Program opracowania procesu biotechnol 6etapów opracowania *pozyskiwanie odpowiednich drobnoustrojów *wstępne ustalenie warunków ich hodowli *doskonalenie cech produkcyjnych szczepów(mutagenizacja) *optymalizacja bioprocesu *powiekszenie jego skali *uruchomienie produkcji.
1 faza wstępna (analiza zapotrz społecznego oraz analiza biotechnol ich pozyskania). 2 faza badawcza - (opracowanie tech i podjęcie decyzji inwestycyjnych) 3. faza wdrożenia (projektowanie i bud, lini tech i uruchomienie produkcji)
Genetyczne programowanie org.żyw. NATURALNE *Transformacja bakteryjna - wnikanie kom biorcy cudna i zastąpieniu przez ten DNA odpowiedniego fragmentu genomu biorcy *Koniugacja - poł 2 kom bakteryjnych po którym następuje przekazanie z 1 do 2 dużych frag,DNA obejmujących szereg miejsc *Transdukcja - przenosz materiału genetycznego przez cząsteczki wirusów z 1 kom bakteryjnej do 2. MECHANIZMY LABOR *Bezpośr pobieranie DNA proces pobierania materiału genet z pożywki przez rosnące w niej kom zw i rośl. *MikroiniekcjaDNA wprowadz do kom obcego DNA za POM igły lib kapilary. *Fuzja komórek łączenie materiału genet 2 całych kom.(potomna na cechy obojga rodziców. *Wektory jakos przenośniki genów molekuł genu DNA do której przyłączony jest obcy gen np. wirusy, plazmidy.
Hodowle Kom rośl i zwi (kom rosną w warunkach sztucznych nie wewnątrz tkanki ale oddzielnie od niej) składniki pożywki #osocze (cielęce (chroni, stymuluje podział kom, dost niektórych składników)) #roztw odżywczy zawierający glukozę aminokw, witaminy, sole min. #dodatki gł antybiotyki. Stos. się do szczepionek wirusowych interferonów przeciwciał molekularnych hormonów badania nad rakiem diagnostyka wirusów.
Biotechnologie farmaceutyczne (wytw antybiotyków, witamin)
SKIRNIG drobnous prod antybio . środowisko->hodowla wzbogacająca->test selekcyjny-test fermentacyjny->ocena wydajności antybiotyku->szczep wyselekcjonowany.
Nawóz bakteryjny- preparat z gleby, subst odżywczych oraz szczepu drobnoustroju który wzbogaca(szczepionki wzbogacające) glebę albo mobilizuje procesy przekształcenia zw.chem. niedost dla roślin(szczepion mobilizujące)
GMO Korzyści biopaliwa, dłuższe okresy przechowywania , ograniczenie chwastó i szkodników, obniezenie kosztów produkcji, do prod szczepionek i leków Zagrożenia mutacja roślin, alergeny (pokarmowe) badania na zwie, nie są dokona pozanae skutki uboczne, nie ma możliwości połaczenie ekożywnosci z gmo. Właściwości drobnoustrojów mikroorg->prokarioty pozbawione jądra kom. Bacteria i Archaea niewidoczne gołym okiem krótko zyją rozm się przez podział posiadaja węgiel (azot i fosfor x10 wiecej niż w roślinach) wyst. W podglebiu pon 8m oraz w osadach morskich i oceanicz poniżej 10cma także rzeki i wody podziemne) Pozysk energie z utleniania zw org (tlenowo i beztlenowo) z wykorzystaniem Atpheterotroficzne mikroorg. wyk zw org jako źródło węgla i energii. Biorą udział w degradacji materii org w środowisku, objawia się głownie fermentacja(glukozy)(częściowo utlenione zw SA donorami i akceptoramielektronó. Synteza Atp odbywa się na poziomie fosforylacji substratowej) w warunkach beztlen( i utlenianiem materii org w warunkach tlenowych.
Fotolitoautotrofy- źródłem energii jest dla nich promieniowanie słoneczne, dostarczycielem elektronów i węgla są związki nieorganiczne; zaliczamy tu m.in. glony i sinice przeprowadzające proces fotosyntezy.
Fotoorganotrofy - dostarczycielem energii jest promieniowanie słoneczne, ale źródłem elektronów - związki organiczne. Chemolitoautotrofy - energię, elektrony i węgiel czerpią z substancji nieorganicznych; zaliczamy tu m.in. bakterie nitryfikacyjne, siarkowe, wodorowe i żelazowe uzyskujące energię w wyniku utleniania odpowiednio: NH3 lub NO2, H2S, lub S, H2 i Fe +3
Chemoorganoheterotrofy - źródłem energii, elektronów i węgla są związki organiczne; należą tu pleśnie, drożdże, liczne bakterie.
Defosfatacja biologiczne usuwanie fosforu w wyniku nadmiernego pobierania (kumulacja fosforanów) Nitryfikacja utlenianie amoniaku do azotanów, procez ten zachodzi dwufazowo 1 przemiana amoniaku w azotyny a dalszą przemiane z azotynów do azotanów Denitryfikacja przemiana azotanów do lotnych zw azotowych- System Dual-well - dwie studnie niedaleko siebie do 1 dodaje się substrat org, jako pokarm dla bakterii denitryfikacyjnych (etanol) zachodzi redukcja azotanów do azotu gazowego z drugiej czerpie się wodę, po obniżeniu się poziomu lustra wody w studni czerpalnej , woda z pierwszej studni po usunieciu azotanów przesacza się do niej przez warstwe gleby. System Disy-well - szereg odwiertów w ziemi w lini okręgu w odległ ok. 15-25m wokół studni centralnej. Do tych studzienek dodaje się substrat org odpowiedni do deint, i pobudza ich aktywność do oddychania azotanowego.
bakterie heterotroficzne wykorzystujące do wzrostu związki organiczne
-paracoccus denitrificans
bakterie chemolitoautotroficzne siarkowe Usuwanie żelaza i manganu z wody są nierozpuszczalne gdyż często występują w post tlenków, w warunkach beztlenowych stają się rozpuszczalne i ruchliwe a proces nazywany jest reduktywnym rozpuszczaniemMikroorganizmy w biofilmach systemów rozprowadzających wodę pitną Biofilny(cienka warstwa mikroorganizmów) powstają zawsze tam gdzie znajduje się albo przepływa woda nitkowate wiciowce korzenionóżki skąposzczety
Biotechnologia Ścieków wpływ na ekosystemy wodne- prowadzą do wyczerpania zasobów tlenu. Hamują wzrost i rozwój org żywych(zaburzenia biocenozy) powodują wypłycanie zbiorników wodnych stymulują wzrost glonów, temperatura ścieków powoduje zmiany wł fiz., mikroorg bakterie i wirusy bakterie jelitowe.
Samooczyszczanie wód srojących- wpływa położenie zbiornika i związanie z nim nasłonecznienie epilimnion- górna warstwa rozwija się fitoplankton (asymiluje zanieczyszczenia metalimnion- warstwa przejsciowa (skok temp) hipomnion- dno zwykle pozbawiona tlenu, mineralizacje przeprowadzają bezwzględne beztlenowce.
Samooczyszczanie wód płynących- wymieszanie i rozcieńczanie ścieków, sedymentacja zawiesin, adsorpcja i mineralizacja zanieczyszczeń, pobór tlenu z atmos,-reacja wód odbiornika.
Metody biologicznego oczyszczania -nawadnianie szerokoprzestrzenne pól , stawy ściekowe oczyszczalnie hydrobotaniczne.
Błona biologiczna - śluzowata warstewka (1-3mm) przylegająca ściśle do porowatej pow elementów wypełniających złoże (przynajmniej część błony stanowi masa zooglealna galaretowata wewnątrz której znajd się kom żywych drobnoustrojów. Gł składniki bakterie, grzyby następnie pierwotniaki i glony.
Osad czynny- kłaczkowata zawiesina zawier bakterie i pierwotniaki. Znaczną część kłaczka zajmuje śluzowata silnie uwodniona masa zooglearna zawierająca 98% wody i 1.5 procent suchej pozostałości. W skład masy wchodzą zarówno subs organiczne jak i nieorganiczne.
Nitkowate namarzają się obficie gdy w bioreaktorze panuje małe stężenie tlenu
Stabilizacja osadów Ściekowych polega na mieneralizacj zw osadów org z udziałem mikroorganizmów tychże osadów. Jest prowadzona w warunkach tlenowych i beztlenowychdo momentu aż w składowanych osadach nie Zach procesy metaboliczne, powodujące uwalnianie gazów odorowych oraz aż temp jest tożsama z temp otoczenia.
Zalety beztlenowego oczyszczaznia ścieków- metoda ta znalazła zastosowanie do przetwarzania ścieków o bardzo wys zawartości zw org oraz substancji stałych np. do utylizacji odpadowego osadu czunnego powstałego podczastlenowego oczyszczania.
Fermentacja metanowa nadaje się jedynie do unieszkodliwiania osadów ściekowych oraz oczyszczania wyłącznie bardzo stężonych ścieków przemysłu organicznego. W porównaniu z tlenowymi metodami oczyszczania ścieków, proces ich fermentacji posiada następujące zalety:
1. Nie wymaga kosztownego napowietrzania,2. Jedynie 2 ÷ 6% usuwanego ChZT (zamiast 30 do 60%) przekształca się w osad nadmierny,3. Uzyskuje się od 300 do 400 m3 biogazu z jednej tony usuwanego ChZT
Biogaz- mieszanina metanu i dwutlenku węgla, domieszki amoniaku, siarkowodoru,i innych gazów.ilosc i skład zależny od rodzaju odpadów czasu fermentacji, technologii.
Kompostowanie I-faza namnażają się bakterie oraz grzyby mezofile co powoduje wzrost temp. (ziarniaki pałeczki, laseczki) temp wzrasta do ok45C wzrasta liczba drobnoustrojów ciepłolubnych typowych dla fazy termofilnej-II natomiast w III-fazie chłodzenia znaczny spadek temp masy kompostowej i zwiększenie liczby mezofili (dominują grzyby i promieniowce mezofile) IV ostatni Faza dojrzewania spowolnienie rozkładu subst zmniejszeniem aktywności drobnoustr i stopniowym spadkiem temp do temp otoczenia. Po zakończeniu fazy dojrzewania kompost jest produktem bezpiecznym pod względem sanitarnym.
Charakterystyka odpadów komunalnych Do najważniejszych niekorzystnych cech odpadów komunalnych zalicza się:* Znaczną zmienność ilościowo-jakościową w cyklu wieloletnim, rocznym i w poszczególnych porach roku *Dużą niejednorodność składu surowcowego i chemicznego stałych odpadów komunalnych, zarówno w postaci mieszanej, jak i pozostałości po selektywnej zbiórce lub mechanicznym sortowaniu, * Potencjalne zagrożenie zakażeniem (higieniczno-sanitarnym) związane z obecnością drobnoustrojów chorobotwórczych w: mieszanych odpadach komunalnych, selektywnie gromadzonej frakcji mokrej lub w odpadach kuchennych, ciekłych odpadach komunalnych (z osadników gnilnych, w osadach ściekowych i innych odpadach z oczyszczania ścieków)*· Niestabilność, podatność na zagniwanie i wydzielanie uciążliwych odorów frakcji organicznej (mokrej) zawartej w odpadach , zarówno w miejscu powstawania, gromadzenia, jak i podczas utylizacji lub unieszkodliwiania * Obecność odpadów niebezpiecznych, tj. chemikaliów domowych, przeterminowanych leków, zużytych świetlówek, baterii itp. * Zanieczyszczenie poszczególnych składników odpadów komunalnych (frakcji, surowców, materiałów ) substancjami niebezpiecznymi organicznymi i nieorganicznymi (głównie metalami ciężkimi ) , co generalnie wynika z niskiej jakości materiałów stosowanych w gospodarce, niskiego stopnia przetworzenia i oczyszczenia surowców, przestarzałych technologii przemysłowych oraz zanieczyszczenia środowiska w Polsce, głównie na skutek emisji przemysłowych pyłów i gazów do powietrza atmosferycznego i gleb (opad pyłów). Biologiczne ługowanie metali opiera się na wykorzystaniu mikroorganizmów jako katalizatorów, np. w reakcjach utleniania siarczków do rozpuszczalnych siarczanów. Do tego celu używa się głównie szczepy różnych chemolitoautotrofów, które pozyskując energię niezbędną do wzrostu działają jednocześnie na korzyść człowieka. Pierwszą bakterią "zaprzęgniętą" do pracy był Thiobacillus ferrooxidans, który po dysocjacji siarczku metalu na drodze bezpośredniej utlenia grupy siarczkowe do siarczanów czego ostatecznym produktem jest siarczan metalu [ Fe2(SO4)3 ] i kwas siarkowy [ H2SO4 ]. Związki te następnie na drodze pośredniej powodują dalszą korozję minerału. Podstawową rolę w procesach biologicznego ługowania metali odgrywają mikroorganizmy zdolne do przeżycia w środowisku bardzo kwaśnym. Głównym przedstawicielem tej grupy są bakterie z rodzaju Thiobacillus, których naturalnym środowiskiem bytowania są kwaśne wody kopalniane. Bioremediacja gruntów- Biodegradacja zanieczyszczeń przez mikroorganizmy glebowe oraz z warunkami środowiska które maja wpływ na procesy mikrobiologicznego rozkładu węglowodorów. Bioremediację można przeprowadzic sposobem In situ i ex situ w dwóch kierunkach : stymulując rozwoj drobnoustrojow autochtonicznych występujących w skazonym gruncie oraz wprowadzając do gruntu mikroorganizmy aktywne w rozkładzie ropopochodnych: Do podstawowych czynnikow mających wpływ na szybkość biodegradacji węglowodorów należa: budowa chemiczna i właściwości węglowodorów, stężenie węglowodorów i ich toksycxnosc w stosunku do mikroflory, zawartość tlenu, wilgotność, odczyn, temperatura, zawartość związków biogennych w tym azotu i fosforu, ilość i jakość mikroorganizmow, obecność innych niż węglowodory źródeł wegla i energii dla drobnoustrojów oraz procesy sorpcji. Biosorpcja: usuwanie metali ze ścieków polega na icj zageszczenu na powierzchni mikroorganizmow , regeneracja biomasy oraz usuwanie matali powstających odciekow: jako biosorbenty można stosowac: biomase mikroorganizmow stanowiaca produkty uboczne w przemysle fermentacyjnym * mikroorganizmy hodowane i namazane na specjalnych podłożach i wykazujące zdolności do efektywnego wiazania metal* biopreparaty na przykładzie AMT-BIOCLAIM