Metagenómica y sus Aplicaciones Industriales

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  • Metagenómica y sus Aplicaciones Industriales

    1. 1. <ul><li>Zuleika M. Corales-Tirado </li></ul><ul><li>Agosto-Diciembre 2008 </li></ul><ul><li>BIND 4905 </li></ul>
    2. 2. <ul><li>Las industrias poseen distintas </li></ul><ul><li>motivaciones para probar el enorme </li></ul><ul><li>recurso que es la diversidad microbiana no cultivable. </li></ul><ul><li>Diversas industrias están interesadas en explotar el recurso de los microorganimos no cultivables que han sido identificados a través de ambientes genómicos a grande escala. </li></ul><ul><li>Existe una política global para promover la biotecnología industrial como el futuro de las sociedades modernas industrializadas. </li></ul>
    3. 3. <ul><li>Para esto es necesario el desarrollo de nuevas enzimas, procesos, productos y aplicaciones. </li></ul><ul><li>La metagenómica promete proveer los mecanismos necesarios para la evolución de la industria moderna. </li></ul><ul><li>La metagenómica tiene el potencial para impactar substancialmente la producción industrial ya que actualmente cuenta con las herramientas disponibles para monitorear la biodiversidad de los linajes bacterianos. </li></ul>
    4. 4. <ul><li>Detergentes </li></ul><ul><li>Textiles </li></ul><ul><li>Almidón </li></ul><ul><li>Hornear </li></ul><ul><li>Alimentación animal </li></ul>Utilizan alrededor del 75% de las enzimas producidas industrialmente.
    5. 5. <ul><li>Biocatalítico ideal </li></ul><ul><ul><li>Las enzimas necesitan funcionar eficientemente de acuerdo a parámetros de rendimiento. </li></ul></ul><ul><ul><li>Cualquier aplicación industrial tiene que ser designada con ciertas limitaciones enzimáticas en mente. </li></ul></ul><ul><ul><li>En vez de diseñar un proceso para adaptarlo a una enzima mediocre, se utilizan microorganismos no cultivables junto a tecnologías in vitro. </li></ul></ul>
    6. 6. <ul><li>Ilustración del concepto del biocatalítico ideal. </li></ul><ul><li>Enzima candidata es clasificada de acuerdo a criterios. </li></ul><ul><ul><li>Actividad enzimática in vivo </li></ul></ul><ul><ul><li>Eficiencia </li></ul></ul><ul><ul><li>Especificación </li></ul></ul><ul><ul><li>Estabilidad </li></ul></ul><ul><li>Fortaleza y debilidades de cada enzima. </li></ul>
    7. 7. <ul><li>Novedad </li></ul><ul><ul><li>Industrias que fabrican productos básicos a granel, poseen la necesidad de encontrar nuevas secuencias enzimáticas para evitar infringir los derechos de propiedad intelectual. </li></ul></ul><ul><li>Diversidad máxima </li></ul><ul><ul><li>Las industrias farmaceúticas y de productos químicos están enfocadas en buscar conjuntos de múltiples biocatalíticos para construir una caja de herramientas para biotransformaciones. </li></ul></ul>
    8. 8. <ul><li>Reducción de costos. </li></ul><ul><li>Aumenta eficiencia de proceso. </li></ul><ul><li>Mejora la recuperación de productos. </li></ul><ul><li>Reduce el uso y eliminación de químicos tóxicos. </li></ul>
    9. 9. <ul><li>Diversa Corporation </li></ul><ul><ul><li>Utilizando librerias construidas en E.coli encontraron más de 100 nuevas nitrilasas . </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Las enzimas resultante se mercadean en las industras químicas y farmacéuticas. </li></ul></ul></ul><ul><li>Genencor International </li></ul><ul><ul><li>Encontraron nuevas deshidratasas para la producción del compuesto 1,3-propanodiol. </li></ul></ul>
    10. 11. <ul><li>Industria de detergentes </li></ul><ul><li>Procesamiento de textiles </li></ul><ul><li>Cuero </li></ul>
    11. 12. <ul><li>Alimentos </li></ul><ul><ul><li>Hornear </li></ul></ul><ul><ul><li>Jugos de frutas </li></ul></ul><ul><ul><li>Carnes </li></ul></ul><ul><li>Bebidas alcohólicas </li></ul><ul><li>Papel </li></ul>
    12. 13. <ul><li>Medicina </li></ul><ul><ul><li>Pruebas analíticas </li></ul></ul><ul><ul><li>Enzimas terapéuticas </li></ul></ul><ul><ul><li>Limpieza de heridas </li></ul></ul><ul><ul><li>Fabricación de drogas </li></ul></ul>
    13. 14. <ul><li>Proteasas </li></ul>
    14. 15. <ul><li>Enzimas que hidrolizan proteínas en pequeños péptidos y amino ácidos. </li></ul><ul><li>Recursos donde se obtienen: </li></ul><ul><ul><li>Plantas </li></ul></ul><ul><ul><li>Animales </li></ul></ul><ul><ul><li>Microorganismos </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Bacillus licheniformis, o B. Amyloliquefaciens </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Aspergillus flavus </li></ul></ul></ul><ul><li>Importancia industrial </li></ul><ul><ul><li>Representan el porciento más alto del mercado de enzimas mundial. </li></ul></ul>
    15. 16. <ul><li>1959 – se mercadea la primera proteasa becteriana. </li></ul><ul><li>1965 – comienzan a utilizarlas las principales fábricas de detergentes. </li></ul><ul><li>Características: </li></ul><ul><ul><li>Activa y estable </li></ul></ul><ul><li>Novozymes®, Denmark </li></ul><ul><ul><li>Polarzyme® </li></ul></ul>
    16. 17. <ul><li>Mejor rendimiento de lavado. </li></ul><ul><li>Reduce costos energéticos. </li></ul><ul><li>Poco impacto ambiental. </li></ul><ul><li>Cortos periodos de lavado. </li></ul><ul><li>Provee limpieza total. </li></ul>
    17. 18. <ul><li>Objetivo </li></ul><ul><ul><li>Presentar una aplicación potencial de la proteasa para diferentes propósitos industriales. </li></ul></ul><ul><li>Materiales y métodos </li></ul><ul><ul><li>Ensayo enzimático. </li></ul></ul><ul><ul><li>Purificación de la proteína. </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Precipitación con sulfato de amonio. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>“ Sephadex G-50 chromatography” </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>“ CM-Sephadex chromatography” </li></ul></ul></ul>
    18. 19. <ul><li>Pruebas para determinar potencial de proteasas: </li></ul><ul><ul><li>Digestión natural de proteínas, </li></ul></ul><ul><ul><li>Remoción de manchas de sangre, </li></ul></ul>
    19. 20. <ul><li>Remoción de manchas de sangre </li></ul><ul><li>Digestión natural de proteínas </li></ul><ul><li>Proteasa digirió la piel. </li></ul><ul><li>Formas insolubles fueron </li></ul><ul><li>convertidas a formas solubles. </li></ul><ul><li>La proteasa demostró alta </li></ul><ul><li>capacidad para remover </li></ul><ul><li>manchas de sangre en la ropa. </li></ul>
    20. 21. <ul><li>La capacidad de la proteasa para digerir distintos sustratos naturales permite que sea utilizada en distintas aplicaciones. </li></ul><ul><li>Su poder removiendo manchas permite que la misma sea utilizada como proteasa alcalina en detergentes en polvo. </li></ul>
    21. 22. <ul><li>Título </li></ul><ul><ul><li>“ Producción industrial de proteasas de bibliotecas metagenómicas de bosques de Puerto Rico ”. </li></ul></ul><ul><li>Objetivos </li></ul><ul><ul><li>Monitoreo de dos bibliotecas metagenómicas con el fin de identificar clones productores de la enzima proteasa. </li></ul></ul><ul><ul><li>Determinar cuál de las proteasas se aproxima al grupo de proteasas para detergentes. </li></ul></ul><ul><ul><li>Diseñar un proceso a grande escala para la producción de proteasas para detergentes previamente identificadas. </li></ul></ul>
    22. 23. Frozen stock, E.coli EPI 300 Streaked on LB-agar+Chloramp. plate, 37°C, 5 days. LB-broth+Chloramp. test tube, 37°C, 4.5hr, 225(xg). 250-mL LB-broth, 37°C, 225(xg) overnight. 20-L seed bioreactor 1500-L bioreactor, 110 (xg), 37°C,24hr.
    23. 24. Disk centrifuge, 9,000(xg), 25°C, 30min. High-speed blender Microfluidizer 1,600psig, 4°C Tangential-flow-filter-unit
    24. 25. Centrifuge, 4°C, 30min . Ultrafiltration DEAE-Sephadex column (anion exchange chromatography)
    25. 26. <ul><li>El uso de enzimas en distintos procesos industriales provee numerosas ventajas para así mejorar la calidad de cada producto y su costo efectividad. </li></ul><ul><li>La metagenómica aparenta ser uno de los campos en vías de desarrollo en la industria enzimática, con el potencial de proveer numerosas biomoléculas activas para uso biotecnológico. </li></ul>
    26. 27. <ul><li>Lukens, D.C., Rastogi, V.K., Cheng, T., DeFrank, J.J., Valdes, J.J. A 1000-L Scale-Up Fermentation of Escherichia coli Containig PVSEOP7 for Production of Organophosphorus Hydrolase. U.S. Army Edgewood Chemical Biological Center , APG, MD 21010. (2004) </li></ul><ul><li>Schloss, P.D., Handelsman, J. Biotechnological prospects from metagenomics. Current Opinion in Biotechnology 14:303–310, (2003). </li></ul><ul><li>Maurer, K.H. Detergent proteases. Current Opinion in Biotechnology 15:330–334, (2004). </li></ul><ul><li>Patrick, L., Eck, J. Metagenomics and industrial applications. Nature Reviews Microbiology 3:510-516, (2005). </li></ul><ul><li>El-Safey, E.M., Abdul-Raouf, U.M. Production, Purification and Characterization of Protease Enzyme from Bacillus subtilis. International Conferences For Development And The Environment In The Arab World, Assiut Univ., March 23-25, 2004. p 14.   </li></ul><ul><li>Junker, B.H. Scale-Up Methodologies for Escherichia coli and Yeast Fermentation Processes. Journal of Bioscience and Bioengineering. Vol. 97, No.6, 347-364. (2004). </li></ul><ul><li>Aftab, S., Ahmed, S., Saeed, S., Rasool, S.A. Screening, Isolation and Characterization of Alkaline Protease Producing Bacteria from Soil. Pakistan Journal of Biological Sciences 9 (11): 2122-2126, (2006). </li></ul>

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