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Metagenómica y sus Aplicaciones Industriales Metagenómica y sus Aplicaciones Industriales Presentation Transcript

    • Zuleika M. Corales-Tirado
    • Agosto-Diciembre 2008
    • BIND 4905
    • Las industrias poseen distintas
    • motivaciones para probar el enorme
    • recurso que es la diversidad microbiana no cultivable.
    • 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.
    • Existe una política global para promover la biotecnología industrial como el futuro de las sociedades modernas industrializadas.
    • Para esto es necesario el desarrollo de nuevas enzimas, procesos, productos y aplicaciones.
    • La metagenómica promete proveer los mecanismos necesarios para la evolución de la industria moderna.
    • 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.
    • Detergentes
    • Textiles
    • Almidón
    • Hornear
    • Alimentación animal
    Utilizan alrededor del 75% de las enzimas producidas industrialmente.
    • Biocatalítico ideal
      • Las enzimas necesitan funcionar eficientemente de acuerdo a parámetros de rendimiento.
      • Cualquier aplicación industrial tiene que ser designada con ciertas limitaciones enzimáticas en mente.
      • En vez de diseñar un proceso para adaptarlo a una enzima mediocre, se utilizan microorganismos no cultivables junto a tecnologías in vitro.
    • Ilustración del concepto del biocatalítico ideal.
    • Enzima candidata es clasificada de acuerdo a criterios.
      • Actividad enzimática in vivo
      • Eficiencia
      • Especificación
      • Estabilidad
    • Fortaleza y debilidades de cada enzima.
    • Novedad
      • Industrias que fabrican productos básicos a granel, poseen la necesidad de encontrar nuevas secuencias enzimáticas para evitar infringir los derechos de propiedad intelectual.
    • Diversidad máxima
      • Las industrias farmaceúticas y de productos químicos están enfocadas en buscar conjuntos de múltiples biocatalíticos para construir una caja de herramientas para biotransformaciones.
    • Reducción de costos.
    • Aumenta eficiencia de proceso.
    • Mejora la recuperación de productos.
    • Reduce el uso y eliminación de químicos tóxicos.
    • Diversa Corporation
      • Utilizando librerias construidas en E.coli encontraron más de 100 nuevas nitrilasas .
        • Las enzimas resultante se mercadean en las industras químicas y farmacéuticas.
    • Genencor International
      • Encontraron nuevas deshidratasas para la producción del compuesto 1,3-propanodiol.
  •  
    • Industria de detergentes
    • Procesamiento de textiles
    • Cuero
    • Alimentos
      • Hornear
      • Jugos de frutas
      • Carnes
    • Bebidas alcohólicas
    • Papel
    • Medicina
      • Pruebas analíticas
      • Enzimas terapéuticas
      • Limpieza de heridas
      • Fabricación de drogas
    • Proteasas
    • Enzimas que hidrolizan proteínas en pequeños péptidos y amino ácidos.
    • Recursos donde se obtienen:
      • Plantas
      • Animales
      • Microorganismos
        • Bacillus licheniformis, o B. Amyloliquefaciens
        • Aspergillus flavus
    • Importancia industrial
      • Representan el porciento más alto del mercado de enzimas mundial.
    • 1959 – se mercadea la primera proteasa becteriana.
    • 1965 – comienzan a utilizarlas las principales fábricas de detergentes.
    • Características:
      • Activa y estable
    • Novozymes®, Denmark
      • Polarzyme®
    • Mejor rendimiento de lavado.
    • Reduce costos energéticos.
    • Poco impacto ambiental.
    • Cortos periodos de lavado.
    • Provee limpieza total.
    • Objetivo
      • Presentar una aplicación potencial de la proteasa para diferentes propósitos industriales.
    • Materiales y métodos
      • Ensayo enzimático.
      • Purificación de la proteína.
        • Precipitación con sulfato de amonio.
        • “ Sephadex G-50 chromatography”
        • “ CM-Sephadex chromatography”
    • Pruebas para determinar potencial de proteasas:
      • Digestión natural de proteínas,
      • Remoción de manchas de sangre,
    • Remoción de manchas de sangre
    • Digestión natural de proteínas
    • Proteasa digirió la piel.
    • Formas insolubles fueron
    • convertidas a formas solubles.
    • La proteasa demostró alta
    • capacidad para remover
    • manchas de sangre en la ropa.
    • La capacidad de la proteasa para digerir distintos sustratos naturales permite que sea utilizada en distintas aplicaciones.
    • Su poder removiendo manchas permite que la misma sea utilizada como proteasa alcalina en detergentes en polvo.
    • Título
      • “ Producción industrial de proteasas de bibliotecas metagenómicas de bosques de Puerto Rico ”.
    • Objetivos
      • Monitoreo de dos bibliotecas metagenómicas con el fin de identificar clones productores de la enzima proteasa.
      • Determinar cuál de las proteasas se aproxima al grupo de proteasas para detergentes.
      • Diseñar un proceso a grande escala para la producción de proteasas para detergentes previamente identificadas.
  • 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.
  • Disk centrifuge, 9,000(xg), 25°C, 30min. High-speed blender Microfluidizer 1,600psig, 4°C Tangential-flow-filter-unit
  • Centrifuge, 4°C, 30min . Ultrafiltration DEAE-Sephadex column (anion exchange chromatography)
    • El uso de enzimas en distintos procesos industriales provee numerosas ventajas para así mejorar la calidad de cada producto y su costo efectividad.
    • 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.
    • 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)
    • Schloss, P.D., Handelsman, J. Biotechnological prospects from metagenomics. Current Opinion in Biotechnology 14:303–310, (2003).
    • Maurer, K.H. Detergent proteases. Current Opinion in Biotechnology 15:330–334, (2004).
    • Patrick, L., Eck, J. Metagenomics and industrial applications. Nature Reviews Microbiology 3:510-516, (2005).
    • 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.  
    • 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).
    • 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).