Okresy rozwoju biotechnologii

Osiągnięcia biotechnologii

Zakres zastosowań współczesnej biotechnologii

1. Produkcja żywności

a) przemysł spożywczy

- tradycyjne procesy fermentacyjne - produkcja pieczywa, fermentowanych produktów mlecznych i roślinnych, drożdży, napojów alkoholowych

- nowe technologie wytwarzania białka jednokomórkowców (SCP), aminokwasów, witamin, nukleotydów, kwasów organicznych, polisarachyrdów

- zastosowanie enzymów do wytworzenia wyrobów mleczarskich, owocowo-warzywnych, napojów fermentowanych, przetworów skrobiowych

- utrwalanie żywności - np. oksydazą gukozową (antyutleniacz)

b) rolnictwo (produkcja roślinna i zwierzęca)

- produkcja pasz: preparaty białkowe, witaminowe, aminokwasowe, antybiotyczne, stymulatory wzrostu, kiszonki roślinne

- nowoczesne techniki hodowli tkanek i komórek in vitro oraz metody inżynierii genetycznej

- ochrona roślin: antybiotyki, bioinsektycydy, biopestycydy

- lecznictwo zwierząt: antybiotyki, szczepionki

2. Ochrona zdrowia

- namnażane drobnoustrjów oraz hodowla komórek zwierzęcych in vitro w celu wytworzenia szczepionek i przeciwciał

- mikrobiologiczna biosynteza metabolitów drobnoustrojów (antybiotyki, aminokwsy, kwasy organiczne, witaminy, enymy, inhibitory enzymów, dekstran, alkaoidy)

- mikrobiologiczna bosynteza hermonów peptydowych, antygenów oraz innych przoeudktw przy użyciu szczepów konstruowanych metodami inżynierii genetycznej - zawierających obcą informację genetyczną

- zastosowanie procesów bitrnsformacji mikrobiologicznej i enzymatycznej w produkcji leków steroidowych, aminokwasów, antybiotyków, witaminy C, glukonianu wapnia, efedryny

- wytwarzanie przeciwciał monoklonalnych np. do celów diagnostycznych

3. Przemysł chemiczny i inne przemysły

- wytwarzanie surowócw

* alkohole: etanol, butanol, izopropanol, glikol etylenowy, glikol propylenowy, glicerol

* kwasy: octowy, cytrynwy, adypinowy, itakonowy, akrylowy

* polimery: dekstran, ksantan, pululan, kwas poli-beta-hydroksymasłowy

- nośniki energii - paliwa: etanol, metan, wodór

- biotechnlogiczna obróbka surowców naturalnych: roszenie roślin włókienniczych, hydroliza skrobii w trakcie wytwarzania tkanin, odwlosianie i wytrawianie skór. fermentacja tytoniu

- biohydrometalurgia: ługowanie rus, biozatężanie, odzyskiwanie metali

- bioelektronika: bioczipy

4. Ochrona środowiska

- oczyszczanie ścieków: złoża zraszane, filtry biologiczne

5. Analiza

- zastosowanie enzymów rozpuszczalnych, np. oksydazy glukozowej (łączenie z katalazą ub peroksydazą) lub dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej (w połączeniu z heksokinazą)

- czujniki enzymowe i komórkowe: oksydaza glukozowa + elektroda tlenowa, ureaza + elektroda pH

- analiza genomów: analiza restrykcyjna

Rynek światowy dla produktów biologicznych, 1981

Produkt Sprzedaż (miliony $)

Atuty Biotechnologii

1. przetwarzanie surowców odnawialnych

2. duża różnorodnośc bioprocesów i bioproduktów

3. selektywne otrzymywanie enancjomerów biologicznie czynnych

4. łagodne warunki przebiegu bioprocesów

5. mała energochłonność

6. duży stopień bezpieczeństwa bioprocesów

7. mniej groźne niż w technologiach chemicznych

8. oraz łatwiejsze do zneutralizowania zanieszyczszczenie środowiska

Zadania Biotechnologii XXI wieku:

1. opracowanie produkcji nowych leków i preparatów do ochrony zdrowia ludzi i zwierząŧ

2. rozwiązywanie problemów żywieniowych

3. udział w kompleksowym rozwiązywaniu problemów ochrony środowiska

4. upowszechnianie procesów biokatalizy w przemyśle chemicznym oraz w przetwórstwie surowóc nauralnych

5. udział w rozwiązywaniu procesów energetycznych

6. rozpoznawanie i neutralizacja zagrożeń terrorystycznych

Relacje między nauką i technologią

obszar nauki:

badania podstawowe → wiedza (publikacje) ↔ badania aplikacyjne

obszar technologii:

wiedza (publikacje ↔ badania aplikacyjne ↔ usprawnienia i nowe technologie, nowe problemy → wdrożenia (produkcja) → nowe problemy → badania podstawowe

Etapy opracowywania procesu biotechnologicznego

1. pozyskiwanie odpowiednich drobnoustrojów

2. wstępne ustalenie warunków ich hodowli

3. doskonalenie cech produkcyjnych szczepów

4. optymalizacja bioprocesu

5. powiększenie jego skali

6. uruchomienie produkcji

Podstawowywmi polskimi normami

prawnymi dotyczącymi biotechnologii, których celem jest zapewnienie bezpieczengo biologicznego i ochrony środowiska oraz zdrowia ludzi, są

16, 03, 2001 - Ustawa „O rolnictwie ekologicznym”, 22. 06. 2001, nr 63

Dyrektywy Wspólnot Europejskic o GMO

- 90/219/EWG z 23 kweitnia 1990r. w sprawie organiczneg stosowania mikroorganizmów zmodyfikowanych genetycznie (Dz. Urz. WE L 117 z 08, 05, 1900),

Do zasadniczej ustawy o GMO opracowane zostały rozporządzenia wykonawcze dotyczące:

- Oceny zagrożeń dla zdrowia ludzi i środowiska (Dz. U., 2002, nr 107, poz. 944)

- Funkcjonowania Komisji ds. GMO (Dz. U., 2002, nr 19, poz. 196)

- Badań i wydawanie opinii w dziedzinie GMO (Dz. U., 2002, nr 73, poz. 674)

- Listy

Wykład 2

Dobra technika mikrobiologiczna

Bezpieczeństwo pracy mikrobiologicznej

WHO - Światowa Organizacja Zdrowia

EU - Unia Europejska

EFB - Eurpejska Federacja Biotechnologii

FEMS - Federacja Europejskich Towarzystwa Mikrobiologiczncych

Analizują problemy patogenności mikroorganizmów, efekty toksyczne ich działania, problemy uczuleniowe, zakażenia środowisk naturalcnyh a także zagrożenia wynikające z otrzymiwani ai stosowania mikroorganizmów

Ryzyko mikrobiologiczne jest równoznaczne z uwolnieniem, przekniknięcium mikroorganizmów do otoczenia i powodowaniem przez nie zakażenia bezpośredniego lub pośrednieg

Sposodowane jest to nieprzestrzeganiem zasad Dobrej Techniki Mikrobiologicznej (DTM_ wyrażającej się zaniedbaniami w pracy laboratoryjnej lub przemysłowej lub brakiem odpowiednich narzędzi i urządzeń.

Kryteria ryzyka mikrobiologicznego

- czy organizm jest patogenny dla ludzi, zwierząt czy roślin

- czy organizm wnosi ryzyko dla pracwoników laboratoryjnych

- czy organizm rozprzestrzenia się w społeczeństwie

- czy jest dostępne odpowiednie zabezpieczenie ochraniające (leczenie)

Grupy ryzyka mikrobiologicznego

- grupa 1 - mikroorganizmu nie powodują chorów u ludzi, są jedynie potencjalnym ich zagrożeniem

- grupa 2 - mikroorganizmy mogą być przyczyną zachorowania pracownika laboratorium ale nie rozprzestrzeniają się w społeczstwie - mogą być potencjalnym zagrożeniem

- grupa 3 - mikroorganizmy mogą powodować ciężkie schorzenia, stanowią istotne zagrożenie dla laborantów oraz społeczństwa [przeciwdziałanie poprzez odpowiednią profilaktykę, działania ochronne i leczenie (Bacillus anthacis, Toxoplasma, Trichophyton, Pseudomonas)]

- grupa 4 - organizmy powodujące ciężkie schorzenialudzi, zagrażają laborantom oraz rzprzestrzeniają się w środowisku [profilaktyka, zabezpieczenie oraz leczenie są zwykle nieskuteczne (wirus Ebola, Lassa)]

Grupy ryzyka mikrobiologicznego i klasyfikacja laboratoriów

Grupa ryzyka Klasyfikacja laboratorium Przykładu labratorium Przykłady zakażeń

1 - małe ryzyko podstawowe - typ I nauczanie podstawowe Bacillus subtilis

indywidualne Escherichia coli

i środowiskowe

2 - umiarkowane podstawowe - typ I nauczanie uniwersyteckie Salmonella typhi

ryzyko indywidualne i (z komorami publiczna służba zdrowia wirus hepatitis B

organiczone ryzyko mikrobiologiczneymi i podstawowa służba szpitalna Mycobacterium

społeczne innymi niezbędnymi tuberculosis, inne

(środowiskowe) urządzeniami)

Klasyfikacja labortoriuów

Klasyfikacja komór mikrobiologicznych

- szafa laminarna klasy I - komora z jednokierunkowym przepływem powietrza. Jest przeznaczna do ograniczenia zakażeń z powietrza rzy przesiewach i zmniejsza zagrożenie dla osoby pracującej

- szafa laminarna klasy II - podobna funkcja jak komora klasy I. Powietrze ulega recyruklacji od dołu na poweirzchnię pracy. Cześć powietrza jest kierowana poprzez filtry do astmosfery skąd jest wciągana poprzez frontowe miejsce pracy. Boksy nie są polecane dla zagrożeń gruy 3 i nie powinno się ich używać z drobnoustrojami 4 grupy

- komory klasy III i IV - są przeznaczone z organizmami 3 4 grupy ryzyka dając lepszą ochronę pracownika. Bardzo ważne jest prawidłowe zlokalizowane tych komór w laboratoirum oraz wykorzystywanie tylko przez przeszkolony personel

Urządzenia laboratoryjne o zwiększonym ryzyku przedostawania się mikroorganizmów

- liofilizatory - tworzą aerozole, narażają na bezpośredni kontakt z drobnoustrojami

- lodówki i zamrażaki - może nastąpić wylanie próby, pęknięcie opakowania

- łaźnie wodne - zarastanie drobnoustrojami (wymiana wody), dezynfekcja

- strzykawki, igły preparacyjne, igły do przesiewów - ukłucia, aerozole, wylanie materiału

- wirówki - powodują wytwarzanie aerozoli, opryskiwanie, pękanie naczyń

- homogenizatory, wytrząsaki - aerozole, wylewanie

Metody unieszkodliwiania materiału biologiczneo

- chemiczna dezynfekcja wg ustaloneg procedury wewnętrznej - dokonywana z reguły przed steryfizacją

- autoklawowanie - zgodnie z przepisami wewnętrznymi; najlepiej w 121oC przez kilkadziesiąt minut zależnie od materiału biologicznego

- pasteryzacja - gotowanie przez około 30 minut

- spalanie materiału biologicznego (procedura nie dotyczy organizmów z 1 i 2 grupy ryzyka mikrobiologicznego)

Drogi likwidowania materiału biologicznego:

Laboratorium → pomieszczenie dla przyjmowania materiału → autoklaw → przestrzeń wyjściowa: zbiornik śmieci, jednostka rozdzielcza odpadów, spalanie, mycie (zmywalnia) → sterylizacja → odzysk, wydawanie ponowne → laboratorium

Bezpieczeństwo pracy dla 1 grupy ryzyka mikrobiologicznego obowiązuje

- laboratorium łatwe do utrzymania w czystości, powierzchnie stalowe nieprzenikliwe dla wody, odporne ne kwasy, ługi, rozpuszczalniki itp., mycie i dezynfekcja po zakończeniu pracy

- laboratorium musi posiadać umywalki, zlewy (m.in. do mycia rąk) konieczne jest mycie rąk po pracy

- niezbędna jest dobra wentylacja laboratorium

- w czasie pracy drzwi laboratorium winny być zamykane

- obowiązkowe jest noszenie nakryć ochronnych i zdejmowanie ich przy opuszczaniu laboratorium

- jedzenie, picie, palenie papierosów, przechowywanie żywności, stosowanie kosmetyków, żucie gumy - dopuszcza się wyłącznie poza laboratorium mikrobiologicznym

- nie powinn mieć miejsca pipetowanie ustami środowisk ciekłych zawierających mikroorganizmy jak również wydmuchiwanie zawiesin z pipett

- przy podejrzeniu zakażenia rąk natychmiast winno być stosowane ich mycie i dezynfekcja

- efektywny śrdek dezynfekcyjny winien być łatwo dostępny

- wszystkie czynności w laboratorium winny byż przeprowadzone tak, by nie tworzyć aerozoli

- zużyte materiały zabezpiecza się

Bezpieczeństwo pracy dla 2 gruy ryzyka mikrobiologicznego obowiązuje

- organiczenie użytkowania laboratorium do personalu i osób upoważnionych

- zaleca się automatyczne otwieranie baterii umywalek

- autoklaw winien być blisko dostępny

- pożądane jest wydzielenie miejsca na okrycia laboratoryjne

Dodatkowe przepisy dotyczą laboratoiruów klinicznych i obejmują problemy odzieży, narzędzi, materiałów, sposobów postępowanie i in. zagadnień specjalistycznych.

Bezpieczeństwo pracy dla 3 grupy ryzyka mikrobiologicznego

W laboratoriach obowiązują dalsze zaostrzenia. Obejmują ona specjalne szkolenia personalu, prcę w pomieszczeniach za zamkniętymi drzwiami, odpowiednie oznakowania drzwi, filtrowanie wychodzącego powietrza, klimatyzację i wiele innych ogranicze, w tym posiadanie przez pracownikw wszystkich urządzeń laboratoryjnych do wyłącznego użytku.

Bezpieczeństwo pracy dla 4 grupy ryzyka mikrobiologicznego

W laboratoriach obowiązują najostrzejsze, specjalne ograniczenia. Laboratoria te z reguły zajmują się silnie toksyczną mikroflorą.

Praca tu odbywa się w oddzielnym budynku specjalnym systemie ochronnym, do którego wejście jest wyłącznie za specjalnym zezwoleniem. Przy pracy uczestniczą tu stale osoby dodatkowe, na wypadek zakażeń.

Istnieje stała, ostra kontrola przeciwdziałające obecności insektów, itp. działania zabezpieczające.

Cechy bezpiecznego laboratorium

- ogólne cechy dobrego laboratorium mikrobiologicznego to obszerna powierzchnia do pracy, gladkie, łatwo zmywalne powierzchnie (ściany, sufity, podłogi, story i in.), przewody nie gromadzące kurzu, dobrze oświetlenie, brak odbicia świateł, dostępnosć sprzatanai przy meblach i aparatach, woda bieżąca, bardzo dobra wentylacja, posiadanie wszystkich niezbędnych urządzeń laboratoryjnych

- picie, jedzenie, palenie papierosów - poza miejscem pracy, dobre oznakowanie dróg ewakuacyjnych

- w laboratoriach należy unikać w sposób szczególny tworzenia aerozoli, pracy z dużymi objętościami/stężeniami mikroorganizmów, nadmiernego przeładowania (zagracenia) pomieszczenia, wchodzenia osób postronnych

- wyposażenie laboratorium powinno być bezpieczne, z odpowiedniego materiału, wolne od odprysków, bez ostrych brzegów, łatwe w obsłudz

- likwidowanie materiału biologicznego po pracy winno być w pełni przestrzegane: odpowiednie zabiegi stosuje się do zużytych hodowli, narzędzi, materiałów, narzędzi

Podstawwe reguły postępowania dla zapewnienia bezpieczeństwa mikrobiologicznego

- szkolenie i selekcja pracowników laboratoryjnych w zakresie DTM

- postępowanie dla czynności dezynfekcyjnych z potencjalnie infekcyjnym materiałem

- zbiór przepisów dla personelu, osób wizytujących (gości)

- utrzymywanie i postępownie kontrolne dla sysemów wentylacyjnych, filtrów powietrza, boksów mikrobiologicznych i in. wyposażenia

- organizacja nadzoru medycznego

- obowiązki pracownika BHP

- inne zalecenia BHP

Podstawowy zakres zagadnień dla Dobrej Techniki Mikrobiologicznej

Problemy glne

1. Źródła laboratoryjnych zagrożeń

2. Zagrożenia laboratoryjne

Bariery ochronne

- bariera pierwona - dotyczy mikroorganizmu i zabezpieczenia przed jego przenikaniem na zewnątrz

- bariera wtorna - dotyczy pracownika: odzież ochronna, kontrola lekarska, szczepienia, wysoki stopień higieni osobistej

- bariera trzeciorzędowa - dotyczy laboratorium i pracy w nim: sterylizacja zanieczyszczonych odpadów, ograniczenie przebywania osob z zewnątrz

Biotechnologia

Wykład 4

Grzyby

Charakterystyka drożdży

Są to organizmy jednkomórkowe nalezące do Królestwa Protista

Są grzybami mikroskopowymi i wraz z grzybami strżępkowymi

Stanowią pomost pomiędzy organizmamy roślinnymi i zwierzęcaymi

Drożdże nie stanowią homogennej grupy taksonomicznej

Zaliczane są do trzech klas:

- Ascomycetes

- Bsidiomycetes

- Deuteromycetes

W klasyfikacji drożdży uwzględnia się:

- cechy morfologiczne komórki

- sposób rozmnażania generatywnego

- sposób rozmnażania wegetatywnego

- cechy hodowlane

- tworzenie pigmentu

- tworzenie wegetatywnych spor, pseudogrzybni i grzybni właściwej

- cechy biochemiczne (tworzenie ureazy, zdolność do asymilacji i fermentacji źródeł węgla, asymilacji azotanów i azotynów)

- budowę ściany komórkowej (zawartość glukanów, mannanów i chityny)

- budowa jądrowego DNA

Drożdże należące do klasy Ascomycetes

- Ascoidieceae

- Spermophoreaceae

- Entreromycetaceae

- Schizosaccharomycetaceae

- Saccharomycetaceae

- Lipidomycetacea

- Sacchamocycetacee

- rozmnażają się genratywnie przez wytwarzania zarodników wewnątrz worka (askospory) oraz wegetatywnie przez pączkowanie wieloboczne

- za wyjątkiem Schizosacchromyces nie wytwarzają ureazy

- ściana komórkowa jes trójwarstwowa zawiera glukan i mannan

- nie wytwarzają pigmentów

- biomasa nie zabarwia się na kolor czerwony pod wpływem błękitu diazoniowego

- zawartość G/C w DNA jądrowym wynosi od 30 do 50 mol%

Drożdże należące do klasy Basidiomycetes

- Filibasidiaceae

- Teliosporaceae

- Sirobasidiaceae

- Tremellaceae

- wytwarzają basidiospory (egzospory) w procesie rozmnażania generatywneg

- formują dikariotyczną grzybnię podzieloną septami

- wegetatywnie rozmnażają się przez pączkowanie biegunowe

- wytwarzają ureazę

- nie fermentują sacharydów - z wyjątkami

- ściana komórkowa ma budwę włóknistą z mośliwością tworzenia warstwy śluzowej (chityna i mannan)

- nieliczni przedstawiciele wytwarzają pigment

- biomasa barwi się na czerwono pod wpływem błękitu diazoniowego

- zawartość G/C w DNA jądrowym od 40 do 70 mol%

Drożdże należące do klasy Deuteromycetes (Fungi imperfecti)

- Bretannomyces

- Bullera

- Candida

- Cryptococcus

- Itersoniella

- Kloeckera

- nie zaobserwowano cyklu rozmnażania płciowego

- nie są haploidalnymi przedstawicielami gatunków zarodnikujących

- po zaobserwowaniu cyklu płciowego następuje przemieszczenie ich w odpowiedniej klasie

Komórka drożdżowa:

- ściana komórkowa

- mitochondria

- błona komórkowa

- ziarna lipidów (granule)

- granule fosforanów w wakuoli

- blizna po pączkowaniu

- jądro

- wakuola

- mitochondria

Komórki drożdży mają od 1 do 8 µm długości i od 1 do 6 µm szerokości

Kształty komórek drożdży:

A - kolisty

B - elipsoidalny

C - cytrynkowaty

D - butelkowaty

E - cylindryczny

F - nitkowaty

Komórki drożdży tego samego gatunku mogą się znacznie różnić w zależności od wieku hodowli.

Komórki młode mają zwykle typowy dla gatunku kształt.

Typy wzrostu drożdży w podłożu płynnym

- zmętnienie i sedymentacja

- pierścień na powierzchni

- wysepki na powierzchni

- błonka wspinająca się na ścianki

- kożuszek

Charakterystyka grzybów strżepkowych

Są to organizmy wielokomórkowe, cudzożywne (chemoorganotroficzne) należące do królestwa Fungi

Zaliczane są do plechowców - nie posiadających morfologicznie korzenia, łodygi i liści

Brak zdolności do fotosyntezy czyni je zależnymi od substrancji organicznej co przesądza o tym, że są:

- saprofitami

- komensalami

- symbiontami

- pasożytami

KRÓLESTWO GRZYBY (Mycota, Fungi)

R. H. Whitaker, 1969

1. Gromada śluzorośla (Myxomycota)

1.1. Klasa Śluzowce komórkowe, akrazjowce (Acrasiomycetes)

1.2. Klasa śluzowce właściwe (Myxomycetes)

2. Gromada grzyby właściwe (Eumycota)

2.1. Klasa Skoczkowce (Chytridiomycetes)

2.2. Klasa Lęgniowce (Oomycetes)

2.3. Klasa Sprzężniaki (Zygomycetes)

2.4. Klwasa Workowce (Ascomycetes)

2.5. Klasa Podstawczaki (Basidiomycetes)

3. Stzuczne jednostki taksonomiczne w obrębie Mycota

3.1. Klasa Grzyby niedskonałe (Deuteromycetes, Fungi impeefecti)

3.2. Klasa Porosty (Lichenes)

Ściana komórkowa grzybów jest grubsza i sztywniejsza niż u bakterii.

Zbudowane jest z chityny, glukanu, lipidów i białek. Wzrsot na długość odbywa się za pomocą części szczytowych (apikalnych), podobnie jak u roślin wyższych.

Plecha grzybów zbudowana jest z rozgalęzionych tworów zwanych strzępkami.

Strzępki grzybów niższych nie są podzielone i stanowią wielojądrową komórkę zwaną komórczakiem

Strzępki grzybów wyśzych są podzielone ścianami poprzecznymi - septami na jedno, dwu lub wielojądrowe komórki

Grzyby strzępkowe rozmnażają się bezpłciowo i płciowo

Rozmnażanie bezpłciowe odbywa się za pośrednictwem zarodników tworzonych na grzybni powietrznej - konidioforach (Aspergillus, Penicillium) lub zarodniach powstałych na strzępkach powietrznych - sporangioforach (Rhizopus, Mucor)

Rozmnażanie płciowe odbywa się przy udziele gamet (jedno lub różnoimiennych) - tworzą się zygoty. Po kariogamii (zlaniu jąder) następuje podział redukcyjny jądra (mejoza) - tworzą się zarodniki haploidalne z których rozwija się grzybnia wegetatywna.

Struktury rozmnażania wegetatywnego nazywane są anamorficznymi, zaś płciowego teleomorficznymi

Stdium rozmnażania

Anamorficzne Teleomorficzne

Aspergillus amstelodami Eurotium amstelodami

Aspergillus flavipes Fennelia flavipes

Aspergillus nidulans Emericella nidulans

Mikotoksyny

wtórne metabolity grzybów strzępkowych

Są to produkty metabolizmu wtórnego o właściwościach szkodliwych zarówno dla ludzi, zwierząt jak i roślin

Mogą też być wynikiem rozregulowania przemiany materii w wyniku którego dochodzi do nadprodukcji metabolitów pośrednich, które uruchamiają syntezę nietypowych produktów

Toksynotwórczość grzybów strzępkowych nie jest cechą gatunku, lecz właściwością szczepu ujawnioną w określonych warunkach.

Mikotoksyny - związki niskocząsteczkowe

- pochodne kumaryny

- antrachinonu

- cykliczne peptydy

- sterydy

* posiadają właściwości słabo polarne

* są ciepłostabilne

* nie ulegają destrukcji podczas pasteryzacji i w wyższych temperaturach

* zwykle ulegają degradacji w środowisku alkalicznym oraz pod wpływem promieniowania UV

Mikotoksyny są magazynowane wewnątrz komórek grzybni, przeważnie jednak są wydzielane do środowiska dyfundując głęboko do jego warstwy

Do najważniejszych mikotoksyn należą:

- aflatoksyny

- ochratoksyna A

- patulina

- zearelenon

- trichotecyny

- sterigmatocystyna

- womitoksyna

Mikotoksyny powodują uszkodzenie wątroby, nerek, zakłócają funkcje przewodu pokarmoweg

Wykazuja właściwości:

- kancerogenne

- mutagenne

- cytotoksyczne

- teratogenne (uszkodzenie płodu)

Drogi penetracji mikotoksyn do organizmu:

- pierwotna (spożycie żywności na której rozwija się pleśń wytwarzająca mikotoksyny; droga inhalacyjna oraz interdermalna)

- wtórna (poprzez organizmy zwierzęce)

Aflatoksyny - pochoden difuranokumaryny

bardzo silne czynniki rakotwórcze szczególnie w stosunku do wątroby

aflatoksyna B1, B2, M1, M2, G1, G2

1 - jedno podw wiązanie więcej niż 2

M - jedna grupa OH więcej niż B

G - pierścień 6 zamiats pięciu w stosunku do B

Dopuszczalny poziom aflatoksyn w żywności i paszach w µn/kg

Żywność lub pasza wg FDA wga FAO/WHO

Żywność (z wyjątkiem mleka) 20 10 - 30

Ochratoksyny - grupa toksyn o silnych właściwościach nefrotoksycznych i hepatotoksycznych

Ochratoksyna A

Cytrynina

Patulina - metabolit liczbych gatunków pieśni z rodzaju Penicillium oraz Aspergillus

Patulina jest toksyną wykazującą silne właściwości kancerogenne oraz teratogenne.

Kwas 6 - metylosalicylowy → m-krezol → alkohol m-hydroksybenzylowy → alkohol gentyzylowy → aldehyd gentyzylowy → izoepoksydon → fyllostyna

Zearalenon - toksyna F-2 główny matabolit Fusarium graminearum i F. culvorum - zanieczyszczający głównie kukurydzę i ziarna zbóż. Podowuje choroby określone syndromem estrogenicznym których konsekwencją jest bezpłodność

Trichotecyny - metabolity o charaktrze seskwiterpenów obejmujące około 50 związków

Najistotniejsze z tej grupy to toksyna T-2 i womitoksyna Fumonizyny - grupa toksyn wytwarzana przez Fusarium moniliforme, F. prolifetarum i Alternaria alternaria

Wykryta w 1988 w kukurydzy i przetwaorach tzw. zdrowej żywności

Powodują nowotwory przełyku i wątroby - przechodzą również do płynów ustrojowych

fumonizyna B2

Alternariotoksyny - wytwarzane przez grzyby Alternaria rozwijają się na płodach rolnych oraz pomidorach. Główne metabolity to alternariol i kwas tenauzonowy wykazujące aktywnosć cytotoksyczną

- alternariol

- metyleter alternariolu

- kwas tenauzonowy

- izotenuen

- altenuen

Wykład 5

Hodowla mikroorganizmów

Wymagania pokarmowe i wzrost drobnoustrojów

Mikroorganizmy pobierają z otaczającego środowiska substancje odżywcze oraz promieniowanie elektromagnetyczne (słoneczne)

Metabolizm - całokształt przemian chemicznych i energetycznych w organizmie dzieli się na:

- anabolizm (reakcje biosyntezy wymagające dostarczenia energii, prowadzące do wytwarzania związków bardziej złożonych z prostszych)

- katabolizm (polegający na roszczepieniu substancji złożonych na prostsze z wyzwoleniem energii)

W skład komórek mikroorganizmów wchodzi co najmniej 28 pierwiastków

(C, O, H, N, S, P, Cl, Br, J, P, B, Si, As, Ca, Mg, K, Na, Fe, Cu, Zn, Ni, Co, Mn, Al, Sn, Mo, V, Ti)

Sześć z nich (C, O, H, N, S, P), jest tworzywem większości komórkowych substancji organicznych i nosi nazwę pierwiastków biogennych

Pierwiastki biorące udział w procesach życiowych lub będąca kofaktorami enzymów (Na, K, Mg, Ca, Fe)

Mikrolementy biorące udzial w reakcjach komórkowych

(Zn, Mn, Cu, Co, …)

Klasyfikacja organizmów ze względu na sposób odżywiania

1. Pochodzenie źródła węgla

* autotrofy - czerpią energię do budowy substancji organicznych z dwutlenku węgla - nie są zdolne do czerpania jej z innych źródeł

* heterotrofy - źródłem węgla są dla nich związki organiczne

2. Pochodzenie źródła energii

* fototrofy - uzyskują energię z promieniowania słonecznego

* chemotrofy - energię czerpią z utleniania organicznych lub nieoganicznych związkół chemicznych

3. Pochodzenie donatora elektronów w procesie biosyntezy

* litotrofy - źródłem elektronów są substancje nieorganiczne takie jak H2, NH3, H2S, związki Fe2+, Co

* organotrofy - korzystają z organicznych donatorów elektronów

Przy swobodnym dostępie składników odżywczych, jeżeli na komórki nie działają szkodliwe produkty przemiany materii, przy odpowiednim pH i temperaturze odbywa się wzrost nieograniczony

Czynnikami wymuszającymi ograniczony wzrost mogą być:

- niskie stężenie jednego ze skłądników pożywki

- obecność w podłożu inhibitora takiego jak substrat w nadmiernym stężeniu lub naromadzony metabolit

Cechy wzrostu drobnoustrojów w hodowli okresowej

W hodowli okresowej:

1. Substancje odżywcze dostarczane są jednorazowo w początkowej fazie procesu

2. Ze środowiska hodowlanego w rakcie wzrostu nie usuwa się biomasy ani metabolitów (wyjąstkiem są produkty gazowe)

Charakterystyka wzrostu drobnoustrojów jednokomórkowych (wg Monoda)

- faza spoczynowa (lag - faza) - nic się nie dzieje

- faza przyszpieszenia (akceleracji) - szybki wrost drobnoustrojw

- faza wykładnicza (logarytmiczna) - rozmiary kolonjii rozsną wykładniczo

- faza opóźnienia

- faza stacjonarna

- faza zamierania

W hodowli ciągłej drobnoustrojów po osiągnięciu wybranej fazy wzrostu następuje stałe zasilanie hodowli strumieniem świeżej pożywki. Jednocześnie z fermentora jest odprowadzana tak sama ilość podłoża zawierającego biomasę i szkodliwe metabolity

Istnieją dwa podstawowe sposoby prowadzenia hodowli ciągłej:

- na zasadzie chemostatu

- na zasadze turbidostatu

Hodowla w hemostacie - stałe stężenie biomasy jest wynikiem stałej szybkości rozcieńczania [D] zdefiniowanej jako stosunek objętościowego natężenia przepływu podłoża do objętości pożywki w fermentorza

pompa podaje świeże podłoże do chemostatu, z chemostatu odbiewana jest pożywka z produktem do drugiego zbiornika

Hodowla w turbistacie - w zakresie wysokich farmtości szybkości rozcieńczania [D] dla których produktywność biomasy osiąga wartość maksymalną, stosuje się hodowle w warunkach turbistatu

Zadane stężenie biomasy jest tam utrzymywane w wyniku automatycznej regulacji przepływu podłoża opartej na pomiarze zmętnienia zawiesiony hodowlanej.

Hodowla synchronizowana

W hodowli zasynchronizowanej komórki populacji znajdują się zawsze wtej samej fazie rozwoju osobniczego

Synchronizacje można osiągnać przez:

- wydzielanie komórek o tych samych rozmiarach

- wydzielanie komórek znajdujących się w tym samym stadium rozwoju

- wydzielanie komórek znajdujących się w tym samym stanie fizjologicznym (szok cieplny)

- usunięcie z pożywki podstawowego składnika pokarmowego

- stosowanie specyficznych inhibitorów replikacji DNA

Przyrost biomasy w czasie - charakterystyczne schodki na wykresie, wszystkie komórki się dzielą, a następnie wszystkie się przygotowuja do następnego podziału

- szok cieplny

- ultrafiltracja w celu uzyskaniu komórke o tych samych rozmiarach

Metody hodowli bakterii tlenowych:

- hodowla powierzchniowa

- hodowla statyczna

- hodowla ciągła

- hodowla wgłębna

1. Organizmy rosną na powierzchni pożywek zestalonych agarem a także na pożywkach płynych

2. Hodowla prowadzona jest w kontrolowanej temperaturze - służy do otrzymywania czystych kultur a akże zapewnienia cigłej aktywności życiowej

3. Hodowla umożliwia stały i ilościowy dopły świeżej pożywki z równoczesnym odbiorem płynu pohodowlanego

4. Wzrost zachodzi w całej objętości pożywki na skutek mieszania lub wytrząsania.

- kolba mru(?) - można układać je w stosy, możemy wychodować więcej metabolitu, penicyline początkowo tak hodowano

- podłoże stałe zestalone agarem - zestalanie 45 - 50 C, ogrzewanie - 100 C, rozpuszczanie, niepoluzowanie korka i niemieszanie może doprowadzić do eksplozji wrzącej ceczy i wylądowania na suficie, można się poparzyć

- hodowle wytrzasane w wytrząsarki

- hodowle fermentorowe

Metody hodowli bakterii beztlenowych

Bakterie beztlenowe hoduje się w pożywkach, w których został obniżony potencjał oksydredukcyjny poprzez usunięcie rozpuszczonego w nich tlenu

Metody usuwania tlenu:

- fizyczne (mechaniczne usunięcie powietrza poprzez wypompowanie)

- chemiczne (zastosowanie substancji redukujących tlen)

- biologiczne (wspólna hodowla organizmów tlenowych i beztlenowych)

komory do przeszczepiania komórek beztlenowych, hermetycznie zamknięte, pompy, podciśnienie, doprowadzanie CO2

eza oczkowa - bakterie

haczykowa - grzyby

eza kłuta - wkłuwamy w bloczek agarowy chcąc wgłębnie zaszczepic bakterię beztlenwą.

Podział podłoży hodowlanych

Ze względu na skłąd chemiczny:

- podłoża naturalne

- podłoża syntetyczne

- podłoża półsyntetyczne

Ze względu na cel hodowli

- namnażające

- selektywne

- różnicujące

Ze względu na zawartosć składników odżywczych

- minimalne (składniki niezbędne dla podtrzymania wzrostu)

- pełne (zapewniające dobry wzrost)

- wzbogacone (zawierajace podstawowe składniki odżywcze oraz wzbogacające np.. krew, mleko)

Powodzenie produkcji mikrobiolo

Egzamin 19.06.2015.

Biotechnologia

Wino to napój lkoholowy uzyskiwany w wyniku fermentacji owoców, które w tym przypadku jest nazywane procesem winfikacji.

Istnieją setki odmian, smaków i rodzajów wina

Najpowszechniej stosowanym owocem w produkcji wina są winogrona, z których produkuje się też najszlachetniejsze gatunki win.

Prawdopodobnie historia produkcji wina jest wcześniejsza niż hodowla produkcji piwa.

Istnieją setki odmian, smaków i rodzajow wina. Jego smak oraz bukiet zapachowy zależy od rodzaju szczepów winogron, sposobu ich uprawy, klimatu i ziemi, na której się je uprawia oraz od sposobu winifikacji

Procesu winifikacji nie da się tak prosto pisać, jak procesu fermentacji piwa gdyż istnieją setki różnych jego odmian zależnych od regionalnyh tradycji i uwarunkowań.

Pierwsze ślady wina znaleziono u Sumerw, w dolnej Mezopotamii, obszarach zwanych kolebką cywilizacji. O winie wspomina się już od 2750 roku p.n.e., ale istnienie wina na tych obszarach datouje się na 5400 lat p.n.e.

Chrześcijaństwo przypisuje wytworzenie pierwszego wina Noemu, ale dziś już wiadomo, że pierwsze wina powstły na Środkowym Wschodzi i Chinach, gdzie znane były już 3000 lat przed Chrystusem,

Wino występuje już we wczesnym Egipcie (Pierwsza Dyanstia - 3100-2890 p.n.e.). Z tego właśnie okresu pochodzą resztki winogron odnajdywane w wykpaliskach.

Wina używano w celach medycznych, religijnych i przede wszystkim dla rozrywki.

Grecja była drugim po Egipcie krajem, który zawojowało wino.

Na obzarze Morza Śródziemnego sławne były wina z Chios, strarożytnego Bordeaux!

Wielką reputacją cieszyły się wina z Tasos, Lesbos i Rodos.

Wina z Lesbos dojrzewały pod cienką warstwą drożdży.

W pierwszej połowie pierwszego tysiąclecia p.n.e./ Grecy zawojowali cały rejon Morza Śródziemngo, zapoczątkowując ku,turę winną

Dionizos (Dionysus) zwany też Bakchos - według mitologii greckiej bog win, odradzającej się natury i plonów.

Syn Zeusa i śmiertelnej kobiety Semele.

Jego kult przywędrował do Grecji ze Wschodu, z Tracji około VI wieku. p.n.e.

Na cześć Dionizosa odbywały się Dionizje

Czyste wino, acratos, podawane było tylko w bradzo małych ilościach na początku uczty.

Była to właśnie libacja (dosłownie: rozlewanie), ofiare z wina czyl wylewanie do ognia wina zastępującego krew ofiarną.

Sympozjon, co zwykle tłumaczy się jako uczta, dosłownie oznacza współpicie, był drugą częścią greckiej uczty.

Grecy pili młode wino, prawie jak współczesne beaujolais, ale bardzo słodkie.

Nie stosowano, jak w Egipcie, fermentacji w kadziach. Wino było wię nieustabilizowane, łatwo ulegało skwaśnieniu.

Aby wino dało się długo przechowywać doprawiano je ziołami, miodem, mieszano z innymi winami, czasem dodawano wody morskiej. Luksusem było dosładzanie wina trzciną cukrową.

Dopiero po pokonaniu Etrusków, Greków, FIlipa Macedońskiego oraz zniszczeniu Kartaginy, Rzymianie zaczęli inwestować w winnice.

Po wybuchu Wezuwiusza i zniszczaniu własnych winnic Iberia stała się najważniejszym eksporterem wina do Rzymu.

Rozpoczła się też pierwszy eksport win z Galii Narbońskiej (Narbonensis)

Mulsum było tanim winem osłodzonym miodem, często rzodawanym plebsowi podczas publicznych wydarzeń.

Dla oszczędności, niewolnikom, z wody, skórek i łodyg, produkowano wino zwane lora, cienkie i gorzkie.

Wino falernańskie (pite przez cesarzy) produkowane było z odmiany zwanej po łacinie

Proces winifikacji

Procesu winifikacji nie da się tak prosto opisać, jak opisu fermentacji piwa, gdyż istnieją serki różnych jego odmian zależnych od regionalnych tradycji i uwarunkowań.

Przygotowanie moszczu - z winogron wyciska się sok na prasach. W niektórych przypadkach (przy produkcji czerwonych i różowych win) przed wyciśnięiem soku poddaje się winogrona procesowi wstępnej winifikacji polegającamuu na umieszczeniu winogron w wysokich kadziach, gdzie ulegają one samorzutnej wstępnej fermentacji - ten proces nazywa się maceracją.

Wina białe otrzymuje się z soku winogron białych.

Fermentacja - proces fermentacji moszczu przeprowadza się na setki róznych sposobów. Czasami pozwala się na fermentację smorzutną w temperaturze otoczenia, czasami bardzo dokładnie kontroluje się temperaturę i skład drożdży. W jednych krajach fermentacje przeprowadza się w drewnianych otwrtych kadziach, w innych stosuje się zamknięte kadzie stalowe.

Sama fermentacja trwa znacznie dłużej niż w przypadku fermentacji piwa, bo nawet do kilku tygodni.

Fermentację doprowadza się do końca albo przrywa się w pewnym określonym momencie.

Szczepy drożdży stosowane w produkcji wina to:

- Saccharomyces cerevisiae

- Saccharomyces uvarum

- Saccharomyces delbrueckii

- Saccharomyces chvalieri

- Saccharomyces fermenti

- Saccharomyces bayanus

- Saccharomyces florentinus

Filtrowanie i klarowanie - mieszaninę po fermentacji poddaje się zwykle filtracji. W przypadku win masowych, szczególnie białych, filtrację przeprowadza się kilkakrotnie, aby uzyskać maksymalnie klarowne i trwale wina, ale bez głebszego smaku. W przypadku niektórych win dla koneserów nie stosuje się filtrowania w ogóle, tylko przeprowadza się ostrożne klarowanie wina przez powolny proces samorzutnego opadanie osadu i zbierana mniej więcej klarownej cieczy znad osadu.

Innym sposobem klarowania jest przepuszczalnie przez nataw dwutlenku siarki, który powoduje śmierć wszystkich drobnoustrojów w winie i szybsze wypadanie z niego osadu.

Dojrzewanie i butelkowanie - ostatnim procesem przy produkcji wina jest jego dojrzewanie, czyli przechowywanie w odpowiednich warunkach, które w pierwszym etapie (od pół roku do trzech lat) przeprowadza się zwykle w dębowych lub metalowych beczkach, a następnie przelewa się wino do butelek, w których w odpowiednich warunkach wino może dojrzewać jeszcze latami.

Nie wszystkie wina mają jednak potencjał dojrzewania - niektóre pije się niemal natychmiast po wyprodukowaniu (np. Beaujolais nouveau).

Są różne tak zwane wyróżniki klasyfikacyjnewina.

To najcześćiej brane pod uwagę to:

barwa, moc, zawartość cukr, sposób konsupmcji, cechy specjalne oraz surowiec (szczep winogron).

W zależności od barwy wina dzielą się na:

- czerwone (trzymuje się z miazgi winogron czerwonych)

- białe (otrzymuje się z soku winogron białych)

- różowe

W zależności od mocy wina dzielą się na:

- lekkie (do 10% alkoholu)

- średniomocne (strolowe) 10-14% alkoholu

- mocne (14-18% alkoholu)

- wzmacniane (alkoholizowane) - powyżej 18% alkohol

W zależności od zawartości cukru rozróżnia się wina:

- wytrawne - o zwartości 1-3g cukru w litrze

- półwytrawne- 3-10 g

- półsłodkie- 10-16 g

- słodkie - powyżej 16 g

- bardzo słodkie, likierowa - powyżej 45% cukru

W zaleśności od przeznaczenie i sposobu konsupmcji wina dzielą się na:

- podawane jako apertify, przed posiłkiem (wermuty, wina gorzkie, wina typu porto lub sherry0

- stołowa, spożywane podczas posiłków (wytrawne i półsłodkie)

- deserowe, podawane po jedzeniu do ciast i deserów (wina słodkie i mocne)

- likierowe, spożywane jako deserowe (mocne, bardzo słodkie, esktraktywne, czyli tz. iężkie, szczególnie pełne smaku)

W zależności od cech specjalnych istnieją wina:

- musujące - z naturalnie (w czasie fermentacji) wytworzonym dwutlenkiem węgla

- gazowane - sztucznie wzbogacone o dwutlenek węgla

- ziołowe - przyprawiane ziołami i zapachami korzennymi

- lecznicze - chinowe (zawierające chininę) i pepsynowe (pobudzające apetyt)

W wielu krajach o bogatych tradycjach winiarskich rozróżnia się ponadto wina markowe spełniające surowe wymagania jakościowe, mające zastrzezonw enazy, oraz wina popularne, nie objęte kontrolą jakościową

Na etykietach win markowych często podawana jest nazwa szczepu winogron, z którego zrobione jest wino

Krzew winorośli żyje około 40-50 lat i im jest starszy, tym lepsze rodzi owoce i lepsze powstaje z nich wino. Wytwórca jednak nie ma prawa podawać na nalpce szczepu wcześniej niż po czterech latach owocowana szlachetnej winorośli.

Wina produkowane na bazie winogron tylko jednego szczepu należą do mniejszości.

Większość to produkt pochodzący ze zmieszanych, różnych odmian winorośli uprawianych w danycm regionie.

Umiejętne łączenie szczepów pozwala na uzyskiwanie ciekawych kompozycji smakowych.

Istnieje 10 najszlachetniejszych szczepów, których nazwy jeśli pojawią się na etykiecie butelki - świadczą o znakomitej jakości wina.

Spośród białych są to: Riesling, Chardonnay, Gewurztraminer, Sauvignon Blanc, Muscat.

Szlachetne szczepy czerwone to: Cabernet Sauvignn, Pinot Noir, Merlot, Cabernet Franc, Syrah.

Wina stołowe mają adnotacje: vin te table, tffel Wein, vino da pasto, vino de mesa

Wina francuskie, uznane za njlepsze w świecie, mają nazwy handlowe, pochodzące od nazw okolic, z kŧórych pochodzą

Pierwszeństwo pod względem jakości przysługuje winom noszącym nazwę winnicy, w której zostały wyprodukowane - np. Chateau Latour, Chateau Haut Brion

Tuż za nimi plasuja się wina z podaną na nalepce nazwą miejscowości, skupiającej kilka winnic - np. Pessac

Wina w proszku - robia Japonczycy z win czerwonych

Można po liofilizacji rozpusćic w wodzie i ma się wino bezalkoholowe - właściwości zdrowotne dla osob niemogacych alkoholu

---