- różnica między haptenem a pełnym antygenem
- pozytywne aspekty modyfikacji genetycznych u organizmów
- proces rozkładu celulozy

Antygeny pełnowartościowe: to inaczej immunogenny, to substancja, która może spowodować indukcję swoistej odpowiedzi odpornościowej

Hapteny: to antygeny resztkowe, są to drobnocząsteczkowe substancje, które normalnie nie mają zdolności indukowania odpowiedzi odpornościowej, wykazują tylko antygenowość

Argumenty za GMO:

Tworzenie nowych gatunków i odmian.

Wzbogacenie walorów smakowych, zapachowych, odżywczych.

Poprawa stanu środowiska naturalnego (transgeniczne bakterie, całkowita utylizacja odpadów).

Terapia genowa (walka z nowotworami oraz wrodzonymi anomaliami genetycznymi).

Ludzka insulina, hormon wzrostu produkowane jest na skalę przemysłową przez odpowiednio zmienione szczepy E. coli.

Drożdże produkujące szczepionki przeciw wirusom zapalenia wątroby (badania nad szczepionkami przeciwko AIDS).

Sondy genetyczne (pozwalają wcześnie wykryć szereg chorób dziedzicznych np. fenyloketonurię i anemię sierpowatą).

Produkcja ludzkich organów.

Celuloza - nierozgałęziony biopolimer, polisacharyd, o cząsteczkach złożonych z kilkuset do kilkunastu tysięcy jednostek glukozy połączonych wiązaniami β-1,4-glikozydowymi oraz β-1,6-glikozydowymi:
-endocelulaza - usuwa wiązania β-1,6-glikozydowe,
-egzocelulaza - działa na wiązania β-1,6-glikozydowe, na końcu łańcucha, powstaje celobioza lub stachioza (gal-gal-glu-fru),
-β-glukozydaza - działa na wiązania β-1,4-glikozydowe w celobiozie (glu-glu).

Celuloza jest wielocukrem strukturalnym, powszechnie występującym w roślinach. Z celulozy zbudowane są głównie ściany komórek roślinnych. Cząsteczka celulozy zbudowana jest z długiego łańcucha, składającego się co najmniej z 1500 reszt glukozy, połączonych ze sobą wiązaniami β-D-glikozydowymi.

Oprócz celulozy, w materiale roślinnym występują hemicelulozy. Są to wielocukry tzw. kwaśne, zawierające kwas glukuronowy.

Ściany komórkowe drewna są przeważnie martwe- stanowią materiał konstrukcyjny. Drewnienie ścian komórkowych, które prowadzi do ich usztywnienia i wzmocnienia, następuje w wyniku odkładania w ścianach komórkowych ligniny. Lignina jest aromatyczną substancją wielocząsteczkową, nie ulega fermentacji, gdyż nie zawiera w swojej strukturze cukrów.

2.przygotowanie surowców celulozowych

Surowce celulozowe wymagają wstępnej obróbki, służącej ułatwianiu hydrolizy surowca.

Podstawowym zadaniem tej obróbki jest usuniecie tzw. „ bariery ligninowej”, tzn. poddanie celulozy działaniu czynnika hydrolizującego.

Stosuje się zarówno metody fizyczne przygotowania surowców celulozowych, jak również obróbkę chemiczną.

Metody fizyczne: 1. Mielenie- drobne zmielenie materiału celuzowego jest wystarczające do przeprowadzenia hydrolizy enzymatycznej. Drobne mielenie nie zawsze jest uzasadnione ekonomicznie, zwłaszcza dla dużej skali produkcji. Ciekawym i efektywnym rozwiązaniem jest drobne mielenie na mokro z jednoczesna hydrolizą.

2.Parowanie- stosuje się bądź grzanie do temperatury 180-200°C przez 5-30 minut, bądź do temperatury 250°C w czasie 2 minut. W wyniku ogrzania surowca zachodzi termo hydroliza. Następnie poddaje się drewno rozprężeniu do ciśnienia atmosferycznego. W wyniku ekspansji następuje oddzielenie ligniny i wzrost powierzchni dostępnej dla hydrolizy enzymatycznej, co znacznie ułatwia dalszy proces.

Metody chemiczne:1. Ekstrakcja celulozy z ochronnej warstwy ligniny dokonywaną różnymi rozpuszczalnikami- stosowany jest rozpuszczalnik o nazwie Cadoxen , będący wodnym, alkalicznym roztworem etylenodwuaminy i tlenku kadmu. Do ekstraktu dodaje się wody, co powoduje precypitacje celulozy. Rozpuszczalnik jest zawracany do ekstraktora. 2.Traktowanie surowców celulozowych środkami spęczniającymi- Używane są roztwory wodorotlenku sodu, niektórych soli np. chlorku cynowego oraz aminy.

Spęcznianie surowca celulozowego jest wynikiem dwóch rodzajów procesów: międzykrystalicznego- powodowanego przez wodę, niezbędnego do dalszej degradacji biologicznej, oraz wewnątrzkrystalicznego- w wyniku działania reagentów chemicznych prowadzi on do zerwania mostków wodorowych.

-hodowla drożdży na łuku siarczanowym

-hodowla kom zwierzęcych i znaczenie biotechnologiczne

-perspektywy wykorzystania inżynierii genetycznej w biotechnologii

HODOWLA DROŻDŻY PIEKARNIANYCH NA ŁUKU POSIARCZANOWYM:

W procesie produkcji papieru usuwa się z drewna ligninę i hemicelulozę. Jedna z metod polega na gotowaniu drewna w roztworze siarczynów- wapnia, sodu, magnezu lub amonowych z nadmiarem SO_2. Lignina jest przekształcana w lignino siarczyny, a hemiceluloza hydrolizuje do monomerów. Skład łuku posiarczynowego zależy od rodzaju drewna używanego w celulozowni. Ług z drewna drzew liściastych zawiera 3-5% substancji redukujących i są to głównie pentozy. Ług z drewna z drzew iglastych zawiera mniej substancji redukujących ok. 3%; za to w większości są to heksozy.

Ług posiarczynowy jest typowym odpadem produkcyjnym, stwarzającym zagrożenie dla środowiska naturalnego. ( 25 000- 40 000 mg O₂/dm³ ChZT)

Do hodowli na łuku posiarczynowym stosuje się głównie drożdże C. utilis, C. tropicalis gdyż potrafią utylizować zarówno heksozy, jak i pentozy. Znane są też przypadki stosowania S. cerevisiae. Oraz grzybów mikroskopowych Paecilomyces varioti. Biomasa jest produkowana na cele paszowe.

- pierwsza instalację do utylizacji ługu posiarczynowego uruchomiono w 1909 roku w Szwecji. Duże instalacje powstały w czasie II wojny światowej w Niemczech. Dosyć szeroko był ten proces rozpowszechniony do alt 50-tych.

Hodowle komórek zwierzęcych.

Hodowle komórek zwierzęcych polegają na kultywowaniu wyodrębnionych komórek pochodzących z tkanek lub płynów ustrojowych.

Pojedyncze komórki uzyskuje się w wyniku mechanicznego, chemicznego lub enzymatycznego rozdrobnienia odpowiedniej tkanki. Tak uzyskane komórki noszą nazwę kultury pierwotnej. Komórki wyodrębnione z kultury pierwotnej i przeniesione do świeżej pożywki noszą nazwę kultury wtórnej. Operację przenoszenia komórek do świeżego medium można powtarzać wielokrotnie, uzyskując linie komórkową. Zwykle wzrost kultury wtórnej jest ograniczony i po pewnym czasie zanika.

W hodowli komórek zwierzęcych stosowane są dwie techniki: na stałym nośniku i wgłębna. Niektóre komórki, tzw. powierzchniowo zależne, rosną na powierzchni fazy stałej tworząc monowarstwę. Komórki te wymagają stałego nośnika. Znane te są komórki zdolne do wzrostu w roztworze, podobnie jak bakterie. Dla tego typu komórek można stosować hodowle wgłębną.

Podstawowe znaczenie dla hodowli komórek zwierzęcych ma pożywka, w której prowadzona jest hodowla. Podstawowe składniki pożywki to:

-osocze, zwykle jest to osocze cielęce w ilości 5-10%. Jest to bardzo drogi składnik pożywki. Osocze spełnia kilka funkcji: chroni komórki przed uszkodzeniami mechanicznymi, stymuluje podział komórek, stymuluje zaczepianie komórek do podłoża w przypadku komórek powierzchniowo zależnych, dostarcza niektórych składników, np. globuliny, hormonów;

-roztwór odżywczy zawierający glukozę, aminokwasy, witaminy i sole
mineralne;

-dodatki, głównie antybiotyki chroniące przed infekcją bakteryjną lub
grzybową, np. penicylina przeciw bakteriom Gram-dodatnim, nystatyna
przeciw grzybom, gentamycyna lub tetracyklina przeciw mykoplazmom.

Zastosowanie:

Pierwsze na skale techniczną hodowle komórek zwierzęcych przeprowadzono w 1962 roku, a zastosowanie przemysłowe datuje się na 1967 rok(produkcja szczepionek przeciwko pryszczycy). Obecnie hodowle komórek zwierzęcych stosowane są do wytwarzania wielu produktów:

-produkcja szczepionek wirusowych (opryszczki, polio),
-produkcja interferonów, przeciwciał monoklonalnych, hormonów (hormonu wzrostu),
-diagnostyka wirusów, badania nad rakiem

- badaniach podstawowych w biologii

Inżynieria genetyczna jest uważana za podstawowe narzędzie w rozwiązaniu zasadniczych problemów współczesnego świata.

Inżynieria genetyczna - ingerencja w materiał genetyczny organizmów, w celu zmiany ich właściwości dziedzicznych. Polega ona na wprowadzaniu do komórek organizmu, którego cechy chcemy zmienić (biorcy), określonego odcinka DNA innego organizmu (dawcy).

Inżynieria genetyczna polega na:

-izolowaniu fragmentów materiału genetycznego z komórki,

-wprowadzeniu zmian do informacji genetycznej,

-przenoszeniu fragmentów DNA do komórek innego organizmu,

-powielaniu (klonowaniu) genów i całych organizmów.

Zakres zastosowań współczesnych biotechnologii: (perspektywy zastosowań inżynierii genetycznej)

Produkcja żywności:
-tradycyjne procesy fermentacyjne - produkcja pieczywa, produktów mle­cznych i roślinnych, drożdży, napojów alkoholowych,
-nowe technologie mikrobiologiczne - produkcja białka jednokomórkowców (SCP), amino­kwasów, witamin, nukleotydów, kwasów organicznych i polisacharydów,
-utrwalanie żywności - produkcja oksydaza glukozowej (antyutleniacz) oraz nizyny (konserwant),
-produkcja pasz - preparaty białkowe, witaminowe, aminokwasowe, antybiotyczne, stymulatory wzrostu, kiszonki roślinne,
-ochrona roślin - antybiotyki, bioinsektecydy, biopestycydy,
-lecznictwo zwierząt - antybiotyki, szczepionki.

Ochrona zdrowia:
-produkcja szczepionek i przeciwciał (testy immunologiczne),
-biosynteza antybiotyków, ami­nokwasów, kwasów organicznych, witamin, enzymów, inhibitorów enzymów, dekstranu, alka­loidów,
-biosynteza hormonów peptydowych, antygenów, leków steroidowych, witaminy C, glukonianu wapnia, efedryny.

Przemysł chemiczny:
-wytwarzanie surowców - alkohole, kwasy organiczne, polimery (dekstran, ksantan, pululan, kwas poli-β-hydroksymasłowy),
-produkcja nośników energii (biopaliwa) - etanol, metan, potencjalnie wodór,
-obróbka surowców naturalnych - hydroliza skrobi w trakcie wytwarzania tkanin, wytrawianie skór, fermentacja tytoniu,
-biohydrometalurgia - ługowanie rud, biozatężanie, odzyskiwanie metali,
-bioelektronika - bioczipy.

Ochrona środowiska:
-oczyszczanie ścieków - złoża zraszane, filtry biologiczne, osad czynny,
-bioutylizacja odpadów - namnażanie biomasy, procesy biosyntezy mikrobiologicznej, produkcja biogazu.

Analiza:
-zastosowanie enzymów rozpuszczalnych, np. oksydazy glukozowej (z katalazą lub peroksydazą) lub dehydrogenazy
glukozo-6-fosforanowej (z heksokinazą),
-czujniki enzymowe i komórkowe - oksydaza glukozowa + elektroda tlenowa, ureaza + elektroda pH,
-analiza genomów - analiza restrykcyjna, sekwencjonowanie, sondy molekularne.

-totipotencja

-budowa RNA i DNA

-szczepionki aktywne i nieaktywne (żywe i martwe)

Budowa RNA i DNA:

Skład chemiczny i właściwości	DNA	RNA
Cukier pięciowęglowy	deoksyryboza	ryboza
Zasady azotowe purynowe	adenina, guanina	adenina, guanina
Zasady azotowe pirymidynowe	cytozyna, tymina	cytozyna, uracyl
Reszta kwasu	fosforowego	fosforowego
Liczba łańcuchów	2	1
Rodzaje kwasów nukleinowych	Jeden rodzaj DNA	Kilka rodzajów RNA, np. informacyjny, transportujący, rybosomalny
Spełniane funkcje	Źródło informacji genetycznej, synteza białek	mRNA zawiera kopię kodu i przenosi ją na rybosomy tRNA transportuje aminokwasy do rybosomów rRNA bierze udział w biosyntezie białka

Totipotencja - zdolność do odtwarzania całego organizmu z 1 komórki somatycznej, w której zawarta jest cała informacja genetyczna.

Pożywki stosowane do hodowli komórek roślinnych są prostsze od tych stosowanych do hodowli komórek zwierzęcych. Zawierają one sole nieorganiczne, źródła węgla i azotu oraz różne hormony roślinne. Skład pożywek ma duży wpływ na rozwój tkanki kalusowej oraz hodowlę komórek w zawiesinie.

Szczepionka aktywna: żywa, to szczepionka zawiera żywe drobnoustroje, które mają znikome właściwości chorobotwórcze lub są ich pozbawione jednak zachowują swoje właściwości antygenowe. Stosuje się je w celu zapobiegania gruźlicy, poliomyelitis, ospie, odrze, żółtej febrze.

Atenuacja jest procesem selekcji mutantów o zmniejszonej zjadliwości. Uzyskuje się je przez odpowiednio długie hodowle lub wielokrotne pasażowanie na zwierzętach laboratoryjnych.

Szczepionki inaktywowane: szczepionki te zawierają zabite drobnoustroje przy użyciu ciepła, substancji chemicznych lub promieniowania. Stosowane do zapobiegania chorobom bakteryjnym takim jak: krztusiec, dur brzuszny. Odporność po tego typu szczepionkach bywa znaczna, ale słabsza niż po szczepionkach żywych czy anatoksynach. Bakterie po hodowli są zabijane termicznie lub chemicznie za pomocą formaliny, fenolu, etanolu lub acetonu.

Do tej grupy należą:

Autoszczepionki: to szczepionka własna, jest szczepionką przygotowana z zabitych drobnoustrojów uprzednio izolowanych z ogniska zakażenia od chorego i stanowiących odpowiedzialny za to zakażenie czynnik etiologiczny.

Szczepionka sporządzona z zabitych szczepów bakteryjnych świeżo izolowanych od chorego.

-Totipotencja

-hapteny

-hydroliza kwaśna i enzymatyczna celulozy

Totipotencja - zdolność do odtwarzania całego organizmu z 1 komórki somatycznej, w której zawarta jest cała informacja genetyczna.

Pożywki stosowane do hodowli komórek roślinnych są prostsze od tych stosowanych do hodowli komórek zwierzęcych. Zawierają one sole nieorganiczne, źródła węgla i azotu oraz różne hormony roślinne. Skład pożywek ma duży wpływ na rozwój tkanki kalusowej oraz hodowlę komórek w zawiesinie.

Hapteny: to antygeny resztkowe, są to drobnocząsteczkowe substancje, które normalnie nie mają zdolności indukowania odpowiedzi odpornościowej, wykazują tylko antygenowość. Antygenowość - zdolność cząsteczek do reagowania z konkretnym przeciwciałem.

Hydroliza kwaśna (kwas siarkowy) - do cukrów prostych, etanolu i furfaralu:
Kwaśna hydroliza jest typowym sposobem wydzielania fermentujących cukrowców z surowca celulozowego.

Rozróżnia się dwie główne klasy metod: 1. Metody, w których stosuje się wysokie stężenie kwasu; 2.metody, w których stosuje się niskie stężenie kwasu

+ działa niespecyficznie, nie wymaga wstępnej obróbki,
+ duża szybkość hydrolizy,
- powstają składniki hamujące fermentacje oraz korodujące aparaturę,
- konieczność prowadzenia procesów w podwyższonej temperaturze, pod zwiększonym ciśnieniem
- niska wydajność hydrolizy,
- duże koszty chemikaliów.

Hydroliza enzymatyczna (B. subtilis, C. cellobioparum, Trichoderma reesei) - do cukrów prostych, etanolu i krótkich węglowodorów:
-zalety: brak korozji, nie wymaga zmian temperatury oraz ciśnień:
+ umiarkowane warunki procesu,
+ wysoka wydajność hydrolizy,
+ powstaje czysty syrop cukrowy dobry do dalszej fermentacji,
- działania specyficzne, konieczność wstępnej obróbki (delignifikacja, Trichoderma viride lub mechaniczne rozdrobnienie),
- mała szybkość hydrolizy,
- kosztowne otrzymywanie enzymów.

Do hydrolizy celulozy stosuje się enzymy atakujące wiązanie 1,4-β-glikozydowe, zwane celulozami. Są one podobne do amylaz, które hydrolizują wiązanie 1,4- α- glikozydowe. Wyróżnia się trzy główne grupy enzymów celulolitycznych:

- endo-β-1,4-glukonazy- działają na wiązanie β-1,4-glukozowe

-egzo-β-glukonazy: β-1,4-glukonazo-glukohydrolaza, która hydrolizuje jednostki glukozowe od końca nieredukującego oraz β-1,4-glukozo-celo-biohydraza, która usuwa celobiozę z nieredukującego końca łańcucha.

-β-1,4 glukozydazy- hydrolizują celobiozę i krótkie łańcuchy oligosacharydów.

HYDROLIZA KWAŚNA	HYDROLIZA ENZYMATYCZNA
DZIAŁA NIE SPECYFICZNIE, NIE WYMAGA SWTĘPNEJ OBRÓKI ENZYMATYCZNEJ	DZIAŁA SPECYFICZNIE, WYMAGA PRZYGOTOWANIA SUROWCA
ROZKŁAD HEMICELULOZY NA SKŁADNIKI HAMUJĄCE FERMENTACJĘ	POSTAJE CZYSTY SYROP CUKROWY DOBRY DO DALSZEJ FERMENTACJI
OSTRE WARUNKI PROCESU, TEMPERATURA, CIŚNIENIE, AGRESYWNE ŚRODOWISKO	UMIARKOWANE WARUNKI PROCESU
DUŻE KOSZTY CHEMIKALIÓW	KOSZTOWNE OTRZYMYWANIE ENZYMÓW
DUŻA SZYBKOŚC HYDROLIZY	MAŁA SZYBKOŚC HYDROLIZY
OGÓLNA WYDAJNOŚC GLUKOZY JEST NISKA Z UWAGI NA DEGRADACJĘ PRODUKTU	MOŻLIWOŚC OSIĄGNIĘCIA WYSOKIEJ WYDAJNOŚCI HYDROLIZY

-odpowiedz humoralna czynna naturalna,

-clawiceps purpuralis, leuconostoc

-wyłączone z ochrony patentowej

Claviceps purpurea - grzyb pasożytujący na zbożach, wytwarza przetrwalniki w postaci długich, purpurowoczarnych rożków.
Sporysz zawiera wiele alkaloidów - ergotaminę oraz aminokwasy - tyrozynę, tryptofan, histydynę, leucynę, kwas asparaginowy.

Ergotamina - alkaloid sporyszu o budowie strukturalnej zbliżonej do amin biogennych (noradrenaliny, serotoniny i dopaminy), posiadający zdolność do wiązania się z ich receptorami. Powoduje skurcz mięśni gładkich macicy i naczyń krwionośnych. Otrzymuje się z niej kwas lizergowy, którego używa się do produkcji LSD.

Leuconostoc- są to paciorkowe heterofermentatywne. Do tego rodzaju nalezą dwa przemyśle spożywczym gatunki:

Leukonostoc Citororum- występuje w mleku w którym z cukru i kwasu cytrynowego wytwarza dwuacetyl nadająy masłu charakterystyczny aromat.

Leukonoctoc Nesenteroides- paciorkowce te na podłożu z sacharozą wytwarzają bardzo dużo śluzu. Jest nie pożądany w cukiernictwie gdzie powoduje śluzowacenie słodów i zatyka przewody.

Odpowiedź humoralna - zależy od przeciwciał wydzielanych przez limfocyty B i jest podstawowym mechanizmem obronnym przeciw zewnątrzkomórkowym mikroorganizmom i toksynom:
-czynna: naturalna (przechorowanie) lub sztuczna (szczepienie),
-bierna: naturalna (otrzymanie przeciwciał przez łożysko lub z siarą) lub sztuczna (podanie surowicy)

Wyłączenia z ochrony patentowej:
-odkrycia w przyrodzie - w celu uniknięcia monopolizacji dóbr natury w ich stanie naturalnym
*ochronie podlega metoda otrzymywanie danej substancji,
-metody chirurgiczne i terapeutyczne w odniesieniu do człowieka lub zwierzęcia - są pozbawione charakteru przemysłowego,
-metody otrzymywania nowych odmian roślin oraz ras zwierząt,
*ochronie podlega mikroorganizmy powstałe w wyniku modyfikacji przez zastosowanie inżynierii genetycznej,
-odkrycia sprzeczne z normami etyczno-moralnymi oraz legislacją.

- budowa chemiczna antybiotyków
- drożdże winiarskie i ich charakterystyka
- metody unieruchamiania enzymów

Podział antybiotyków ze względu budowę chemiczną:

Pochodne aminokwasów:
-β-laktamowe (penicylina), -polipeptydowe (cyklosporyna),
-glikopeptydowe (wankomycyna),

Pochodne cukrów:
-aminoglikozydy (streptomycyna), -glikolipidy (moenomycyna).

Antybiotyki makrocykliczne:
-makrolidy właściwe (erytromycyna), -makrolidy polienowe (nystatyna).

Chinony i ich pochodne:
-antracykliny (aklarubicyna), -tetracykliny (chlorotetracyklina),
-benzochinony (mitomycyna).

Inne antybiotyki:
-pochodne cykloalkanów (cykloheksimid), -nukleozydy (polioksyna),
-polietery (lasalocid), -związki aromatyczne (chloramfenikol).

Cechy dobrych drożdży winiarskich:

Procesu fermentacji win dokonuje się przy użyciu drożdży z gatunku Saccharomyces cerevisiae. Ponieważ własna mikroflora moszczów owocowych nie daje pewności przekształcenia ich w wina należytej jakości, wprowadza się drożdże tzw. szlachetne, np. Saccharomyces cerevisiae, Torulospor delbruecki
i inne. Szczepy drożdży winiarskich powinny mieć następujące cechy:

-szybkie i całkowite odfermentowanie,

-minimalne pienienie,

-szybką sedymentację po fermentacji,

-tworzenie małych ilości kwasów lotnych,

-wytwarzanie ubocznych produktów fermentacji korzystnie wpływających na cechy
-smakowo-zapachowe wina,

-zdolność rozkładania kwasu jabłkowego,

-odporność na duże stężenia kwasu siarkawego,

-odporność na wysokie ciśnienie CO₂ w przypadku produkcji win musujących,

-odporność na duże stężenie etanolu w przypadku produkcji win słodkich (deserowych),

-odporność na garbniki w przypadku produkcji win czerwonych.

Metody unieruchomiania enzymów:

Metody z wykorzystaniem oddziaływań fizycznych:
-immobilizacja oparta na adsorpcji i adhezji - drewno, celuloza, szkło porowate, jonity (DEAE-celuloza, CM-celuloza),
-pułapkowanie wewnątrz struktury naturalnych lub syntetycznych polimerów - alginian, poliakrylamid, żywice,
-immobilizacja z wykorzystaniem półprzepuszczalnych membran - zamykanie w komórkach naturalnych (erytrocyty), kapsułkowanie i mikrokapsułkowanie (liposomy, kapsułki nylonowe).
Zalety: zachowanie struktury enzymu, łatwość i niski koszt prowadzenia procesu.
Wady: wymywanie enzymu ze złoża.

Metody z wykorzystaniem oddziaływań chemicznych:
-immobilizacja poprzez tworzenie wiązań kowalencyjnych - silikażel i aldehyd glutarowy, diaminy, izomocznik.
Zalety: stabilność układu.
Wady: częściowa utrata aktywności enzymu (konformacja białka), wysokie koszty.

- Selekcja mutantów
- zależność między transkrypcją , translacją, replikacją
- metody unieruchamiania materiałów biologicznych

Selekcja mutantów - zespół technik, które mają zapewnić szybką i efektywną ocenę efektów mutagenezy i wyodrębnienie ewentualnych komórek o pożądanych cechach:

Wskaźniki chemiczne:
-wskaźniki pH - oznaczanie kwasów lub zasad,
-wskaźnik z jodyną - oznaczanie skrobi i ocena aktywności amylolitycznych,
-wskaźnik czerwień kongo - oznaczanie celulozy i ocena aktywności celulolitycznych,
-podłoże żelatynowe - ocena aktywności proteolitycznych.

Wskaźniki mikrobiologiczne:
-metoda tworzenia replik za pomocą welwetowego stempla - kolonie wyrosłe na replikach są stosowane do testowania, zaś wyjściowa płytka służy do izolacji wybra­nych kolonii,
-metoda krążków agarowych - wycięte jałowo krążki podłoża inkubuje się i przenosi na płytki z drobno­ustrojem testowym. Wokół kolonii drobnoustrojów produkujących antybio­tyki nie będą rozwijały się drobnoustroje testowe. Wokół kolonii produkującej aminokwasy będą się rozwijały organizmy testowe wymagające danego aminokwasu.

Zależność między transkrypcją, translacją i replikacją:

Replikacja: to proces w którym podwójna nic DNA ulega skopiowaniu.

Transkrypcja: to proces przepisania informacji zawartej w DNA na mRNA zachodzącym w jądrze komórkowym.

Translacja: to proces zachodzący na rybosomach, polegający na przetłumaczeniu informacji zawartej w mRNA w kolejność ułożenia nukleotydów, tworzących kodon, na kolejność ułożenia aminokwasów w białko.

Metody unieruchamiania materiałów biologicznych:

Znanych jest wiele technik unieruchomiania komórek.

Wszystkie one mu­szą spełniać kilka podstawowych wymagań:

- Muszą być bezpieczne.

- Muszą być proste.

- Muszą zapewniać długotrwałe użytkowanie.

- Muszą zapewniać wysoką aktywność materiału biologicznego.

- Muszą być tanie

Techniki unieruchamiania komórek i enzymów można podzielić na:

-Metody sorpcyjne polegają na związaniu komórek lub enzymów na powierzchni materiału stałego. Należą one do najprostszych technik unieru­chomiania. Stosuje się różnorodne, tanie materiały, jak np. szkło porowate, węgiel drzewny, wióry drewniane, tlenek glinu, sylikażel, pochodne celulozy. Wadą metod sorpcyjnych jest możliwość desorpcji materia­łu biologicznego z powierzchni nośnika.

- Metody zamykania w siatce polimeru są równie popularne jak metody sorpcyjne. Polegają one na unieruchomianiu komórek lub enzymów wewnątrz naturalnych lub syntetycznych żeli. Najczęściej stosuje się alginiany, karaganiany, agar i żel poliakrylamidowy. Stosowanie naturalnych polisacharydów ma wiele zalet. Są to materiały tanie i bezpieczne.

-Metody agregacji mniejsze cząsteczki enzymów łączą się ze sobą w większe agregaty, dzięki czemu mają możliwość działania na większe cząsteczki.

Wyodrębnioną grupą technik jest zamykanie materiału biologicznego wewnątrz półprzepuszczalnych membran. Najczęściej stosuje się membrany z octanu celulozy lub kolagenowe

-pojecie genu

- mechanizm odporności bakterii

-budowa chemiczna antybiotyków

Pojęcie genu:

Gen: to najmniejsza jednostka dziedziczności. To ciąg nukleotydów w łańcuchu DNA genomu. Pojedynczy gen koduje za pośrednictwem mRNA pojedynczy łańcuch polipeptydowy lub inną cząsteczkę RNA.

Ekson (egzon) - kodująca część cząsteczki DNA, ulegając transkrypcji pojawia się w dojrzałej cząsteczce RNA. Może kodować element białkowy.

Intron - niekodująca część cząsteczki DNA, ulega transkrypcji, jest wycinany podczas obróbki potranskrypcyjnej, w procesie splicingu

Klasyfikacja wg Davisa i Maasa: MECHANIZM ZALEŻY OD:
-inaktywacja leku - zamiana na jego nieaktywna formę pochodną, z udziałem enzymów wytwarzanych przez komórki oporne.
-modyfikacja miejsca komórkowego wrażliwego na lek,
-zahamowanie transportu leku do opornej komórki,
-wytworzenie alternatywnej drogi pozwalającej ominąć etap wrażliwy na lek,
-zwiększenie poziomu enzymu, który podlega inaktywacji,
-zwiększenie poziomu metabolitu, który jest antagonistą inhibitora,
-zmniejszenie zapotrzebowania na produkt tej drogi metabolicznej, która podlega zahamowaniu.

Podział antybiotyków ze względu budowę chemiczną:

Pochodne aminokwasów:
-β-laktamowe (penicylina), -polipeptydowe (cyklosporyna),
-glikopeptydowe (wankomycyna),

Pochodne cukrów:
-aminoglikozydy (streptomycyna), -glikolipidy (moenomycyna).

Antybiotyki makrocykliczne:
-makrolidy właściwe (erytromycyna), -makrolidy polienowe (nystatyna).

Chinony i ich pochodne:
-antracykliny (aklarubicyna), -tetracykliny (chlorotetracyklina),
-benzochinony (mitomycyna).

Inne antybiotyki:
-pochodne cykloalkanów (cykloheksimid), -nukleozydy (polioksyna),
-polietery (lasalocid), -związki aromatyczne (chloramfenikol).

- definicja biomasy

-źródła pozyskiwania drobnoustrojów

Biomasa:

Biomasa - jest to substancja organiczna, która znajduje się w komórkach roślin, zwierząt i bakterii, używana jako źródło białka.

Biomasa mikroorganizmów stosowana jako źródło protein często jest określana mianem „ białka jednokomórkowców- SCP.

- Przemysłowa produkcja drożdży piekarnianych datuje się od połowy IXI wieku, zaś przemysłowa produkcja biomasy mikroorganizmów dla celów spożywczych została uruchomiona w Niemczech w czasie I wojny światowej- była to hodowla drożdży pastewnych.

Ponownie zainteresowano się masową produkcją drożdży w latach 30-tych i podczas II wojny światowej. W Niemczech w okresie II wojny światowej produkowano ok. 15 tys. Ton rocznie drożdży, zużywanych następnie do wytwarzania zup i kiełbas.

Źródła pozyskiwania drobnoustrojów:

Istnieją 2 źródła pozyskiwania mikroorganizmów:

- szczepy muzealne- czyste kultury

Mogą służyć materiałem wyjściowym do przekształcania i udoskonalania szczepów. Kolekcje kultur zawierają ograniczony zasób mikroflory, zaś w naturalnym środowisku może istnieć szczep o znacznie lepszych własnościach technologicznych niż przechowywanie w kolekcjach.

W Polsce istnieje wiele kolekcji czystych kultur, o różnym zakresie i wielkości. Do najważniejszych z punktu widzenia technologii biochemicznej należą kolekcja INSTYTUTU BIOTECHNOLOGII ROLNO- SPOZYWCZEGO W WARSZAWIE, kolekcja WYDZAIŁU CHEMII I TECHNOLOGII ŻYWNOŚCI POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ oraz kolekcja AKADEMII TECHNICZNO-EKONOMICZNEJ WE WROCŁAWIU.

-szczepy autochtoniczne- ze środowiska naturalnego; szczepy ze środowiska naturalnego są lepsze, ponieważ szczepy muzealne po pewnym czasie mogą traci właściwości. Bakterie uzyskiwane ze środowiska są najbardziej aktywne.

Środowisko naturalne jest niewyczerpanym źródłem mikroorganizmów. Pewna cześć z nich, może, zwłaszcza po udoskonaleniu, Mie znaczenie przemysłowe. Izolowanie takich organizmów jest swoista sztuką. Wymaga często przeprowadzeniu wielu pracochłonnych badań.

- Znaczenie plazmidów jako wektorów przenoszenia materiału genetycznego.
- Biotechnologia a piwo.
- Hodowla mikroorg. na metanie i metanolu

Znaczenie plazmidów jako wektorów w przenoszeniu materiału genetycznego:

Plazmid: dwuniciowa, kulista, pozachromosowa cząsteczka DNA.

Dobry wektor tego typu powinien zawierać miejsca rozcinane przez enzymy restrykcyjne, przy czym z reguły dany plazmid posiada kilka takich miejsc dla kilku różnych enzymów. Miejsca te są zwykle zgromadzone w pojedynczym obszarze, zwanym polilinkerem. Żeby wprowadzić obcy DNA do wektora, należy wyciąć żądany fragment (gen) z większej cząsteczki (np. chromosomu lub innego plazmidu) za pomocą enzymu restrykcyjnego, który pozwala na uzyskanie wolnych końców, które można połączyć z wolnymi końcami przeciętego plazmidu. Mogą to być komplementarne lepkie końce lub tępe końce. Obcy DNA łączy się z plazmidem w reakcji prowadzonej przez enzym ligazę. Do wprowadzenia plazmidów do wnętrza komórki bakteryjnej przydatna jest metoda zwana transformacją.

Cechy przenoszone przez plazmidy:

- zdolność do koniugacji

- wykorzystywanie sacharozy

- oporność na antybiotyki

-oporność na jony metali ciężkich

- produkcja antybiotyków i bakteriocyn

Ciekłe węglodowodory (C₉-C₁₈) - C. lypolitica, C. tropicalis, C. oleophila, Saccharomyces lipolytica, Rhodotorula, Torulopsis.

Metan, metanol - Methylomonas, C. boidini, Trichoderma (odporne na stężenie metanolu 30 g/l, norma 10 g/l).

Produkcja piwa - surowcami są jęczmień, chmiel, woda i drożdże (górnej fermentacji S. cerevisiae, dolnej fermentacji S. uvarum).

Podstawowym surowcem do produkcji piwa jest jęczmień. Zawiera on mało cukru, a dużo skrobi, ponadto w ziarnach występują amylazy.

Otrzymanie brzeczki słodowej (cukry, dekstryny, białka, aminokwasy, substancje goryczkowe i garbnikowe oraz sole mine­ralne):
-zacieranie słodu → filtracja → warzenie z szyszkami chmielowymi → filtracja → chłodzenie.

Fermentowanie brzeczki przez drożdże i leżakowanie piwa:
-fermentacja → dojrzewanie → filtracja → piwo.

Gotowanie brzeczki z chmielem ma za zadanie:
-ekstrakcję i transformację związków chmielu,
-sterylizację brzeczki i inaktywację enzymów,
-nadanie brzeczce odpowiedniego smaku, zapachu i barwy,
-wytrącenie osadów (kompleksy białek z polifenolami) oraz usunięcie niepożądanych składników (siarczan dimetylu),
-zakwaszenie i zagęszczenie brzeczki.

- kryteria wyboru mikroorganizmu do procesu technologicznego

- suszenie

- metody przenoszenia materiału genetycznego

Suszenie (do 10% wody) - uzyskiwanie stabilnej formy bioproduktu (łatwy transport i przechowywanie):
-suszenie próżniowe - biopreparat jest suszony w obniżonym ciśnieniu, w temperaturze pokojowej
-suszenie rozpyłowe - rozpylony biopreparat jest suszony w strumieniu gorącej pary (150˚C)
-liofilizacja- to specyficzna technika suszenia, wykorzystująca sublimację pary wodnej znad powierzchni zamrożonych produktów. Proces jest prowadzony pod bardzo niskim ciśnieniem.

Kryteria wyboru mikroorganizmu dla danego procesu technologicznego:

Odżywianie - najlepiej substancje odpadowe (metanol, melasa, serwatka, ług posiarczynowy).

Temperatura - najlepiej 30-40˚C (wyższa temperatura stwarza problem chłodzenia, ale zmniejsza ryzyko zakażenie).

Adaptacja - zdolność mikroorganizmu do wzrostu w aparaturze przemysłowej.

Stabilność cech drobnoustrojów i odporność na manipulacje genetyczne.

Produkcyjność - zdolność przetwarzania substratu w produkt z wysoką wydajnością, liczona w jednostce czasu.

Łatwość wydzielenia produktu.

Brak toksycznych produktów metabolizmu (z wyjątkiem produkcji surowic i szczepionek).

Koniugacja - wymiana DNA poprzez połączenie dwóch komórek za pomocą mostków pilusowych:
-Staphylococcus, Pseudomonas
F⁺ (męska z plazmidem) → F^- (żeńska bez plazmidu) F⁺ (męska z plazmidem) → F⁺ (rekombinant).;

Szczep bakterii coli, zawierający plazmid kodujący białko, odpowiedzialne za wytwarzanie struktur komórkowych zwanych pilami, posiada typ F+.

W przeciwieństwie do tego szczepu F- nie posiada takowego plazmidu. Gdy dochodzi do spotkania dwóch bakterii o odmiennych typach płciowych, pile wytworzone przez bakterie typu F+, przenikają przez ścianę komórkową bakterii płci F- i następuje wymiana materiału genetycznego (DNA).

Transformacja - pobieranie DNA przez komórki, które są w stanie kompetencji (protoplastyzacji):
-Bacillus, Rhizobium, Streptococcus;

Polega na zmianie genomu komórki na skutek pobrania cząsteczek DNA ze środowiska

Transdukcja - przenoszenie DNA przez bakteriofagi:
-ogólna - opuszczenie genomu, wniknięcie do cytoplazmy i wydostanie się na zewnątrz (brak efektu),
-specyficzna - opuszczenie genomu z częścią nowego DNA, infekcja kolejnej bakterii i wprowadzanie część nowego DNA od poprzedniego gospodarza, powstaje rekombinant (jest efekt).

---