, które mogą odkształcać się po wpływem temperatury, np. cewniki.

Formaldehyd jest czynnikiem alkilującym, aktywnym względem form wegetatywnych i przetrwalników. Ma jednak ograniczone zastosowanie ze względu na toksyczność. Do wyjaławiania używa się sterylizatorów.

Sterylizacja roztworami środków chemicznych

Metoda stosowana tylko w szczególnych przypadkach, gdy wyjaławianie innymi metodami jest niemożliwe. Wyjaławianie prowadzimy w temperaturze pokojowej w zbiornikach pełnych roztworu środka chemicznego. Po zakończeniu sterylizacji materiały opłukuje się jałową wodą, suszy na jałowej serwecie i zabezpiecza przed wtórnym skażeniem.

Aldehyd glutarowy jest aktywny w stosunku do form wegetatywnych bakterii, wirusów, przetrwalników, i grzybów. Nie powoduje korozji metali i nie uszkadza wyrobów gumowych.

Do wyjaławiania stosowany jest przeważnie roztwór 2% o pH 7,5-8,5 (o największej aktywności w stosunku do przetrwalników), do którego dodaje się 0,3% wodorowęglanu sodu. Materiał zanurza się w nim na trzy godziny.

Aldehyd glutarowy może powodować podrażnienie skóry, oczu i błon śluzowych. Stosowany do dezynfekcji wysokiego stopnia narzędzi chirurgicznych i endoskopów o szerokim spektrum działania włącznie z prątkami gruźlicy^{[potrzebne źródło]}. Działający skutecznie już w ciągu 20 minut w temp. 20 stopni Celsjusza^{[potrzebne źródło]}.

Kwas nadoctowy jest silnie utleniający, toksyczny i reaktywny. Wykazuje aktywność w stosunku do form wegetatywnych i przetrwalników. W roztworach wodnych łatwo rozkłada się do tlenu i kwasu octowego.

Do wyjaławiania stosuje się roztwory 0,1-0,5%.

Sanityzacja - proces dążący do eliminacji możliwie dużej liczby mikroorganizmów na przedmiotach codziennego użytku, powierzchniach płaskich itp. w gospodarstwie domowym i miejscach publicznych. Sanityzację przeprowadza sie za pomocą zwykłych środków myjących. Proces ten nie daje gwarancji jałowości czyszczonego obiektu.W najbliższej przyszłości nanopowłoki ze srebrem ,miedzią i TiO2 mogą zastąpić standardowe środki sanityzujące. Srebro nie wymaga dostępu światła w przeciwieństwie do nano dwutlenku tytanu ,który w procesie fotokatalizy wykazuje właściwości sanityzujące ,dezodoryzujące i samoczyszczące.

Dezynsekcja - tępienie szkodliwych owadów (zwłaszcza pasożytniczych stawonogów jak muchy, komary, pchły, wszy i karaluchy), ich jaj i larw, ze względów sanitarnych i gospodarczych. W szerszym znaczeniu niszczenie stawonogów w ogóle.

Dezynsekcję można wykonać przez zastosowanie środków fizycznych (para, ogień, gorące powietrze, promieniowanie ultrafioletowe), mechanicznych (wyłapywanie, trzepanie, oczyszczanie), chemicznych (środki owadobójcze) i biologicznych (zwalczanie za pomocą innych organizmów żywych).

6) FERMENTACJA MLEKOWA - fermentacja węglowodanów do kwasu mlekowego odbywająca się pod wpływem działania bakterii mlekowych. Fermentacja ta odgrywa kluczowe znaczenie przy produkcji wielu przetworów mlecznych.

Rola różnych grup bakterii mlekowych w przetwórstwie żywności [edytuj]

Właściwą fermentację mlekową wywołują bakterie mlekowe zaliczane do rodzajów:

• Lactococcus - paciorkowce homofermentatywne (Lactococcus lactis paciorkowiec mlekowy, Lactococcus cremoris - paciorkowiec śmietanowy)

• Leuconostoc - paciorkowce heterofermentatywne (Leuconostoc citrovorum - bywa używany jako dodatek do zakwasów przy wyrobie masła)

• Lactobacillus - pałeczki homo- i heterofermentatywne (Lactobacillus bulgaricus - pałeczka bułgarska występująca w jogurcie, Lactobacillus viridescens - powoduje zielenienie mięsa peklowanego i surowych kiełbas).

Bakterie właściwej fermentacji mlekowej dzieli się na:

• homofermentatywne - fermentują cukrowce wytwarzając głównie kwas mlekowy

• heterofermentatywne - fermentują cukrowce wytwarzając obok kwasu mlekowego produkty uboczne

Nie wszystkie gatunki bakterii mlekowych odgrywają rolę dodatnią, niektóre są szkodliwe, a inne nawet chorobotwórcze.

Równanie sumaryczne właściwej fermentacji mlekowej [edytuj]

• C₆H₁₂O₆ + bakterie mlekowe → 2CH₃CHOHCOOH + 22,5 kcal

(cukier prosty → kwas mlekowy + energia)

Zastosowanie bakterii mlekowych w przemyśle spożywczym [edytuj]

• w przemyśle mleczarskim (produkcja napojów mlecznych fermentowanych, ukwaszanie mleka, śmietanki, dojrzewanie serów)

• w przemyśle warzywnym (kwaszenie ogórków i kapusty)

• w przemyśle mięsnym (produkcja wędlin surowych, np. Metka (wędlina), salami)

• w przemyśle piekarskim (wchodzą w skład zakwasów chlebowych, używanych przy produkcji pieczywa żytniego)

Szkodliwe działanie bakterii mlekowych w przemyśle spożywczym

• we wszystkich przemysłach opartych na fermentacji alkoholowej (przemysł piwowarski, winiarski, gorzelniczy),

• w cukrownictwie (powodują śluzowacenie soków dyfuzyjnych),

• w przemyśle drożdżowym,

• w przemyśle mięsnym.

Fermentacja pseudomlekowa

Obok bakterii właściwej fermentacji mlekowej wyróżnia się bakterie fermentacji pseudomlekowej, jak np.:

• Escherichia coli - pałeczki okrężnicy (wywołują różne wady mleka, wczesne wzdęcie sera, wady masła)

• mikrokoki - (wywołują różne wady mleka i serów)

Fermentacja pseudomlekowa charakteryzuje się tym, że kwas mlekowy jest tylko jednym z produktów, a ponadto powstaje dwutlenek węgla, kwas octowy, alkohol etylowy i inne. Fermentacja pseudomlekowa występuje w mleku zakażonym bakteriami pseudomlekowymi łącznie z właściwą fementacją mlekową, a także przy fermentacji podłoża roślinnego (np. kwaszenie kapusty i ogórków) obniżając wartość końcową produktu. W mleku powoduje gazowanie oraz rozrywanie skrzepu.

Fermentacja mlekowa jako proces biochemiczny [edytuj]

Fermentacja mlekowa jako proces biochemiczny pozwala organizmom (bądź też organom takim jak mięśnie szkieletowe) działającym w warunkach beztlenowych na regenerację NAD zużytego w procesie glikolizy. Produkt ostatniego etapu wspomnianej glikolizy - pirogronian jest redukowany w mleczan przy jednoczesnym utlenieniu NADH powstałego w procesie glikolizy do NAD przy pomocy dehydrogenazy mleczanowej (LDH - Lactate Deshydrogenase). Warto dodać, że reakcja może przebiegać też w drugą stronę - i tak kwas mlekowy jest jednym z podstawowych substratów energetycznych dla mięśnia sercowego (po przekształceniu w pirogronian włączany jest do cyklu Krebsa).

7) IMMOBILIZACJA KOMÓREK

Immobilizowane białka - immobilizacja białka polega na unieruchomieniu go na stałym podłożu, przez co uzyskuje on właściwości fizyczne nośnika.

Immobilizacji poddać można: białko nieenzymatyczne, rozpuszczalny enzym, kompleks enzymów, martwe komórki, żywe komórki. Ze względu na typ immobilizacji, można wyróżnić:
unieruchamianie we wnętrzu nośnika (pułapkowanie) i osadzanie na powierzchni nośnika, które może zachodzić na zasadzie oddziaływań niekowalencyjnych lub z utworzeniem wiązań kowalencyjnych.
Złoże z katalizatorem może być umieszczone w kolumnie lub w zbiorniku do którego jest dodany substrat. Unieruchomienie preparatu umożliwia przeniesienie zalet katalizy heterogenicznej na rozpuszczalne enzymy.
Korzyści immobilizacji:
- zatrzymanie biokatalizatora na nośniku;
- wyższe stężenie biokatalizatora;
- możliwość kontroli mikrośrodowiska;
Ograniczenia wynikające z immobilizacji:
- utrata aktywności enzymu;
- możliwe utrudnienia w dopływie substratu i odpływie produktu;
- ograniczony czas życia układu w wyniku obniżania aktywności biokatalizatora i zmiany (degradacji) złoża, podczas użytkowania;

Immobilizacja polega na unieruchomieniu enzymu bądź też całych komórek na odpowiednim nośniku (żele alginianowe, karagenianowe lub pianka pouliretanowa). Zaletą immobilizacji jest uzyskanie wyższej wydajności procesu. Czasami, gdy zarówno substrat jak i produkt transportowane są przez błonę komórkową warto aktywnie namnażające się komórki z hodowli zawiesinowej immobilizować na kuleczkach żelu. . Wówczas inkubacja na odpowiednim podłożu pozwala na dalsze namnażanie komórek i podniesienie aktywności biotransformacji. Jak więc widać lokalizacja produktu ma istotne znaczenie dla procesu technologicznego z wielokrotnym użyciem komórek immobilizowanych.

Korzyści wynikające z użycia komórek roślinnych immobilizowanych w porównaniu z hodowlą komórek w zawiesinie przedstawia poniższe zestawienie:

• uzyskiwanie większego zagęszczenia komórek

• większa agregacja komórek (samoimmobilizacja)

• zwiększona wydajność procesu (wyższe stężenie końcowe produktu)

• zwiększona stabilność fizjologiczna

• łatwe oddzielenie biomasy od pożywki

• możliwe jest wielokrotne wykorzystanie komórek, przeprowadzanie procesów ciągłych

• łatwość wydzielania produktu.

Nie zawsze jednak zastosowanie metod immobilizacji w reakcjach biotransformacji jest efektywne. Okazuje się bowiem, że zwiększeniu wydajności niektórych przemian enzymatycznych może towarzyszyć równoczesne hamowanie innych (inhibicja). Kolejnym utrudnieniem jest czasochłonności i wysokie koszty procesu.

8) OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW - proces technologiczny polegający na usuwaniu ze ścieków zanieczyszczeń i osadów oraz substancji w nich rozpuszczonych, koloidów i zawiesin.

Przy niewielkim obciążeniu zanieczyszczeniami ścieków oczyszczanie dokonuje się samoistnie w wodach naturalnych, zwłaszcza w rzekach (samooczyszczanie wód).

Oczyszczanie ścieków realizowane jest w oczyszczalni ścieków za pomocą metod: mechanicznych, fizycznych, chemicznych i biologicznych, bądź też innymi sposobami i podzielone jest na kolejne etapy.

Pierwszy etap to oczyszczanie wstępne mechaniczne w którym usuwa się zanieczyszczenia stałe nierozpuszczalne za pomocą krat i sit, zawiesiny ziarniste usuwane są w piaskownikach, a tłuszcze i oleje w odtłuszczaczach, małe zawiesiny i koloidy usuwane są w osadnikach w procesie sedymentacji.

W kolejnych etapach realizuje się oczyszczanie wykorzystując procesy fizykochemiczne, takie jak np.: koagulacja, filtracja, adsorpcja, odwrócona osmoza, destylacja, neutralizacja, wytrącanie i strącanie metodami chemicznymi. Substancje organiczne usuwane są przy oczyszczaniu biologicznym realizowanym przez procesy biochemiczne takie jak: fermentacja i gnicie.

Proces przebiega pod wpływem działania mikroorganizmów osadu czynnego w komorach napowietrzania lub rowach cyrkulacyjnych. Drobnoustroje osadu czynnego (bakterie i grzyby) rozkładają związki organiczne występujące w ściekach na substancje proste, jak: dwutlenek węgla, wodę i amoniak, a bakterie mułu dennego w procesie gnicia wytwarzają np. siarkowodór.

Osady powstające w procesach oczyszczania ścieków poddaje się dalszej obróbce w celu wykorzystania lub utylizacji.

Oczyszczalnia ścieków- jest to zespół urządzeń do oczyszczania ścieków przemysłowych i komunalnych przed odprowadzeniem ich do rzeki, jeziora, morza, gruntu.

Oczyszczalnie dzieli się na:

• lokalne (służą do oczyszczanie niewielkich ilości ścieków)

• centralne (służą do oczyszczania dużych ilości ścieków)

• grupowe (służą do oczyszczania ścieków zbieranych z określonego regionu)

Metody oczyszczania ścieków

Mechaniczne

To tak zwany I stopień oczyszczania. Procesy te mają na celu usunięcie ze ścieków ciał stałych pływających i grubych zawiesin mineralnych oraz organicznych. Polegają na rozdrabnianiu, cedzeniu, sedymentacji, flotacji, wypienianiu i odwirowaniu. Metody mechaniczne mogą zapewnić redukcję zawiesin w granicach 60%-70%, BZT₅ do 20%.Urządzenia wykorzystywane w mechanicznym oczyszczaniu ścieków:

1. kraty, a) ręczne, b) mechaniczne, 2) sita, 3) piaskowniki, 4) osadniki, 5) flotatory.

W większości oczyszczalni ścieków stopień mechanicznego oczyszczania ścieków nie może wystepować samodzielnie z uwagi na niewystarczający stopień oczyszczania ścieków. Wyjątek stanowią tutaj podczyszczalnie ścieków przemysłowych, oraz przydomowe oczyszczalnie ścieków współpracujące z drenażem rozsączającym.

Biologiczne

Podstawowym celem biologicznego oczyszczania ścieków jest usunięcie ze ścieków biologicznie rozkładalnych zanieczyszczeń. Do prowadzenia procesów biologicznego rozkładu zanieczyszczeń organicznych wykorzystuje się populacje mikroorganizmów zawieszone w toni ścieków (metody osadu czynnego) i/lub mikroorganizmy tworzące utwierdzoną biomasę (złoża biologiczne).

Zanieczyszczenia organiczne podczas przemian biochemicznych są wykorzystywane przez mikroorganizmy jako pokarm przyczyniając się do przyrostu biomasy bakteryjnej. Pozostała część rozłożonych zanieczyszczeń uwalniania jest w warunkach tlenowych jako dwutlenek węgla (CO₂) i woda. W przypadku procesów beztlenowych produktami gazowymi rozkładu materii organicznej jest dwutlenek węgla oraz metan (CH₄).

Nadmiar masy organicznej wytworzonej podczas rozkładu biologicznego zanieczyszczeń zawartych w ściekach oddzielana jest od strumienia ścieków w osadnikach wtórnych.

W technologii biologicznego oczyszczania ścieków wyróżnia się procesy prowadzone w warunkach:

• tlenowych - biologiczne utlenianie, nitryfikacja

• beztlenowych - denitryfikacja

Chemiczne

To wspomaganie mechanicznego oczyszczania ścieków poprzez działanie koagulantów. Ścieki mieszane są z roztworem koagulanta, w wyniku czego wytwarzają się kłaczki wodorotlenku glinu lub żelaza, sorbujące zanieczyszczenia zawarte w ściekach i przyśpieszające proces sedymentacji zawiesin w osadniku. Metody chemiczne stosuje się do usuwania ze ścieków (głównie przemysłowych) substancji nie ulegających biologicznemu rozkładowi. Polegają one na koagulacji, sorpcji i chlorowaniu. Chlorowanie ma na celu zabicie bakterii chorobotwórczych i usunięcie przykrej woni ze ścieków.

10) QS2 Quorum sensing jest to sposób "porozumiewania" się między sobą bakterii za pomocą cząsteczek związków chemicznych.

Pierwsze organizmy u których zaobserwowano zjawisko Quorum były bakterie z rzędu: Myxobacteria oraz Streptomyces.
Pierwsze badania nad Qiorum sensing prowadzili w latach siedemdziesiątych XX wieku naukowcy na Uniwersytecie Harvarda. Badali oni szczepy bakterii Vibrio fischeri oraz Vibrio harvey, pospolite drobnoustroje mórz i oceanów. Zauważyli, że podczas hodowli w pewnym momencie bakterie zaczynają świecić. Zjawisko to miało miejsce dopiero w momencie dużego zagęszczenia szczepów. Dlaczego jednak zjawisko nie zachodziło w małym zagęszczeniu szczepów? Po przeprowadzeniu badań naukowcy doszli do wniosku, że gdy hodowla osiągnie duże zagęszczenie aby nie zginąć z powodu braku pokarmu lub samozatrucia metabolitami, wytwarza związki chemiczne które informują kolonię o potrzebie zaprzestania rozmnażania. W przypadku rodzaju Vibrio towarzyszy temu luminescencja.

Quorum sensing może także zachodzić między bakteriami, a tkankami roślinnymi czy zwierzęcymi.

Inne szczepy u których odkryto to zjawisko to między innymi:

• Escherichia coli

• Yersinia pestis - wywołująca dżumę, która "oszukuje" tkanki jelit dzięki czemu dostaje się do krwiobiegu.

11) WPŁYW TEMPERATURY NA DROBNOUSTROJE

Każdy gatunek namnaża się w określonych granicach temperatur

Temperatura optymalna - to taka w której drobnoustroje najlepiej się rozmnażają

Nie jest to jednak temperatura optymalna dla wszystkich procesów życiowych drobnoustrojów. Przykład: wytwarzanie enzymów przez Pseudomonas sp. Może zatem dochodzić do sytuacji że drobnoustroje się nie rozmnażają ale nadal produkują enzymy powodujące psucie się żywności. Listeria najlepiej rozmnaża się w temp. 30 st. C ale rzęski wytwarza tylko w temp. 20 st C.

Temperatura minimalna - temperatura poniżej której bakterie przestają się rozmnażać ale nie giną. W temperaturach takich przechodzą w stan częściowej anabiozy.

Temperatura maksymalna - temperatura powyżej której bakterie przestają się rozmnażać. Najczęściej powyżej tej temperatury giną. Nie odnosi to jednak do wszystkich grup bakterii.

Kategoria	Min °C	Optim °C	Max °C
Psychrofile	- 10	- 5	25
Psychrotrofy	0	20	40
Mezofile	10	30	45
Termotrofy	25	45	75
Termofile	30	50	80
Ekstremalne termofile		100-110	130

Izolacja DNA

Zestaw do izolacji Genomic Mini AX (A&A BIOTECHNOLOGY, POLSKA)

1. Zwirować 1 mL hodowli bakteryjnej i zawiesić w 100µL buforu do zawieszania bakterii BS. dodać 10µL lizozymu i inkubować 15 min w 37^oC.

2. Całość zawiesić w 0,9 mL zawiesiny lizującej LS - Lysis Buffer

3. Do zawiesiny dodać 15 μL proteazy, całość wytrząsać 10-15 s na Vorteksie.

4. Inkubować w temp. 56^oC przez 30 (powtarzając wstrząsanie co 10 min).

5. Próbę intensywnie wytrząsać przez 20 s. i wirować 12000 obr/min przez 5 min.

6. W trakcie wirowania przygotować kolumnę i nanieść na nią 0,8 ml roztworu K1. Poczekać aż roztwór wypłynie z kolumny.

7. Powstały supernatant ostrożnie (aby nie naruszyć peletu) przenieść na kolumnę.

8. Po przejściu lizatu przez złoże kolumnę przepłukać przez dwukrotnie dodanie 1,5 mL roztworu płuczącego K2.

9. Dodać do kolumny 0,25 mL roztworu elucyjnego K3 i poczekać aż wypłynie z kolumny.

10. Przesącz odrzucić, kolumnę umieścić w nowych probówkach i dodać 1 mL roztworu elucyjnego K3.

11. Do uzyskanego eluatu zawierającego DNA, dodać 800 μL mieszaniny precypitacyjnej PM.

12. Całość wymieszać i wirować przez 10 min przy 12000 obr/min.

13. Zlać supernatant nie naruszając osadu DNA.

14. Wyekstrahowane DNA przemyć 500 μL 70% etanolu, wymieszać i wirować przez 3 min przy 12000 obr/min. Po odwirowaniu zlać alkohol, DNA osuszyć w temp. pokojowej przez ok. 10 min.

15. Osuszony osad DNA zawiesić w 40 μL buforu TE.

Reakcja łańcuchowa polimerazy, PCR (z angielskiego Polymerase Chain Reaction), technika umożliwiająca amplifikację (namnażanie) fragmentów DNA in vitro przy użyciu polimerazy DNA. Została opracowana przez Kary B. Mullis i M. Smitha, którzy za to otrzymali w 1993 Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.
PCR zrewolucjonizowała współczesną biologię molekularną, umożliwiając wyprodukowanie milionów kopii fragmentu DNA w zaledwie kilka godzin. Stosuje się ją w diagnostyce chorób dziedzicznych, ustalaniu ojcostwa, w kryminalistyce przy ustalaniu pochodzenia śladów krwi, do powielania DNA ze szczątków organizmów wymarłych, wykrywania wirusów we krwi, np. wirusa HIV.

Do przeprowadzenia PCR potrzebne są:
1) substrat - matryca DNA (fragment DNA do skopiowania: wystarczy pojedyncza cząsteczka, może to być również fragment DNA nie oddzielony od genomu);
2) krótkie, jednoniciowe fragmenty DNA - oligonukleotydy, umożliwiające rozpoczęcie procesu replikacji (tzw. startery);
3) pozostałe substraty tej reakcji - nukleozydotrifosforany (ATP, GTP, CTP, TTP);
4) enzym katalizujący tę reakcję - polimeraza DNA.

PCR zachodzi w trzech etapach:
1) denaturacja - rozdzielenie nici DNA (temperatura 95°C);
2) renaturacja - hybrydyzacja komplementarnych oligonukleotydów z rozplecionymi nićmi DNA (temperatura 54°C);
3) replikacja DNA - polimeraza DNA, przyłączając ATP, GTP, CTP, TTP, buduje komplementarne nici DNA (temperatura 72°C).
Podwyższenie temperatury powoduje rozpoczęcie ponownej reakcji PCR. Każdorazowo zostaje podwojona liczba kopii DNA. Obecnie w reakcji PCR wykorzystuje się odporną na denaturację w wysokich temperaturach polimerazę DNA, wyizolowaną z termofilnych bakterii Thermus aquaticus - nazwaną Taq.

DNA fingerprinting, metoda „genetycznych odcisków palców”, metoda polegająca na izolowaniu i sporządzaniu obrazów fragmentów DNA. Opracowana przez Brytyjczyka Aleca Jeffreysa w 1984.
Pobrane z komórek DNA izoluje się, następnie trawi odpowiednimi enzymami restrykcyjnymi, które tną DNA w specyficznych miejscach. Pocięte fragmenty DNA sortuje i rozdziela się elektroforetecznie. Rozdzielone fragmenty DNA przenosi się na filtr nitrocelulozowy i hybrydyzuje się z radioaktywnymi sondami, następnie fotografuje. Dostaje się w ten sposób „genetyczne odciski palców” - obraz fragmentu DNA przypominający swoim wyglądem kod paskowy.
W przypadku zbyt małej wyjściowej ilości DNA - namnaża się DNA, stosując PCR. Ponieważ każdy osobnik posiada swój własny charakterystyczny wzór DNA, metodę tę określa się jako metodę genetycznych odcisków palców.
DNA fingerprinting stosuje się w diagnostyce chorób dziedzicznych (np. hemofilii, anemii sierpowatej, choroby Alzheimera, choroby Huntingtona), w kryminalistyce do identyfikacji przestępców na podstawie pozostawionych przez nich śladów biologicznych.

1. Budowa i zasady działania bioreaktrorów
2. Krzywa logarytmicznego wzrostu bakterii
3. Wpływ wysokich temperatur na drobnoustroje
4. Biodegradacja
5. Biofilmy
6. Tworzenie GMO
7. Zastosowanie GMO w produktach żywnościowych
8. QS
9. Etapy PCR
10. Rodzaje RNA
11. Budowa RNA i DNA
12. Biotechnologia- zastosowanie w zywnosci

13. organizmy gmo w zywnosci i technologii zyw
14 . zagrozenia gmo
15. RNA rodzaje i funkcje
16. wpływ antybiotyków na zwierzęta
17. techniki fingerprinting PCR [ RADP, AP-PCR, DAF ]
18. antybiotyki działające na zwierzęta
19. Wymien techniki analizy polimorfizmu dlugosci fragmentow restrykcyjnych RFLP, PFGE
20. Skutki dodawania antybiotykow do pasz :
- dysbakterioza
- wzrost zakażeń grzybami patogennymi, wirusami i chlamydiami
- hamują wzrost drobnoustrojów
21. Jakie antybiotyki dodawane byly do pasz dla zwierzat :
- flawomycyna
- monenzyna
- salinomycyna
- awiamycyna bądź awilamycyna

AD 1.

Rysunek 1. Reaktor z celofanowym cylindrem	Rysunek 2. Reaktor mieszadłowy z zastosowaniem powrotu biomasy
Rysunek 3. Reaktor rurowy z zastosowaniem powrotu biomasy
Rysunek 4. Reaktor wielodziałowy z zastosowaniem powrotu biomasy
Rysunek 5. Kultura membranowa	Rysunek 6. Reaktor membranowy z wypełnieniem

 

    Reaktory przeznaczone do hodowli drobnoustrojów metodą ciągłą pracują na zasadzie chemostatu, tj. utrzymywania stężenia określonego substratu na stałym poziomie, lub turbidostatu - utrzymywania stałego zmętnienia pożywki lub gęstości optycznej mikroorganizmów.
    Konstrukcje fermentorów są uwarunkowane przede wszystkim rodzajem drobnoustroju stosowanego w procesie i jego wymaganiami fizjologicznymi, głównie zapotrzebowaniem na światło słoneczne i tlen, rodzajem pożywki (substratu) i produktu końcowego oraz przyjętą metodą ich namnażania.
    Najprostszymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi charakteryzują się kadzie fermentacyjne stosowane w hodowlach wgłębnych (w pożywkach ciekłych) i tace - kuwety o niewielkiej głębokości lecz dużej powierzchni (do hodowli powierzchniowych na pożywkach ciekłych, podłożach w postaci past, stałych lub sypkich) [2].
Typowy fermentor (rys. 2) jest zwykle cylindrycznym zbiornikiem wykonanym ze:
- szkła - w skali laboratoryjnej
- stali kwasoodpornej - w skali półtechnicznej i przemysłowej.
Fermentor zaopatrzony jest w urządzenia dozujące roztwory kwasów lub zasad (w celu utrzymania odpowiedniego zakresu pH), pożywkę lub jej składniki, środki odpieniające, sterylne powietrze i urządzenia odpowiednio je dyspergujące, elementy doprowadzające i odprowadzające czynnik grzejny i chłodzący, zawory umożliwiające okresowe pobieranie (w sposób jałowy) próbek, układ mieszający i pomiarowy (CO₂, O₂, zmętnienie i inne parametry) [1, 2].

Rysunek 2. Schemat podstawowego typu fermentora [1]: 1- regulacja pH (dopływ kwasu lub ługu do regulacji pH), 2- dopływ pożywki, 3- wał z napędem, 4- dopływ środka odpieniającego, 5- odpowietrzanie, 6- odbojnik, 7- mieszadło trójtarczne,	8- płaszcz chłodzący, 9- dopływ wody chłodzącej, 10- odpływ wody chłodzącej, 11- sprężone powietrze lub gaz, 12- dyspergator powietrza, 13- kurek probierczy do autoanalizatora, 14- analizator stężenia CO2, 15- analizator zawartości rozpuszczonego tlenu, 16- zawór do opróżniania fermentora

 

    Innym kryterium podziału reaktorów biochemicznych może być rodzaj prowadzonych w nich procesów technologicznych [1]. W tym ujęciu wyróżnia się bioreaktory:

- tlenowe (aerobowe), beztlenowe (anaerobowe);

- okresowe, półciągłe, ciągłe (z zasilaniem, z odpływem i inne);

- sterylne, względnie sterylne, niesterylne;

- przeznaczone do nagromadzenia biomasy drobmoustrojów, do otrzymywania produktów endo- i egzogennych;

- wgłębne, powierzchniowe (na pożywkach płynnych, w postaci past i na podłożach stałych), reaktory biokataliczne, w których wykorzystuje się unieruchomione komórki, ich elementy lub enzymy;

- idealnego wymieszania, częściowego wymieszania, przepływu tłokowego, pracujących w układzie reaktora pojedynczego, sekcyjnego lub w postaci odpowiedniego zestawu bioreaktorów - baterii;

- wgłębne z substratami rozpuszczalnymi i nierozpuszczalnymi (płynnymi, w postaci past lub stałymi, mineralnymi i organicznymi);

- wgłębne z udziałem różnych grup drobnoustrojów (bakterii, drożdży, grzybów mikroskopowych, glonów) lub z wykorzystaniem komórek lub tkanek (zwierzęcych lub roślinnych);

- laboratoryjne (badawcze), pilotowe (ćwierć- i półtechniczne), przemysłowe.

AD 2. Proces wzrostu drobnoustrojów w czasie można przedstawić za pomocą krzywej wzrostu bakterii. W określonych warunkach hodowli, krzywa wzrostu bakterii jest charakterystyczna dla danego gatunku. Na wykresie można wyróżnić 4 fazy:

1. Faza pierwotnego zahamowania (spoczynkowa, adaptacyjna)- okres początkowy po dostaniu się jednostki tworzącej kolonię (j.t.k.), np. komórki bakteryjnej, do nowego środowiska. W tej fazie komórki nie dzielą się; zachodzi adaptacja do nowych warunków środowiska. W zależności od rodzaju bakterii może trwać kilka do kilkunastu godzin.

2. Faza wzrostu logarytmicznego (intensywnego wzrostu)- liczba komórek gwałtownie rośnie, zachodzą intensywne podziały. Faza ta jest nazywana trofofazą.

3. Faza równowagi - dochodzi do zrównania się w przybliżeniu liczby komórek tworzących się i obumierających w danej chwili. Faza ta następuje gdy zaczynają się wyczerpywać źródła pokarmu i/lub stężenie produktów przemiany materii wzrasta do poziomu szkodliwego dla samych bakterii. Dla większości gatunków faza ta następuje po osiągnięciu stężenia komórek bakteryjnych na poziomie ok. 10⁷ - 10⁸ j.t.k./ml (cfu/ml). W czasie trwania fazy równowagi drobnoustroje zaczynają produkować wtórne produkty przemiany materii, substancje charakterystyczne dla danego gatunku. Etap ten nazywa się czasem idiofazą.

4. Faza wymierania (spadkowa)- dominują procesy obumierania komórek, bakterie wytwarzają formy inwolucyjne (zmienia się kształt komórek). Drobnoustroje przetrwalnikowe intensywnie wytwarzają przetrwalniki. W niektórych przypadkach, w podłożach płynnych, można mówić o samowyjałowianiu się środowiska.

AD 12. Biotechnologia jest dyscypliną nauk technicznych wykorzystującą procesy biologiczne na skalę przemysłową. Konwencja o różnorodności biologicznej ONZ podaje jedną z najszerszych definicji:

Biotechnologia oznacza zastosowanie technologiczne, które używa systemów biologicznych, organizmów żywych lub ich składników, żeby wytwarzać lub modyfikować produkty lub procesy w określonym zastosowaniu.

Metody z zakresu biotechnologii są wykorzystywane od tysięcy lat. Przykładowo: produkcja piwa jest procesem biotechnologicznym, w którym wykorzystuje się fermentację cukrów prostych przez drożdże. W wyniku niedostatecznej ilości tlenu, utlenianie jest niezupełne i następuje fermentacja. Innym przykładem jest produkcja przetworów mlecznych.

Zdolność części bakterii do koncentrowania w swoich komórkach niektórych metali wykorzystywana jest w górnictwie (bioekstrakcja ang. bioleaching). Biotechnologia znajduje także zastosowanie w recyklingu i oczyszczaniu środowiska z zanieszyszczeń bioremediacja oraz produkcji broni biologicznej. Produktami biotechnologii używanymi w genetyce i medycynie są także chipy DNA i znaczniki radioaktywne używane w medycynie.

Nowoczesna biotechnologia jest często związana z użyciem genetycznie zmodyfikowanych organizmów takich jak pałeczka okrężnicy lub drożdże do produkcji np. insuliny lub antybiotyków. Genetycznie zmienione komórki ssacze, takie jak komórki jajnikowe chomika chińskiego (ang. CHO - Chinese Hamster Ovarian) są stosowane w produkcji lekarstw.

Biotechnologia to także transgeniczne zwierzęta i transgeniczne rośliny. Przykładem jest projektowanie roślin mogących rosnąć w specyficznych warunkach np. w obecności lub braku pewnych związków chemicznych. Z zieloną biotechnologią wiązane są nadzieje, że może ona być bardziej przyjazna środowisku niż rolnictwo wysokotowarowe - np. uprawiając zaprojektowane rośliny produkujące pestycydy, co eliminuje potrzebę ich stosowania zewnętrznego (kukurydza Bt). Kwestia, czy takie rozwiązania są przyjaźniejsze środowisku jest tematem sporu. Ponieważ zmieniony materiał genetyczny podlega takim samym prawom, jak każdy inny, to istnieje np. możliwość mutacji np. niekontrolowanego przepływu genów.

Przykładem zastosowania biotechnologii w przemyśle jest projektowanie organizmów produkujących pożądane związki chemiczne.

AD 10. DNA

Kwas deoksyrybonukleinowy (dawn. kwas dezoksyrybonukleinowy), w skrócie DNA (od ang. Deoxyribonucleic acid) - wielkocząsteczkowy organiczny związek chemiczny należący do kwasów nukleinowych. Występuje w chromosomach i pełni rolę nośnika informacji genetycznej organizmów żywych. DNA jest liniowym, nierozgałęzionym polimerem, dla którego monomerem są nukleotydy. Nukleotydy zbudowane są z: pięciowęglowego cukru deoksyrybozy, którego grupa hydroksylowa znajdująca się przy ostatnim atomie węgla jest zestryfikowana resztą fosforanową, a pierwszy atom węgla połączony jest wiązaniem N-glikozydowym z jedną z czterech zasad azotowych: adeniny A i guaniny G (zasady purynowe) oraz cytozyny C i tyminy T (zasady pirymidynowe).
Powszechnie spotykaną modyfikacją DNA jest występowanie 5-metylocytozyny (m⁵C) w wyniku metylacji cytozyny. W DNA niektórych wirusów, np. bakteriofagów PBS2, zamiast tyminy występuje uracyl, (U), tworząc nukleozyd 2'-deoksyurydynę^[1]. 2'-Deoksyurydyna powstaje też w wyniku deaminacji C do U.

W skład cząsteczki DNA zwykle wchodzą dwa łańcuchy (DNA dwuniciowe), które biegną antyrównolegle (tzn. koniec jednego jest dokładnie naprzeciw początku drugiego). Łańcuchy owijają się wokół wspólnej osi i tworzą tzw. prawoskrętną podwójną helisę. Reszty cukrowe i fosforowe, połączone ze sobą wiązaniem fosfodiestrowym, znajdują się na zewnątrz helisy, natomiast zasady skierowane są do wnętrza i tworzą pary połączone według wzoru:

A-T (A-U)

G-C

T-A (U-A)

C-G

Zasady połączone są wiązaniami wodorowymi. Cząsteczki DNA mogą być bardzo długie. U Homo sapiens ich długość (po "rozkręceniu chromosomów") dochodzi w sumie do 2 m gdzie najdłuższa cząsteczka ma 23 cm. W ścisłym skręceniu DNA do postaci chromosomu biorą udział białka histonowe lub niehistonowe.

Każda z nici DNA ma na jednym końcu (oznaczanym jako koniec 5'), przy ostatnim nukleotydzie wolną grupę fosforanową przy węglu 5' deoksyrybozy, a na drugim końcu (oznaczanym jako koniec 3') ostatni nukleotyd posiada wolną grupę hydroksylową przy węglu 3' deoksyrybozy. Ze względu na to, że helisa dwóch nici DNA jest spleciona w ten sposób, że jedna z nici zaczyna się od końca 5' a druga od końca 3', mówi się, że obie nici są względem siebie antyrównoległe.

Łańcuch nici DNA zawiera informację genetyczną o kolejności aminokwasów w białkach kodowaną w postaci trójek nukleotydowych odpowiadających odpowiednim aminokwasom podczas syntezy białka. Nazywamy to kodem genetycznym.

DNA rozróżnia się pod względem:

• pochodzenia w czasie - aDNA

• funkcji: cDNA, mDNA, mtDNA, chlDNA, YDNA

• struktury

• jednoniciowy DNA inaczej ssDNA

• dwuniciowy DNA w formach: A-DNA, B-DNA, C-DNA^[2], E-DNA^[3], H-DNA^[4] P-DNA^[5], i Z-DNA^[6][7]

• trójniciowy DNA

• czteroniciowy DNA

Replikacja DNA to proces, w którym podwójna nić DNA (podwójna helisa) ulega skopiowaniu. Replikacja jest semikonserwatywna (półzachowawcza) - w każdej z dwóch uzyskanych podwójnych nici DNA będzie jedna nić macierzysta i jedna nowa. Nie licząc niewielkiego prawdopodobieństwa (ok. 1 błąd na 10⁹ nukleotydów, dla porównania błąd transkrypcji - 1 na 10⁴) wystąpienia błędu obie cząsteczki DNA będą identyczne.

Substratami tego procesu są:

• matryca DNA;

• trifosforany deoksyrybonukleotydów (dNTP);

• ATP - energia dla helikaz.

W procesie tym stwierdzono wiele aktywności enzymatycznych (udział enzymów) tj.:

• helikazy - rozrywają wiązania wodorowe między nićmi matrycowego DNA, rozkręcając helisę i umożliwiając rozpoczęcie procesu;

• prymaza - syntetyzuje starter;

• polimerazy DNA - polimeryzuje zgodnie z zasadą komplementarności fosforany deoksyrybonukleotydów;

• egzonukleaza - usuwa startery RNA z nici;

• ligaza DNA - uzupełnia brakujące wiązania fosfodiestrowe w szkielecie nowo-zsyntezowanej nici DNA;

• różne enzymy pomocnicze.

Zasady replikacji są podobne u wszystkich organizmów, przy czym największe różnice występują między bakteriami z jednej strony, a archea i eukariontami z drugiej.

U bakterii replikacja zaczyna się w ustalonym miejscu i postępuje bardzo szybko, z prędkością rzędu 1000 nukleotydów na sekundę. U eukariotów replikacja jest o wiele wolniejsza, ok. 50 nukleotydów na sekundę, jednak zachodzi równocześnie w wielu miejscach.

Polimeraza DNA działa jedynie w kierunku od końca 3' do końca 5' (czyli syntetyzuje nową nić w kierunku od 5' do 3'). Z tego powodu jedna z nici jest syntezowana w sposób ciągły, druga (ta, którą chcielibyśmy zsyntezować w przeciwną stronę) fragmentami (tzw. fragmenty Okazaki).

Kopiowanie podwójnej helisy DNA jest procesem złożonym. Proces dzieli się na fazy inicjalizacji, elongacji (wydłużania) i terminacji. W kolistych cząsteczkach DNA replikacja rozpoczyna się w miejscu inicjacji, o długości ok. 200-300 par nukleotydów. Miejsce to oznacza się skrótem ori od ang. origin. W liniowych chromosomach aktywnych przebiegać może wiele (tysiące) jednoczesnych procesów replikacji. Aby replikacja przebiegła prawidłowo, podczas rozdzielenia obu nici nie może dojść do zaburzenia ich struktury podstawowej (I-rzędowej). Muszą także zostać spełnione następujące warunki:

• matryca DNA musi zostać dokładnie odczytana,

• dostępna musi być odpowiednia ilość wolnych nukleotydów,

• podczas procesu musi zostać zachowana komplementarność nici.

Na koniec musi dojść do terminacji replikacji, ewentualnego uzupełnienia braków na końcu nowopowstałego łańcucha i połączenia nowego łańcucha z łańcuchem macierzystym w helisę. U bakterii zakończenie replikacji następuje niemal automatycznie (po skopiowaniu całego kolistego DNA, który jest pojedynczym replikonem). U eukariotów miejsc replikacji (replikonów) jest wiele. Terminacja replikacji następuje w momencie ukończenia procesów przebiegających jednocześnie w różnych miejscach replikujących się cząsteczek DNA. Do terminacji dochodzi, gdy widełki replikacyjne replikonu natkną się na specjalną sekwencję terminacyjną. Proces replikacji niekolistych (eukariotycznych) cząsteczek DNA wiąże się z problemem wolnych zakończeń powstających cząsteczek DNA. Zakończenia te, zwane telomerami składają się z krótkich wielokrotnie powtórzonych sekwencji. Replikazy wydłużają jedynie istniejące już nici, nie są natomiast w stanie zsyntetyzować końcowych odcinków telomerów. W rezultacie odcinki te narażone są na regularne skracanie. Skracaniu temu zapobiega obecność telomerazy, która przeprowadza odwrotną transkrypcję tych odcinków, posługując się jako "matrycą" nie DNA, ale RNA, będącym częścią składową tego enzymu. Zapobiega to usunięciu znaczących fragmentów DNA.

Grupa białek rozwijających widełki replikacyjne to prymosom.

RNA

Kwasy rybonukleinowe, RNA - polimery kondensacyjne rybonukleotydów, występujące zarówno w jądrze komórkowym, jak i w cytoplazmie. Nukleotydy połączone są typowym dla kwasów nukleinowych wiązaniem fosfodiestrowym. W komórce występuje wiele klas kwasów rybonukleinowych różniących się pełnioną funkcją, a także masą cząsteczkową i strukturą, m.in.:

• heterogenne jądrowe (hnRNA lub Pre-mRNA)- głównie produkty transkrypcji DNA i przetwarzania surowego transkryptu do mRNA

• antysensowne RNA albo interferencyjne RNA (siRNA i miRNA) - produkowane w celu precyzyjnej regulacji ekspresji genów kodujących białka (za pomocą mechanizmu wspólnego lub bardzo zbliżonego do systemu zwalczania wirusów RNA)

• małe jądrowe (snRNA) pełniące funkcje enzymatyczne przy wycinaniu intronów z transkryptów

• informacyjne zwane matrycowymi (mRNA)

• rybosomowe (rRNA)

• małe cytoplazmatyczne (w tym tRNA)

RNA jest zazwyczaj jednoniciowy; postać dwuniciowa, analogiczna do dwuniciowego DNA, występuje głównie jako materiał genetyczny niektórych wirusów i wiroidów (porównaj też Retrowirusy). Jednak w wypadku cząsteczek jednoniciowych, szczególnie pełniących funkcje enzymatyczne, lub współdziałających w tych funkcjach (np. rRNA, tRNA) tworzenie fragmentów dwuniciowych przez parowanie różnych odcinków tej samej nici decyduje o strukturze całej cząsteczki.

Ułożenie zasad azotowych w RNA nie jest dowolne. Ich kolejność jest lustrzanym odbiciem kolejności ułożenia zasad azotowych w jednej z nici DNA.

W przypadku wirusów RNA zawierających pojedynczą nić kwasu nukleinowego można mówić o polarności nici. Nić o dodatniej polarności to taka, która może pełnić funkcję mRNA, zaś nić o ujemnej polaryzacji to taka, która jest komplementarna do mRNA.

AD. 6. Na początku wyjaśnijmy znaczenie pojęcia „żywność transgeniczna” jest to żywność zmodyfikowana genetycznie na przykład Rośliny zawierające w swych komórkach włączony do chromosomów gen obcego organizmu. Organizmy te otrzymuje się metodami inżynierii genetycznej. Do roślin najczęściej wprowadza się Obcy gen za pomocą wektora plazmidowego z bakterii Agrobacterium tumefaciens i z transformowanej komórki regeneruje się całą roślinę. Wiadomo już, że za przenoszenie informacji genetycznej w organizmach żywych jest odpowiedzialny Kwas dezoksyrybonukleinowy, czyli tzw. DNA, które zlokalizowane jest głównie w jądrze każdej żywej komórki Kwas dezoksyrybonukleinowy zbudowany jest z dwóch nici nukleotydów, z których każdy składa się z cukru- dezoksyrybozy, reszty kwasu fosforowego oraz z jednej z czterech zasad azotowych (adeniny i guaniny, cytozyny i tyminy). Tak, więc w DNA obecne są 4 rodzaje nukleotydów, a jego strukturę określa ich sekwencja, czyli kolejność ułożenia. Kod genetyczny, czyli sposób zapisu (zaszyfrowania) informacji genetycznej, zbudowany jest z genów, czyli podstawowych jednostek (odcinków DNA, składających się z trzech nukleotydów). źywność transgeniczna powstaje w wyniku procesu, który najogólniej opisać można w taki sposób, iż naukowcy „rozrywają” strukturę DNA w konkretnych miejscach przy użyciu specjalnych enzymów i wkładają w nie Nowe geny. Mogą oni w ten sposób przemieścić dowolne Geny z jednego organizmu do drugiego- zmieniając w ten sposób strukturę DNA, a zatem także naturalne cechy i właściwości organizmu. Manipulacja tych Cech ma oczywiście ukierunkowany charakter. Proces ten dokładniej polega na wprowadzeniu do pojedynczych komórek roślin hodowlanych nowych, zmienionych genów. źywność transgeniczna wciąż budzi jednak ogromne wątpliwości, ze względu na brak całkowitej pewności, co do jej ewentualnych efektów ubocznych. Niebezpieczeństwo stanowi Fakt, że w takich eksperymentach dochodzi do zmieszania genów całkowicie nie spokrewnionych gatunków- Geny zwierząt trafiają do roślin, Geny bakterii - do zbóż a Geny ludzkie - do zwierząt. Zacznijmy od zalet żywności transgenicznej. Rośliny będą -odporne na Herbicydy (środki stosowane przeciwko chwastom), -wzrasta ich Wartość odżywcza, -poprawia się wygląd, -potrafią wytwarzać własne insektycydy(środki przeciwko owadom), - są odporne na choroby przenoszone przez mikroorganizmy, -wzrastają w niesprzyjających warunkach (np. w wysokiej / niskiej temperaturze), -nie potrzebują wysokiego nawożenia azotowego -potrafią same wiązać Azot atmosferyczny, -wolno dojrzewają, przez co wzrasta ich podatność na przechowywanie czy daleki transport. Rozpiszmy szerzej wymienione wyżej punkty. Rośliny odporne na Herbicydy ta Cecha bardzo ułatwiłaby rolnikom hodowanie ich gdyż, mogliby spryskiwać je środkami, które wcześniej były dla nich szkodliwe bez szkody dla nich, ale zniszczyliby Chwasty czy nawet Owady pasożytujące na tych roślinach. Wartość odżywcza jest bardzo ważna dla każdego człowieka, więc było by to nam „na rękę” bylibyśmy zdrowsi i bardziej odporni na mikroorganizmy. Poprawiłby się wygląd roślin, co pomogłoby rolnikom i sprzedawcom w sprzedawaniu ich, no i dzieci chętniej jadłyby smacznie wyglądające Warzywa Niż jakąś „papkę”, która nie ma wcale żadnych witamin no i nie smakuje zbyt dobrze. Gdyby potrafiły wytworzyć własne insektycydy nie trzeba by spryskiwać ich środkami szkodliwymi dla środowiska i nasza Ziemia byłaby mniej zanieczyszczona. Mogły by rosnąć w niesprzyjających warunkach, co rozwiązałoby problem wielu milionów ludzi na świecie chodzi tu o Głód można by zasiać w Afryce i na Grenlandii wiele roślin, które nigdy wcześniej tam nie rosły i Ludzie będą mogli siać Zboża i inne Rośliny dzięki czemu będą mieli pożywienie. Wolno dojrzewają, czyli będzie można je dłużej przechowywać bez konieczności konserwowania ich chemicznie. Będzie można stworzyć organizmy, które będą zdolne wytworzyć wiele substancji, które teraz trudno wytworzyć w warunkach laboratoryjnych takimi organizmami są już owce wytwarzające Mleko, w którym znajduje się jedno z białek odpowiedzialnych za Krzepnięcie krwi. Ludzki gen kodujący to Białko został wbudowany do DNA zapłodnionych komórek jajowych, z których rozwinęły się owce. Prowadzone są również Badania nad wytworzeniem organizmów zawierających np. szczepionkę przeciw żółtaczce czy Białko obniżające poziom cholesterolu we krwi. Stworzono już pomidory pozbawione genu odpowiedzialnego za ich mięknięcie po zerwaniu z krzaka, dzięki czemu sprzedawcy warzyw zyskali na tym, bo pomidory tak szybko się nie psują i nie muszą tak martwić się, że jeżeli nie sprzedadzą ich pierwszego dnia będą musieli je wyrzucić. Pracuje się również nad tym, aby zwiększyć mleczność krów czy tak zmodyfikować Zwierzęta rzeźne by miały jak największą ilość mięsa przy jak najmniejszej ilości tłuszczu. Rośliny transgeniczne Człowiek stara się również wykorzystać do wiązania z gleby toksycznych substancji, które znalazły się tam w wyniku katastrof czy wypadków i rozkładania ich do prostych, nieszkodliwych związków. Teraz niestety musimy przejść do wad żywności zmodyfikowanej genetycznie. Wprowadzenie żywności odpornej na Dane insekty może spowodować zagrożenie gatunku, który żywi się nim, wywoła to rekcję łańcuchową i po kolei będą wymierać gatunki, które znajdują się wyżej w piramidzie pokarmowej lub powstaną Nowe gatunki, przez co zachwieje się równowaga w przyrodzie. Genetycy zmieniają Charakter żywności - bez długich i dokładnych testów nie można jednoznacznie stwierdzić, czy zmodyfikowane Pożywienie jest w pełni bezpieczne. Wśród ewentualnych zagrożeń dla ludzkiego zdrowia wymienić należy: a)toksyczność, b)wzrost ryzyka zachorowalności na nowotwory, c)mniejsza Wartość odżywcza, Moim zdaniem żywność transgeniczna ma świetlaną przyszłość. Za kilkadziesiąt lat Inżynieria genetyczna będzie posunięta tak daleko, że organizmy modyfikowane genetycznie będą prawie idealne i będą stworzone takie Rośliny jak banany ze szczepionką przeciw żółtaczce, czy Marchew z właściwościami przeciw bólowymi.

Modyfikacje roślin - typy

1. Odporność na herbicydy - chemiczne środki ochrony roślin, środki chwastobójcze.

2. Odporność na choroby powodowane przez grzyby, wirusy, bakterie.

3. Odporność na owady - szkodniki.

4. Odporność na niekorzystne warunki środowiska.

5. Poprawa cech jakościowych oraz użytkowych roślin.

Rośliny transgeniczne (modyfikowane genetycznie) - przykłady
Kukurydza- odporność na owady - wszczepiony został gen odpowiedzialny za wytwarzanie białka, które zjadane przez owada niszczy jego przewód pokarmowy co doprowadza do śmierci. Białko to "działa" tylko w organizmach niektórych, ściśle określonych gatunków owadów-szkodników, nie jest aktywne np. u człowieka.- wytwarzanie substancji używanych do wyrobu leków lub szczepionek,
Ziemniaki- wzrost zawartości skrobi, ponadto odmiany składające się wyłącznie z amylopektyny - u odmian tradycyjnych 20% skrobi to amyloza, którą usuwa się z ziemniaków przemysłowych co podnosi koszty, - odporność na herbicydy, stonkę ziemniaczaną, wirusy,- "słodkie ziemniaki" - wprowadzenie genu odpowiedzialnego za wytwarzanie słodkiego białka - taumatyny,- odporność na ciemnienie pouderzeniowe - większa trwałość,- mała zawartość glikoalkaloidów - substancji szkodliwych na człowieka, występujących w surowych ziemniakach.
Pomidory- spowolnienie dojrzewania, większa trwałość- większa zawartość suchej masy,- poprawa smaku (?),- intensywniejsza barwa, cieńsza skórka.

Truskawki- wyższa słodkość owoców,- spowolnienie dojrzewania,- odporność na mróz.
Soja- odporność na środki ochrony roślin - hrebicydy,- odporność na wirusy, herbicydy, szkodniki,- obniżona zawartość kwasu palmitynowego.
Rzepak- odporność na herbicydy,- zmniejszona zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych,- większa zawartość kwasu lauronowego.
Buraki cukrowe- odporność na herbicydy i szkodniki,- dłuższy okres przechowywania bez strat w zawartości cukru.
Ryż- zwiększona produkcja beta-karotenu, prekursora witaminy A - wszczepione został geny pochodzące z żonkila, modyfikacja w zamierzeniu miała rozwiązać problem braku witaminy A u dzieci w Azji Wschodniej.
Sałata- produkująca szczepionkę na zapalenie wątroby typu B - można się szczepić jedząc sałatę - została ona opracowana przez naukowców z Instytutu Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu pod kierownictwem prof. Legockiego.
Bawełna - odporność na herbicydy i szkodniki.
Pszenica- zwiększenie zawartości glutenu - lepsza mąka.
Dynia- odporność na grzyby
Winogron- odmiany bezpestkowe.
Banany- odporność na wirusy i grzyby - zakażają się poprzez uszkodzenia w transporcie.
Kapusta- odporność na szkodniki, mniejsze wymiary główek.
Seler-zwiększona kruchliwość.

Zwierzęta transgeniczne (modyfikowane genetycznie) - przykłady

1. Modyfikacje mające na celu wytwarzanie w organizmie zwierząt genetycznie zmienionych białek wykorzystywanych jako leki - czyli wykorzystywanie ich jako bioreaktorów.

2. Uzyskanie szybszego wzrostu zwierząt hodowlanych.

3. Krowy dające więcej mleka, oraz mleko specjalnie przystosowane do produkcji serów

4.

Odporność na choroby.

5. Modyfikowane świnie jako dawcy narządów.

6. Inne:
- modyfikacje do celów naukowych zwierząt laboratoryjnych - myszy, szczurów,
- owce wytwarzające wełnę toksycznaą dla moli i nie kurczącą się w praniu,
- lepsza jakość mięsa, mleka,
- transgeniczne koty dla alergików - ich sierść nie powoduje alergii,
- transgeniczne rybki akwariowe z genami z meduzy, dzięki którym fluoryzują w ciemności (rybki są bezpłodne - nie mogą się krzyżować w przypadku wydostania się do środowiska).

AD 16. a) działania na ścianę komórki (hamowanie syntezy ściany komórkowej), np. penicylina;
b) działania na błonę komórkową poprzez efekty powieszchniowe(zaburzenia w przepuszczalności) np. streptomycyna
c) działania na syntezę białek (hamowanie syntezy), np.chloramfenikol, tetracykliny.

Główne mechanizmy działania antybiotyków to:

• Zakłócanie syntezy ściany komórkowej bakterii np. penicylina

• Upośledzenie przepuszczalności błony komórkowej bakterii. np. Gramicydyna

• Zakłócanie syntezy kwasów nukleinowych:

• hamowanie biosyntezy folianów niezbędnych do syntezy DNA

• hamowanie na różnych etapach np. Trimetoprim

• hamowanie działania topoizomeraz np. Ciprofloksacyna

• Zakłócanie syntezy białek np. Streptomycyna

Osobnym problemem jest szkodliwość dla naturalnej flory bakteryjnej człowieka.

Temperatury wysokie tzn. od 70C wzwyż działają zabójczo na drobnoustroje powodując ścięcie białka. Najbardziej wrażliwe na wysokie temperatury S.A. my wegetatywne drobnoustrojów bakterie, drożdże, pleśnie. Najbardziej odporne są przetrwalniki bakterii nieco mniej są zarodki drożdży i pleśni.

Biofilmy tworzą drobnoustroje przytwierdzając się do powierzchni na styku dwóch faz, mogą być tworzone na, praktycznie, każdej wilgotnej powierzchni, ale najszybciej tworzone są w układach, gdzie jest stały dopływ składników odżywczych. Biofilmy to: zróżnicowana zbiorowość drobnoustrojów, występująca zwykle na powierzchniach stałych, zazwyczaj wielogatunkowa, chroniąca formy ją tworzące i sprzyjająca ich namnażaniu Mikroorganizmy posiadają, zwykle, osłonkę syntezowanych przez siebie zewnątrzkomórkowych polisacharydów. komórki + polisacharydowe śluzy = biofilm.

TWORZENIE GMO: Modyfikacje genetyczne to przeważnie wprowadzenie genów pochodzących z innych gatunków, które nadają modyfikowanemu organizmowi pożądaną cechę, nie występującą u niego naturalnie. Główne zastosowania modyfikacji: zmodyfikowane mikroorganizmy są używane do produkcji pewnych substancji chemicznych, takich jak np. insulina,modyfikowanie roślin pozwala dodać/wzmocnić cechy zwiększające opłacalność produkcji. Aby otrzymany organizm był transgeniczny, należy do niego wprowadzić kawałek DNA, który pochodzi od obcego organizmu. Nim jakiś organizm zostanie genetycznie zmieniony, transformowany, należy posiadać fragment materiału genetycznego, który pochodzi z innego organizmu. Może on zostać wycięty z większego fragmentu DNA, dzięki enzymom restrykcyjnym. Są to cząsteczki białek, które potrafią przecinać nić DNA, częstokroć czynią to w specyficznym miejscu, dzięki czemu możliwe jest wycięcie takiego fragmentu jaki jest potrzebny. Tak przygotowany materiał jest wprowadzany do zwierząt bądź roślin. Ten fragment najczęściej zwiera informację (koduje) cząsteczki białka, które będą wykorzystane przez organizm. Samo wprowadzenie materiału genetycznego nie jest łatwe. Metody, którymi biotechnologowie się posługują by tego dokonać bywają odmienne w odniesieniu do roślin i zwierząt, dlatego omówione zostaną osobno.

GMO, czyli organizmy zmodyfikowane genetycznie to rośliny, zwierzęta i drobnoustroje, których geny zostały celowo zmienione przez człowieka. Rekombinacja DNA i inne pokrewne techniki pozwalają tworzyć organizmy o odmiennych właściwościach niż macierzy gatunek.

techniki fingerprinting PCR [ RADP, AP-PCR, DAF ] 3)

Wymien techniki analizy polimorfizmu dlugosci fragmentow restrykcyjnych RFLP, PFGE4)

Skutki dodawania antybiotykow do pasz : - dysbakterioza - wzrost zakażeń grzybami patogennymi, wirusami i chlamydiami - hamują wzrost drobnoustrojów 5)

Jakie antybiotyki dodawane byly do pasz dla zwierzat : - flawomycyna - monenzyna - salinomycyna - awiamycyna bądź awilamycyna

Bioreaktor (dla fermentacji metanowej) - najczęściej urządzenia o ciągłym przepływie ścieków. Występują jako bioreaktory z beztlenowym osadem oraz beztlenową błoną biologiczną. Efektem pracy bioreaktora są wstępnie oczyszczone ścieki oraz biogaz wykorzystywany np. do ogrzewania budynków oczyszczalni ścieków. Bioreaktor posiada również wady, do głównych zaliczamy sporą wrażliwość na odczyn i temperaturę oraz często niewystarczające oczyszczenie zanieczyszczeń, które należy doczyszczać metodami tlenowymi. Fermentacja metanowa (czyli anaerobowe oczyszczanie) stosowana jest głównie do oczyszczania ścieków z przemysłu spożywczego, papierniczego, farmaceutycznego, celulozowego, a także ferm hodowlanych.

Bioreaktory - Są to urządzenia skonstruowane w sposób umożliwiający kontrolę procesu produkcyjnego, jego optymalny przebieg (pomiar i regulację parametrów) w warunkach maksymalnego ograniczenia lub całkowitego wyeliminowania możliwości zakażeń.

Pozwalają na prowadzenie procesów mikrobiologicznych, enzymatycznych oraz hodowli komórek organizmów wyższych. Do podstawowych wymogów stawianych bioreaktorom przeznaczonym do procesów tlenowych należy duża sprawność w zakresie wymiany masy (tlenu) oraz odprowadzania wydzielającego się ciepła.
SKŁADNIKI PCR:

BUFOR, JONY Mg 2+, MATRYCOWY DNA, STARTERY OLIGONUKLEOTYDOWE, POLIMERAZA DNA, TRIFOSFORNA DEOKSYNUKLEOTYDÓW.

OGRANICZENIA PCR:

• trudności w izolacji DNA z prób żywności

• możliwość amplifikacji martwych komórek bakteryjnych

• powszechne występowanie w żywności lub podłożu hodowlanym inhibitorów zakłócających przebieg reakcji

• koszty analizy

PCR - multiplex jest wariantem techniki PCR, pozwalającym na jednoczesne powielenie wielu miejsc loci w jednej reakcji, wykorzystując więcej niż jedną parę starterów. każda nowo kopiowana cząsteczka staje się matrycą dla dwóch następnych kopii, co decyduje o lawinowym tempie reakcji. PCR typu multiplex, pozwalającą amplifikować nawet 15 odcinków genu jednocześnie.

GMO, czyli organizmy zmodyfikowane genetycznie to rośliny, zwierzęta i drobnoustroje, których geny zostały celowo zmienione przez człowieka. Rekombinacja DNA i inne pokrewne techniki pozwalają tworzyć organizmy o odmiennych właściwościach niż macierzy gatunek.

TWORZENIE: Modyfikacje genetyczne to przeważnie wprowadzenie genów pochodzących z innych gatunków, które nadają modyfikowanemu organizmowi pożądaną cechę, nie występującą u niego naturalnie. Główne zastosowania modyfikacji:

• zmodyfikowane mikroorganizmy są używane do produkcji pewnych substancji chemicznych, takich jak np. insulina,

• modyfikowanie roślin pozwala dodać/wzmocnić cechy zwiększające opłacalność produkcji.

PO CO GMO: Główne modyfikacje genetyczne obecnie uprawianych roślin polegają na uodpornieniu ich na konkretne herbicydy, które są zabójcze dla chwastów. Innym powodem jest uodpornienie roślin na owady Odpowiednio manipulacje mogą również sprawić, że rośliny będą wymagać np. mniej wody do prawidłowego wzrostu lub niższych temperatur do uprawy niż ich naturalne odpowiedniki.

.Zalety GMO
• Lepsza odporność na "stres": jeśli uprawy mogą być odporniejsze na gradacje szkodników, to zredukowałoby to niebezpieczeństwo niskich plonów. Podobne korzyści mogłyby wyniknąć z lepszej odporności na mróz, wyjątkowe gorąco albo suszę - pomimo, że to wymagałoby manipulacji złożonymi połączeniami genów.
• Zdrowsze jedzenie: przez wstawianie genów do upraw takich, jak ryż i pszenica, możemy podnosić ich wartość odżywczą. Na przykład, geny odpowiedzialne za przenoszenie prekursora witaminy A zostały wstawione do ryżu. Naukowcy otrzymali genetycznie zmodyfikowaną odmianę tzw. złotego ryżu (Golden rice), która produkuje nawet 20 razy więcej β-karotenu, niż zwykły ryż. Ponieważ ryż stanowi podstawę jadłospisu ponad połowy mieszkańców ziemi., nowa odmiana może stać się pomocna w uzupełnianiu beta karotenu i zapobiec np. dziecięcej ślepocie powszechnej w krajach rozwijających się.
• Wydajniejsze gospodarstwa rolne: nowe geny u bydła mogą zwiększyć produkcję mleka. Prowadzi się badania nad bydłem dającym mleko z ludzkimi białkami (takie mleko nie powoduje uczuleń u dzieci).
• Więcej jedzenia z mniejszej powierzchni: poprawiona wydajność GMO może oznaczać że rolnicy w następnych latach nie będą musieli zajmować coraz większych obszarów pod uprawy.
• GMO może redukować oddziaływanie na środowisko produkcji żywności i procesów przemysłowych: odporność na szkodniki i choroby otrzymana w wyniku manipulacji genetycznej znacznie redukuje potrzebę stosowania substancji chemicznych do ochrony upraw, i to już się zdarza. Rolnicy uprawiają kukurydzę, bawełnę i ziemniaki, które już nie muszą być opryskiwane bakteryjnym środkiem owadobójczym (zawierającym Bacillus thuringiensis) - ponieważ zmodyfikowane rośliny same produkują substancje owadobójcze. Naukowcy rozwijają drzewa, które mają niższą zawartość ligniny. To może zredukować potrzebę stosowania trujących substancji chemicznych w produkcji papieru.
• Rekultywacja zanieczyszczonej gleby lub ziemi: nowe gatunki mogą być pomocne w rekultywacji zanieczyszczonej gleby. Dzięki inżynierii genetycznej możemy otrzymać gatunki roślin, które będą w stanie pochłaniać znaczne ilości toksycznych substancji.
• Dłuższe okresy przechowywania: genetyczna modyfikacja owoców i warzyw może czynić je bardziej odporne na przechowywanie i transport. Istnieją już takie gatunki.
• Biopaliwa: Zmodyfikowane genetycznie rośliny mogą służyć do produkcji biopaliw.
Szczepionki i leki: zmodyfikowane rośliny i zwierzęta mogą posłużyć do produkcji tanich szczepionek i lekarstw.
4.Wady GMO:
• Ekolodzy alarmują, że niekontrolowane wprowadzanie genetycznie zmodyfikowanych organizmów do środowiska może w zupełnie nieprzewidywalny i wielostronny sposób zaburzyć równowagę ekosystemów
• W roślinach transgenicznych tworzą się nowe rodzaje protein oraz występuje duża koncentracja endotoksyn BT które mogą powodować alergie i szkodliwie wpływać na zdrowie. Klinicznie stwierdzono, że soja transgeniczna uzyskana przez transformację genu z orzeszka brazylijskiego do soi konwencjonalnej oraz niektóre odmiany kukurydzy transgenicznej wywołują alergie.
• Innym zagrożeniem jest szkodliwość roślin z modyfikacją, umożliwiającą im produkcję endogennych środków owadobójczych, dla gatunków nieszkodliwych lub wręcz pożytecznych, co niebezpiecznie zakłóca sieci troficzne ekosystemów.
• Bardzo niebezpiecznym zjawiskiem jest niekontrolowane rozprzestrzenianie się pyłków roślin zmodyfikowanych i zapylanie nimi nawet bardzo odległych upraw roślin niezmodyfikowanych, czyli de facto ich skażenie genetyczne. Jest to szczególnie niebezpieczne dla rolników ekologicznych, którzy nie mogą sprzedawać zanieczyszczonego ziarna, jako wolnego od genetycznych modyfikacji.
• Pamiętać należy, że wprowadzenie GMO do środowiska jest praktycznie nieodwracalne i z biologicznego punktu widzenia zuboża globalną bioróżnorodność i naturalną pulę genową biosfery na równi ze zjawiskiem wymierania gatunków.
• Powstaje pytanie czy mamy prawo do ingerowania w naturę na niespotykaną dotąd skalę. Prawdą bowiem jest, że tworzenie nowych odmian hodowlanych wpisane jest w historię rolnictwa i rozpoczęło się na dobrą sprawę od rewolucji neolitycznej. Nowe odmiany powstawały jednak na drodze długotrwałych krzyżówek blisko spokrewnionych organizmów, a wymiana genów nie przekraczała granic gatunkowej puli genowej i stanowiła jakoby akcelerację naturalnego procesu ewolucji. W przypadku GMO mamy do czynienia z niemal dowolnymi przetasowaniami genów różnych gatunków, co kłóci się z fundamentalnymi zasadami biologii i etyki. Należy w tym miejscu rozróżnić dwa podstawowe aspekty problemu - jednym z nich są zamknięte, laboratoryjne i doświadczalne prace nad wykorzystaniem GMO do celów medycznych, farmaceutycznych, czy sozologicznych, a drugim uwalnianie do środowiska zmodyfikowanych genetycznie organizmów, ich uprawa na szeroką skalę oraz wykorzystanie do produkcji żywności i pasz.

1

---