Biotecnologia Microbiana Flashcards
Fatores que impulsionaram o desenvolvimento da Biotecnologia?
- Esgotamento das fontes de energia tradicionais
- Descoberta código genético
- “Novas” doenças infecciosas
- Aumento da população mundial
- Alimentação
- Destruição e reciclagem dos lixos
Bioprocesso Industrial
- Drug Discovery
- Preclinical Development
- Clinical Trial Phase
- Drug Approval
- Marketing
Qual o principal objetivo da Biotecnologia Microbiana
Tem como objetivo a obtenção de produtos metabólicos úteis através do processamento biológico
O que é o Processo biológico?
Todo o sistema reaccional que envolve seres vivos. destes seres, destacam-se microrganismos tais como fungos, bactérias, algas, etc…
O que são os Processos Fermentativos?
- Processos biológicos que têm aplicação industrial
- Qualquer transformação intermediada por um microrganismo através de uma sequência de reações bioquímicas, incluindo as transformações que envolvem respiração microbiana, biossíntese, fotossíntese e respiração com substratos inorgânicos.
O que é a Fermentação?
- Tipo de catabolismo referente à respiração anaeróbia
glucose –» etanol + ácido lático
O que é a Biotransformação?
- Processo em que enzimas, isoladas ou dentro de células (vivas, em estado latente ou mortas), atuam sobre substratos orgânicos, convertendo-os no produto
- As enzimas são catalisadores biológicos
Para que fins são utilizados os microrganismos?
- Produção de biomassa
- Produção de metabolitos
- Produção de biocatalisadores
- Processos de destoxificação
Que propriedades tornam os microrganismos interessantes para produção industrial?
- São unicelulares ou pluricelulares pouco diferenciados (fácil cultura em fermentadores)
- Razão área/volume favorável à absorção rápida de nutrientes e metabolismo elevado (+ económico)
- Muito versáteis (conversão de vários compostos em metabolitos de interesse)
- Biodiversidade (1-metabolismo energético e de fontes de carbono diferenciado | 2-resistentes a ambientes extremos e específicos de pH, T, NaCl, O2)
Quais os 2 grupos + utilizados na industria da biotecnologia microbiana?
- Eubactérias (Gram-; Gram+; Gram+ filamentosas)
- Fungos (leveduras e Fungos filamentosos)
Referente ao processo de Biotecnologia, Up Stream divide-se em:
- Desenvolvimento Genético
- Banco Celulares
Referente ao processo de Biotecnologia, a Fermentação refere-se:
À Produção da substância ativa
Referente ao processo de Biotecnologia, Down Stream divide-se em:
- Separação
- Purificação
(da subs ativa) - Formulação
- Esterilização
- Repartição
(do produto final)
Relativamente ao Down Stream, que processosse referem ao controlo da substância ativa?
- Separação
- Purificação
Relativamente ao Down Stream, que processosse referem à produção do produto final?
- Formulação
- Esterilização
- Repartição
No processo de rastreio e seleção de estripes, quais as estratégias para a seleção dos microrganismos mais adequados?
- Isolamento de ambientes naturais e a sua caracterização detalhada (possibilita a seleção adequada dos nutrientes, formulação do meio de cultura e definição dos parâmetros físico-químicos da fermentação)
- Rastreio em coleção de culturas puras (estripes de identidade certificada)
Que parâmetros têm de estar presentes na escolha do microrganismo?
- Não patogénico
- Características fisiológicas (taxa de crescimento, fontes de carbono e energia)
- Características do gene a clonar (frequência dos codões utilizados)
- Características da proteína codificada (processamento proteolítico, glicosilação, massa muscular)
Identificação do produto microbiano pretendido
- Metabolitos Primários: necessários ao crescimento exponencial e responsáveis pela produção de biomassa celular
- Metabolitos Secundários: não necessários ao crescimento exponencial
Exemplos de metabolitos primários?
- Álcool
- Aminoácidos
- Ácidos Orgânicos
- Nucleótidos
- Polissacáridos
- Vitaminas
- Enzimas
Exemplos de metabolitos secundários?
- Antibióticos (penicilina, Cefalosporina)
- Alcalóides
- Aminoácidos
A identificação do produto microbiano pretendido pode ser feito através de que mecanismos?
- Proteínas Heterólogas
- Biotransformações
Como funcionam as Proteínas Heterólogas?
Através de Engenharia Genética, sequências do DNA Humano que correspondem a proteínas que são incorporadas em bactérias ou leveduras
- EXº: insulina, hGh, TNF, INF, IL-2, Vacina Hepatite B
Mecanismo das Biotransformações?
Microrganismos são utilizados para reações químicas.
- Exº: Antibióticos hemissintéticos, Esteróides, Vitaminas, Biorremediação
Rastreio e seleção de culturas
O que são as coleções de culturas?
- Guardiãs da biodiversidade microbiana conhecida
- Em casos de pedido de patente, é obrigatório depositar o microrganismo numa coleção reconhecida para o efeito.
Rastreio e seleção de culturas
Em que se baseia o Estudo preliminar sobre microrganismos candidatos?
Baseado na informação disponível em publicações científicas e em bases de dados públicas ou privadas
Rastreio e seleção de culturas
Quem realiza o estudo preliminar sobre microrganismos candidatos?
Taxonomistas (competências na área do património genético), que analisam em grande detalhe as características ecológicas, morfológicas, fisiológicas, bioquímicas, genéticas e moleculares muitas estripes semelhantes (em variabilidade intraespecífica, diferenciação e relação entre espécies)
Rastreio e seleção de estripes
É realizada uma caracterização detalhada do microrganismo com que intuito?
- Selecionar os nutrientes adequados
- Formulação do meio de cultura em função das matérias primas disponíveis
- Definição das condições de fermentação
Rastreio e seleção de estripes
Neste contexto, que aspectos devemos considerar?
- Natureza da reação
- Necessidade de cofatores
- Escala a que a biotransformação tem lugar
Qual o papel da engenharia gemética nos processos biotecnológicos?
Seleção e melhoramento de estripes
Seleção e melhoramento de estripes?
1) Poucos processos biotecnológicos utilizam estripes selvagens–»
2) Baixa produção de metabolitos por emcanismos de autorregulação metabólica–»
3) Melhoramento: aumenta o fluxo metabólico no sentidoda formação do produto desejado–»
4) Estripes Melhoradas: mais eficientes (rendimento, produtividade, recuperação do produto)
Seleção e melhoramento de estripes
Como se melhoram as propriedades dos microrganismos de interesse comercial?
I) Mutagénese e rastreio
- Melhoramento não- recombinante –»Técnicas Clássicas
II) Engenharia Genética
- Transferência de genes estruturais de enzimas (se genoma sequenciado)
Seleção e melhoramento de estripes
Mutagénese e rastreio
- Abordagem empírica, pouco específica, mas com resultados rápidos e sustentáveis
-
Mutações- alterações no DNA:
1. Agentes mutagénicos químicos (etilmetanossulfanato)
2. Agenets mutagénicos físicos (radiação UV, raios X)
3. Espontânea (eucariontes-meiose; procariontes-conjugaão, transdução, transformação) - Mutagénese dirigida: implica conhecimento prévio do genoma
Seleção e melhoramento de estripes
Vantagens da Engenharia Genética
- Tecnologia de DNA Recombinante
- Melhora capacidade de biossíntese e de excreção, com a utilização de substratos
Seleção e melhoramento de estripes
Qual a razão da utilização da Engenharia Genética para seleção e melhoramento de estripes?
- As razões para a modificação de estripes industriais são sempre de ordem económica
- Combinação sinérgica da engenharia genética com métodos clássicos: Estratégias complementares
- Sucesso do melhoramento da estripe: alterações genéticas, ensaios de deteção de atividade/produto, condições de fermentação
Como se procede ao isolamento de estripes?
Obtêm-se culturas puras por isolamento de colónias, a partir de amostras com dierentes tipos de microrganismos
Quais são as condições seletivas para o isolamento de estripes?
- Pré-cultura (filtração)
- Enriquecimento em m.o. (pH, substrato, T, inibidores)
- Cultura
Como se procede à conservação de estirpes?
- Os m.o. selecionados devem ser conservados de forma adequada, de forma a manter a visibilidade
- Os métodos de conservação variam em função do tipo de m.o.
Conservação de estirpes
Quais são as medidas de manutenção a longo prazo?
- Crioconservação
- Liofilização
- Secagem em solo, areia, sílica gel ou papel de filtro
- Refrigeração
Conservação de estirpes
Crioconservação
- Entre -70ºC e -196ºC, em azoto líquido + crioprotectores (glicerol)
- +Caro, melhores taxas de sobrevoivência e estabilidade genética e fenotípica
Conservação de estirpes
Liofilização
- +Acessível e conveniente em termos de espaço
- Resultados + fracos na sobrevivência de leveduras
Conservação de estirpes
Secagem em solo, areia, sílica gel ou papel de filtro
Preferível para m.o. produtores de esporos vegetativos (actinomicetas e fungos filamentosos)
Conservação de estirpes
Refrigeração
- Entre 4ºC e 8ºC, para culturas de trabalho, em cunha de agar (slant)
- Problemas de estabilidade genética (devido a repicagens) e evaporação (pode ser reduzida pela adiçao de parafina líquida)
Quais os processos científicos que têm contribuido nos últimos 40 anos para a expansão da biotecnologia microbiana?
- Conhecimento dos genomas + DNA Microarrays, Proteómica, Bioinformática
- Melhor compreensão da organização e evolução dos sistemas biológicos
- Nova Era
Para que fins são utilizados os microrganismos em Biotecnologia Microbiana?
- Produção de Biomassa
- Produçao de metaboltos
- Biocatalisadores
- Processos de Destoxificação
Como e onde se selecionam os microrganismos adequados aos processos industriais para a produção de fármacos?
- Isolamento de Ambientes Natuurais | Rastreio e cleções de culturas puras
- Identificação da atividade ou do Produto Microbiano
- Caracterização detalhada
O que são coleções de culturas e para que servem no desenvolvimento de um novo processo biotecnológico?
- Guardiãs da Biodiversidade microbiana conhecida
- Estirpes caracterizadas detalhadamente (características ecológicas, morfológicas, fisiológicas, bioquímicas genéticas e moleculares)
De forma resumida, qual o papel da engenharia genética nos processos biotecnológicos?
- Mutagénese e Rastreio
- Aumentar o fluxo metabólico no snetido da formação do produto desejado
- Estirpes melhoradas (+ eficientes)
- Produção de proteínas heterólogas
