Bài giảng công nghệ sinh học đại cương chương 5 công nghệ sinh học vi sinh và môi trường

CHƢƠNG V CÔNG NGHỆ SINH HỌC VI SINH & MÔI TRƢỜNG Khái niệm CNSH vi sinh • CNSH vi sinh hay vi sinh vật học công nghiệp bao gồm sử dụng vi sinh vật việc sản xuất thựuc phẩm hay sản phẩmcông nghiệp KHÁI NiỆM CNSHSHMT Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, ĐHNNHN Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, ĐHNNHN ĐỊNH NGHĨA Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, ĐHNNHN Vi sinh vật thuộc nhóm Eubacteria (Bacteria) Archaebacteria (Archaea) Eukaryota (Eukaryotes) Vi khuẩn (Eubacteria) • Là prokaryote Gram-negative gram-positive • dạng tự dưỡng (autotrophs) dị dưỡng (heterotrophs) • Có thể sống hiếu khí yếm khí (aerobic or anaerobic) • Ví dụ: E coli Lactobacillus Agrobacterium Staphylococcus Vi khuẩn cổ (Archea) • Thuộc nhóm cổ xưa phát gần • Qua phân tích DNA: khác đáng kể so với vi khuẩn thật • Tìm thấy khu vực sinh thái có điều kiện sống khắc nghiệt (Extremophiles) Thermophiles 50- 110°C Psychrophiles 0- 20°C Alkaliphiles pH>9 Halophiles 3- 20% salt Methanogens use H2 + CO2 to produce CH4 Eukaryotes Chủ yếu nhóm nấm men, nấm mốc, sinh vật nguyên sinh, tảo (yeasts/molds, protists, algae) Các tế bào có dạng túi, hình thành nên bào tử giới tính Ví dụ: Sacchromyces Penicillium Aspergillus Pichia Các ứng dụng thƣơng mại vi sinh vật • Sản xuất sản phẩm • Chuyển hóa sinh học/ xúc tác sinh học (Bioconversion/Biocatalysis) •Nông nghiệp •Xử lý ô nhiễm Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, 93 Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, 94 Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, 95 Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, 96 Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, 97 Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, 98 Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, 99 Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, 101 Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, 102 Bioremediation: Thực vật chuyển gen – poplars chuyển gen (cadmium and zinc) – Thử nghiệm đồng ruộng – GMC (lead and cadmium) – nghiên cứu – geraniums chuyển gen (cadmium, lead, copper) • Guelf University, Canada – thử nghiệm đồng ruộng thành công – cottonwoods chuyển gen (mercury) • Thử nghiệm đồng ruộng anbury, CT Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, 104 Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, 105 Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, 106 Chương VI An toàn sinh học • Tham khảo tài liệu tại: • http://www.antoansinhhoc.vn/Trangch%E1 %BB%A7/tabid/36/Default.aspx 107 Nguyễn Thị Phương Thảo ,Bộ Môn CNSH Thực Vật, Khoa CNSH, ĐHNNHN [...]... nhiệt độ cao sử dụng trong chế biến thực phẩm 65% gia cầm và 10% thức ăn của lợn có chứa enzym này Các nguồn gen hữu ích đƣợc lấy từ đâu? + Từ tự nhiên ( quan trọng nhất) + con ngƣời tự thiết kế Các dược phẩm tái tổ hợp (Recombinant Drugs) Các kháng sinh thu nhận từ vi sinh vật Các dược phẩm trị liệu có thể đuwocj sản xuất bằng cách đưa các gen của người vào vi sinh vật Năm 1982, FDA chấp thuận thuốc protein... production in E.coli cells CÁC SẢN PHẨM LÊN MEN Enzymes Enzymes Enzym, sản phẩm phổ biến nhất đƣợc sản xuất bởi vi khuẩn Tổng giá trị của các enzyme công nghiệp là khoảng $ 2,0 billion Chúng đƣợc tìm thấy trong nhiều đồ gia dụng mà bạn không bao giờ nghĩ rằng chúng có một thành phần công nghệ sinh học 1 2004 data Enzyme Name GE Organism Use (examples) -acetolactate decarboxylase bacteria Removes bitter... fermentation broth (1943) By 1 955 Penicillium strains produced 8000 units/ml Mutation with UV, mustard gas, and X-Ray, strain selection / culture improvement Is this GMO? Các vi sinh vật đƣợc biến đổi nhƣ thế nào? • Chọn lọc nhân tạo (Artifical Selection) • DNA tái tổ hợp (Recombiant DNA) • Cải biến các quá trình đồng hóa (Metabolic Engineering) Recombinant DNA Microbes Vi sinh vật biến đổi gen được tạo... http://www.pharmaceutical-technology.com/projects/lonza/lonza1.html Loại các sản phẩm được sản xuất từ vi sinh vật •Amino Acids •Vitamins •Food Additives •Enzymes •Recombinant Protein Drugs •Antibiotics •Fuels •Plastics Các ví dụ về các protein biểu hiện ở vi khuẩn Enzyme: chymosin - the enzyme used to curdle milk products Hormone: bST - bovine somatotropin; used to increase milk production Ví dụ 1928: Alexander Fleming... các sản phẩm protein được nhân dòng vào các vector biểu Gen người được nhân dòng trong vi khuẩn E coli Gen từ nhóm extremophile được chuyển đến nhóm mesophiles Do sự dễ dàng trong vi c nuôi của mesophiles Mesophiles cũng có mức tăng trưởng 5 đến 10 lần cao hơn Enzyme/Drug Metabolic Engineering, Biến đổi quá trình đồng hóa, biến đổi các con đƣờng chuyển hóa ở trong sinh vật để tối ƣu sự sản xuất một... trình sản xuất các sản phẩm hữu ích thông qua nuôi cấy sinh khối các tế bào đơn Sản phẩm cuối cùng hoặc các sản phẩm trung gian (các chất trao đổi) đƣợc thu hồi và tính sạch cho các mục đích sử dụng thƣơng mại Fermenter or Bioreactor stirred tank reactor 15 000L Fermenter 1000L Disposable Bag http://www.wavebiotech.com/products/wave _bioreactor/system500/index.html http://www.pharmaceutical-technology.com/projects/lonza/lonza1.html... Enzymes Chất tẩy rửa là những ứng dụng lớn nhất của các enzym công nghiệp Theo truyền thống, đây là những lipolases, proteases & amylases Một sự đổi mới gần đây là sự bổ sung của mannanase Enzim này hỗ trợ vi c loại bỏ vết bẩn kẹo cao su có chứa guar Các men này đƣợc thiết kế để cải thiện sự ổn định trong sự hiện diện của chất tẩy rửa, pH kiềm, và nƣớc lạnh Subtilisin, một protease đƣợc sử dụng trong bột... cải thiện 256 -gấp doi:10.1016/S1367 -59 31(02)00396-4 Enzymes dùng làm thực phẩm/ thức ăn gia súc Các enzyme đƣợc dùng trong thức ăn động vật phân hủy cellulose (cellulase) Sử dụng các enzyme (phytases) có khả năng phân hủy phytic acid Điều này cho phép sử dụng tốt hơn phốt pho trong thực vật Cho phép bột xƣơng để đƣợc loại bỏ từ nguồn thức ăn cung cấp Thế hệ mới nhất của phytases đƣợc từ nấm và đã đƣợc... xuất một hợp chất Thực hiện bằng cách tắt các gen đặc biệt, hoặc là thông qua đột biến hoặc loại bỏ gen Sản phẩm cũng đã đạt đƣợc bằng cách thay đổi môi trƣờng của vi khuẩn Cheap Carbon Source Industrial Chemicals Metabolically Engineered Cell Amino Acids Vitamins Chemical Precursors Biopolymer s Glucose NH4+ NAD+ D-Alanine NADH AlaOH Pyruvate L-LDH NADH Racemase L-Alanine 100% L-Alanine NADH NAD+ NAD+... bởi Genentech Ngày nay có> 75 loại thuốc protein tái tổ hợp chấp thuận của FDA với 100 sản phẩm mới đang đƣợc nghiên cứu Hiện nay thị trƣờng toàn cầu đối với thuốc protein tái tổ hợp là $ 47,4 billion (2006) Product Microbe Purpose Insulin E coli Diabetes treatment Interleukin-2 E coli Cancer/immune system stimulant EGF E coli wound healing Interferons E coli/yeast Cancer/virus treatments Prourokinase ...Khái niệm CNSH vi sinh • CNSH vi sinh hay vi sinh vật học công nghiệp bao gồm sử dụng vi sinh vật vi c sản xuất thựuc phẩm hay sản phẩmcông nghiệp KHÁI NiỆM CNSHSHMT Nguyễn... Sacchromyces Penicillium Aspergillus Pichia Các ứng dụng thƣơng mại vi sinh vật • Sản xuất sản phẩm • Chuyển hóa sinh học/ xúc tác sinh học (Bioconversion/Biocatalysis) •Nông nghiệp •Xử lý ô nhiễm Lên... biến đƣợc sản xuất vi khuẩn Tổng giá trị enzyme công nghiệp khoảng $ 2,0 billion Chúng đƣợc tìm thấy nhiều đồ gia dụng mà bạn không nghĩ chúng có thành phần công nghệ sinh học 2004 data Enzyme