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MICROORGANISMOS INDUSTRIALES: ATRIBUTOS  Y FUENTES DE AISLAMIENTO Profesor Aníbal Quintana Díaz

Utilización de microorganismos y procesos, en la producción de bienes  y servicios, así como en la administración del ambiente.

Utilización de microorganismos y procesos, en la producción de bienes  y servicios, así como en la administración del ambiente.

Penicillium notatum

Streptomyces Gluconobacter  y Acetobacter   y Acetobacter 

 Aspergillus niger 

Saccharomyces cerevisia Kluyveromyces fragilis

PRINCIPALES PRODUCTOS PRODUCTO

ORGANISMO

PRODUCCION (Ton/año)

Saccharomyces cerevisiae Clostridium acetobutylicum

20 millones 2000

Levaduras y bacterias lacticas Candida utilis

500,000 50,000

 Aspergillus niger   Aspergillus niger  Lactobacillus delbrueckii

250,000 50,000 50,000

Corynebacterium glutamicum Brevibacterium flavum Corynebacterium glutamicum Brevibacterium flavum

300,000 30,000 2000 1000

Solventes Etanol  Acetona/butanol

Biomasa Starters para alimentos Proteina unicelular 

Acidos organicos  Acido citrico  Acido gluconico  Acido lactico

Aminoacidos  Acido glutamico Lisina Fenilalanina arginina

PRODUCTO

ORGANISMO

PRODUCCION (Ton/año)

Bacillus spp Bacillus amyloliquefasciens  Aspergillus niger  Bacillus coagulans  Aspergillus niger  Mucor   o levaduras recombinantes

600 500 500 500 100 50 50

Propionibacterium shermanii  Eremothecium ashbyii 

10

Corynebacterium diphteriae Clostridium tetani  Bordetella pertussis Virus atenuado crecido en riñon de mono o celulas diploides humanas Idem anterior   Antigenos de superficie expresados en levadura

< 0.1

Claviceps paspali 

5

Enzimas Proteasas  Alfa-Amilasas Glucoa-amilasa Glucosa isomerasa Pectinasa Renina otras

Vitaminas B12 Riboflavina

Vacunas Difteria Tetanos Pertussis Polio Rubéola Hepatitis B

Alcaloides del ergot

PRODUCTO

ORGANISMO

PRODUCCION (Ton/año)

Lithospermum (plantas) Levaduras

< 0.1

E. coli  recombinante E. coli  recombinante o celulas de mamífero recombinante celulas de mamífero recombinante celulas de mamífero recombinante E. coli  recombinante

< 0.1

Penicillum chrysogenum Cephalosporium acremonium Streptomyces aureofaciens Streptomyces erythreus Bacillus brevis Streptomyces griseus Penicillum griseofulvum

80,000 15,000 15,000 10,000 2,000 1,000

Esporas bacterianas

Bacillus thuringiensis 

< 0.1

Anticuerpos monoclonales

Celulas de hibridoma

< 0..01

Pigmentos Shikoninas Beta-carotenos

Proteinas de uso terapéutico Insulina Hormona de crecimiento Eritropoyetina FactorVIII-C  Activador del plasminogeno Interferon alfa2

Antibioticos Penicilinas Cefalosporinas Tetraciclinas Macrolidos (eritromicina) Polipeptidicos (gramicidina)  Aminoglicosidos (estreptomicina)  Aromáticos (griseofulvina)

Insecticidas

RELACIONES CON OTROS ORGANISMOS Simbiosis y comensalismo: con plantas: rizobios (bacterias) hongos (micorrizas) con hongos alga : líquenes con animales: invertebrados acuáticos con algas (poríferos, cnidarios, etc.). Invertebrados con protozoos flagelados (termitas). Vertebrados como rumiantes con bacterias y protozoos ciliados (anaerobios estrictos), obtención de vitaminas, (B12, K), piel, cavidad bucal, etc.

Antibiosis: bacterias y hongos. Penicillium, Streptomyces, etc. Parasitismo: patógenos y oportunistas

Eva Villanueva Tarazona 

SIMBIOSIS S. therm op hilus 

Produce ácido fórmico que favorece el crecimiento de ... L . b u l g a r ic u s  

Libera aminoácidos y péptidos que favorece el crecimiento de...

EMPLEO DE LOS MICROORGANISMOS COMO VECTORES DE GENES HETEROLOGOS Principales huespedes que se emplean para la producción de proteínas recombinantes son  E. coli, B. subtilis, S. cerevisiae, Pichia pastoris, Hansenula  polimorpha y Aspergillus niger . Quimosina recombinante (Clonado del gen de la quimosina bovina en una levadura). Insulina humana (en E. coli ) Hormona de crecimiento humana (en   E. coli  y levaduras) Vacuna Hepatitis (en levaduras ) Fármacos (interferon 2 alfa)

EMPLEO DE PLANTAS TRANSGENICAS CON GENES BACTERIANOS CLONADOS (bt)

MAIZ Y ALGODON “BT”

ATRIBUTOS •

El pequeño Tamaño de la célula microbiana y su correspondiente alta relación de superficie a volumen.

Esto significa que el pequeño tamaño de las bacterias condiciona un mayor contacto directo con el medio ambiente inmediato que las rodea .

•

Lo que permite que algunos microorganismos se reproduzcan en tan solo 20 minutos.

Escherichia coli 

•  Un microorganismo adecuado para su

utilización industrial debe producir la sustancia de interés en un corto período de tiempo. •   Versatilidad que hace posible que las

fermentaciones industriales se basen en nutrientes baratos.

•  No

debe ser patógeno para el hombre, animales o plantas.

•

Debe estar disponible en cultivo axénico

• Debe ser genéticamente estable

Mycoplasma genitalium

•

Factible de manipulación genética

• Que crezca rápidamente •

Debe crecer en cultivos a gran escala

•

Facilidad de separar las células microbianas del medio de cultivo; la centrifugación es dificultosa o cara a gran escala.

•

Producto final de fácil extracción y purificación

•

•

•

•

•

Protegerse de los contaminantes Metabolismo homofermentativo Generar el producto libre de toxinas Producir preferentemente esporas u otras formas celular reproductora Capaz de poder eliminarse con facilidad después del proceso

Fuente final

Fuente inmediata

Fuente inmediata

FUENTES NATURALES DE AISLAMIENTO

SISTEMA ECOLOGICO

• Los ambientes capaces de albergar vida microbiana son muy variados. •  A temperaturas de congelación del agua y otras en el punto de ebullición. • En agua salada y dulce.

•  En presencia y en ausencia de aire.

• Algunos han desarrollado ciclos de vida que incluyen una fase de latencia en respuesta a la falta de nutrientes.

• Los microorganismos aislados de la naturaleza muestran el crecimiento celular  como su principal propiedad fisiológica.

•   Los microorganismos industriales se han seleccionado cuidadosamente para que produzcan uno o más productos específicos (metabolitos) con gran rendimiento.

• Las cepas industriales están alteradas genéticamente, por   mutación o por   recombinación con el fin de lograr esta elevada especialización. •  Habitualmente se reprimen o se eliminan las vías metabólicas menores y frecuentemente existe en ellas un desequilibrio metabólico.

• Aunque las cepas industriales pueden crecer  satisfactoriamente bajo las condiciones altamente especializadas de un fermentador, pueden mostrar  un crecimiento pobre en ambientes naturales competitivos .

COLECCIONES DE CULTIVO

CIENT FICOS CREAN LA PRIMERA CÉLULA SINTÉTICA SALUD - JUEVES 20 DE MAYO (13:24 HRS .)

Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 

Mycoplasma capricolum

Mycoplasma mycoides Craig Venter crea la primera célula sintética. - SCIENCE

ENTREVISTA DIGITAL - 26-05-2010

“El  genoma ha sido sintetizado en tubo de ensayo de la primera a la última letra. La primera "célula sintética" se llama   Mycoplasma mycoides JCVIsyn1.0 , para distinguirla del Mycoplasma mycoides a secas, que es la bacteria natural en quien se

OBJETIVO DE LA MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL • Obtener en la biosíntesis, el mayor  rendimiento posible de producto a partir  del sustrato utilizado.

Eva Villanueva Tarazona 

Obtener el más alto rendimiento (Y)

Y inicial

1 –  10 ug / mL

Y mejorado 5 000 mg / mL

• No obstante existen una serie de productos que no pueden ser   sintetizados por los microorganismos; de ahí que se recurra a las plantas o a los animales.

•   Sin embargo los más altos rendimientos se obtienen en la síntesis química. •   En la biosíntesis, la energía obtenida se utiliza no sólo para la obtención del producto sino para todos los procesos metabólicos. • Cuanto más complejo sea el ser vivo, más energía requerirá y por lo tanto menor  rendimiento obtendremos del producto deseado.

• Por ello en la obtención de productos industriales la primera vía es la síntesis química, si no funciona se recurre a los microorganismos, plantas y finalmente animales.