Informatie

17.1: Industriële microbiologie - biologie


17.1: Industriële microbiologie

Industriële microbiologie

Industriële microbiologie is een tak van biotechnologie die microbiële wetenschappen toepast om industriële producten in massale hoeveelheden te maken, vaak met behulp van microbiële celfabrieken. Er zijn meerdere manieren om een ​​micro-organisme te manipuleren om de maximale productopbrengst te verhogen. Introductie van mutaties in een organisme kan worden bewerkstelligd door ze in mutagenen te introduceren. Een andere manier om de productie te verhogen is door middel van genamplificatie, dit wordt gedaan door het gebruik van plasmiden en vectoren. De plasmiden en/of vectoren worden gebruikt om meerdere kopieën van een specifiek gen op te nemen waardoor meer enzymen kunnen worden geproduceerd die uiteindelijk leiden tot meer productopbrengst. [1] De manipulatie van organismen om een ​​specifiek product op te leveren heeft vele toepassingen in de echte wereld, zoals de productie van sommige antibiotica, vitamines, enzymen, aminozuren, oplosmiddelen, alcohol en dagelijkse producten. Micro-organismen spelen een grote rol in de industrie, met meerdere manieren om te worden gebruikt. Medicinaal kunnen microben worden gebruikt voor het maken van antibiotica om antibiotica te behandelen. Microben kunnen ook worden gebruikt voor de voedingsindustrie. Microben zijn erg handig bij het maken van enkele van de in massa geproduceerde producten die door mensen worden geconsumeerd. De chemische industrie gebruikt ook micro-organismen om aminozuren en organische oplosmiddelen te synthetiseren. Microben kunnen ook worden gebruikt in een landbouwtoepassing voor gebruik als biopesticide in plaats van het gebruik van gevaarlijke chemicaliën en/of inoculanten om de proliferatie van planten te bevorderen.


Moleculaire producten van microben

De isolatie van moleculaire producten van microben wordt beschouwd als een belangrijk onderdeel van moleculair biologisch onderzoek.

Leerdoelen

Beschrijf hoe Taq-polymerase, restrictie-enzymen en DNA-ligase worden gebruikt in de moleculaire biologie

Belangrijkste leerpunten

Belangrijkste punten

  • Verschillende enzymen kunnen worden geïsoleerd uit micro-organismen en worden gebruikt bij de productie van recombinant '8211 DNA.
  • Het vermogen van sommige archaea om te gedijen in extreme omgevingen heeft geleid tot analyse en isolatie van belangrijke moleculaire componenten van de organismen, zoals Taq-polymerase, die hebben bijgedragen aan moderne moleculair-biologische technieken.
  • Moderne moleculaire biologietechnieken zijn sterk afhankelijk van specifieke enzymen en moleculaire componenten die zijn afgeleid van microben, waaronder DNA-ligase en restrictie-enzymen.
  • DNA-ligase functioneert door covalente koppeling of ligatie van DNA-fragmenten.
  • Restrictie-enzymen werken door specifieke sequenties in DNA te herkennen en te knippen.

Sleutelbegrippen

  • polymerasekettingreactie: Een techniek in de moleculaire biologie voor het maken van meerdere kopieën van DNA uit een monster dat wordt gebruikt bij genetische vingerafdrukken enz.
  • restrictie-enzymen: een endonuclease dat DNA op specifieke herkenningssequenties knipt

De uitbreiding en groeiende populariteit van het gebied van moleculaire biologie heeft geleid tot een grotere vraag naar hulpmiddelen die worden gebruikt om moleculaire biologie te bestuderen. Het vakgebied van de moleculaire biologie houdt zich specifiek bezig met de moleculaire mechanismen van een cel en richt zich op de regulatie van cellulaire interacties. Onderwerpen van bijzonder belang binnen het vakgebied zijn onder meer genexpressie (transcriptie en translatie) en eiwitsynthese. Het bestuderen van deze mechanismen in het laboratorium is mogelijk gemaakt door het gebruik van moleculen die zijn afgeleid van microben. Het volgende is een kort overzicht van enkele van de moleculaire producten die zijn afgeleid van microben die de prestaties van populaire moleculair-biologische technieken mogelijk maken.

Taq-polymerase

Taq-polymerase is een enzym dat voor het eerst werd geïsoleerd uit de microbe Thermus aquaticus. T. aquaticus is een specifiek type bacteriesoort, een DNA-polymerase, dat thermostabiel is en bestand is tegen extreem hoge temperaturen. De isolatie van dit polymerase heeft geresulteerd in het vermogen om in één stap polymerasekettingreacties (PCR), een proces dat wordt gebruikt om DNA-segmenten te amplificeren, uit te voeren. Voorafgaand aan de isolatie van Taq-polymerase moest vanwege thermische denaturatie na elke cyclus een nieuw DNA-polymerase aan de reactie worden toegevoegd. Met de toevoeging van Taq-polymerase aan de reactiebuis kan de cyclus veel sneller worden uitgevoerd en hoeft er minder enzym te worden gebruikt. Momenteel wordt Taq-polymerase op grote schaal vervaardigd en geproduceerd en is het beschikbaar voor commerciële verkoop.

Restrictie-enzymen

Restrictie-enzymen zijn een specifieke klasse van enzymen, geïsoleerd uit verschillende bacteriën en archaea, waarin ze van nature groeien als bescherming tegen virale infectie. Deze enzymen hebben het vermogen om DNA op specifieke herkenningssequenties te knippen en hebben gediend als onschatbare hulpmiddelen bij DNA-modificatie en manipulatie. De enzymen hebben het vermogen om vreemd DNA te herkennen en op te delen. De bacteriën en archaea waaruit deze enzymen zijn geïsoleerd, hebben aangeboren mechanismen om hun eigen DNA-sequenties tegen deze enzymen te beschermen, zoals methylering. Door de isolatie van ongeveer 3000 restrictie-enzymen hebben moleculair biologen ze kunnen gebruiken in processen zoals klonen en de productie van recombinant DNA.

EcoRI-beperkingsenzym: Een voorbeeld van een specifiek restrictie-enzym, EcoRI, dat het vermogen vertoont om zich op specifieke sequenties in DNA te richten.

DNA-ligase

Een ander enzym dat werd geïsoleerd uit T. aquaticus en dat onmiskenbaar belangrijk is geweest op het gebied van moleculaire biologie, is DNA-ligase. DNA-ligase speelt een sleutelrol in moleculair-biologische processen vanwege het vermogen om DNA-fragmenten in plasmiden in te voegen. Het proces van DNA-ligatie wordt gedefinieerd als het vermogen van DNA-ligase om fragmenten van DNA covalent aan elkaar te koppelen of te ligeren. Specifiek in de moleculaire biologie kan tijdens het ontwikkelingsproces van recombinant DNA DNA-ligase worden gebruikt om een ​​fragment van DNA in een plasmidevector te ligeren. Het meest gebruikte DNA-ligase is afgeleid van de T4-bacteriofaag en wordt T4-DNA-ligase genoemd.

Voorbeeld van een DNA-ligatie: Schema van een DNA-ligatie.


17.1: Industriële microbiologie - biologie

Microbiologie en industrie

Industriële microbiologie en de voedingsindustrie:

  • Gist wordt gebruikt om brood, gebak, alcohol, yoghurt en andere voedingsmiddelen en dranken te maken.
  • De gist van vandaag is speciaal ontworpen om te werken in grootschalige industriële toepassingen.
  • Gespecialiseerde bacteriën en schimmels worden gebruikt om verschillende soorten kazen te maken.
  • Biofertilizers omvatten bacteriën zoals Rhizobia die stikstof fixeren.
  • Voedseladditieven verhogen de voedingswaarde, vertragen bederf, veranderen de consistentie en verbeteren de smaak. Dit kunnen natuurlijke verbindingen zijn zoals guargom en xanthaangom of smaakversterkers en vitamines.

Industriële microbiologie en geneeskunde:

  • Biosensoren zijn monitoren die worden gebruikt bij de detectie van specifieke doelen in de omgeving, het menselijk lichaam of andere organismen.
  • De productie van antibiotica is een capaciteit die veel microben van nature hebben.
  • Microben zijn ontwikkeld als medicijnafgiftesysteem.
  • Melkzuurbacteriën (LAB) zijn gebruikt om vaccins en andere bioactieve materialen te maken en af ​​te leveren.
  • Er zijn microben ontwikkeld die olie afbreken zodat ze er gemakkelijker uit kunnen worden gehaald.
  • Microben zijn betrokken bij de productie van papier.

Industriële microbiologie en economie:

  • In de cosmetische industrie wordt het botulismetoxine gebruikt dat is afgeleid van Clostridium botulinum.
  • Er zijn biopesticiden ontwikkeld voor de bestrijding van insecten, nematoden en andere pathogenen die planten aantasten.
  • Synthetische brandstoffen zoals ethanol, methaan, waterstof en koolwaterstoffen worden geproduceerd door microben.
  • Gasohol, een 9:1 mengsel van benzine en ethanol, is een populair brandstofalternatief. De ethanol wordt geproduceerd als een bijproduct van gistfermentatie.
  • Microben zijn gebruikt in de mijnbouw. Een voorbeeld hiervan is dat het terugwinnen van metalen wordt vergemakkelijkt door bacteriën door het te helpen oplossen, waardoor het gemakkelijker kan worden geëxtraheerd.
  • Micro-organismen zijn gebruikt om het milieu op te ruimen in een proces dat bioremediatie wordt genoemd. Bij bioremediatie wordt een microbe geïntroduceerd in een omgeving waar zijn natuurlijke metabolisme resulteert in de ontgifting of afbraak van gevaarlijke chemicaliën of verontreinigende stoffen.
  • Rhizobia zijn bacteriën die stikstof binden en beschikbaar maken voor plantenvoeding en groei. Ze vormen knobbeltjes op de wortels van peulvruchten.
  • Azolla is een drijvende waterplant die in samenwerking met cyanobacteriën stikstof vastlegt. Het fungeert als een hernieuwbare biofertilizer.
  • Azotobacter zijn stikstofbindende bacteriën die geen knobbeltjes vormen op plantenwortels of associëren met peulvruchten. Ze leven vrij en kunnen naast het fixeren van stikstof antibiotica en heilzame groeistoffen produceren.
  • Azospirillum fixeert stikstof in plantenwortels. Ze produceren nuttige verbindingen voor plantengroei en kunnen zowel in wetland als in de bodem overleven.
  • Mycorrhiza zijn schimmels die symbiotische relaties aangaan met plantenwortels. Vesiculaire arbusculaire mycorrhiza (VAM) is het belangrijkste lid van deze groep. VAM-kolonies nemen nutriënten en water op dat beschikbaar is voor de plant en fungeren als wortelverlenging.
  • Probiotica zijn levende microben die een gunstig effect kunnen hebben op een gastheer die ze eet.
  • Biofertilizers zijn levende microben die de voedingswaarde van de bodem verrijken.
  • Biopesticiden zijn microben die worden gebruikt om plagen, waaronder insecten, nematoden of andere organismen, te bestrijden.
  • Levensmiddelenadditieven zijn stoffen die worden gebruikt om de voedingswaarde te verhogen, de smakelijkheid van een levensmiddel te stabiliseren of te vergroten.

De vele rollen van micro-organismen in het leven van mensen en hun omgeving worden beschreven. Microben zijn zo belangrijk dat ze bij vrijwel elke onderneming een rol spelen. Ze zijn betrokken bij overstromings- en energieproductie, medicijnen, cosmetica en zelfs het opruimen van het milieu.

Het gebruik en de juiste toepassing van microben helpt mensen om een ​​beter leven te leiden, zowel biologisch als economisch.

  • Beschrijving van de economische impact van biotechnologie en micro-organismen.
  • Demonstreer hoe micro-organismen worden gebruikt in de geneeskunde en de voedingsindustrie.
  • Beschrijf de methode van micro-organismen bij de productie van hernieuwbare energie.
  • Er worden voorbeelden gegeven van micro-organismen bij bioremediatie en het opruimen van vervuiling.
  • Definitiedia's introduceren termen wanneer ze nodig zijn.
  • Voorbeelden die overal worden gegeven om te illustreren hoe de concepten van toepassing zijn.
  • Aan het einde van de tutorial wordt een beknopte samenvatting gegeven.

Microben zijn kritische elementen in het milieu om vervuilde gebieden te helpen opruimen.
Micro-organismen spelen een rol in praktisch elk aspect van het menselijk leven en industrieën, waaronder: geneeskunde, productie, mijnbouw, voedselproductie en andere.
Micro-organismen hebben een aanzienlijke economische impact als functie van hun toepassing in de industrie.

Bekijk alle 24 lessen in anatomie en fysiologie, inclusief concepthandleidingen, probleemoefeningen en spiekbriefjes: Leer jezelf microbiologie visueel in 24 uur


Welk opleidingsniveau heb ik nodig?

Deze infographic toont microbiologische banen naar minimaal opleidingsniveau (van High School Diploma tot Postdoctoral Fellowship). Pictogrammen geven de focus van een bepaalde taak aan, van onderzoek tot bioveiligheid, zoals uitgelegd in "Wat doen microbiologen?" sectie.


Bekijk de video: COURS DE MICROBIOLOGIE PARTIE 6 BIOTECHNOLOGIE (December 2021).