Biotehnologie→ provine din: bios- (viata,biologie), tehnologie (studiul tehnic al utilajelor, maşinilor, materialelor). Orice manipulare a viului în folosul societăţii înseamnă biotehnologie.

Evoluţia:
- Biotehnologii primare, de generaţia I
- procedee clasice
- extracţiile
- fermentaţiile
- Biotehnologii de generaţia II
- utilizează metabolismul normal al unor microorganiosme nemodificate pentru obţinerea unor compuşi
- antibioticele
- Biotehnologii de generaţia III, genetice
- inginerie genetică
- Se poate dezvolta la nivel de
- laborator - caracter de cercetare fundamentală
- industrial - caracter aplicativ
- clasificarea diferitelor tipuri de biotehnologii în funcţie de:
- tipul de celule cu care se lucrează - biotehnologii
- microbiene
- vegetale
- animale
- domeniul în care îşi găsesc aplicaţii produsele
- biotehnologii industriale
- farmaceutice
- producerea de biomasă proteică
- biosinteza antibioticelor
- producţia de acizi organici
- polizaharide
- hormoni
- vitamine
- alimentare
- procedee industriale de prelucrare
- legume
- fructe
- lapte
- carne
- biotehnologii agricole
- vegetale
- rezistenţa plantelor la atacul factorilor patogeni
- toleranţa faţă de factorii de mediu defavorabili
- animale
- în zootehnie
- nutriţia animală
- creşterea rezistenţei animalelor la atacul factorilor patogeni
- reproducţia artificială
- medical-veterinare
- crearea unor sisteme de diagnostic rapid al
- maladiilor
- dereglărilor funcţionale
- sisteme biologice de combatere a bolilor
- anticorpi monoclonali
- vaccinuri

Cultivarea microorganismelor în instalaţii industriale specializate, performante determină aigurarea de condiţii optime de: crestere, dezvoltare, biosinteză a metaboliţilor doriţi.

Etapele elaborării tehnologiilor de biosinteză.Cuprinde mai multe faze: laborator, micropilot, staţii pilot, producţie industrială.
Faza de laborator cuprinde 2 etape:
- Etapa I ( Izolarea, selectarea şi testarea microorganismului producător);
- Etapa a-II-a (Stabilirea parametrilor optimi de cultivare) (vezi pag 12)
Faza de micropilot:
- stabilirea condiţiilor de cultivare ( pH, temperatura, consum de O dizolvat, turatie, debit de aer )
- aparatură
- bioreactor de laborator - 10 L

Faza de staţie pilot:
- A - stabilirea parametrilor (de cultura, biosinteza, aparatura)
- B - stabilirea condiţiilor de lucru la nivel semiindustrial
- sterilizarea
- mediul de cultură
- cultură intermediară

Producţia industrială:

- iniţial - fază experimentală industrială
- apoi obţinerea industrială a medicamentelor


PROCEDEE DE BIOSINTEZĂ

Condiţiile proceselor de biosinteză pot fi:
- oxibiotice (aerobe)
- anoxibiotice (anaerobe) - fermentative

Criterii de clasificare a bioproceselor:
- dupa felul culturii: ( de suprafaţă; submers)
- dupa tipul de operare: (omogen/heterogen; discontinuu/continuu)
- dupa modul de transformare al componentelor nutritive ale mediului: (simple; simultane; consecutive) (dezv. vezi pag 16)
Bacteriile
- organizare celulară - de tip procariot
- unicelular
- multiplicare prin diviziune directă
- mare variabilitate explicată prin
- fenomene: - de recombinări genetice
- mutaţii
Levurile (drojdiile)
- fungi microscopici
- unicelulari
- organizare celulară de tip eucariot
- dimensiuni mari
- aspect
- monoforme (sferice, ovale, alungite)
- dimorfe
- polimorfe
- perete celular
- gros
- format din
- polizaharide
- glucani
- nucleu
- bine definit
- înconjurat de o membrană nucleară tipică
- reproducerea
- asexuată
- înmugurire
- diviziune
- sexuată
- prin conjugarea a două celule sexuale
- puţine ca număr (350 de specii) - importante datorită numeroaselor utilizări practice, industriale
Fungii filamentoşi
- microorganisme eucariote
- metabolism de tip chimiorganotrof
- corp - hife - miceliu
- filamente (tubulare, microscopice, lungi, subtiri)
- perete celular
- semirigid
- chitină asociată cu celuloză
- reproducerea
- spori asexuaţi
- formaţi prin derivare din celule vegetative
- spo rangiospori
- conidiospori
- spori sexuaţi
- rezultaţi din încrucişarea între 2 celule polarizate sexual
- ascospori


METABOLISMUL ENERGETIC LA MICROORGANISME


Energia obţinută din reacţiile metabolismului energetic este necesară activităţii biologice: transport prin membrane, respiratie, biosinteza.
Au loc 3 faze de eliberare a energiei în procesul de catabolism
1) macromoleculele organice sunt descompuse la unităţile lor cu eliberarea a 1% din energia înglobată
- proteinele - aminoacizi
- grăsimile - glicerol şi ac. graşi
- glucidele - monozaharide
2) moleculele rezultate din prima fază sunt degradate până la produşi mai mici + CO2 + H2O cu eliberarea a 1/3 din energia lor totală
- intermediari ai căilor metabolice
3) a 3-a fază este diferită pentru diversele tipuri de microorganisme
- microorganisme care pot descompune integral substanţele nutritive până la CO2 şi H2O pe calea acizilor tricarboxilici
- microorganisme care realizează numai o descompunere parţială a substratului nutritiv cu formare de produşi intermediari servind ca acceptori, donori de electroni
- se obţin astfel diverşi produşi (fermentaţie) (vezi pag. 27)

Medii de cultură

- Suporturi nutritive sterilizate
- Permit dezvoltarea unui microorganism în afara nişei sale ecologice naturale
- Importante pentru reproductibilitate si eficienta
- Criterii de clasificare
- Consistenţa (lichide, solide si semisolide)
- Compoziţie
- Naturale
- Elemente nutritive
- Vegetale
- Animale
- Pot conţine
- Subproduse agroalimentare
- Şrot de floarea soarelui
- Făină de porumb
- Tărâţe de grâu
- Extract de porumb
- Completate cu mici cantităţi de săruri minerale
- Avantaje
- Mai ieftine
- Dezavantaje
- Nu permite
- Standardizarea
- Reproducerea procesului cu un randament constant
- Sintetice
- Reproductibile la scară industrială


CINETICA PROCESELOR DE BIOSINTEZĂ


- Procesul de creştere se desfăşoară prin sinteza specifică echilibrată a constituenţilor celulari pornind de la substanţe nutritive simple aflate în mediu
- Depinde de - substanţe nutritive (natura, concentratia)
- asigurarea cu energie
Faza de latenţă (lag)
- între- momentul introducerii germenului în mediul de cultură (inoculare)
- momentul în care celulele acestuia încep să se multiplice
Faza de multiplicare exponenţială (creştere logaritmică)
- precedată de o perioadă scurtă (cca. 2h)
- accelerare a ritmului de creştere
- multiplicarea se produce cu o viteză progresivă mărită
Faza staţionară maximă
- numărul celulelor viabile
- maxim
- rămâne constant
- ore - câteva zile
- însoţită de
- epuizarea substanţelor nutritive
- acumularea unor produşi toxici
- celulele nu se mai multiplică
Faza de declin
- scăderea progresivă a numărului celulelor viabile
- celule
- bătrâne
- cu fenomene de involuţie
-
INFLUENŢA FACTORILOR DE MEDIU ASUPRA CREŞTERII MICROORGANISMELOR:

- factori de mediu
- conc. substratului
- calitatea şi cantitatea inoculului
- temperatura
- pH-ul mediului de biosinteză
- agitarea
- concentraţia oxigenului dizolvat