Tema 46.1

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Tema 46.1

  1. 1. Tema 46. Microbiología Industrial 1. Microbiología Industrial y Biotecnología 2. Microorganismos utilizados en la Microbiología industrial: mejora de cepas 3. Crecimiento de microorganismos en ambientes controlados: medios de cultivo. Fermentaciones industriales . Metabolitos primarios y secundarios i i d i 4. Principales productos de la Microbiología Industrial: antibióticos, aminoácidos, aminoácidos ácidos orgánicos biopolímeros biosurfactantes orgánicos, biopolímeros, 5. Procesos de bioconversión 6. 6 Microbiología de los alimentos fermentados: Yogourt quesos Yogourt, quesos, bebidas alcoholicas 7. Biodegradación y biorremediación 8. Bioaumento 9. 9 Microorganismos como productos: nanobacterias biosensores nanobacterias, biosensores, biopepticida
  2. 2. Tema 46. Microbiología Industrial 1. Microbiología Industrial. Biotecnología microbiana g g Disciplina que se ocupa de la utilización de microorganismos, generalmente en crecimiento a gran escala con el fin de obtener escala, productos de interés comercial. Componentes: Microorganismo Sustrato Producto Residuo Biotecnología Uso de seres vivos o de componentes o sistemas biológicos para la obtención de productos útiles. • Integra bioquímica, biología molecular e i I t bi í i bi l í l l ingeniería i í ciencia multidisciplinar i i ltidi i li • Se sirve habitualmente de organismos genéticamente modificados (GMOs)
  3. 3. Tema 46. Microbiología Industrial 1. Microbiología Industrial. Biotecnología microbiana Aéreas de aplicación de la biotecnología INDUSTRIA ALIMENTARIA: bebidas alcoholicas, productos lácteos alcoholicas fermentados, pan, proteinas unicelulares…….INDUSTRIA FARMACEÚTICA: antibióticos hormonas, vacunas, antibióticos, hormonas vacunasinterferones, factores antihemofílicos… INDUSTRIA QUÍMICA: acetona, butanol, acético, aminoácidos, vitaminas, esteroides ……. AGRICULTURA: Biofertilización, biocontrol ……. MEDIO AMBIENTE: Biodegradación de productos tóxicos, tratamiento de aguas…..
  4. 4. Tema 46. Microbiología Industrial Tipos de productos obtenidos a partir de microorganismos Bioconversión Células Sustrato Producto Levadura (bioconversión de esteroides) Productos d las Células P d t de l Cél l Enzimas (Glucosa Productos Isomerasa) I ) Químicos (ácido cítrico) Alcohol Antibióticos (Penicilina) Aditivos Alimenticios (aminoácidos)
  5. 5. Tema 46. Microbiología Industrial 2. Microorganismos de interés industrial: Mejora de cepas g j p Características 1. Alta velocidad de metabolismo 2. Gran variabilidad del metabolismo Propiedades deseables • De metabolismo conocido • De rápido crecimiento • C alto rendimiento Con lt di i t • No patógeno • Capaz de crecer en sustratos sencillos en medio liquido p q • De fácil separación del medio de cultivo y de sus productos •Estable genéticamente, susceptible de ser modificado ………..
  6. 6. Tema 46. Microbiología Industrial 2. Microorganismos de interés industrial: Mejora de cepas g j p Manipulación genética de microorganismos Utilizada para producir microorganismos con nuevas y mejores características •Mutación •Fusión de protoplastos •Inserción de secuencias cortas de ADN: mutagénesis dirigida •Transferencia de información genética •Modificación de la expresión génica
  7. 7. Tema 46. Microbiología Industrial Expresión de genes de otros organismos para mejorar procesos y productos
  8. 8. Tema 46. Microbiología Industrial Producción de vacuna recombinante
  9. 9. Tema 46. Microbiología Industrial Modificación de la expresión de los genes p g • Estrategia que permite el aumento de la producción de un producto o la producción de mas de un producto por el mismo microorganismos, o la síntesis de productos modificados • Arquitectura de vías metabólicas – Análisis, diseño y modificación de las rutas bioquímicas para i incrementar l eficiencia d l proceso t la fi i i del – Ingeniería de rutas metabólicas (MPE) • Alteración intencional de la r ta por inactivación de ruta inacti ación genes específicos – Ingeniería de control metabólico • Alteración de los mecanismos de control de genes específicos
  10. 10. Tema 46. Microbiología Industrial Ej. Ingeniería metabólica para la obtención de antibióticos modificados
  11. 11. Tema 46. Microbiología Industrial 3. Las fermentaciones. Metabolitos primarios y secundarios. p Tanques de fermentación aeróbicos y anaeróbicos: birreactores, fermentadores Fermentación ó En microbiología industrial: se llama fermentación a cualquier proceso microbiano a gran escala, sea o no una fermentación en el sentido bioquímico de la palabra. palabra Medio de cultivo. • Económico • Con buenos niveles de minerales (hierro) • Preciso control de condiciones ambientales pH, temperatura, niveles d oxígeno.. t t i l de í
  12. 12. Tema 46. Microbiología Industrial Fermentador industrial de agitación
  13. 13. Tema 46. Microbiología Industrial Alternativas a los fermetadores tradicionales
  14. 14. Tema 46. Microbiología Industrial Tipos de productos microbianos • Metabolitos primarios p – Producidos durante la fase de crecimiento o trofofase – Aminoácidos, nucleótidos, productos finales de fermentación y enzimas • Metabolitos secundarios – Acumulados tras el crecimiento activo Idiofase activo. – No relacionados directamente con la síntesis de material celular – Antibióticos y micotoxinas
  15. 15. Tema 46. Microbiología Industrial Características de los metabolitos secundarios • Tienden a p oduc se en la fase estac o a a de e de producirse e a ase estacionaria crecimiento • Sintetizados a partir de intermediarios del metabolismo p primario por enzimas específicos • No esenciales para el crecimiento o metabolismo. • Dependientes de las condiciones de crecimiento. Generalmente: • Sintetizados como productos muy relacionados estructuralmente. • Una cepa de Streptomyces produce 32 antibióticos distintos del tipo antraciclina
  16. 16. Tema 46. Microbiología Industrial Crecimiento microbiano a nivel industrial: Metabolitos primarios y secundarios. Trofofase Trofofase Idiofase Células Células Peso o nº de células élulas Etanol Peso o nº de cé c Penicilina Tiempo Tiempo Metabolito primario: etanol Metabolito secundario: penicilina
  17. 17. Tema 46. Microbiología Industrial Metabolitos Primarios y Secundarios Sustrato de Sustrato de Sustrato de crecimiento crecimiento crecimiento Células Metabolito Células Metabolito Células Metabolito Primario Primario Primario Las células y el metabolito se Metabolito Metabolito producen más o menos Secundario Secundario simultáneamente Después de producidas las células y el Después de producidas las células el metabolito primario, las células sustrato se convierte en un metabolito convierten el metabolito primario en secundario durante un posterior uno secundario crecimiento
  18. 18. Tema 46. Microbiología Industrial 4. Principales productos y procesos de interés en la microbiología industrial
  19. 19. Tema 46. Microbiología Industrial Antibioticos
  20. 20. Tema 46. Microbiología Industrial Producción de estreptomicina
  21. 21. Tema 46. Microbiología Industrial Producción de antibióticos Metabolitos secundarios típicos Antibiótico Microorganismo productor Bacitracina Bacillus licheniformis Cefalosporinas C f l i Cephalosporium C h l i Cloranfenicol Streptomyces venezuelae Cicloserina Streptomyces orchidaceus Eritromicina Streptomyces erythreus Kanamicina Streptomyces kanamycetus Neomicina Streptomyces fradiae Penicilina Penicillium chrysogenum Polimixina Bacillus polymyxa Estreptomicina Streptomices griseus Tetraciclina Streptomyces rimosus
  22. 22. Tema 46. Microbiología Industrial Amino Acidos
  23. 23. Tema 46. Microbiología Industrial Acidos Orgánicos A id O á i
  24. 24. Tema 46. Microbiología Industrial Biopolimeros Bi li Biosurfactantes Bi f t t • Modifican las • Para emulsionar y aumentar características de los la actividad detergente , líquidos. Agentes humedectación y dispersión gelificantes de fases y solubilación – D t Dextranos y otros t • Son importantes en S i t t polisacáridos biorremediación dispersión – ciclodextrinas de vertidos del petróleo y recuperación de petróleo • Muchos tienen actividad antibacteriana y antifúngica algunas inactivan alg nas inacti an a virus ir s envueltos
  25. 25. Tema 46. Microbiología Industrial 5. Procesos de bioconversión • Transformación microbiana o biotransformaciones – Pequeños cambios en moléculas que lo realizan microorganismos no en crecimiento – Los microorganismos actúan directa o indirectamente como biocatalalizadores • Pueden realizarse por enzimas libres o células o por enzimas o células • V t j Ventajas – Producen el estereoisómero específico
  26. 26. Tema 46. Microbiología Industrial BIOCONVERSIÓN MICROBIANA Producción de cortisona utilizando un microorganismo Ej.: Hidroxilación estereoespecífica de progesterona Utilidad de cepas tolerantes a altas concentraciones de solventes orgánicos p g

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