wykłady - tematy - strona główna | warszawski … interdyscyplinarna dziedzina nauki i techniki,...
TRANSCRIPT
Wykłady - tematy
• Biotechnologia farmaceutyczna – definicja i znaczenie. Typy procesów biotechnologicznych, biokatalizatory. Fermentacja tlenowa - przykład najczęściej stosowanego procesu biotechnologicznego.
• Wybrane szczepy drobnoustrojów przemysłowych ; produkty ich przemian peryferyjnych o znaczeniu biologicznym. Hodowle komórek ssaków i komórek roślinnych. Porównanie systemów komórkowych.
• Pozyskiwanie i ulepszanie szczepów produkcyjnych ; mutageneza, fuzja protoplastów, inżynieria genetyczna.
• Wielkocząsteczkowe substancje aktywne, otrzymywane metodami biotechnologicznymi (przeciwciała monoklonalne, rekombinowane leki białkowe).
• Technologia bioprocesów – procesy up-stream; procesy okresowe, półciągłe i ciągłe - zalety i wady. Biokatalizatory, enzymy i komórki unieruchomione.
• Podłoża hodowlane - główne składniki, materiały pomocnicze, prekursory, promotory wzrostu, odpieniacze itp.
• Analityczne aspekty biotechnologii, kontrola bioprocesu.
• Procesy biotransformacji, zastosowanie w biotechnologii farmaceutycznej.
• Biotechnologia sterydów. Biotechnologia antybiotyków.
• Biotechnologia grzybów wyższych – stan obecny i perspektywy
• BIOTECHNOLOGIA, podstawy mikrobiologiczne i biochemiczne
Aleksander Chmiel,
PWN 1998
• BIOTECHNOLOGIA I CHEMIA ANTYBIOTYKÓW
Aleksander Chmiel,
PWN 1998
• BIOTECHNOLOGIA FARMACEUTYCZNA
Oliver Kayser, Rainer Muller,
PZWL 2003
• PODSTAWY BIOTECHNOLOGII FARMACEUTYCZNEJ
Oliver Kayser,
Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego 2006
Biotechnologia interdyscyplinarna dziedzina
nauki i techniki, zajmująca się zmianą materii
żywej poprzez wykorzystanie
organizmów żywych, ich części, bądź
pochodzących od nich produktów,
a także modeli procesów biologicznych
w celu tworzenia wiedzy, dóbr i usług
(MNiSW, 2006)
Biotechnologia interdyscyplinarna dziedzina
nauki i techniki, zajmująca się zmianą materii
żywej poprzez wykorzystanie
Czynniki biologiczne (biokatalizatory) – komórki lub
izolowane enzymy
Cel:
•nagromadzanie biomasy
•otrzymywanie odpowiedniego metabolitu
wytwarzanego przez komórki (biosynteza)
•przemiana chemiczna składniku pożywki –
substratu , ksenobiotyku (biotransformacja)
Zarys rozwoju biotechnologii
• Starożytność - 1886 (odkrycia Pasteura w dziedzinie fermentacji)
• 1886 - 1940 era rozwoju mikrobiologii technicznej, opracowanie produkcji etanolu, butanolu, metanolu, acetonu, kwasów organicznych
• 1940 -1960 „złota era” antybiotyków
• 1960 - 1975 opracowanie metod hodowli komórek organizmów wyższych w warunkach in vitro, wytwarzanie szczepionek, surowic, SCP, czystych aminokwasów, enzymów, polisacharydów.
• od końca lat 70-tych - rozwój inżynierii genetycznej
„Kolory” biotechnologii
• Czerwona biotechnologia – to biotechnologia, której
głównym obszarem zainteresowania jest służba zdrowia
• Biała biotechnologia - to biotechnologia zajmująca się
wykorzystaniem systemów biologicznych w przemyśle
• Zielona biotechnologia – agrobiotechnologia, zajmuje
się aspektami związanymi z rolnictwem, rozwiązaniami stosowanymi w celach spożywczych i niespożywczych
• Niebieska biotechnologia - zajmuje się szeroko
rozumianą problematyką biotechnologii wód
• Fioletowa biotechnologia – zajmuje się
zagadnieniami społecznymi, problemami prawnymi w tym legislacją, ochroną własności intelektualnej, jak również zagadnieniami filozoficznymi i etycznymi
Zakres zainteresowań naukowych Katedry Technologii Leków i Biotechnologii
Farmaceutycznej
• Poszukiwanie i biosynteza nowych immunomodulatorów
• Optymalizacja procesów biotechnologicznych
Optymalizacja procesów biotechnologicznych, np. biosyntezy immunosupresanta tacrolimus
• Biotechnologia grzybów wyższych
• izolacja z mycelium lub podłoża pohodowlanego substancji farmakologicznie czynnych biosyntezowanych przez komórki grzyba;
• uzyskanie biomasy o wysokiej zawartości substancji odżywczych, do wykorzystania jako żywności funkcjonalnej i do produkcji suplementów diety
• uzyskanie biomasy o wysokiej zawartości substancji biologicznie czynnych (głównie antyoksydantów), do wykorzystania w kosmetologii
• izolacja z hodowli wgłębnej enzymów (głównie oksydoreduktaz) biosyntezowanych przez grzyby, stosowanych następnie w procesach biotransformacji lub bioremediacji
Celem procesów biotechnologicznych może być
• nagromadzanie biomasy mikroorganizmów
(produkcja drożdży piekarniczych, winnych, gorzelnianych, browarniczych, paszowych, produkcja biomasy – białek drobnoustrojów, ang. Single Celi Protein SCP, wytwarzanie dużych ilości osadów organicznych przy oczyszczaniu ścieków itp.)
• otrzymywanie odpowiedniego metabolitu wytwarzanego przez namnażane drobnoustroje, komórki lub tkanki
(produkcja kwasów organicznych, enzymów, przeciwciał, alkoholi, gazów, m.in. metanu i wodoru, antybiotyków, toksyn jako wzorców do celów analitycznych, specyficznych węglowodanów o dużej lepkości)
• przemiana składników pożywki- substratu,
wykorzystanie endogennej respiracji biomasy, utlenianie, redukcja lub destrukcja, eliminacja składników' szkodliwych biologicznie w wyniku biokonwersji lub kometabolizmu
Rodzaje bioprocesów przemysłowych
Rodzaj procesu
Czynniki katalityczne
Przykłady
Biosynteza drobnoustroje biosynteza aminokwasów, antybiotyków, polisacharydów, produkcja preparatów paszowych
komórki zwierzęce
otrzymywanie szczepionek wirusowych, przeciwciał monoklonalnych
komórki roślinne biosynteza szikoniny, kwasu rozmarynowego
enzymy
biosynteza dekstranu, glutationu, tryptofanu
Rodzaj procesu Czynniki katalityczne
Przykłady
Biotransformacja
drobnoustroje biotransformacje steroidów,
otrzymywanie kwasu octowego,
L-sorbozy, kwasu glukonowego
enzymy
biotransformacje steroidów konwersja glukozy do fruktozy,
kwasu fumarowego do jabłkowego
oraz do L-asparaginowego
Biohydroliza enzymy ścinanie mleka,
wytwarzanie soków owocowych,
hydroliza rafinozy, laktozy, skrobi, dekstranu
hydroliza penicyliny do kwasu
6-aminopenicylanowego,
hydroliza acetylo-L-aminokwasów
Rodzaj procesu Czynniki katalityczne
Przykłady
Fermentacja
(w sensie dosłownym)
drobnoustroje produkcja etanolu,
kwasu mlekowego, masłowego, butanolu
Bioługowanie
drobnoustroje
procesy ługowania minerałów,
głównie uranu i miedzi
Biodegradacja
(utylizacja)
drobnoustroje oczyszczanie ścieków, produkcja biogazu z odpadów i ścieków, produkcja biomasy paszowej ze ścieków
Procesy „upstream” i „downstream” jako części bioprocesu
• Upstream - część bioprocesu w której w bioreaktorach hodowane są mikroorganizmy /komórki (np. linie komórek bakterii, ssaków, hybrydy).
Upstream processing składa się ze wszystkich etapów związanych z: o uzyskaniem i optymalizacją szczepu produkcyjnego, o uzyskaniem inokulum (zaszczepu), o opracowaniem (optymalizacją) składu podłoża, o optymalizacją kinetyki wzrostu, warunków hodowli i
aparatury o przeprowadzeniem hodowli Po zakończeniu hodowli rozpoczyna się etap downstream bioprocesu.
Część bioprocesu określana jako downstream polega na izolacji i oczyszczaniu produktu
Często spotykane etapy procesów downstream to:
•Separacja biomasy i podłoża
•Rozbicie komórek
•Zagęszczenie podłoża
•Wstępne oczyszczenie produktu
•Odwodnienie produktu
•Doczyszczenie produktu do 98 - 100% czystości
•Uzyskanie finalnej postaci produktu
Najbardziej typowym przykładem (najczęściej stosowanym) procesu biotechnologicznego jest proces fermentacji tlenowej, za pomocą którego uzyskuje się biomasę drobnoustrojów lub ich metabolity zawarte wewnątrz komórek lub wydzielane przez nie do środowiska
Realizacja wymienionego procesu obejmuje następujące operacje podstawowe:
•przygotowanie fermentora •przygotowanie i kontrolę osprzętu fermentora
•przygotowanie pożywki lub podłoża, zaszczepu (inokulum), odpieniaczy
• sterylizację fermentora, pożywki, powietrza i pomieszczeń
• zaszczepienie (inokulacja)
• fermentację i kontrolę parametrów procesu, jak:
napowietrzanie, mieszanie, ogrzewanie lub chłodzenie,
odpienianie, poziom pH itp.
• okresowe pobieranie próbek i ich kontrolę,
• opróżnianie zawartości fermentora
• wydzielanie, oczyszczanie i otrzymywanie gotowego produktu
• unieszkodliwianie produktów ubocznych lub odpadowych powstających w wyniku procesu.
procesy upstream
procesy downstream