MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL: EMPLEO DE MICROORGANISMOS COMO UNIDADES DE PRODUCCI

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MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL EMPLEO DE
MICROORGANISMOS COMO UNIDADES DE PRODUCCIÓN, DE
CONTROL O DE DIAGNOSTICO

• VENTAJAS DE LOS MICROORGANISMOS COMO UNIDADES DE
  PRODUCCIÓN
• Rapido crecimiento debido a la favorable relación
  área/ volumen
• Diversidad metabólica
• Estabilidad genetica
• Crecimiento en gran escala y separacion facil de
  productos y sustratos
• Adaptabilidad a distintos ambientes y
  condiciones de crecimiento (sustratos sólidos,
  líquidos, frascos, fermentadores)
• 
  
  Incrementar la productividad
• Facilidad de manipulación genética
• 
  Modificar los productos finales
• Habilidad para sintetizar
  enantiómeros específicos.
• Tecnologias limpias

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Los microorganismos pueden emplearse como

• Productores de metabolitos primarios y
  secundarios
• Productores de biomasa y sus constituyentes
  (Proteínas y aminoacidos, Vitaminas,
  Acidos Nucleicos, Polímeros de H de C y esteres,
  Biomasa)
• Huespedes para la expresion de genes homologos y
  heterologos
• Unidades de Biotransformacion

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METABOLITOS PRIMARIOS

• 1- Componentes esenciales y productos formados
  por los microorganismos proteinas, acidos
  nucleicos, polisacaridos (dextranos, alginatos,
  gelanos, xantanos) y poliesteres (PHB y
  plasticos), acidos grasos (saturados e
  insaturados), esteroles (ergosterol)
• 2- Derivados del metabolismo intermedio azucares
  (fructosa, ribosa, sorbosa), ácidos organicos
  (gluconico, ácido láctico, cítrico, acetico,
  propionico, succinico, fumarico), alcoholes
  (xilitol, etanol, glicerol, sorbitol, butanol),
  aminoacidos (Lys, Thr, Glu, Trp, Phe), vitaminas
  (carotenos, B2, B12), nucleotidos saborizantes
  (acidos inocinico y guanilico), polisacaridos y
  poliesteres de reserva.
• Microorganismos productores bacterias, levaduras
  y hongos.

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Etanol

• Producido por
• 1- Levaduras
• Saccharomyces (a partir de hexosas)
• Kluyveromyces fragilis (a partir de lactosa)
• Cándida o Pichia (a partir de pentosas)
• 2- Bacterias-
• Clostridium (a partir de celulosa)
  (termófilos, anaerobios)
• Zymomonas
• 3- Recombinantes-
• E.coli recombinante Introducción de los genes
  Alcohol deshidrogenasa y piruvato decarboxilasa
  de Zymomonas.

Pir acetaldehido etanol
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Aminoácidos

• Principales productores
• Bacterias de los géneros Corynebacterium y
  Brevibacterium
• Mutantes auxotrofas y regulatorias
• Mutantes alteradas en la secrecion
• Cepas recombinantes
• Principales productos
• Acido glutámico 600,000 Toneladas/ año
• US 915 milliones
• Lisina US 500 milliones
• Fenilalanina US 200 millones
• Aspartato US 43 milliones

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Vitaminas

• Vitamina B12-
• Microorganismos productores Bacterias de los
  generos Propionibacterium shermani y
  Pseudomonas denitrificans.
• Producción 150 mg/ L.
• Biotina-
• Microorganismo productor cepas modificadas
  (mutantes) de Serratia marcescens.Producción
  150-600 mg/ L.
• Vitamina B2 (Riboflavina)-
• Microorganismos productores -hongos
  (Eremothecium ashby y Ashbya gossypii)
• Candida sp
• Bacillus subtilis recombinante
  
  Producción 20 -30 g/ L

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PRODUCCION DE METABOLITOS SECUNDARIOS

• Los metabolitos secundarios funcionan en los
  organismos que los producen como
• Reguladores del crecimiento
• Ionoforos
• Defensa frente a otros microorganismos
  (antibióticos, toxinas, pesticidas)
• Agentes de simbiosis
• Efectores de diferenciación
• Respuesta a Stress

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ANTIBIOTICOS

• Desde 1940 se han introducido una gran variedad
  de moléculas con actividad antibiótico para su
  uso en medicina y agricultura.
• En el mercado hay 160 antibióticos en uso por un
  valor de 23,000 millones de US.
• Se han descripto 6,000 antibióticos de los cuales
  4,000 se han aislado de Actinomycetes, y se
  describen alrededor de 500 antibióticos nuevos
  por año. Una sola cepa de Streptomyces
  hygroscopicus produce aproximadamente 200
  antibióticos.
• Muchos nuevos antibioticos se obtienen por
  semi-sintesis, es decir, por modificacion de
  antibioticos existentes

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• INHIBIDORES ENZIMATICOS
• Ej. Estatinas y acido zaragozico
• Inhibidores competitivos de la HMGCo A reductasa
  y escualeno ciclasa, por lo cual se emplean como
  anti- colesterolemicos.
• Microorganismo productor Aspergillus terreus
  (hongos)
• Ej. Acido clavulanico (inhibe penicilasas)
• Ej. Acarbosa Inhibidor de la glucosidasa
  intestinal. Disminuye la hiperglucemia y también
  la síntesis de triglicérido en los tejidos
  adiposos, el hígado y las paredes intestinales de
  individuos obesos, diabéticos o con trastornos de
  la lipemia.
• Microorganismo productor Actinoplanes
  (actinomycetes)

• BIOPESTICIDAS
• Se aislaron en un principio como agentes
  antibióticos y luego, en las sucesivas
  investigaciones, surgieron nuevos usos o usos mas
  específicos.
• Fungicidas kasugamycin, polyoxins, anfotericina
• Insecticidas toxina de Bacillus thuringiensis
• Herbicidas bialaphos
• antihelminticos avermectinas
• Reguladores del crecimiento de plantas
  giberellinas
• Inmunosupresores ciclosporinas
• Agentes antitumorales mitomycin, bleomycin
• Antivirales inhibidores de la transcriptasa
  reversa y de la proteasa de HIV (ritonavir,
  nevirapine, etc)

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EMPLEO DE LOS MICROORGANISMOS COMO VECTORES DE
GENES HETEROLOGOS

• Los principales huespedes que se emplean para la
  produccion de proteinas recombinantes son E.
  coli, B. subtilis, S. cerevisiae, Pichia
  pastoris, Hansenula polimorpha y Aspergillus
  niger.
• Quimosina recombinante (Clonado del gen de la
  quimosina bovina en una levadura). Se emplea para
  la coagulacion de la caseina, en la obtencion de
  quesos.
• Insulina humana (en E.coli)
• Hormona de crecimiento humana (en E.coli y
  levaduras)
• Vacuna Hepatitis (en levaduras )
• Farmacos (interferon 2 alfa)

EMPLEO DE PLANTAS TRANSGENICAS CON GENES
BACTERIANOS CLONADOS (bt)

• MAIZ Y ALGODON BT

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Uso de Microorganismos en biotransformaciones Reac
ciones Quimicas realizadas por microorganismos
Oxidaciones Hidroxilacion introduccion de
grupos HO con regio y estereo especificidad. Ej
obtencion de esteroides Produccion de 11OH
derivados y eliminacion de cadena lateral
(cortisol, prednisolona, testosterona, etc)
Epoxidaciones Desaturaciones Rupturas
oxidativa de anillos Reducciones Reacciones
hidroliticas Condensaciones
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(No Transcript)
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Resolution of b-amino acid esters using P.
cepacia lipase.
Resolution of pipecolic acid by oxidation with
D-amino acid oxidase and recycling of the achiral
oxidation product.
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Overexpression in E.coli
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Ingenieria metabolica ruta artificial para la
obtencion de hidrocortisona en levaduras

• Artificial pathway for the biosynthesis of the
  hydrocortisone as rebuilt in yeast
• The enzymes in red come from human, bovine and
  plant organisms and their genes were engineered
  before introduction in yeast cells.
• Those in blue are original yeast enzymes whose
  genes were modified to change their expression
  levels.
• The green pathway is the main pathway for
  hydrocortisone production, the red one
  corresponds to controlled side reactions and the
  yellow one to secondary biosynthesis pathway
  coexisting with the major green one.

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PRINCIPALES ETAPAS DE UN PROCESO DE PRODUCCION

• Búsqueda y selección de microorganismos
  (Screening)
• Organismos mesofilos
• Organismos extremofilos
• SI BIEN LOS MICROORGANISMOS SON BUENOS
  PORDUCTORES DE UNA GRAN VARIEDAD DE COMPUESTOS,
  LOS PRODUCEN EN BAJA CANTIDAD, POR LO QUE SE
  REQUIERE
• Aumentar los rendimientos mediante
• Obtención de mutantes (tecnicas de mutagénesis,
  recombinación genética, fusión de protoplastos)
• Empleo de tecnología de DNA recombinante (para
  aumento del dosaje genético de enzimas claves,
  utilización de nuevos sustratos, etc).
• Diseño y selección de medios de cultivo que
  maximicen la produccion, disminuyan los costos o
  faciliten la recuperacion de productos.
• Diseño y selección de las condiciones y sistemas
  de cultivo mas convenientes

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PRINCIPALES PRODUCTOS
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)