BIOTECNOLOGIA MICROBIANA

LA BIOTECNOLOGIA Es la disciplina que se refiere al uso de los microorganismos vivos o de sus productos en procesos industriales a gran escala. LA BIOTECNOLOGIA MICROBIANA Es ese aspecto de la biotecnologa que se refiere a los procesos en los que intervienen microorganismos. La biotecnologia microbiana, a veces llamada microbiologa industrial es un antiguo campo que ha sido rejuvenecido en aos recientes debido a la adicin de tcnicas de ingeniera gentica.

MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL

Se origin con procesos de fermentacin alcohlica tales como los de la fabricacin del vino y de la cerveza. Posteriormente, se desarrollaron procesos microbianos para la produccin de: Compuestos farmacuticos (como los antibiticos) Aditivos alimentarios (como aminocidos) Enzimas Compuestos qumicos tales como el butanol y el cido ctrico. Todos los procesos industriales descritos fueron la expansin de los que los microbios ya eran capaces de llevar a cabo.

BIOTECNOLOGIA GENETICA

Permite un mtodo completamente nuevo para la biotecnologa microbiana en el cual se somete el microorganismo a un proceso de ingeniera para que produzca una sustancia, que normalmente sera incapaz de producir. Ej: se ha desarrollado un proceso para la fabricacin de la hormona insulina, por insercin del gen humano de la insulina dentro de una bacteria.

FASES DE LA BIOTECNOLOGIA MICROBIANALa biotecnologa microbiana la podemos dividir en dos fases distintas: 1. TECNOLOGIA MICROBIANA TRADICIONAL 2.TECNOLOGIA MICROBIANA CON ORGANISMOS ALTERADOS MEDIANTE PROCESOS DE INGENIERIA.

Tecnologia Microbiana TradicionalQue implica la fabricacin a gran escala, por microorganismos, de productos que normalmente son capaces de fabricar. En esos procesos biotecnolgicos la tarea principal del microbilogo es modificar el organismo o el proceso para que se obtenga el rendimiento ms alto del producto que se desea. Fabricacin casera de cerveza. Fabricacin de cerveza en una planta industrial

Saccharomyces

Tecnologia Microbiana TradicionalFabricacin casera de cerveza

1. Hervir la infusin de malta para fabricar cerveza 2. Fermentacin. 3. Embotellar y taponar 4. Cervezas tpicas rubia y negra.

Tecnologia Microbiana TradicionalFabricacin de cerveza en una planta industrial1. La caldera de cobre es donde se mezla cerveza que est fermentando con el lpulo y luego se coce. 2. Desde la caldera se pasa el lquido a grandes tanques de fermentacin en donde la levadura fermenta la glucosa dando Etanol + CO2. 3. El lquido fermentado se almacena luego durante varias semanas a bajas temperaturas en tanques donde se sedimenta la materia particulada, incluidas las clulas de levadura. 4. La cerveza se filtra y luego se deposita en tanques de almacenamiento a partir de los cuales se envasa en pequeos barriles, en botellas o en latas.

Tecnologia Microbiana Con Organismos Alterados Mediante Procesos De Ingenieria

La cual comprende el uso de microorganismos en los cuales se ha insertado genes extraos. En esta nueva tecnologa, el microbilogo industrial trabaja estrechamente asociado con el ingeniero gentico en el desarrollo de un organismo adecuado, para no solamente producir un producto nuevo, de inters, sino que puede ser cultivado en la gran escala necesaria para su explotacin comercial. Bioluminiscencia de colonias de cuatro cepas de Escherichia coli, cada una de las cuales contienen clonados genes de luciferasa de diferentes especies de escarabajo. Cada luciferasa emite luz de un color diferente.

MICROORGANISMOS Y PRODUCTOS INDUSTRIALESNo todos los microorganismos tienen un uso industrial. Los microorganismos aislados de la naturaleza muestran el crecimiento celular como su principal propiedad fisiolgica.

Microorganismos en las superficies de las races:Bacterias y hongos

Los microorganismos industriales son organismos que se han seleccionado cuidadosamente para que se produzca uno o ms productos especficos. Un microorganismo industrial, aislado mediante las tcnicas tradicionales, se transforma en un organismo altamente modificado antes de ingresar a la industria.

MICROORGANISMOS INDUSTRIALESSon en un grado considerable, especialistas metablicos capaces de producir especficamente y con un alto rendimiento metabolitos particulares. Para obtener esta elevada especializacin metablica, las cepas industriales se alteran genticamente ya sea por mutacin o por recombinacin. Las vas metablicas menores se reprimen o eliminan. Es comn el desequilibrio metablico. Los microorganismos industriales pueden presentar propiedades pobres de desarrollo, prdida de la capacidad de esporulacin y propiedades celulares y bioqumicas alteradas. Aunque las cepas industriales se pueden desarrollar satisfactoriamente bajo las condiciones altamente especializadas del fermentador industrial, pueden presentar propiedades pobres de crecimiento en ambientes naturales competitivos.

ORIGEN DE LAS CEPAS INDUSTRIALES

La fuente ltima de todas las cepa de microorganismos industriales es el ambiente natural. A medida que los procesos microbianos a gran escala se han ido perfeccionando, un cierto nmero de cepas industriales se han ido depositando en las colecciones de cultivos. Adems de cultivos de microorganismos, muchas colecciones de cultivos tienen tambin colecciones de: Varios plsmidos Genes clonados Vectores para su uso en ingenieria gentica Lineas celulares animales para el cultivo de virus animales Hibridomas para producir anticuerpos monoclonales. Hay varias colecciones de cultivos que actan de depositarias y suministradoras de cultivos microbianos.

Colecciones De Cultivos Que Suministran Cultivos De Microorganismos IndustrialesABREVIATURA NOMBRE ATCC American Type Culture Collection Coleccin Americana de Cultivos Tipo CBS Centraalbureau voor Schimmelculturen Oficina Central de Cultivos de Hongos CCM Czechoslovak Collection of Microorganisms Departamento Checoslovaco de Agricultura CDDA Canadian Department of Agriculture Departamento Canadiense de Agricultura CMI Commonwealth Mycological Institute Instituto Micolgico de la Mancomunidad DSM Deutsche Sammlung von Mikroorganism und Zellkulturen Coleccin Alemana de Microorganismos LOCALIZACION Rockville, E.U.A. Baarn, Holanda J.E.Purkyne University Checoslovaquia Ottawa, Canad Kew, Reino Unido Braunsweig, Alemania

Colecciones De Cultivos Que Suministran Cultivos De Microorganismos IndustrialesABREVIATURA NOMBRE LOCALIZACION FAT Faculty of Agruculture, Tokyo University Tokyo, Japn Facultad de Agricultura, Universidad de Tokyo IAM Institute of Applied Microbiology Univesidad de Tokyo Instituto de Microbiologa Aplicada NCIB National Collectionj of Industria Bacteria Aberdeen, Escocia Coleccin Nacional de Bacterias Industriales NCTC National Collection of Type Cultures Londres, Reino Unido Coleccin Nacional de Cultivos Tipo NRRL Northern Regional Research Laboratory Peoria, IL, E.U.A, Laboratorio de Investigacin regional del Norte PCC Pasteur Culture Collection Pars, Francia Coleccin del Instituto Pasteur

MEJORAMIENTO DE CEPASLa fuente industrial de un microorganismo industrial es el ambiente natural, pero el aislamiento original se modifica en gran medida en el laboratorio. Como resultado de esta modificacin, es posible anticipar una mejora progresiva en el rendimiento de un producto. Ej: La penicilina, el antibitico producido por el hongo Penicillum chrysogenum. Cuando se produjo por primera vez la penicilina a gran escala, se obtuvieron rendimientos de 1 10 mg/ml. A lo largo de los aos, como resultado de la mejora de las cepas acoplada a cambios en el medio y en las condiciones de cultivo, el rendimiento de la Penicilina aument hasta 50 mg/ml o 50,000ug/ml. Este incremento de 50 veces de rendimiento se obtuvo por mutacin y seleccin, sin incluir manipulacin gentica. La introduccin de nuevas tcnicas genticas condujo posteriormente a incrementos en el rendimiento, aunque mucho ms modestos, incrementos del rendimiento.

PROPIEDADES DE UN MICROORGANISMO INDUSTRIAL

Un microorganismo adecuado al uso industrial debe producir la sustancia de inters, pero hay mucho ms de fondo. El organismo se debe poder obtener en cultivo puro, ser estable genticamente, y desarrollarse en cultivos a gran escala. Tambin debe ser posible mantener los cultivos del organismo durante un periodo largo tanto en el laboratorio como en la planta industrial. De preferencia el cultivo debe producir esporas o alguna otra forma reproductora de clulas, de modo que el organismo pueda ser inoculado fcilmente en grandes fermentadores.

CARACTERISTICAS

Una caracterstica importante es que el organismo industrial debe crecer rpidamente y fabricar el producto que se desea en un periodo relativamente corto. El crecimiento rpido y la formacin del producto a corto plazo son deseables por diversas razones: Un equipo de gran escala, costoso, no permanecer mucho tiempo ocupado; el producto se forma rpidamente. Si el organismo crece con rapidez, hay menos probabilidad de que se presente una contaminacin en el fermentador. Si el organismo crece con rapidez, ser ms fcil controlar los factores ambientales en el fermentador.

CARACTERISTICAS

Muchos procesos microbiolgicos industriales utilizan fuentes carbonadas de desecho de otras industrias, como principal ingrediente o como suplemento para los medios de cultivos a escala industrial. Algunas de estas fuentes son: El licor de maceracin de maz, un producto rico en nitrgeno y factores de crecimiento El suero, un producto lquido de desecho de la industria lechera, que contiene lactosa y sales minerales. Otros materiales de desecho industriales, que tienen elevado contenido de carbono orgnico, la utilizacin de estos materiales carbonados de desecho ayuda tambin a resolver los problemas de eliminacin de residuos, creados por la elevada demanda biolgica de oxgeno (BOD) de los residuos orgnicos de desecho.

REQUISITOS

Un requisito importante para un microorganismo industrial es que no debe ser peligroso para el ser humano o para animales y plantas de inters econmico. Debido al enorme tamao de la poblacin en el fermentador industrial, y a la imposibilidad prctica de evitar la contaminacin proveniente del ambiente externo del fermentador, un organismo patgeno podra presentar problemas potencialmente desastrosos. Adems de no ser patgeno, el organismo industrial debe estar libre de toxinas, o, si se producen, stas se deben poder inactivar con facilidad.

REQUISITOS

Se deben poder retirar las clulas microbianas del medio de cultivo con relativa facilidad. En el laboratorio, las clulas se separan del medio de cultivo, principalmente por centrifugacin, pero esta operacin puede ser difcil o costosa a gran escala.

Los organismos industriales ms favorables son los de clulas grandes de un cultivo ya que stas se asientan ms rpidamente o se pueden separar con ms facilidad utilizando medios de filtracin relativamente baratos.Se prefieren los hongos, levaduras y bacterias filamentosas. Las bacterias unicelulares, por su pequeo tamao, son difciles de separar de un cultivo fluido.

REQUISITOS

Un microorganismo industrial debe ser susceptible de manipulacin gentica. En la biotecnologa microbiana tradicional se han obtenidos incrementos en el rendimiento mediante cambios genticos, sobre todo por medio de mutacin y seleccin. La mutacin es ms efectiva para los microorganismos que viven vegetativamente en el estado haploide y para los microorganismos que forman clulas uninucleadas. Con los organismos diploides o nultinucleados, la mutacin de un genoma no producir mutantes fcilmente aislables. Con los hongos filamentosos, se debe preferir el tratamiento gentico de las esporas, ya que los filamentos por s mismos son incapaces de una manipulacin gentica fcil.

REQUISITOS

Tambin se prefiere que un microorganismo industrial sea capaz de recombinancin gentica tanto por tratamiento sexual como por alguna clase de proceso parasexual. La recombinacin gentica permite la incorporacin de un genoma nico de rasgos genticos de ms de un organismo. Una tcnica muy til es la creacin de hbridos, incluso sin un ciclo sexual, mediante fusin de protoplastos, seguida de regeneracin de clulas vegetativas y seleccin de la progenie hbrida. No obstante, muchas cepas industriales han sido muy mejorads genticamente sin recurrir a la recombinacin gentica.

CLASES DE PRODUCTOS INDUSTRIALES

Los productos microbianos de inters industrial pueden ser de varios tipos principales.1. LAS CLULAS MICROBIANAS 2. ENZIMAS 3. METABOLITOS MICROBIANOS

Las Clulas MicrobianasEstas mismas pueden ser el producto deseado. Es el caso de la levadura cultivada que puede servir como alimento y en panadera, y de los hongos comestibles cultivados. Se han desarrollado procesos para cultivar bacterias y algas como fuentes alimentarias, pero estos procesos no han llegado a ser significativos comercialmente.

Pastilla de levadura prensada. Levadura desecada activa. Levadura alimentaria en polvo.

Hongos cultivados brote de setas.

Las Clulas Microbianas

El trmino protena unicelular se utiliza algunas veces para referirse a clulas microbianas como productos industriales porque el contenido protenico de los microbios es alto y sta suele ser la caracterstica de mayor inters comercial.

Las Clulas Microbianas

Otro grupo de productos industriales en los cuales las clulas mismas son de inters son los que se utilizan por inoculacin. Ej: las bacterias del genro Rhizobium y Bradyrhizobium se inoculan en las semillas de leguminosas (Soja) a fin de estimular la formacin de ndulos radiculares fijadores de nitrgeno.

Ndulos radicales de la soja. Los ndulos se desarrollan por infeccin de Bradyrhizobium

Plantas de soja sin ndulos (izq), con nodulacin (derecha), creciendo en un suelo pobre en nitrgeno.

Las Clulas Microbianas

Los cultivos de bacterias lcticas que se venden como inculos para la fermentacin de lcteos y de embutidos.

Lactobacillus acidophylus

Productos lcteos

El yogur preparado contiene 109 bacterias por gramo.Las leches fermentadas tienen efectos beneficiosos en la salud, puede modificar la microbiota en la porcin inferior del intestino, mejorando la salud.

Enzimas

Son producidas por microorganismos y que pueden ser el producto que se desea. Varias enzimas importantes de uso comercial se producen en gran escala por procesos microbianos, incluyendo enzimas digestoras de almidn (amilasas), de protenas (proteasas, renina) y de grasa (lipasas). Una importante enzima a nivel industrial es la glucosa isomerasa que se usa en grandes cantidades para la produccin de fructuosa, un edulcorante a partir de glucosa. Otra importante enzima microbiana es la penicilina acilasa, utilizada industrialmente en la fabricacin de penicilinas semisintticas.

EnzimasLAVADO A FONDO

La fuente termal del parque Yelloswtone, contiene bacterias con enzimas resistentes al calor.

Hoy se emplean muchos detergentes para eliminar las manchas rebeldes.

Metabolitos Microbianos

Constituyen algunos de los productos industriales de mayor importancia. Estos metabolitos pueden ser productos de fermentacin relativamente muy importantes, Ej: El alcohol, el cido actico o el cido lctico Factores de crecimiento claves como los aminocidos, o las vitaminas. Agentes activos farmacolgicamente como los antibiticos, esteroides o los alcaloides. Los agentes farmacologicamente activos estn por lo general en la categora de metabolitos secundarios.

Metabolitos Microbianos

Los metabolitos secundarios son compuestos que no se producen durante la primera fase de crecimiento, sino cuando el cultivo entra en la fase estacionaria. Los metabolitos secundarios son algunos de los productos de mayor importancia y de inters industrial y es importante comprender su naturaleza para el desarrollo de nuevos procesos.

Productos De Microbiologa IndustrialLos productos pueden ser las propias clulas o productos fabricados por las clulas. En el caso de la bioconversin, las clulas se usan para convertir qumicamente una sustancia especfica, de una forma a otra.