1. A biotechnológia fogalma, a biomérnöki tudomány, a fermentáció mint nagyipar. de novo fermentáció és biokonverzió (az utóbbi néhány jellemzője)

Question 1

A biotechnológia két féle fogalma

Answer 1

1. IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)

2. Ereky Károly féle

Question 2

1. Biotechnológia IUPAC szerint

Answer 2

International Union of Pure and Applied Chemistry: A biokémia, mikrobiológia és a mérnöki tudományok integrált alkalmazása mikroorganizmusok, sejtek és szövetek, vagy ezek részeinek felhalmozása céljából

Question 3

2. Biotechnológia fogalma Ereky Károly szerint

Answer 3

Mindazon folyamatok, melyek során nyersanyagból terméket állítanak elő élő mikrobák segítségével

Question 4

Biomérnöki tudományok és technikák listája

Answer 4

–> kémia, biológia és mérnöki tudományok metszete

OECD (Organisation for Economic Cooperation and Development): lista a technikákról, metodikákról

Question 5

Miket állítunk elő biotechnológiai eljárások során?

Answer 5

1. élelmiszeripari termékeket
2. adalékanyagokat
3. illatanyag
4. szerves savak
5. nem fehérje polimereket (cellulóz, dextrán)
6. enzimeket
7. antibiotikum
8. rDNS vegyületek
   és egyéb

Question 6

Fermentáció, mint nagyipar

Answer 6

1. laboreljárások léptéknövelése
2. technológia tervezése, megvalósítása, optimálása
3. GLP (jó laboratóriumi gyakorlat) és GMP (gyártási) követelményeinek megfelelés

–> minél hígabb a fermentlé, annál drágább; minél nagyobb a kereslet, annál olcsóbb

Question 7

Fermentáció célja

Answer 7

1. Sejttömeg termelés (pékélesztő)
2. Sejtkomponensek előállítása (enzimek, DNS)
3. Metabolit termelés –> primer: etanol, tejsav
   szekunder: antibiotikum
4. Szubsztrát konverzió –> egyszerű: glükóz –> fruktóz
   multi: biológiai szennyvíztisztítás

Question 8

Fermentáció két fajtája

Answer 8

1. erjedés: elektron leadó és akceptor is szerves

2. respiráció (=lélegzés): szervetlen akceptor

Question 9

De novo fermentáció és biokonverzió közti különbség

De novo fermentáció

Answer 9

De novo szintézis: mikroorganizmusok, növényi sejttenyészet vagy állati szövettenyészet növekedés/szaporodás “melléktermékei” a termékek

Biokonverzió (biotranszformáció):
nem szaporodó sejt vagy sejtalkotó vagy enzim katalizálja egy vegyület átalakítását

Szaporodó vagy nem szaporodó sejtek összetett/egyszerű táptalajon/oldaton terméket állítanak elő

pl.: élesztőgyártás

szumma (Si) + X –> szumma (Pi) + (X + deltaX)

X: mikroorganizmus/növényi-/állati sejttenyészet
S: szubsztrát
P: termék

Question 10

Biokonverzió

+ jellemzői

Answer 10

enzim vagy sejtalkotó egyik anyagból egy másikat képez (katalizátor előállítása történik)

pl.: ecetsavgyártás

S + X –> P + X (=sejtalkotó)
S + E –> P + E (=enzim)

jellemzői:

• -> szubsztrát-, sztereo-, reakció-, régió specifitás
• -> enyhe reakciókörülmények (T, p, pH)

Question 11

Fermentáció műveletei

Answer 11

1. Up-stream: fermentációhoz (tenyésztéshez) közvetlenül kapcsolódó műveletek –> sterilezés, tápoldat készítés, optimális környezeti paraméterek biztosítása
2. Down-stream: feldogozási műveletek –> termék kinyerés/tisztítás, melléktermék feldolgozása, szennyvíz tisztítás

Question 12

A fermentáció folyamata/lépései

Answer 12

1. Törzs izolálása, törzsfejlesztés
2. Tápanyag kiválasztása –> sterilezés
3. Bioreaktorban fermentáció:
   - 4. Keverés, Levegőztetés
   - 5. Mérés, adatszerzés –> szabályozás
   - 6. Matematikai modell készítése
   - 7. Termék feldolgozás

Question 13

Főbb pontok

Answer 13

1. A biotechnológia fogalma (IUPAC, Ereky Károly)
2. biomérnöki tudományok és technikák listája (OECD)
3. Mit állítunk elő biotechnológiai eljárások során
4. Fermentáció, mint nagyipar
5. Fermentáció céljai (sejttömeg, sejtalkotó, metabolit (primer, szekunder), szubsztrát konverzió (egyszerű, multi))
6. Fermentáció két fajtája (erjedés és respiráció)
7. De novo fermentáció és biokonverzió + tulajdonságok
8. Fermentáció műveletei (up-stream és down-stream)
9. Fermentáció folyamatai

Question 14

Mikor használjunk biotechnológiát?

Answer 14

1. Komplex molekulák felépítésekor, amikor más alternatíva nincs: antibiotikum, fehérje, monoklonális antitest
2. Izomer előállítás (L-D)
3. Amikor a tenyészet képes több(sok) konszekutív reakció végrehajtására
4. Amikor a sejtek nagyobb hozammal alakítanak át

Question 15

Bio-eljárások előnye a kémiai módszerekkel szemben

Answer 15

1. Reakciókörülmények: enyhe (pH, T, p), kisebb környezeti ártalom
2. Alapanyagok: megújulóak (keményítő, cellulóz –> cukor), olcsók és könnyen hozzáférhetőek nagy mennyiségben
3. Specifikus biokatalizátorok (sztereo, régió, reakció, szubsztrát)
4. Többcélú, kevésbé komplex készülékek: olcsóbb
5. Nagyobb hozam, kisebb energia igény
6. rDNS technológiák beláthatatlan lehetőségei

Question 16

Bio-eljárások lehetséges hátrányai

Answer 16

1. Kémiai eljárások (fosszilis alapanyagok) produktív és gazdaságilag eredményes
2. Termékek bonyolult szerkezetűek, a híg oldatból nehezen kinyerhetőek, tisztítás bonyolult és drága
3. Nagy mennyiségű, nagy BOD (biológiai oxigén igény) tartalmú szennyvíz, de könnyen tisztítható
4. Fertőződés veszély más mikroorganizmusok, vírusok által — és fertőzés veszély is (különösen GMOkra kell figyelni)
5. Változékonyak a megújuló alapanyagok (melasz, kukoricalekvár) és a mikrobák is (mikrobareverzió, sejtvonal-degenerálódás)
6. Társadalom nem ismeri, sokszor tart a mikroorganizmusoktól, GMO-tól

Question 17

Biotechnológia színei

Answer 17

Piros: egészség, orvosi diagnosztika
Fehér: bioipar
Zöld: mezőgazdaság, bio-üzemanyag, -trágya, - remediáció, szennyvíztisztítás
Sárga: élelmiszer és táplálkozás
Arany: bioinformatika, nano-biotech.
Kék: vízkultúra, tengeri-biotechnológia
Fekete: bioterrorizmus, biofegyver
Szürke: klasszikus fermentáció
Bíbor: szabadalom, publikálás
Barna: sivatagi biotech.