Microbiologie aplicata

download Microbiologie aplicata

of 25

  • date post

    17-Dec-2016
  • Category

    Documents

  • view

    216
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of Microbiologie aplicata

  • MICROBIOLOGIE APLICAT

    Cunoaterea particularitilor microorganismelor permite dezvoltarea unor aplicaii n

    diferite domenii ale agriculturii, industriei alimentare, industriei farmaceutice, industriei

    chimice, a pielriei, a proteciei mediului .a.m.d. Trebuie remarcat faptul c biotehnologia a

    fost mult vreme identificat cu microbiologia industrial, incluznd doar aspectele legate de

    cultivarea microorganismelor, conservarea, ameliorarea prin metode convenionale (mutaie i

    selecie a mutantelor de interes) i utilizarea lor practic pentru obinerea unor produse

    specifice. Ulterior, domeniul biotehnologiei s-a extins, incluznd i plantele, animalele,

    virusurile i culturile celulare precum i tehnologia ADN recombinant aplicat n scopuri

    industriale. In tabelul 1 sunt redate o parte dintre principalele microorganisme utilizate n

    biotehnologii din diferite domenii.

    Tabelul 1. Principalele microorganisme cu importan biotehnologic i produii lor (dup Hunter-

    Cevera i Belt, 1996)

    Domeniul de aplicare Organismul Tipul Produsul

    Industria alimentar i a

    buturilor

    Saccharomyces cerevisiae Drojdie Produse de panificaie, vin, bere, sake S.carlsbergensis Drojdie Bere slab

    S.rouxii Drojdie Sos de soia Candida milleri Drojdie Pine franuzeasc din aluat acrior (Sour bread)

    Lactobacillus sanfrancisco Bacterie Pine franuzeasc din aluat acrior (Sour bread) Streptococcus thermophilus Bacterie Iaurt

    Lb.bulgaricus Bacterie Iaurt Propionibacterium

    shermanii Bacterie Brnz elveian

    Gluconobacter suboxidans Bacterie Oet

    Penicillium roquefortii Fung filamentos Brnz tip Roquefort

    P.camembertii Fung filamentos Brnz tip Camembert i Brie

    Aspergillus oryzae Fung filamentos Sake

    Rhizopus Fung filamentos Tempeh

    Mucor Fung filamentos Sufu (cheag microbian)

    Monascus purpurea Fung filamentos Ang-kak (orez rou)

    Industria chimic

    S.cerevisiae Drojdie Etanol (din glucoz) Kluyveromyces fragilis Drojdie Etanol (din glucoz)

    Clostridium acetobutylicum Bacterie Aceton i butanol Xanthomonas campestris Bacterie Polizaharide

    Aspergillus niger Fung filamentos Acid citric

    Aminoacizi i Corynebacterium Bacterie L-lizin; acid 5inozinic; acid 5 guanilic

  • nucleotide aromatizante

    glutamicum

    Proteine monocelulare

    (single-cell protein)

    Candida utilis Drojdie Proteine microbiene prin cultivare de deeuri din industria hrtiei S.lypolitica Drojdie Proteine microbiene prin cultivare pe alcani

    Methylophilus methylotrophus Bacterie

    Proteine microbiene prin cultivare pe metan sau metanol

    Vitamine Eremothecium asbyi Drojdie Riboflavin

    Pseudomonas denitrificans Bacterie Vitamina B12 Propionibacterium Bacterie Vitamina B12

    Enzime

    Aspergillus oryzae Fung filamentos Amilaze

    A.niger Fung filamentos Glucoamilaze

    Trichoderma reesii Fung filamentos Celulaz

    S.cerevisiae Drojdie Invertaz K.fragilis Drojdie Lactaz

    S.lipolytica Drojdie Lipaz Bacillus Bacterie Proteaze

    Aspergillus Fung filamentos Pectinaze i proteaze

    Endothia parasitica Fung filamentos Cheag microbian

    Polizaharide Leuconostoc mesenteroides Bacterie Dextran X.campestris Bacterie Gum xantanic

    Carotenoizi Blakeslea trispora Fung

    filamentos Beta-caroten

    Phaffia rhodozyma Drojdie Astaxantin

    Industria farmaceutic

    Penicillium chrysogenum Fung filamentos Peniciline

    Cephalosporium acremonium

    Fung filamentos Cefalosporine

    Streptomyces sp. Bacterie Amfotericin B, kanamicin, neomicin, streptomicine, tetracicline etc B.brevis Bacterie Gramicidin S B.subtilis Bacterie Bacitracin

    B.polymyxa Bacterie Polimixina B

    Rhizopus nigricans Fung filamentos Transformarea steroizilor

    Arthrobacter simplex Bacterie Transformarea steroizilor Mycobacterium Bacterie Transformarea steroizilor

    Escherichia coli (tulpini obinute cu ajutorul tehnologiei ADN

    recombinant)

    Bacterie Insulin, hormonul uman de cretere, somatostatin, interferon

    Bacterii entomopatogene

    B.thuringiensis Bacterie Bioinsecticide B.popilliae Bacterie bioinsecticide

    Odat ce un microorganism a fost selectat, fie prin metode clasice fie prin folosirea

    tehnicilor moleculare de modificare i screening, este necesar cultivarea sa n condiii care

  • s asigure exprimarea caracteristicilor specifice, utile din punct de vedere practic. In acest fel,

    folosirea unui microorganism n biotehnologia modern se bazeaz pe principiile clasice ale

    culturilor microbiene, cunoscute i elaborate de mult vreme.

    In cadrul biotehnologiei este foarte mult utilizat termenul de fermentaie, acesta avnd

    mai multe semnificaii pentru specialiti i nespecialiti:

    se refer la orice proces ce implic cultivarea unui microorganism, n condiii de

    aerobioz sau de anaerobioz;

    orice proces microbiologic ce se realizeaz n absena oxigenului;

    contaminarea alimentelor;

    producerea buturilor alcoolice;

    utilizarea unui substrat organic ca donor sau acceptor de electroni;

    utilizarea unui substrat organic ca reductor i a aceluiai substrat parial degradat

    ca oxidant (acceptor de electroni);

    creterea dependent de nivelul fosforilrii substratului (Prescott i col., 1996).

    Pentru aplicaiile industriale, microorganismele pot fi cultivate n tuburi, n baloane de

    capacitate mic sub agitare sau n instalaii de mare capacitate (de la 3-4l pn la 100.000 l),

    n funcie de scopurile urmrite. Instalaiile industriale de mare capacitate (fig.8.1) necesit

    investiii nsemnate i operatori bine instruii. De asemenea, toate etapele de lucru, ncepnd

    cu creterea microorganismelor i pn la obinerea i purificarea produsului final presupun

    condiii aseptice, strict controlate.

    In prezent exist mai multe sisteme de cultivare a micro-organismelor, n

    fermentatoare de diferite tipuri, n funcie de microorganismul de interes. De obicei,

    instalaiile de cultivare a microorganismelor sunt nsoite de uniti de dializ, care asigur

    att ndeprtarea compuilor toxici eliminai n cursul procesului de fermentaie ct i a

    produilor finali i care permit ca noi cantiti de mediu proaspt s fie introduse n instalaie

    pentru a obine culturi continue.

    Alegerea mediului de cultur pentru cultivarea microorganismelor reprezint o etap

    cheie deoarece poate influena aspectele economice ale procesului de producie; de obicei se

    apeleaz la ingrediente ieftine care s constituie sursa de carbon, azot i fosfor (tabelul 2). De

    cele mai multe ori, drept surse complexe de carbon, azot i fosfor sunt utilizate hidrolizatele

    vegetale, ca i unele subproduse rezultate n diferite industrii (melas, zeruri etc).

  • Tabelul 2. Componente majore ale mediilor de cultur folosite la nivel industrial (dup

    Prescott i colab., 1996).

    Sursa Materia prim Carbon i energie Melas, zer, grune, deeuri agricole (tiulei)

    Azot Extract de porumb (corn-steep liquor), fin de soia, sruri de amoniu, amoniac, nitrai, produi solubili provenii de la distilerii Vitamine Extracte totale vegetale sau diverse produse de origine animal

    Fier Substane anorganice Soluii tampon Carbonai sau fosfai

    Ageni antispumare Alcooli, silicon, esteri naturali, uleiuri vegetale

    Concentraia i echilibrul ntre elementele minerale i factorii de cretere constituie un

    alt punct critic al cultivrii microorganismelor la nivel industrial. De exemplu, biotina i

    tiamina, influennd reaciile de biosintez, controleaz acumularea produsului de interes n

    numeroase fermentaii. Mediul de cultur trebuie astfel stabilit nct sursele nutritive, dup un

    anumit interval de timp, s devin factori limitativi ai creterii, procesul fiind asociat deseori

    cu producerea unor metabolii de interes.

    Nivelul oxigenului limiteaz deseori procesele fermentative aerobe sau influeneaz

    modul de cretere, aa cum se ntmpl n cazul actinomicetelor i al fungilor filamentoi.

    In privina seleciei microorganismelor utile pentru procesele biotehnologice, acestea

    provin de obicei din medii naturale (probe de sol, de ap, fructe i produse alimentare

    contaminate etc). Odat selectate, tulpinile interesante pentru un anumit scop pot fi supuse

    unor procese de ameliorare, fie prin metode clasice (mutageneza chimic sau cu radiaii

    ultraviolete; fuziunea protoplatilor) fie prin aplicarea tehnicilor moleculare (tehnologia ADN

    recombinant). De exemplu, tulpina de Penicillium chrysogenum izolat n 1943 a fost supus

    unor tratamente succesive de mutaie i selecie astfel c, n prezent, culturile microbiene

    derivate de la tulpina original produc de 55 ori mai mult penicilin dect aceasta. De

    asemenea, fuziunea protoplatilor (celule lipsite de perete celular obinute prin tratamentul cu

    diferii ageni de degradare a peretelui celular) mediat de polietilenglicol (PEG) poate

    asigura obinerea de tulpini recombinate cu proprieti mbuntite sau modificate, avantajul

    principal fiind acela c pot fi depite barierele normale de specie. In ultimii ani, aplicarea

    tehnologiei ADN recombinant a permis obinerea unor tulpini modificate genetic capabile de

  • a sintetiza compui pe care, n mod normal, nu i-ar putem produce. Tulpinile microbiene de

    interes selectate (naturale sau ameliorate) sunt conservate prin metode specifice (liofilizare,

    transfer periodic, conservare sub ulei mineral, uscare etc).

    1. Produi majori ai microbiologiei industriale

    Metaboliii primari sunt compui legai de sinteza componentelor celulare ce se

    realizeaz