Adaptacja – indukcja biosyntezy zakodowanych w genomie drobnoustroju enzymów / mutacji prowadzącej do zmiany enz.normalnie produkowanych mechanizmów ich kontroli. Aseptyczność – duże stęż.substr.czynnego osmotycznie; -duża ilość innculum; - wysoka/niska temp procesu; -niskie pH podłoża; - powstanie: etanolu, acetonu, kw.mlekowego, H2O2. –promieniowanie elektromagnetyczne -filtry azbestowe i z ziemi okrzemkowej - ozon, formalina, lizol, chloraminy - mikrofiltracja Biologia syntetyczna – nowa metoda, dzięki której można lepiej zrozumieć mechanizmy sterujące biologicznymi procesami (konstruowanie/przebudowywanie składników w kombinacje i systemy nie występujące naturalnie. Korzysta z inżynierii, nanotech,biol.molek) Zastosow: tworzenie syst.komp. pozwalającego na ominięcie prób kliniczn. i zsyntetyzowanie pętli pamięci DNA. >>>Bioreaktor – cel: stworzenie 1rodnego i kontrolowanego środowiska sprzyjającego rozwojowi kultury z zachowaniem sterylności procesu i u3maniem gł.parametrów kultury na optymalnym poziomie. Regulowane parametry: temp, pH, intensywność natleniania pożywki, szybkośc mieszania. - budowa: nacznie hodowlane, ukł.mieszania/ /napowietrzania/chłodzenia, urządzenie do gaszenia piany/pobierania prób/kontrolno-pomiar. Bior.do ferm.tlenowych: a/ gdzie en. doprowadzana jest fazą gazową: - B. barbotażowe -B. z wypełnieniem ruchomym -B. z powietrznym przenośnikiem cieczy - B. z urządzeniami kontaktowymi -B. rurowe [bakt, drożdże. MINimum uszkodzeń mech.] b/ gdzie en.doprowadzana jest z fazą ciekłą: - B. z mieszadłami zasysającymi - B. z eżektorami -B. z pompami strumieniowymi [bakt, droż. MAXimum uszkodz. mech] c/ gdzie en.doprowadzana jest z fazą ciekła i gazo.: - B. z mieszadłami - B. z mieszaniem wibracyjnym - B. grupy BG z cyrkulacją wyuszoną -B.kombinow. [grzyby nitkowate, bakt., droż., różny poziom UM] Bior.do hodowli w stałym podł.: (+) stosowanie tanich składników podl.hodowl. (otręby zbóż, wytłoki buraczane/owoców, zarodki i kiełki zbóż, ziarna soi/ryżu i wióry drzewne). Zastosowanie intensywnego napowietrzania, utrzymywanie odp.struktury pożywki i okresowe /stałe mieszanie podłoża pozwala na utrzymanie właściwej temp. I wilgotności i podłoż. Bioreaktory z nieruchomym podłożem (kolby Erlenmayera, płytki Petriego, zlewki umieszczone w komorach hodowlanych. Urządzenia z perforowanymi tacami na których w kilku-cm warstwie rozkładane jest zaszczepione podłoże. Tace umieszcza się warstwowo na stelażu i umieszcza w komorze hodowlanej. Powietrze cyrkuluje między warstwami odbierając ciepło i CO2 a dostarcz. Tlen. Warstwy złoża na tacach max 5-6 cm (ogranicza przegrzewanie złoża) Bior.z ciągłym mieszaniem podł. wyróżnia się aparaty zbiornikowe z nieruchomą warstwą podłoża wyposażone w mieszadła i bioreakt. z obracającym się bębnem. Mieszanie podł przez przesypywanie jest wynikiem ruchu cząsteczek pożywki wywołanego kontaktem z wew.ścianą bębna. Zainstalowanie wew.bębna dodatkowych elementów pozwala na zwiększenie intensywności mieszania. Podłoże jako granulat zwiększa intensywnośc wymiany ciepła i napowietrzanie podłożą, a produkt końcowy nie musi być rozdrabniany. Bioreakt.do procesów z biokatalizatorami unieruchomionymi: B.z nieruchomym lub cyrkulującym złożem. CZYNNIKI: - forma i kształt unieruchomionego kat. - rozpuszcz. i dyfuzja substr. I produktu - konieczność utrzymania stałego pH - kinetyka katalizowanej reakcji, -koszty produkc Bioreaktory z im mobilizowanym mat.biol.moga działać w systemie okresowym lub ciągłym. Gł.przeznaczeniem są procesy ciągłe, bo można w pełni wykorzystać wszystkie zalety związane z unieruchomieniem mater.biol. Bioreakt. membranowe – mogą zawierać wiązkę wydrążonych włókien/rurek, zaś biokatalizator może być unieruchomiony pomiędzy 2 koncentrycznymi rurkami półprzepuszczalnymi wewnątrz włókien lub rurek. (+)natychmiastowe oddzielenie prod.przemiany biochem.od czynnika biologicznego (enz./kom) >>Bioprocesy – sposoby ich prowadzenia: CEL: osiągnięcie maxymalnej wydajności produktu i biomasy w przemianach biochemicznych z udziałem danego producena o genetycznie określonych właściwościach. Potrzebna odp. aparatura! INŻ.BIOPROCESOWA zajmuje się prowadzeniem proc.bioch.na skalę przemysł. Hodowla OKRESOWA: (+) prostosta; +łatwość kontorli; +niepotrzebne specjalistyczne oprzyrządowanie bioreakt.; +łatwe utrzymanie warunk.jałowych; +odnawialność innokulum. (-) niska wydajność; -zmienne warunki hodowli; -wolniejszy wzrost drobnoustr.; -BRAK regulacji stęż.substr.; -niska wydajność produktu finalnego; HODOW.CIĄGŁA: (produkcja: etanolu, butanolu, acetonu, kw.oct., mlekowego, kilku antybiotyków, drożdzy piekarskich z melasy, oczyszczanie ścieków) (+)pominięcie etapu produkcji innokulum; +eliminacja zmian warunków hodowli; +prowadzenie hodowli dowolnie długo w niezmiennych warunkach; +regulacja stanu fizjologicznego drobnoustr.i wybór najkorzystniejszych warunków do produkcji; +jednorodność składu fizycznego i chem hodowli +automatyzacja; +większa wydajność procesu; +efektywniejsze wykorzystanie aparatury; + zmniejszenie powierzchni użytkowej zakładu w stos. do wielkości produkcji. (-) możliwa degradacja szczepów i opanowanie hodowli przez mutanty; -ciężko zachować długo aseptyczność; -możliwe tworzeni agregatów i kłaczków przez drobnoustr. i zarastanie przewodów, ścian bioreaktora; -trudność utrzymania stabilności szczepu oraz operacji mechanicznych. HODO.PÓŁ-CIĄGŁA: - metoda ograniczająca występowanie mutacji drobnoustr. Pierwszy zbiornik w szeregu jest okresowo ponownie szczepiony. Kontrola bioprocesów (pomiar parametrów): * fiz – temp. ciś, szybk.obrotów mieszadła/ /przepływu gazów i cieczy, objętość, ciężar i poziom r-ru fermentacyjnego i poziom piany * chem – pH, rH, siła jonowa, stęż.rozp. O2 i CO2, stęż.źr.C, N, i innych skł.podł. * biol – biomasa, stęż.NAD/NADH, zawartość RNA/DNA, białka, węglowodanów i innych skł.pod. >>>Biosensory (bioczujniki) – wysoce selektywne narzędzia analityczne. Są to sensory chemiczne zbudowane z 2 gł. elementów: 1.Warstwy receptorowej w postaci materiału biologicznego (cel: „rozpoznawanie” oznaczanego zw); 2.Przetwornika elektrycznego/optycznego (cel: „tłumaczenie”sygnału biologicznego na parametr mierzalny fizycz.) Zwykle są to: potencjometryczne/amperometryczne elektrody jonoselektywne, tranzystory, termistory, piezokryształy, systemy optyczne. Hodowla wzbogacająca – wprowadzanie do popbranej próbki zw.chem. mogących pełnić rolę czynnika selekcyjnego - zmiana liczebności popul. Drobnoustr. zawartych w próbce, podczas jej inkubacji o określonych warunkach (temp, czas…) Eżektor - urządzenie wywołujące spadek  ciśnienia statycznego w rurociągu, w celu umieszczenia w tym rurociągu dodatkowej porcji gazów lub jakiegoś materiału. Spadek ciśnienia statycznego wywołany jest specjalnym przewężeniem, w którym następuje wzrost prędkości gazu zgodnie z prawem Bernoulliego, a co za tym idzie miejscowy wzrost ciśnienia dynamicznego  i spadek ciśnienia statycznego. Funda-fom – najlepsze mieszadło do usuwania piany (# LIKWIDACJA PIANY) In silico – analiza genomów za pomocą prog.komp. Infekcje fagowe – objawy: spadek wydajności procesu, zmiana pH, spadek liczby żywych kom, zwiększone pienienie się hodowli, gorsza filtracja hodowli, liza komórek i przerwanie procesu. - Przeciwdziałanie: użycie inhibitorów specyficznie hamujących proces namnażania fagów (glutation, dehydrooctan, B-propionolakton, kw.L-askorbino., tripolifosforan sodowy) oraz związków chelatujących kationy 2-wartościowe (kw.fitynowy, cytrynian, szczawian, niejonowe detergenty) i u3manie czystości mikrobiologicznej w zakł.produ. (klasyczna sterylizacja i dezynfekcja, dokładne mycie i jałowienie pomieszczeń, urządzeń, przewodów, zaworów, sterylizacja podłoży) - Gł. zakażenia są z powietrza do napowie.bioreakt. Iniekcja – bezprzeponowa sterylizacja polegająca na wstrzyknięciu pary do pożywki. Zmniejsza zmiany zachodzące pod wpływem temp. INŻ.METABOL.1 – etapy: …1231… 1. Synteza zrekombin.kom.o zmienionych właściw. 2. Analiza właściw.uzyskanych kom. 3. Projektowanie dalszych zmian genetycznycz INŻ.METABOL.2 – zastosowania: wzrost wydajności produkcji natywnych produktów biosyntezy; rozszerzanie zakresu substratów asymilowanych przez drobnoustr.; wytwarzanie nowych prod.dla kom; poprawianie cech kom; wytwarzanie zw.chiralnych; sprawdzanie efektywności terapii. >>Kawitacja - zjawisko fiz. polegające na gwałtownej przemianie fazowej z fazy ciekłej w fazę gazową pod wpływem zmniejszenia ciś. Jeżeli ciecz gwałtownie przyśpiesza zgodnie z zasadą zachowania energii, ciś statyczne cieczy musi zmaleć.  >Koalescencja – zbyt intensywne napowietrzanie przy nieodp. mieszaniu powoduje odpowietrzanie pożywki. Kolekcja szczepów – cel: zapewnienie referencyjnych szczepów bakteryjnych dla celów badawczych; poszukiwanie nowych szczepów; klasyfikacja i identyfikacja drobnoustr.; badania nad skutecznymi metodami ich przechowywania. _Najstarsza kol.szcz. to CBS. _Depozytornie muszą długotrwale przechowywać szczepy z bezwzględnym zachowaniem ich właściw Mikrobiol.prod.metabiolitów – należy wyselekcjonować odp. aktywny szczep produkcyjny: - czysta kult.wolna od fagów, niepatogenna - wytwarza cenne produkty bez toxycz.metabolit. - krótki czas biosyntezy produktu - stabilna biologicznie i zdolna do długiego przechowywania; ma minimalne ryzyko zakażenia - wytwarza kom.wegetatywne i spory *Doskonalanie kultur – cel: wzrost wydajności produktu (zmiana przepuszczal.bł.kom.by zwiększyć wydziel.prod); poprawa bioprocesu (spadek czasu fermentacji i zapotrzebowania na O2); nowe produkty. - jak? Rekombinacja u grzyb (cykl (para)sexualny); Rekom.u bakt (trans-formacja,-dukcja, koniugacja) Przegrupowanie czynników genetycz przy użyciu traspozonów; In vivo fuzja protoplastów; rekombinacja DNA in vitro. Cykl para sex.-wymuszone krzyżowanie dwóch szczepów; wykorzystywane do produk.antybiotyk! Likwidacja piany: * mechaniczne (turbinowe, hydrauliczne, wirówkowe, system Fringsa, Fundafom – szybkoobrotowa wirówka ze stożkowymi talerzami, na których wykrapla się ciecz i wyrzucana jest do przestrzeni bioreaktora, a gaz usuwany jest centralnym kanałem na zewnątrz) (ultradźwiękami – płytkowy generator ultradźwięków; pole akustyczne od 10-100kHz i mocy 0,1-1 kW/cm2). * chemiczne (odpieniacze oleiste, estry, węglowodory, wyższe długołańcuch. alko, silikony) * kombinowane (hydra ul-chem Volgebusha) Dobry środek odpieniający: -szybka likwidacja piany, brak toxyczności dla mikroorg, małe zużycie, długi czas działania, niska cena, nie pogarsza natlenienie środowiska hodowlanego, nie utrudnia wydzielania produktu. LMO – przetworzone prod.spożyw. i szczepionki, subst.czynne, dodatki spoż/nieżywnościowe gdzie przy produkcji użyto genetycznie zmodyfikowanych żywych org. Mieszanie – operacja dynamiczna wpływająca na cechy fizjologiczne i morfologiczne drobnoustr., przebieg proc.fizycznych, chem, biolog., 1rodność układu i produktu procesu biotechnol. - uzyskanie 1litej zawiesiny drobnoustr. - przyśpieszenie ruchu masy produkt. metabolicz. Zależy od np. średnicy mieszadła i mieszalnika, wysokości słupa cieczy w mieszalniku, odległości mieszadła od dna mieszalnika, dł.(wysokości) przegród, gęstości i lepkości dynamicznej cieczy, liczby obrotów i rodzaju mieszadła. Efektywność mieszania określa się stosunkiem stopnia 1rodności do mocy mieszania i liczby obrotów mieszadła. Mieszadła mech: łapowe, śmigłowe, turbinowe, płytowe, ramowe, kotwicowe. Mieszanie pneumatyczne – doprowadzenie do cieczy gazu, który rozdziela się na pęcherzyki płynące do góry przez warstwę cieczy co – ruch.

Miesz.hydrauliczne (pompa, eżektor) Mieszadło Funda-Spin – posiada ruchome, pionowo zawieszone łopatki wprawiane w ruch samoczynnie przez obrót wału mieszadła, pozwala na efektywne mieszanie lepkich cieczy nieniutonowskich. Mutageneza (UV) – dł.fali: 200-300 [optym.254 nm]; powstają: dimery między pirymidynami/pirym.komplementarnych nici.; system naprawy SOS odpowiedzialny za powstawanie mutantów. Czynniki mutagenne: mutac.spontaniczne; promieniow.UV/X/gamma; kw.azotowy III, NH2OH, zw.alkalizujące, barwniki akrydynowe; insercja transposonowa. _Nie znając metabolizmu BARK możliwości doskonal.szczepów innymi metodami – tylko klasyczne meto.mutagenizacji szczepów. _ Wydajnośc penicyliny (85 000 units/ml = 850x więcej niż ze szczepu P.chrysogenum Fleminga) _Streptomycyna: 50(’45) 5000 (’55) _Erytroycyna: 100 (’55) 2000 (’61) Reskreening–prowadzimy gdy org.tracą swoje właściw. Screening losowy – najlepsze szczepy poddawane wilosotpniowej mutagenezie i selekcji; pracochłonne; NIE przewidzimy skutków mutacji. Procesy JEDNOSTKOWE jako składowe procesu technologicznego - układ dynamiczny z wchodzącymi strumieniami surowców, energii, informacji i z wychodzącymi strumieniami produktów i czynników oddziałujących na środowisko. W układzie są maszyny, urządzenia, syst.kontroli i regulacji. (reakcje chem) Bioreaktor (OPERACJE jednostkowe) (reakc.fiz: mieszanie, rozdrabianie, chłodzenie, ogrzewanie, destylacja, suszenie, ekstrakcja …) PROC.FERMENTACYJNE: 1. Przygotowanie bioreaktora 2. Przyg. i kontrola osprzętu bioreakt. 3. Przyg. pożywki, innokulum, odpieniaczy 4. Sterylizacja bioreak., pożyw, powiet, pomieszcz. 5. Zaszczepienie 6. Ferment.i kontrola parametr. procesu (napowietrz. mieszanie, ogrzewanie, chłodz, odpienianie, pH ………) 7. Okresowe pobieranie próbki i kontrola; 8. Opróżnianie bioreak. 9. Wydzielanie, oczyszcz., otrzymywanie gotowego produktu. 10 Unieszkodliwianie produktów ubocz. /odpadowych powstałych w wyniku procesu. _Doskonalenie drobnoustr.przemysł. jest podst. do komercjalizacji określonych prod.: enz, antybio, aminokw. Istotny wpływ ma znajomośc szlaków metabol. dla doskonalenia prod. Dobór drobnoustr.musi uwzględniać skład podłoża i warunki hodowli. By uzyskać większą wydajn. bioreak. przy wykorzysta.INŻ.METAB. niezbędna j est skoordynowana ekspresja/inhibicja genów. Szlak biosyntezy aminokw.(LYS) – jest regulowany przez sprzężenie zwrotne produktów finalnych. Blokuje 1 szlak (np.od SER do MET) i zlak ten jest przekserowany na produkcję LIZYNY. Konstruuje się szlaki metab. Tak by uzyskać nadprodukcję aminokw. Selekcja mutantów regulacyj. – cel: ułatwienie wyizolowania mutantów regulator. Gdzie zakłócony/wyeliminowany był system kontroli metabol.na zasadzie sprzężenia zwrotnego (dzięki skriningu mutantów przy toxycz.analogach). Uzyskanie prod.wtórnych: antybiotyków /prod.pośr: kw.cytryn. trudno doskonalić bo mechanizm metabolizmu NIE jest dokł.znany. Selekcja: określenie produktywności szczepów. Obniżając wydajność prod. eliminujemy szczepy mniej wydajne! Kom.macierzysta – kom.posiadająca zdolność do samoodnowienia i różnicowania kom.potomne. Pula kom.mać.utrzymuje równowagę kom.somat. (przyszłość: produkcja całych organów bez zagrożenia odrzucenia przeszczepów) Kultury aktywne (dobór) – w zakresie wytwarz. aminokwasów dokonuje się w oparciu o: METODĘ SELEKCJI MUTANTÓW REGULATOROWYCH o zniesionych/ /zmniejszonych mech.represji. Metoda płytek gradientowych: przygotowanie płytek z podłożem o stopniowo malejącym stęż. zw.toxycz., będące analogami metabolitów/prekursorów prod.końcowych. Cenne kult.przemysłowe selekcjonuje się z wyrosłych kolonii w strefie DUŻEJ koncentracji zw. tox. Metoda przydatna też do selek.KULT AKTYW. W zakresie degradacji ksenobiontów. METODA KRĄŻKÓW AGAROWYCH – (testowanie kultur wytwarz. aminokw, Wit, antybio.) Hodowla kolonii na agarozie, wycięcie sterylnych krążków ze szczepami. Krążki nanosi się na płytki z dorbnoustr.testowym, inkubuje i mierzy strefy wzrostu wokół krążków z kult.wytwarz.antybiotyki! MET. PENICYLINOWA WZBOGACANIA AKUSOTROF (selekcja mutantów wrażliwych na antybiot.) Zawiesina bakt.po mutacji wprowadzana do podł.minimal. z solami miner/cukr.gdzie rosną tylko kom. prototroficzne. +Penicyliny powoduje namnażanie się sferoplastów (pozbawionych fragm.ściany). Po oddzieleniu od podł. hodowlan. i umieszczeniu w H20 destyl. prototroficzne sferoplasty pękają a a kom.auksotroficzne przeżyły. Odwirowanie i umieszczenie na podł.z uzupełnionymi składnikami – namnażanie AUKSOT. aminokwasowych. Cykl powtarzany 2-3 x. Pożywki: stałe (pasty) i ciekłe(r-ry rzeczywiste, koloidalne, zawiesiny, emulsje); organiczne(natur. i syntetyczne) i mineralne; *Poż.CIEKŁE natur: mleko, serwatka, otręby pszenne, wysłoki buraczane, mąka kukur, brzeczka, bulion, kiełki słodowe trociny, melasa, n-alkany… *SKŁ.PODŁ.STAŁEGO: otręby pszenne, plewy, wysłoki buracz.,mąka kuku, kiełki słodowe, trociny, ziemniaki paszowe. *POŻ.należy wzbogacać: C, N, P, makro-mikroelem, Wit, inne oligodynamiczne subst. Istotne są też induktory, prekursory, inhibitory. *Podł.do hod.przemysł.: -max wydaj.produktu; -duża szybkość wytwarz.produktu; -niska cena i dostęp cały rok; -brak/minimum niepożąd.produkt. - minimalizacja trudności technol (napowietrz, miesz, oczyzcz produk, wytwarz.ścieków i odpad). *Prawo minimum Liebega – rozwój org. ogranicza ten czynnik który pierwszy będzie w minimum. *Pr.tolerancji Shelforda – określa wy3małość org. na nadmiar jakiegoś czynnika, powyżej którego jest NIEmożliwy ich rozwój. * Nieodpowiedni dobór skł.podł., NIEwłaściwe pH, zły dobór substratów… powodują, że skł.będą wykorzyst.do poziomu MINIMUM, a reszta nie. * Optymalne podł.musi mieć odp źr. C, N, P, S, K, mikroelem., źr.en., dające optym.wzrost, ale i wpływa korzystnie na wzrost biomasy i ułatwia uzyskanie produktu o dużej wydajności. * Zmiana skł.poż.moze powodować zmianę kierunku metabolizmu kom. Uzyskanie max.wydajności biomasy kom. NIE musi być skorelowane z MAX wydaj.metabolitu. STRATEGIE DOB.SKŁ.PODŁOŻA: Ustalenie optymal.skł.podł. – odp.wys. stęż.oczekiwanych produktów hodowli. 1. „ZAMKNIĘTA” – ustalenie optymalnych proporcji wybranych wcześniej skł.podł. Experymentator dysponuje najlepszymi dostępnymi skł. więc nie uwzględnia pozostałych. 2. „OTWARTA” – nie zakłada z góry wyboru określ. składników, ale poszukuje najbardziej korzystnej kombinacji wszystkich dostępnych zw. – Metoda bardziej komplexowa i bardziej pracochłonna. Zwykle: najpierw prowadzimy 2. a po wybraniu najlepszych składników przechodzimy do 1. * Zastosowanie metod komuter. pozwoliło na optymalizację wielu zmiennych jednocześnie. Nie wymaga to żadnych przewidywań dotyczących np. warunków bioprocesu. Jedną z takich metod tworzą Algorytmy genetyczne. Selekcjonowane są najlepsze warianty. ANN – sztuczna sieć neuronowa służy do definiowania skł.podł., przewidywania dł.trwania faz fermenta--- cyjnych, do kontroli procesu, rzadziej do optymalizacji. Warunki środowiskowe: skład podłoża, jego pH, temp, sposób prowadzenia hodowli, czas trwania. Pożywka [XX]. Zwierz.modyfik.genetycz. – cel: przyspieszenie wzrostu zwierz.hodowl. i produkcji farmaceutyk. izolowanych z mleka.: ludzkie hormony wzrostu, antybiot, czynniki krzepliw.krwi.