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Einführung in die Biotechnologie > Part 2 > Flashcards

Part 2 Flashcards

1
Q

Rote Biotechnologie:

A
  • Medizinische Diagnostik
  • Entwicklung von Arzneimitteln (Herstellung selbst ist weiße Biotechnologie! (Massenproduktion))
  • Gentherapie
  • Regenerationsmedizin
  • Z.B. Nachweis von Infektionserkrankungen, Pharmakogenomik – personalisierte Medizin, Pränatale Diagnostik, Forensik, Populationsgenetik
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2
Q

Grüne Biotechnologie

A
  • Verbesserung von Nutzpflanzen (mit Hilfe von Gentechnik)
  • Gewinnung pflanzlicher Inhaltsstoffe
  • Industrielle Nutzung pflanzlicher Wirkprinzipien (Bionik)
  • Phytosanierung (Altlasten: Altmetalle, unerwünschte Stoffe werden aus dem Boden geholt)
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3
Q

Weiße Biotechnologie

A

Weiße Biotechnologie: (industrielle Biotechnologie)

  • Ersetzen chemischer Prozesse durch biotechnologische Verfahren (Glutamat Produktion –> Corynebacterium glutamicum; Vitamin C –>Aspergilus niger(Pilz); E.Coli; Sacchermyces cerevisiae(Hefe))
  • Substitution fossiler Energieträger (Arbeit mit nachwaschenden Rohstoffen) zb. Biokunststoffe
  • Herstellung von Nahrungsmittelzusätzen
  • Herstellung von Pharmazeutika (Massenproduktion)
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4
Q

Graue Biotechnologie:

A

Graue Biotechnologie: (Umwelt biotechnologie)

  • Aufbereitung von Trinkwasser
  • Reinigung von Abwasser; Abluft‐ bzw. Abgasreinigung

• Sanierung kontaminierter Böden (Altlastensanierung: Nicht aufgearbeitet Stoffe im Boden;
In sito= am Standort;

Ex sito= außerhalb vom Standort)

Ökotoxikolgie = Bestimmung der Giftigkeit von Chemikalien
Bioindikation= Verseuchung von Pflanzen Walder--> Auswirkung vom Gift

• Müllrecycling

• Energie aus
nachwachsenden Rohstoffen

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5
Q

Blau Biotechnologie:

A

Blau Biotechnologie: (Alles aus dem Meer)

• Gewinnung von Mikroorganismen und damit neuer Medikamente aus dem Meer (200 bioactive Stoffe zb. Antibiotika, antiviral)

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6
Q

Weise Biotechnologie

Fermentation

A

Fermentation = technische Bioreaktion –> Synthese von gewünschten Stoffen mit Hilfe von Mikroorganismen in Fermentoren (= Bioreaktoren)

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7
Q

Mikroorganismen im Labor

A
  • Anreicherung von der Natur
  • eigene Stammhaltung (tiefgefroren, gefriergetrocknet Leben Kulturen)
  • bestellen (bei Deutsche Sammelungv. Zellkulturen)
  • von anderen Forschungsgruppen (Austausch)

Anreicherung z.B. aus dem Boden
• Erdprobe einwiegen –> Zugabe von 0,9% NaCl (steril)–>Verdünnungsreihe mit 0,9% NaCl (steril) bis etwa 10‐3 –> 100μl auf Vollmedium Agarplatten (Spatel verfahren), Bebrüten bei 25‐30°C –> Kolonien und KBE/ g Erde berechnen (Spezifische Anreicherung(bestimmtes Medium begünstigt Wachstum)

Anreichungskulur und fraktionierter Ausstrich

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8
Q

Anreicherung Mikroorganismen im Labor

A

Anreicherung z.B. aus dem Boden
•(Erdprobe einwiegen –> Zugabe von 0,9% NaCl (steril)–>Verdünnungsreihe mit 0,9% NaCl (steril) bis etwa 10‐3 –> 100μl auf Vollmedium Agarplatten (Spatel verfahren), Bebrüten bei 25‐30°C –> Kolonien und KBE/ g Erde berechnen (Spezifische Anreicherung(bestimmtes Medium begünstigt Wachstum)

Anreichungskulur und fraktionierter Ausstrich

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9
Q

Identifikation von MO

A
  1. Morphologie –> makroskopisch –> Kolonieform, Geruch, Farbe etc.
  2. Mikroskopisch:
    Zellwand (Gram-Färbung), Zellform, Kapsel, Geißel, Sporen, Reservestoffe
  3. Wachstum auf Selektivnährböden –>
    Aerobes oder anaerobes Wachstum? Antibiotikaresistenz?
  4. Färbemethoden
  5. Agrardiffusionstest
  6. Stoffwechseleigenschaften (meist der letzte Schritt)
    Substratverwertung,
    Stoffwechselprodukte, Enzyme
  7. Konventionelle Analyse setzt Kultivierbarkeit voraus –> Reinkultur

Genetische Tests aber nicht: PCR, DNA Arrays, DNA Sequenzierung

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10
Q

Stammzüchtung

A
  • Selektion natürlicher Varianten
  • Ungerichtete genetische Veränderung durch Mutation („Evolution in der Petrischale“) –> Strahlung, ev. Enzym. Aktivierung und anschließende Selektion
  • (Gezielte) Genmanipulation - Gentechnik
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11
Q

Produktion von rekombinanten Proteinen

A

• Unterschiedliche Herstellung bioaktiver Moleküle –>
Hefe, Bakterien, transgenen Tieren, Insektenzellen, Säugerzellen

Kolonie auf Agarplatte –> Stammkultur Schrägagar –> Schüttelkultur –> Rührkultur -> Vorfermentor –> Produktionsfermentor

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12
Q

Prozessgrößen in der Fermentation:

A

• Stellgrößen: (einstellen)

Zuluft Menge, Durchfluss, Kühltemperatur, etc.

• Zustandsgrößen: (messen)

pH, Druck, Temperatur, Viskosität

•Zielgrößen: (erreichen)

Substratverbrauch, Produktausbeute

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13
Q

Stellgrößen

A

Stellgrößen: (einstellen)

Zuluft Menge, Durchfluss, Kühltemperatur, etc.

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14
Q

Zustandsgrößen

A

Zustandsgrößen: (messen)

pH, Druck, Temperatur, Viskosität

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15
Q

Zielgrößen

A

Zielgrößen: (erreichen)

Substratverbrauch, Produktausbeute

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16
Q

Prozessschritte vor und nach der Fermentation

A

Upstream : alles vor der Fermentation

  1. vor Bereitstellen der Substrate
  2. Sterilisieren

Bioreaktor

Downstream: alles nach Fermentation

  1. Trennung von Biomasse/ überstand
  2. Zellaufschluss
  3. Aufarbeitung
17
Q

Medien:

A

Stärke, Melasse, Maisquellwasser, Molke, Cellulose Reste

18
Q

Downstream

A

Nach Fermentation

Phasentrennung

  1. Biomasse
    a) Konditionierung –> Kulturkonzentrat
    b) Zellaufschluss –> Produktgewinnung –> Konditionierung –> intrazelluläres Produkt
  2. Kulturflüssigkeit –> produktgewinnung –> Konditionierung –> extrazelluläres Produkt
19
Q

Prozessverläufe in Fermentoren

A

1) kontinuierlich –> laufende Substratzugabe und Produktentnahme (nach erstem Anwachsen wird Nährmedium zugefügt –> gleich viel wird abgepumpt wie dazu gepumpt)

Vorteil: Keine Alkoholbildung (keine Abtötung)

Nachteil: Probleme können nicht eingegrenzt werden

2) Batch‐Verfahren (Chargenbetrieb), (Keine Zugabe oder Produktentnahme)
3) Fed‐Batch‐Verfahren, laufende Substratzugabe (Zugabe von Medium bis Reaktor voll ist keine), Produktentnahme nur am Ende

20
Q

Fed‐Batch‐Verfahren

A

laufende Substratzugabe (Zugabe von Medium bis Reaktor voll ist keine), Produktentnahme nur am Ende

21
Q

Batch‐Verfahren

A

Batch‐Verfahren (Chargenbetrieb), (Keine Zugabe oder Produktentnahme)

22
Q

kontinuierlich verfahren

A

kontinuierlich –> laufende Substratzugabe und Produktentnahme (nach erstem Anwachsen wird Nährmedium zugefügt –> gleich viel wird abgepumpt wie dazu gepumpt)

Vorteil: Keine Alkoholbildung (keine Abtötung)

Nachteil: Probleme können nicht eingegrenzt werden

23
Q

Vorteile der Biotechnologie

A

1) Spezifität und Selektivität:
a) Lieferung des gewünschten Endprodukts ohne Weiterverarbeitung aus einer Vorstufe
b) Stereoselektive Synthese chiraler („händische“) Substanzen (zum Beispiel D‐ und L‐Aminosäuren):

 Keine Racemate

 Keine aufwändigen Trennungsverfahren

 Keine Verunreinigungen des Endprodukts

2) Effizienz und Umweltverträglichkeit:
a) benötigt werden nur kostengünstige Ausgangsstoffe wie Wasser, Zucker, Salze, Sauerstoff und Kohlendioxid
b) Biotechnologische Produktionsprozesse finden überwiegend bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck statt. Dadurch…

 kann Energie gespart werden.

 können Kosten gesenkt werden.

 können weniger Nebenprodukte und Abfallstoffe entstehen

24
Q

Vorteile von Fermentative Herstellung B2:

A

 Deutlich gesteigerte Produktionsmenge,
 40 % weniger Produktionskosten

 30 % weniger CO2‐Ausstoß

 60 % weniger Rohstoffverbrauch

 95 % weniger Abfallprodukte

25
Q

Herstellung Zitronensäure (E330)

A

• Früher aus Zitronen, heute biotechnologisch mit Hilfe des Schimmelpilzes (Aspergillus Niger)

Für:

  • Lebensmittelindustrie (65 % als Konservierungs- und Säuerungsmittel),
  • Pharma‐Industrie (10 % verhindert Blutgerinnung)
  • Chemische Industrie (25 %)

Mikroorganismen:

  • Aspergillus niger,
  • Candida Lipolyica

Ausgangsmaterial:

  • Zuckerrohr‐ oder Zuckerrübenmelasse
  • Zuckerlösungen

• Ausbeute:

ca. 80 % der theoretischen Ausbeute

Fermentation:

  • Reaktoren: Rührkessel, Airliftreaktoren (bis 220m³) Temperatur: ca.30- 40 C°
    pH-Wert: sinkt auf 1 ‐ 2 Dauer: ca. 8 Tage
26
Q

Herstellung Milchsäure & Milchsäurebakterien

A
  • Mit kultureller Entwicklung des Menschen eng verbunden (Fermentierte Lebensmittel von Milch, Gemüse, Getreide, Fleisch)
  • Früher wichtig zur Verlängerung der Haltbarkeit von Lebensmitteln
  • Sehr lange Verwendung – Pasteur der Erste, der Milchsäurebakterien und Milchsäurefermentation genauer untersuchte
  • Meist Gram‐positiv, anaerob, säuretolerant, unbeweglich, bilden keine Sporen, benötigen Aminosäuren, Vitamine und Kohlenhydrate
  • 2 Arten : mesophile 28‐45°C und thermophile 45‐62°C
27
Q

Fermentative Herstellung von Enzyme

A
  • Enzyme sind: chemisch gesehen Proteine, natürliche Katalysatoren
  • Sie benötigen keine erhöhten Temperaturen bzw. hohe Drücke
  • Sie wirken sehr spezifisch („Schlüssel‐ Schloß Prinzip“)
28
Q

Fermentative Herstellung von Enzyme

Beispiele

A

1) Proteasen:

Spaltung von Proteinen

Gegen Ei-, Blut-, Milch- und Spinatflecken

2) Lipasen:

Spaltung von Fetten

Gegen Verschmutzungen durch Salatöl, Bratenfett, Kragenfett (Talg) und Kosmetika

3) Cellulasen:

Spaltung des pflanzlichen Polysaccharids Zellulose,

Anwendung beim „Biostoning“ von „stonewashed“ Jeans, Entfernung von Baumwollfusseln, Konservierung der Glätte und Farbe von Textilien

4) Amylasen:
Spaltung des pflanzlichen Polysaccharids Stärke

Gegen Flecken von Kartoffelbrei, Schokolade oder Pudding

29
Q

Anwendungsbereiche von Enzymen

A

: Waschmittel, Käsereifung, Mehl und Backwaren, Früchteverwertung und Wein

30
Q

Produkte der weißen Biotechnologie

A
  • Vitamine (B2, B12, C)
  • Antibiotika (Penicillin)
  • Enzyme (Amylase, Protease)
  • Proteine (Lysin, Arginin, Valin, Phenylalanin)
  • Kohlenhydrate (Xylitol
31
Q

Vorteil bei Einsatz von Enzymen

A

Co2 Einsparung durch Einsatz von Enzymen

  • Waschwirkung verbessert durch Enzyme durch Spaltung von Schmutzpartikel (insbesondere eiweißhaltige) durch waschaktives Enzym bereits bei 40 C statt 60 C
  • Sparen Wasser durch effizienteres Waschen

Einführung in die Biotechnologie (4 decks)

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