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Biotecnologia A aplicação industrial da Microbiologia - PowerPoint PPT Presentation


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Biotecnologia A aplicação industrial da Microbiologia. Biotecnologia: uso industrial de microrganismos. Biotecnologia. Conjunto de técnicas que Permite à indústria farmacêutica cultivar microrganismos para produzir os antibióticos que serão comprados na farmácia.

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Presentation Transcript
slide3

Biotecnologia

  • Conjunto de técnicas que
  • Permite à indústria farmacêutica cultivar microrganismos para produzir os antibióticos que serão comprados na farmácia.
  • Permite cultivar células vegetais longa em biorreator para produção de óleos essenciais (síntese de fixador de perfumes e de inseticidas naturais).
  • Permite o tratamento de despejos sanitários pela ação de microrganismos em fossas sépticas.

Abrange diferentes áreas do conhecimento:

- Ciências básicas (biologia molecular, microbiologia, genética, embriologia etc.),

- Ciências aplicadas (técnicas imunológicas, químicas e bioquímicas)

- Outras tecnologias (informática, robótica e controle de processos).

slide4

A Biotecnologia transforma nosso dia a dia

  • O seu impacto atinge vários setores produtivos- novas oportunidades de emprego:
  • plantas resistentes a doenças,
  • plásticos biodegradáveis,
  • detergentes mais eficientes,
  • biocombustíveis,
  • processos industriais e agrícolas menos poluentes,
  • métodos de biorremediação do meio ambiente,
  • testes para diagnósticos e novos medicamentos.

Produtos de origem biotecnológica

existem 5 grandes grupos de interesse comercial

Processos biotecnológicos

Existem 5 grandes grupos de interesse comercial:
  • Produção de biomassa microbiana
  • Produção de enzimas microbianas
  • Produção de metabólitos
  • Produção de produtos recombinantes
  • Modificação de compostos
1 biomassa microbiana
1. Biomassa microbiana
  • Divide-se em vários processos:
  • Produção de leveduras para panificação. Foi utilizada como alimento na Alemanha durante a I Guerra Mundial.
  • Produção de leveduras para a fabricação de etanol.
  • Bactérias para tratamento biológico de efluentes.
  • Na alimentação do homem e de animais (SCP – single cell protein) (algas e leveduras)
  • Como fixadores do nitrogênio do ar na agricultura (rizóbios).
  • No controle biológico de pragas (Bacillus).
  • Na produção de vacinas (Corynebacterium, Bordetella, Neisseria, Mycobaterium).
2 enzimas microbianas
2. Enzimas microbianas

Enzimas são obtidas a partir de plantas, animais e microrganismos.

As enzimas microbianas tem grandes vantagens:

  • É possível produzir em grandes quantidades via processos biotecnológicos
  • É infinitamentemais fácil melhorar a produtividade de um sistema microbiano comparado com plantas e animais
  • Sua produção é controlada para o aumento da produtividade (indutores no meio, aumento dos genes de expressão)
slide8

Enzimas, exemplos

Enzima Microrganismo Aplicações Reações

B

a

c

t

é

r

i

a

s

F

u

n

g

o

s

Estreptoquinase Streptococcus spp. Tratamento de pacientes Dissolve fibrina no sangue

com ataques cardíacos

Glicose isomerase Streptomyces spp.; Produção de xaropes com Converte glicose em frutose

Bacillus spp. alto teor de frutose

DNA polimerase (Taq) Thermus aquaticus PCR Síntese de DNA

Escherichia coli (recombi-

nante)

Lipase Rhizopus spp. Flavorizante de alimentos Hidrolisa lipídios a glicerol e

aumenta poder clareador ácidos graxos

de detergentes

Celulases Trichoderma reesii Digestivo Hidrolisa celulose a celobiose

Glicose oxidase Aspergillus spp.; Remove glicose de ovos Oxida glicose a ácido glucônico

Penicillium spp. p/ secagem, remove oxigê-

nio de alimentos enlatados,

refrigerantes e cerveja; usada

também para fabricação de

papéis teste para controle

diabete

Aplicação das árqueas: indústria do amido, papel e celulose.

normalmente sintetizam quantidades suficiente para suas necessidades m nimas
Normalmente sintetizam quantidades suficiente para suas necessidades mínimas3. Metabólitos microbianos

Durante a fase exponencial de crescimento os microrganismos produzem substâncias essenciais ao crescimento:

  • Aminoácidos
  • Nucleotídeos
  • Proteínas
  • Ácidos nucléicos
  • Lipídeos
  • Carboidratos, etc.

- São referidos como produtos do metabolismo primário.

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Aminoácidos

- Ácido glutâmico: condimento, flavorizante (glutamato monossódico)

*Corynebacterium glutamicum (mutante)

- Lisina: suplemento para a proteína vegetal

*Corynebacterium glutamicum (mutante com alta atividade de DAP descarboxilase)

*Brevibacterium flavum

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Durante a fase estacionária muitos microrganismos sintetizam produtos que não são sintetizados na fase de crescimento.

- Comum nos fungos, nas bactérias esporulantes e nas filamentosas

- Pode não ter função evidente para o metabolismo da célula.

Produtos do metabolismo secundário

As rotas primárias são comuns na maioria dos microrganismos, mas cada produto secundário é sintetizado por poucos microrganismos diferentes.

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Metabólitos secundários

  • Atividade antimicrobiana
  • Inibidores específicos de enzimas
  • Promotores do crescimento
  • Propriedades farmacológicas
  • Formam a base de um grande número de processos biotecnológicos
  • Os microrganismos produzem baixas concentrações, daí ...
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Produtos de síntese microbiana

Antibióticos

Penicilina

1928 (descoberta) a 1941 (industrialização):

produtividade foi aumentada em 1000 x

Seleção de microrganismos

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Substâncias produzidas por animais e plantas sintetizadas por microrganismos.

Tecnologia do DNA recombinante: clonagem molecular

Exemplos:- Hormônio GH(US$ 20 milhões/Kg) - Hormônio Insulina (A Biobrás possui uma das quatro patentes no mundo – 1990)

4. Produção de recombinantes

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Hormônio do crescimento humano (GH):

1982 - Escherichiacoli com o gene do hormônio de crescimento humano

Mecanismo para expulsar o hormônio

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Insulina humana:

1º biofármaco produzido pela engenharia genética

1982 - produção nos EUA pela empresa Lilly

Microrganismo produtor: Escherichia coli com o gene humano para produção de insulina.

Insulina

Proteína produzida no pâncreas

Regulação do metabolismo de carboidratos

Produção original

Extração a partir de animais: porcos, bois

Eficiência de ação reduzida

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Vacina contra hepatite B (HBV): 1982

- Vírus difícil de cultivar em laboratório

- Proteína viral HBsAgs (antígeno) altamente imunogênica

- Altas doses: rápido e elevado nível de imunidade

Microrganismo: Saccharomycescerevisiae com o gene para a proteína

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Processos microbianos são mais específicos que processos puramente químicos.

Permitem a adição, remoção ou modificação de grupos ou sítios específicos em moléculas complexas.

Reações que podem ser biocatalizadas:

Desidrogenação

Oxidação

Hidrogenação

Desidratação e condensação

Descarboxilação

Aminação

Desaminação

Isomeração

5. Modificação de compostos

etapas que comp em um processo biotecnol gico
Etapas que compõem um processo biotecnológico

Independente do tipo, um processo pode ser dividido em seis etapas básicas:

Formulação do meio de cultura

Esterilização do meio, equipamentos e acessórios

Produção do inóculo em quantidade suficiente para inocular o volume de processo

Crescimento do microrganismo no biorreator em condições ótimas para formação do produto

Extração do produto e sua purificação

O tratamento/eliminação dos efluentes gerados pelo processo.

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cr

end

Biocontrole

Bacillus thuringiensis

Cristais protéicos contendo toxinas com propriedades inseticidas

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Biomineração

* Redução das reservas mundiais

* Exploração de minérios de baixa qualidade

* Poluição causada pelos métodos tradicionais de extração

uso de microrganismos mineradores

Thiobacillus thioxidans e Thiobacillus ferroxidans

ácidos oxidação do minério precipitação

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Engenharia Genética aplicada as plantas

A bactéria Agrobateriumtumefacienspossui um plasmídeo com genes que mobilizam a transferência de DNA para a planta.

Vetor (ferramenta) de clonagem em plantas

perspectivas da biotecnologia
Perspectivas da biotecnologia
  • Vacinas de DNA:
  • - baixa toxicidade
  • - inocuidade
  • - estabilidade
  • Plantas transgênicas para produção de fármacos
  • - interferon
  • - anticorpos vegetais
  • - vacinas comestíveis