slide1
Download
Skip this Video
Download Presentation
KÖRNYEZETVÉDELMI BIOTECHNOLÓGIA

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 37

KÖRNYEZETVÉDELMI BIOTECHNOLÓGIA - PowerPoint PPT Presentation


  • 126 Views
  • Uploaded on

KÖRNYEZETVÉDELMI BIOTECHNOLÓGIA. BIODEGRADÁCIÓ, BIOREMEDIÁCIÓ. A környezet alkotó elemei egymással szoros összefüggésben léteznek, az egyes elemekre h ató ártalmak a környezet egészére kihatnak. Ha a fennálló egyensúlyt megbontjuk,

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'KÖRNYEZETVÉDELMI BIOTECHNOLÓGIA' - meryl


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1
KÖRNYEZETVÉDELMI BIOTECHNOLÓGIA

BIODEGRADÁCIÓ, BIOREMEDIÁCIÓ

A környezet alkotó elemei egymással szoros összefüggésben léteznek,az egyes elemekrehatóártalmak a környezet egészére kihatnak.Ha a fennálló egyensúlyt megbontjuk,

beláthatalan környezetvédelmi problémákkal találhatjuk szembe magunkat.

Fejlődő ipar felhalmozódó hulladék

veszélyes anyagok

A Föld mikroflórájának válasza az újonnan megjelenő anyagokra

adaptáció

slide2
Alapfogalmak
    • biotechnológia

“biotechnologie - (EREKY Károly, 1917) all work by which products areproduced from raw materials with the help of living organisms” [Ereky]

    • alkalmazott mikrobiológia

- biokonverzió, biotranszformáció

különböző (toxikus) vegyületek mikrobiális átalakítása

- biodegradáció

nemkívánatos, környezetrekárosanyagok lebontásamikrobiális úton

- bioremediáció (= tisztítás)

a környezetmegtisztításaa toxikus hulladékoktól mikrobiális módszerekkel

    • környezetvédelem

- megelőzés

- tervszerű környezetfejlesztés

- környezetünk megóvása, védelme

slide3
A biotechnológiai eljárások szempontjából legfontosabb enzimek
          • oxidázok, hidroxilázok, dehydrogenázok
          • reduktázok, hydrogenázok
          • hidrolázok
          • izomerázok
          • proteázok, lipázok
  • A biotechnológiában fontos mikroorganizmus csoportok
          • Metanogének
          • Metilotrófok
          • Clostridiumok
          • Tejsav baktériumok
          • Bacillusok
          • Pseudomonasok
          • Fotoszintetizáló baktériumok, algák
          • Streptomycesek
          • Élesztők
          • Fonalas gombák
slide4
Pseudomonasok:
      • aerob
      • heterotróf, Gram negatívok
      • exopoliszaharidok
      • biodegradáció
  • Fotoszint. baktériumok, algák:
      • aerob vagy anaerob
      • biopolimerek
      • Fotoszintézis, CO2 fixálás
  • Streptomycesek:
      • aerob, spórázó szervezetek
      • antibiotikum termelők
      • extracelluláris enzimek
  • Élesztők:
      • alkoholgyártás
      • pékélesztő
  • Fonalas gombák:
      • heterotróf eukaryota
      • szaprofita vagy parazita
      • jellegzetes sejtfal
      • spóraképzők
      • antibiotikumok
      • biokonverzió
  • Metanogének:
      • archea
      • obligát vagy strict anaerobok
      • biogáz
  • Metilotrófok:
      • aerobok
      • C1-C3 szénforrások hasznosítása
      • pl. Metanotrófok metán oxidáció
  • Clostridiumok:
      • obligát anaerobok
      • Gram pozitívok
      • hőstabil endospóra
      • rendkívül sokféle reakcióra képesek
  • Tejsav baktériumok:
      • anaerobok
      • Gram pozitívok
      • élelemiszeripar
  • Bacillusok:
      • aerobok
      • endospóra
      • extracelluláris enzimek
slide5
XENOS = IDEGEN SZINTETIKUS = NEM TERMÉSZETES EREDETŰ

Példák: peszticidek, herbicidek, oldószerek, egyes szerves vegyületek

Lebontásukra megoldás: - fizikai

- kémiai módszerek

- biológiai

Az 1960-as évek elején felfedezték, hogy számos talajlakó mikroorganizmus képes a xenobiotikumok bontására

Egyféle szennyezés ritkán fordul elő, ált. vegyes hulladék

sokféle enzim, mikroorg. szükséges

Legproblémásabb vegyületek az aromás, valamint halogén elem tartalmú vegyületek

slide6
Szerves oldószer hatása az organizmusra

egyik fő támadáspont a membrán

ahogy az oldószer akkumulálódik a membránban sérülnek annak funkciói:

1, aspecifikus permeabilizáció

E. coli : fenol jelenlétében ATP és K+ szabadul ki a sejtekből

toluol hatására RNS, foszfolipid és fehérje szivárgás

2, H+ és más ionok passzív áramlása membránon keresztül

 sérül az ATP szintézis

3, membránban lévő fehérjék funkciója is sérül

4, megváltozik, nő a membrán fluiditása  változik a membrán struktúrája, stabilitása és

membránon belüli kölcsönhatások

membránfelszín hidrációs tulajdonságai változnak

membrán vastagság változik

membrán felszín növekedés

slide7
Adaptációs mechanizmusok

védekezési mechanizmusok törzsről törzsre változnak

I. Citoplazma és külső membrán adaptáció: mind lipid mind fehérje szinten

cél: szolvens által megzavart membrán fluiditásának, stabilitásának újrateremtése

I/1. zsírsav összetétel

- megváltozik telített és telítetlen zsírsavak aránya

alkohol és aceton növeli

telítetlen zsírsavak arányát a membránban

apoláris oldószerek pl. benzol csökkenti

szaturáció változás  fluiditás változás  szolvens hatását kompenzálja

"homoviszkózus adaptáció"

- membránban telítetlen zsírsavak cis  trans izomerizációja

 emeli a membrán rendezettségét és csökkenti a fluiditást

slide8
I/2. változik lipidek fejcsoportjainak összetétele

P. putida: difoszfatidil-glicerol (kardiolipin) aránya nő

P. putida Idaho: foszfatidiletanolamin nő

I/3. foszfolipid szintézis fokozódik

I/4. változik fehérje összetétel

I/5. lipopoliszacharid összetétel változás külső membránban

magának lipopoliszacharidoknak és lipoproteineknek is nő a mennyisége

LPS hidrofóbicitás csökkentő hatása van

I/6. külső membrán porinjai

P. putida OmpL mutáns: hiperszenzitív szolvensekre

P. aeruginosa OmpF hiány növeli a toleranciát

I/7. zsíroldékony vegyületek

Zymomonas mobilis: etanol jelenlétében hopanoidok mennyisége nő

Staphylococcus aureus: olajsav jelenlétében karotenoid szintézis nő

slide9
II. sejtfelszín hidrofóbicitás

csökkenése növeli a szolvens toleranciát

P. putida toluol adaptáció után sejtek felszíne kevésbé hidrofób (sok fehérje és LPS)

III. ionok stabilizáló szerepe

Mg2+, Ca2+ stabilizálják Gr(-)-ok külső membránját

pl.: Pseudomonas sp. - toluol

IV. Szerves oldószerek degradációja vagy kevésbé toxikus formává való transzformációja

V. Aktív exkréció a sejtből

Biotechnológiai potenciál

bioremediáció

új, szerves oldószerekben stabil proteázok, lipázok egyéb enzimek

slide11
A biodegradációs eljárásokban legismertebb,

leggyakrabban előforduló mikroorganizmusok

Pseudomonasok

Sphingomonasok

Rhodococcusok

Bacillusok

Sugárgombák

A (szubsztituált) aromás szerves oldószerek lebontására

az oxigenáz, dehalogenáz enzimek alkalmasak

slide12
LEBONTÁSI ÚTVONAL LEHET AEROB, ANAEROB

aerob: mono- és dioxigenázok

anaerob: reduktív dehalogenáció, oxidált vegyületek: szulfát, nitrát

slide17
Monooxigenázok (hidroxilázok)

Monooxigenázok:

az O2 molekula egyik atomját építik be a célmolekulába

SH2 + O2= SO + H2O (internal monooxigenáz, a szubsztrátról jön az elektron)

S + O2+ H2X = SO(H) + OH-_ + X (external monooxigenáz)

  • Példák:
  • p-hydroxybenzoát hydroxiláz család
  • phenol 2-hidroxiláz
  • alkil csoport hidroxiláz (metán monooxigenáz)
  • kámfor 5 monooxigenáz (Citokróm P-450 család)
slide18
O

H

O

H

H

O

H

O

NADH+H

+

NAD

X

X

O

H

4-X-katekolát

C

O

O

H

proximal-extradiol cleaving/

C

H

O

2,3-dioxygenases

R

O

H

O

H

C

O

O

H

C

O

O

H

+

O

intradiol cleaving/ 3,4-dioxygenases

2

R

R

C

O

O

H

O

H

C

H

O

distal-extradiol cleaving/

4,5-dioxygenases

R

Dioxigenázok, hidroxilázok

Aromás gyűrű hidroxilázok

+

Y

Sztereospecifikus hidroxilálás

enzimatikus szintézisek

O

2

X

hidroxiláz

4-X-dihidroxihexadién

Aromás gyűrűt hasító dioxigenázok

slide22
METANOTRÓFOK: MMO=metán monooxigenáz

Két fajta enzim: membrán kötött (pMMO, Cu+), citoplazmatikus szolubilis (sMMO, Cu-)

pMMO

sMMO

A metán oxidációja mellett NADH oxidáció (regenerálni kell)

sMMO: széles szubsztráspecificitás több száz szerves vegyület oxidációja

 bioremediáció

CH4

O2

O2

Xred

NADH+H+

Xox

NAD+

H2O

H2O

CH3OH

további alkalmazás: metanolgyártás

slide23
O

H

O

H

H

O

H

O

NADH+H

+

NAD

X

X

O

H

4-X-katekolát

C

O

O

H

proximal-extradiol cleaving/

C

H

O

2,3-dioxygenases

R

O

H

O

H

C

O

O

H

C

O

O

H

+

O

intradiol cleaving/ 3,4-dioxygenases

2

R

R

C

O

O

H

O

H

C

H

O

distal-extradiol cleaving/

4,5-dioxygenases

R

Dioxigenázok, hidroxilázok

Aromás gyűrű hidroxilázok

+

Y

Sztereospecifikus hidroxilálás

enzimatikus szintézisek

O

2

X

hidroxiláz

4-X-dihidroxihexadién

Aromás gyűrűt hasító dioxigenázok

slide25
Hydroxilázok szerepe a bioorganikus kémiában

Sphingomonas yanoikuyae

biphenil dioxigenáz

sztereoszelektív szintézisek

például még a morfin,

vagy a vanília szintézisében is

slide31
Szubsztrátspecificitás

Nem adaptált sejtek (periférikus útvonal)

Adaptált sejtek (periférikus útvonal)

slide32
Szubsztrátspecificitás II.

Centrális útvonal, specializálódott sejtek

ezt az adott útvonal minden enzimjére meg kellene vizsgálni

az útvonal mentén a specificitás változik

az enzimek specfificitását bővíteni kell

slide33
Szubsztrátspecificitás bővítése

a sejtek adaptációja, hosszú idő (6 – 8 hónap)

irányított evolúció

az útvonalak kombinálása egyesével, vagy...

slide34
Plasmid

Size (kb)

Conjugative

Incompatibility group

Substrate

Host

Reference

Peripheral pathways

  TOL

117

+

P-9

Xylenes, toluene, toluate

Pseudomonas putida

  NAH7

83

+

P-9

Naphthalene via salicylate

Pseudomonas putida

  pWW60-1

87

+

P-9

Naphthalene via salicylate

Pseudomonas sp.

  pDTG1

83

+

P-9

Naphthalene via salicylate

Pseudomonas putida

  SAL1

85

+

P-9

Salicylate

Pseudomonas putida

  pKF1

82

ND

Biphenyl via benzoate

Acinetobacter sp. (reclassified

9

  as Rhodococcus globerulus)

9, 100100, 101101, 102102, 172172

  pWW100

  200

ND

Biphenyl via benzoate

Pseudomonas sp.

  methylbiphenyls via toluates

  pWW110

>200

ND

ND

Biphenyl via benzoate

Pseudomonas sp.

  methylbiphenyls via toluates

9

9, 3737, 101101, 139139, 180180, 181181

  pCITI

100

ND

ND

Aniline

Pseudomonas sp.

  pEB

253

ND

ND

Ethylbenzene

Pseudomonas fluorescens

  pRE4

105

ND

ND

Isopropylbenzene

Pseudomonas putida

  pWW174

200

+

ND

Benzene

Acinetobacter calcoaceticus

17

  pHMT112

112

ND

ND

Benzene

Pseudomonas putida

17

  pEST1005

44

ND

ND

Phenol

Pseudomonas putida

  pVI150

mega

+

P-2

Phenol, cresols,

Pseudomonas sp.

  3,4-Dimethylphenol

Central pathways

145

  pAC25

117

+

P-9

3-Chlorobenzoate

Pseudomonas putida

145

  pJP4

77

+

P-1

3-Chlorobenzoate, 2,4-D

Ralstonia eutropha (formerly

Alcaligenes eutrophus)

  pBR60

85

+

ND

3-Chlorobenzoate

Alcaligenes sp.

  pRC10

45

ND

ND

2,4-D

Flavobacterium sp.

9

9, 2222, 101101, 180180, 181181

  pP51

100

ND

1,2,4-Trichlorobenzene

Pseudomonas sp.

  pMAB1

90

ND

ND

2,4-D

Burkholderia (formerly

Pseudomonas cepacia

aND, not determined; 2,4-D, 2,4-dichlorophenoxyacetate.

5

5, 5353

105

105

18

18

2

2

12

12

38

38, 3939

175

175

157

157

94

94

8

8, 146146

26

26

33

33

179

179

28

28

165

165

14

14

A gének sokszor (mega)plazmidon vannak

slide35
Operon struktúrák

benzoesav bontás

bifenil bontás

módosított orto útvonal

slide36
Szabályozás

a transzkripciós faktor szubsztrátspecificitása

slide37
Metabolikus útvonalak kombinálása keresztezéssel

2. plazmid

3. plazmid

4. plazmid

1. plazmid

konjug.

konjug.

A törzs

B törzs

C törzs

D törzs

Plazmidrekombináció

konjugáció

F törzs

E törzs

Strain G

Problémák azért még vannak

ad