Κεφάλαιο 7: Αρχές και μέθοδοι της Βιοτεχνολογίας Flashcards
Πώς χρησιμοποιούνταν παλαιότερα και στην σημερινή εποχή οι ζωντανοί οργανισμοί;
Οι ζωντανοί οργανισμοί χρησιμοποιούνται εδώ και χιλιάδες χρόνια για την παραγωγή χρήσιμων προϊόντων. Παλαιότερα χρησιμοποιούνταν κυρίως για την παραγωγή ψωμιού, μπίρας και κρασιού. Σήμερα οι εξελίξεις στην Επιστήμη και στην Τεχνολογία δίνουν τη δυνατότητα χρησιμοποίησης των ζωντανών οργανισμών για την παραγωγή ευρείας κλίμακας προϊόντων όπως τροφίμων, αντιβιοτικών και εμβολίων.
Ποιος χρησιμοποίησε για πρώτη φορά τον όρο Βιοτεχνολογία και για τι;
Ο όρος Βιοτεχνολογία χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Ούγγρο Kark Ereky το 1919 για περιγράψει την διαδικασία παραγωγής προϊόντων από ακατέργαστα υλικά με την βοήθεια ζωντανών οργανισμών.
Τι είναι σήμερα η Βιοτεχνολογία;
Σήμερα η Βιοτεχνολογία αποτελεί συνδυασμό Επιστήμης και Τεχνολογίας. Εφαρμόζουμε τις γνώσεις που έχουν αποκτηθεί από την μελέτη των ζωντανών οργανισμών για την παραγωγή σε ευρεία κλίμακα χρήσιμων προϊόντων. Εφαρμόζουμε τεχνικές καλλιέργειας και ανάπτυξης των μικρό οργανισμών σε τεχνικές ανασυνδυασμένου DNA
Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν μια μικροβιακη καλλιέργεια;
Οι μικροοργανισμοί όταν βρεθούν σε κατάλληλες συνθήκες, αυξάνονται σε
μέγεθος και διαιρούνται με αποτέλεσμα την αύξηση του αριθμού τους.
Ο ρυθμός ανάπτυξης ενός πληθυσμού μικροοργανισμών, δηλαδή ο ρυθμός με
τον οποίο διαιρούνται τα κύτταρά του, καθορίζεται από το χρόνο διπλασιασμού.
Κάθε είδος μικροοργανισμού έχει χαρακτηριστικό χρόνο διπλασιασμού.
Οι παράγοντες που επηρεάζουν το χρόνο διπλασιασμού και κατά συνέπεια το
ρυθμό ανάπτυξης των μικροοργανισμών είναι:
1) η διαθεσιμότητα θρεπτικών συστατικών,
2) το pH,
3) το Ο2
και
4) η θερμοκρασία.
Ποια θρεπτικά συστατικά είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη ενός μικροοργανισμου;
Άνθρακας: η πηγή άνθρακα για τους αυτοτροφους μικροοργανισμους είναι το CO2 της ατμόσφαιρας ενώ για τους ετεροτροφους μικροοργανισμους πηγή άνθρακα είναι διάφορες οργανικές ενώσεις, όπως η γλυκόζη και η λακτόζη.
Άζωτο: Η οργή αζώτου για τους περισσότερους μικροοργανισμους είναι τα αμμωνιακα και νιτρικά ιόντα
Μεταλλικά ιοντα: Τα μεταλλικά ιόντα είναι απαραίτητα για την πραγματοποίηση των χημικών αντιδράσεων στο κύτταρο και ως συστατικά διάφορων μορίων.
Πως το pH επηρεάζει την ανάπτυξη των μικροοργανισμών;
Το pH επηρεάζει σημαντικά την ανάπτυξη των μικροοργανισμών. Οι
περισσότεροι αναπτύσσονται σε pH 6-9.
Υπάρχουν όμως μικροοργανισμοί που αναπτύσσονται σε διαφορετικό pH, όπως
είναι τα βακτήρια του γένους Lactobacillus, που αναπτύσσονται σε pH 4-5.
Πως το οξυγόνο επηρεάζει την ανάπτυξη των μικροοργανισμών;
Η παρουσία ή απουσία Ο2 μπορεί να βοηθήσει ή να αναστείλει την ανάπτυξη
των μικροοργανισμών.
Υπάρχουν μικροοργανισμοί που για την ανάπτυξή τους απαιτούν υψηλή
συγκέντρωση Ο2
(υποχρεωτικά αερόβιοι) όπως τα βακτήρια του γένους
Mycobacterium.
Άλλοι μικροοργανισμοί, όπως οι μύκητες που χρησιμοποιούνται στην
αρτοβιομηχανία, ανήκουν στην κατηγορία των μικροοργανισμών που
αναπτύσσονται παρουσία Ο2 με ταχύτερο ρυθμό απ’ ό,τι απουσία Ο2
(προαιρετικά αερόβιοι).
Τέλος, υπάρχουν μικροοργανισμοί όπως βακτήρια του γένους Clostridium για
τους οποίους το Ο2
είναι τοξικό (υποχρεωτικά αναερόβιοι).
Πώς καθορίζει η θερμοκρασία τον ρυθμό ανάπτυξης των μικροοργανισμων;
Η θερμοκρασία είναι ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες που
καθορίζουν το ρυθμό ανάπτυξης των μικροοργανισμών.
Οι περισσότεροι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται άριστα σε θερμοκρασία
20-45°C.
Για παράδειγμα, η Escherichia coli, που χρησιμοποιείται σε πειράματα Μοριακής
Βιολογίας, αναπτύσσεται άριστα σε θερμοκρασία 37°C.
Υπάρχουν όμως ορισμένοι που για την ανάπτυξή τους απαιτούν θερμοκρασία
μεγαλύτερη από 45°C, όπως αυτοί που αναπτύσσονται κοντά σε θερμοπηγές, και
άλλοι που αναπτύσσονται σε θερμοκρασία μικρότερη των 20°C
Ποια είναι τα βήματα για την ανάπτυξη μιας καλλιέργειας;
η απομόνωση αρχικά των διάφορων ειδών βακτηρίων ή μυκήτων,
η παρασκευή κατάλληλων θρεπτικών υλικών και
η διαμόρφωση κατάλληλων συνθηκών ανάπτυξης
για την αποφυγή ανάπτυξης άλλων μικροοργανισμών, εκτός εκείνων που
πρόκειται να καλλιεργηθούν, τα θρεπτικά υλικά και οι συσκευές
αποστειρώνονται πριν από την έναρξη της καλλιέργειας
Τι τεχνητά θρεπτικά υλικά χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη των μικροοργανισμων;
Υγρό θρεπτικό υλικό: περιέχει οργή άνθρακα πηγή αζώτου και ιόντα διαλυμένα στο νερό
Στερεό θρεπτικό υλικό: παρακσευάζεται με την ανάμειξη του υγρού θρεπτικου υλικού με το άγαρ.
Το άγαρ είναι ένας πολυσακχαρίτης που προέρχεται
από φύκη, το οποίο είναι ρευστό σε θερμοκρασίες
πάνω από 45°C αλλά στερεοποιείται σε μικρότερες
θερμοκρασίες.
Ποια είναι τα βήματα για την ανάπτυξη μιας καλλιέργειας;
Μία καλλιέργεια ξεκινάει με την προσθήκη μικρής ποσότητας κυττάρων στο
θρεπτικό υλικό, μια διαδικασία που ονομάζεται εμβολιασμός.
Μετά τον εμβολιασμό οι μικροοργανισμοί παραμένουν σε έναν κλίβανο που
εξασφαλίζει σταθερή θερμοκρασία κατάλληλη για την ανάπτυξή τους. Με αυτό
τον τρόπο σε μικρό χρονικό διάστημα, 12-76 ωρών, παράγεται μεγάλος αριθμός
μικροοργανισμών.
Οι καλλιέργειες αυτές μπορούν να διατηρηθούν σε αδρανή μορφή για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Υπενθύμιση: Για την αποφυγή ανάπτυξης άλλων μικροοργανισμών, εκτός
εκείνων που πρόκειται να καλλιεργηθούν, τα θρεπτικά υλικά και οι συσκευές
αποστειρώνονται πριν από την έναρξη της καλλιέργειας
Πώς πραγματοποιούνται οι βιομηχανικές καλλιέργειες;
Όταν γίνεται καλλιέργεια μικροοργανισμών σε μεγάλη κλίμακα
(βιομηχανική καλλιέργεια) χρησιμοποιούνται κατάλληλες συσκευές που
ονομάζονται ζυμωτήρες ή βιοαντιδραστήρες.
Οι βιοαντιδραστήρες επιτρέπουν τον έλεγχο και τη ρύθμιση των συνθηκών
(θερμοκρασία, pH, συγκέντρωση Ο2
) που αφορούν την καλλιέργεια.
Στο θρεπτικό υλικό, που προστίθεται στους βιοαντιδραστήρες, χρησιμοποιούνται
φθηνές πηγές άνθρακα όπως η μελάσα που αποτελεί παραπροϊόν της
επεξεργασίας ζαχαροκάλαμου ή σακχαρότευτλων.
Η καλλιέργεια στο βιοαντιδραστήρα ξεκινάει με τον εμβολιασμό από μια αρχική
καλλιέργεια μικροοργανισμών που έχει γίνει στο εργαστήριο.
Τι εννοούμε με τον όρο ζυμωση; Ποια είναι τα προϊόντα της ζύμωσης;
Με τον όρο ζύμωση εννοούμε τη διαδικασία ανάπτυξης μικροοργανισμών σε
υγρό θρεπτικό υλικό κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες.
Ο όρος ζύμωση παλαιότερα χρησιμοποιείτο
μόνο για αναερόβιες διεργασίες αλλά
σήμερα χρησιμοποιείται με την ευρεία
έννοια και περιλαμβάνει όλες τις διεργασίες,
αερόβιες και αναερόβιες.
Τα προϊόντα της ζύμωσης είναι είτε τα ίδια τα κύτταρα που ονομάζονται
βιομάζα είτε προϊόντα των κυττάρων όπως πρωτεΐνες και αντιβιοτικά.
Ποια διαφορετικά είδη καλλιέργειας γνωρίζετε;
Υπάρχει η κλειστή καλλιέργεια και η συνεχής καλλιέργεια.
