college 8 microbial biotech

definition of biotechnology

scientific activity concerning integrated application of biochem, microbio and process tech on bio systems on the behalf of industrial processes and environmental management

areas of microbial biotechn

• genomics

• proteomics

• metabolomics

• transcriptomics

voordelen van biologische processen boven chemische processen

• verschillende biokatalysatoren

• minder afvalproductie

• recycleerbare grondstoffen

• biologisch afbreekbaar

• niet toxisch

• lagere kosten

wat maakt een MO geschikt voor industriele exploitatie en cultivatie

• diverse metabolische processen (exploitatie)

• cultivatie

  • snelgroeiend op goedkope voedingsbron

  • genetisch manipuleerbaar

selectie van MOs

• Screening methodes

  • penicilline producerend met hoge opbrengsten

  • selectief voor constitutief productie arabinase

  • protease deficiente stammen

selecteren van geschikte medium

• bijproduct van andere industrie

• zonder inhiberende substanties (fosfaat/metaal)

• supplement media met precursors/inducers for biosynthese

fermentor voordeel

• controleerbaar

• reproduceerbare condities

witte biotechnologie

een ander naam voor industriele biotechnologie

primaire en secundaire metabolieten

• primair

  • gevormd tijdens exponentiele groei en is vaak direct betrokken bij normale groeiprocessen

• secundair

  • niet direct betrokken > meestal andere belangrijke functie bij bvb reproductie

afwezigheid van secundaire metaboliet

lange termijn aantasting van organismes overleving en vruchtbaarheid, soms geen verandering

primaire metaboliet, groei gekoppelde productvorming

zijroute primaire metabolisme

• eerste fase goede groei en hoog substraat gebruik

• tweede fase hoog gebruik van substraat en hoge productvorming

secundaire metabolisme, groei en productvorming ontkoppeld (p vorming begint pas wanneer substraat op is)

wat is de citroenzuurcyclus

laatste stap voor oxidatie koolhydraten, aminozuren en vetzuren

activiteit enzymen in de czc

activiteit van enzymen moet worden verlaagd, zodat je dan accumulatie krijgt van citroenzuur

regulatie van citroenzuur productie in A niger

• pH 2.2

  • inhibitie aconitase en isocitraat dehyfrogenase

• beperking Fe2+

  • cofactor aconitase

  • inhibitie enzymactiviteit

• glucose hoog

  • repressie a ketoglutaraat dehydrogenase

• Mn2+ laag

  • ondersteunt citraat excretie in medium

• gebruik A niger mutanten

  • afnemende activiteit aconitase en isocitraat dehydrogenase

Hoe kan de citroenzuurcyclus continue werken als citraat wordt uitgescheiden?

czc tussenproducten moeten worden aangevuld

• anaplerotische reacties helpen om citroenzuur in de czc weer aan te vullen

• meest nb: pyvuraat carboylase reactie

Waarom is A.niger zo’n efficiënte citraat producent?

kijken naar genetische makeup

• hardware hetzelfde als veel andere schimmels

• 2 eiwitten in staat zijn om citreoznuur over mitochondriale membraan te transporteren

• meerdere genen voor vorming precursor (oxaloacetate en citroenzuur)

secundaire metabolieten: productie antibiotica

verschillende producten typen van biotech en voorbeelden

• rode biotech > med

  • monoklonale antilichamen

• groene biotech > landbouw

  • biopesticiden

• witte biotech > industrie

  • bioplastics

• blauwe biotech > marien

  • omega 3 vetzuren

welke MOs kunnen antibiotica maken

• streptomyceten

• schimmels

waar zorgt penicilline voor

bacteriolytisch: celwand lyseert

• verstoort peptidoglycaan laag

  • voorkomt ketenvorming door remming van de enzym transpeptidase die hiervoor zorgt

• werkt alleen op groeiende cellen dus!!! niet celwand afbreken, voorkomt alleen de biosynthese

crosslinking two peptidoglycan ketens

reactie tussen alanine en DAP (aan elkaar verbonden voor sterke covalente binding en daardoor sterke celwand)

biosynthese penicilline componenten

tripeptide ( L cysteine, L valine, alfa aminoadipic acid)

aan elkaar gezet worden met een eiwit: non ribosomal peptide synthese (NRPS)

welke overwegingen moeten er gemaakt worden in procesontwikkeling

1. selectie MO

2. medium ontwerp en groei

3. fermentor/bioreactor

hoe werkt NRPS (non ribosomal peptide synthase)

• eiwit met verschillende domeinen en modules

  • module heeft een (A)activatiedomein en herkent de az die ingebouwd moet worden

  • (PCP) peptidal carrier protein wordt aminoacetylated by the az

  • condensation (C) domain transfers az to next module

proces van penicilline biosynthese

• basis structuur wordt gemaakt door NRPS

• twee andere enzymen betrokken

  • IPN synthetase

  • acyltransferase

• geclusterd in genomen van veel andere schimmels

processen mbt penicilline productie

• medium

• controle

• fermentatie

• extractie

relatie peroxisomen en penicilline

• peroxisomen belangrijk voor penicilline productie

  • aantal reacties voor peniciliine biosynthese vinden in peroxisoom plaats

  • toevoegen van precursor PAA > opgenomen door peroxisoom en helpt met vormen van penicilline

  • 7 biologsiche processen betrokken bij PenG productie

wat zijn synthetische penicillines en wat zijn hun belang

• core penicilline gedeelte is hetzelfde

  • zijgroepen chemisch aangepast voor betere eigenschappen

• resistent tegen lage pH > via mond worden ingenomen en maagzuur aankan dus

bacterie resistent tegen penicilline hoe?

• ampiciiline resistentie > afgebroken

  • worden ook betalactemases genoemd

  • enzymatische hydrolyse van bectalactam ring