Resumen para quiz microbiología aplicada

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Resumen del quiz 2
Microbios para la producción de productos químicos (commodity chemicals)
Biomasa: pueden ser desechos de productos agrícolas que pueden ser usados para su
conversión de biomasa en commodity chemicals usando intervención microbiana. Pueden
dar alternativas al petróleo.
Intermedios en la producción.
Producción comercial de etanol
El etanol se produce a través de un proceso de fermentación alcohólica y puede ser usado
como energía renovable.
Se usan fuentes de carbono fermentable para obtener bioetanol. Aquí se usarían sustratos
como maíz, almidones y otras azúcares fermentables.
Ayudaría a reducir las emisiones de petróleo
Los microorganismos que se pueden usar para la producción de etanol son:
- Levaduras: saccharomyces
- Fungi: hongos, mucor, mucco
- Bacterias: zymomonas mobilis y clostridium
Proceso de producción:
Los desechos son molidos, luego son cocidos para realizar una esterilización parcial y
ruptura enzimática, luego viene la parte de la fermentación, finalmente tenemos la
destilación.
La destilación es de dos tipos: deshidratación para el etanol y no fermentables para
gránulos secos.
Producción industrial de la acrilamida:
La acrilamida es un floculante y espesante.
Es un compuesto cancerígeno, se usa como floculante por ejemplo en el papel. O para
geles de proteínas de alta pureza.
Se obtiene del acrilonitrilo o también de la nitrilo hidratasa que es producida por algunos
microorganismos como Rhodococcus, Pseudomonas.
Producción industrial del ácido cítrico
El ciclo del ácido cítrico o el ciclo de krebs
Común en la mayoría de bebidas (mantener acidificado el alimento y elevar su pH)
Sirve como acidificante, se encuentra en los cítricos como las naranjas y los limones. Se
usa en fármacos y detergentes.
También puede ser producido por (bacterias, levaduras y hongos filamentosos
principalmente)
¿Cómo se puede obtener por hongos? La producción por hongos es la más utilizada.
Penicillium graucum: soluciones azucaradas
Aspergillus niger: se usa para la producción industrial. Fermentación de 3 tipos: superficie,
sumergida y de sustrato sólido o Koji.
Tipos de fermentación:
1) Superficie: de manera artesanal a partir de melaza (sustrato líquido) + nitrógeno
(sales o urea) + fósforo (sales).
En algunos casos es necesario realizar la digestión con ácido sulfúrico.
Se realiza en la superficie
2) Sumergida: Intentar que el crecimiento del hongo se vaya al fondo (agitación) y se
sintetice el micelio. Usa de sustrato la melaza y es el más utilizado industrialmente.
3) Koji: o de sustrato sólido. Tiene humedad en la parte superior. Usa restos agrícolas
(carbohidratos y desechos como cáscaras de piña, café, arroz). Se controla el pH y
crece.
Se coloca el sustrato en bandejas junto al inóculo.
En plantas: se usan fermentadores de tipo tambor que son giratorias.
Los tambores: son tanques con hongos y materia orgánica. Tienen un sistemas de
aire (oxígeno), agitación (tambor giratorio), controla el pH y tiene recovery.
Fuente de Calcio, Fósforo y nitrógeno.
El ácido nítrico se recupera con: precipitación usando químicos, adsorción manualmente y
extracción con compuestos químicos.
Penicilina como producto químico:
Es un antibiótico que se puede modificar para atacar la resistencia que genera.
Modificarlo para hacer otros tipos de fármacos.
La penicilina viene de un hongo.
Se pueden añadir sustratos para que aumente la penicilina.
La ampicilina es un tipo de penicilina semisintética que significa que tiene un parte que es
sintetizada por un microorganismo y otra que se desarrolla en el laboratorio.
6-amino-penicilánico, sustituyentes químicos para bacterias sensibles, se separa el anillo
amino 6 lactámico y nos queda el 6-amino-penicilánico.
Las cepas que se usan son: penicillium chrysogenum
Los sustratos suelen ser melazas y licor de maíz.
Hay 2 tipos de penicilina.
1) V: fenoxiacético y se usa por vía oral
2) G: genilacético o fenilacético y se usa como inyectable.
Compuestos químicos con aplicación directa:
Someter a purificación.
¿Por qué los microorganismos pueden ser atractivos para la industria?
- La cantidad de biomasa
- Fácil reproducción
- Propiedades: físicas o químicas
Ofrecen un rango de moléculas usando bajos niveles de energía comparado con otros
procesos.
Proveen novedosas vías de biosíntesis para productos ya conocidos y productos totalmente
nuevos.
Productos que pueden ser:
- Nocivos: toxinas de bacterias u hongos
- Buenos: beneficiosos
Poseen diversidad metabólica
Los humanos no fermentamos.
Microbios y químicos puros. Fine chemicals
Son sustancias puras producidas en pequeña o mediana cantidad u tiene valor de mayor de
10/kg
Son sintetizados vía multi-step batch química o biotecnológica proces.
Suelen ser metabolitos secundarios
Tener en cuenta varios procesos:
- Aislamiento: Categorización, estandarización, escalonamiento
- Reactores: Producción y propagación
Sistemas de control: análisis de puntos críticos de control. HASAM desarrollado por la nasa
y a partir de ahí se sustenta todo el sistema de control
Tipos:
- nutricion animal
- Farmaceutico
- Cosméticos
- Alimentos
- pigmentos y tintes
- Polímeros
- Agroquímica
Antimicrobianos:
Hongos que producen antibióticos como la penicilina
Clases de antibioticos: productores.
- Actinomicelos: producen la mayoria de penicilina y son los incosamidas y
fastomicina como los estreptomices
- Otras bacterias: como mypirocin, monobactams, lactobacilus
- Fungal: Penicilina y fusidic acid (penicillium, cefalosporeum)
- Synthetic (azoles y syfonamides)
Desarrollo de resistencia antimicrobiana (AMR)
Mecanismo de adaptación de una bacteria a un antimicrobiana, con la finalidad de
sobrevivir.
Bacteria que se usa mucho: psedomonas aeroginas: resistencia a la ampicilina
y por mecanismos:
- Transducción: usando bacteriófagos
- Transformación: del ambiente (toma un plasmido)
- Conjugación: se pasan un plásmido entre las bacterias.
Razones:
Sobre-prescripción
Tratamientos incompletos
Sobre uso
Pobre control de la salud
Tomar cuando no es necesario
Limitado descubrimiento de nuevos antimicrobianos
Pobre higiene y sanitización
Desafío: Intentar descubrir nuevas moléculas efectivas y que no se desarrolle pronta
resistencia.
Antibióticos:
Beta lactámicos: penicilinas y cefalosporinas
Incremento de resistencia: nuevas moléculas
Dos porciones: anillo beta lactámico (antimicrobiano), ácido 6-amino-penincilanico, depende
del radical
Streptomyces lavendulae: formación de nuevas moléculas, diferente espectro (actuan frente
a gram positiva y negativa)
Cefalosporina: Sintetizada por hongos (acremonium, mismo proceso que con penicilina)
Base antimicrobiana: 7-amino cefalosporanico
Ceasilaza que me permite separar.
Micrococcus luteus: bacteria ambiental. Espectro amplio de acción (igual aparecen más
genes de resistencia) por eso hay más generaciones
La mayoría de antibioticos vienen de actinobacterias, 80% de estreptomices del suelo
Resistencia: enzima betalactocidasa rompe el anillo y acaba con la actividad del antibiotico
Antibióticos descubiertos del Fungi
Hongos:
- penicillium
- acremonium
Tienen relación porque sintetizan B-lactámicos (tienen tiazolidina, es decir que tienen
azufre)
Cefalosporinas: son producidas por acremonium spp, se aislaron por primera vez de las
alcantarillas y era efectivo para matar Salmonella entérica Typhi.
Penicilina y cefalosporina: B lactámicos
En la industria: tenemos el cultivo y se debe escalar de a pocos hasta llevar a los reactores
y bioreactores.
Mas tiempo de fermentación significa tener más penicilina y más biomasa mientras
disminuye el carbono y el nitrógeno.
- Problema: Resistencia a antibióticos
- Solución: Modificar las existentes
Se intenta obtener la fracción activa para poder modificarla usando enzimas ( separar
radicales de anillos) como la streptomyces lavendulae (que realizan la deacetilación)
Al añadir otro constituyente a la fracción activa obtenemos penicilina semi-sintética.
La fracción activa es la 6-APAEstas penicilinas semi-sintéticas se usan contra bacterias resistentes.
- Amplio espectro: para gram positiva y negativa
- Narrow espectro: para gram positiva
Cefalosporina C acylose: B-lactámico con fracción activa 7-ACA
Para realizar semi-sintéticas. Se han modificado y se obtienen semi-sintéticas de 1,2,3, y
4ta generación.
Actinobacterias en antibióticos:
Estreptomices del suelo, 45% se produce por actinobacterias.
- B lactamasa: es una enzima producida por microorganismos resistentes a los
antibióticos (B-lactámico)
Ácido clavulánico, estreptomices clavuligerus, es un inhibidor de B lactamasas.
Lantibióticos:
Péptidos antibióticos, constituidos por un anillo (lanthionina)
Tipo de amino: dehidrofanina
Pueden ser sintetizados por diferentes tipos de bacterias.
Ácido 2 aminoisobutílico
Cadenas de aminoacidos- repliegues
Lisina fermentados: bacteriosinas- lacteos
¿Cómo se sabe si es resistente al antibiótico?
Técnica de dilución: Diluir el antibiótico, en pocillos con concentraciones decrecientes se
inocula un volumen de 10 microlitros y se incuba. Existe concentración, un punto de corte
de concentración mínima (en la cual se inhibe el crecimiento)- valor cuantitativo medio
líquido.
Fármacos de hipercor…
Sialina: inhibe la hidroximetil, reduce la formación de colesterol (bloquean la actividad y no
se sintetiza)
Oligosacáridos: moléculas pequeñas de azúcar. Diabetes mellizos tipo II (acarbosa -
actinobacteria) (baciolamina-actinobacteria hidroscopicus)
Inmunosupresor: Transplantes (impide el rechazo), bloque actividad de linfocitos B y T.
Cefalosporina (hongo tolypociadium)
Antitumoral: Bloquea la replicación celular.
Actinobacterias: streptomyces, crece rápido y es facil de aislar, son del suelo.
Streptozotocinas: bloquea reproducción de células B pancreáticas.
Para el Alzheimer: Evita el deterioro cerebral, streptomices griseoto.
Endopithyc: taxo + hongo: primer hongo, microorganismos
Microbios y síntesis de vitaminas.
Vitamina K: sintetizada por el cuerpo. Aun no hay forma de producir industrialmente
- K1: plantas, filo…
- K2: bacterias
Vitamina E: tocopherol (a apartir de las plantas), no resulta beneficioso por su tasa de
rendimiento. Alternativas: micro fotosintéticos, cianobacterias y microalgas.
PC6803: Obtener vitamina e a nivel industrial
Vitamina A: pigmentos, cloroplastos y cromoplastos, efecto oxidante / microorganismos que
se utiliza son las microalgas en forma de glóbulos en su interior. Betacarotenos
Pigmentos: dulanicila salina y blajestea tripsina
Vitamina B2: adenina y flaminia (cofactores enzima)
Sintetizada bio-químicamente, química, y en plantas de producción.
Hongo Ashbya Gossypi: tiempo de crecimiento alto.
Bacillus subtilis: tiempo mejor y optimizado
Vitamina B12: Muchos microorganismos: diferentes procesos metabólicos incluidos
(aerobios y anaerobios)
Pseudomonas dendríticas: aerobias
Salmonella Typhimurium: anaerobias. Azúcares, carbonadas de cadena corta.
Vitamina E:
Alfa-tocopherol se obtiene a través de la síntesis y extracción química de aceites vegetales.
Las plantas superiores como fuentes de tocoferol no son lucrativas ya que el contenido de
a-tocoferol es bajo.
Se sabe que los microorganismos fotosintéticos acumulan cantidades detectables de
tocoferoles.
• Spirulina platensis, Dunaliella tertiolecta, Synechocystis sp., especies de Chlorella,
Chlamydomonas, Ochromonas y Euglena gracilis son ejemplos de microalgas que
acumulan cantidades detectables de tocoferoles.
• El sistema modelo para la ingeniería genética para la sobreproducción de tocoferoles es
una cianobacteria, Synechocystis sp. cepa PCC 6803
Síntesis Microbiana de Vitaminas
Micronutrientes que son requeridos por todos los organismos en cantidades mínimas pero
que no pueden ser sintetizados por los mamíferos y en su lugar son sintetizados por
microorganismos o plantas.
Actualmente se están explorando procesos biotecnológicos para la producción de vitaminas
y compiten con los procesos químicos actuales.
B-Caroteno (Provitamina A)
• Los carotenoides son pigmentos tetraterpenoides presentes en los cloroplastos y
cromoplastos de plantas, bacterias fotosintéticas, hongos y microalgas.
El B-caroteno es el precursor de la vitamina A en humanos y funciona como antioxidante,
por lo que tiene un efecto protector contra el cáncer.
Blakeslea trispora se ha utilizado después de la mejora intensiva de cepas clásicas
mediante mutagénesis aleatoria y selección de un aislado productor de B-caroteno en
fermentaciones a gran escala.
Dunaliella salina es una micra verde halófila que acumula B-caroteno en los glóbulos de
aceite en los espacios intertiroideos del cloroplasto, protegiéndolos así contra la
fotoinhibición y la fotodestrucción.
vitamina B2
- Desempeña un papel muy importante como precursor del mononucleótido de flavina
(FMN, riboflavina-5'-monofosfato) y del dinucleótido de flavina y adenina (FAD), que
funcionan como coenzimas en una variedad de reacciones catalizadas por enzimas en el
metabolismo intermedio de los seres humanos y otros organismos vivos.
La riboflavina comercial se produce mediante síntesis química y bioquímica. Sin embargo,
la síntesis bioquímica/fermentativa se ha vuelto más popular para la producción de boflavina
con el descubrimiento y desarrollo de microbios que producen riboflavina.
Vitamina K
• La vitamina K es una quinona que comprende dos tipos amplios: K1 y K2.
• La vitamina K1 se conoce como filoquinona y la sintetizan las plantas, mientras que la
vitamina K2 o menaquinona (MK) la sintetizan las bacterias.
• La producción comercial de vitamina K se realiza mediante extracción de recursos
naturales o síntesis química.
Se ha informado la producción microbiana de vitamina K con Flavobacterium sp., B.
subtilis, Pionibacterium freudenreichii.
• Un microorganismo modelo para Vitar. la biosíntesis no ha sido desarrollada para su
producción comercial.
Vitamina B12
Una gran cantidad de microorganismos producen vitamina B12: Aerobacter,
Agrobacterium, Alcaligenes, Azotobacter, Bacillus, Clostridium, Corynebacterium,
Flavobacterium, Micromonospora, Mycobacterium, Nocardia, Propionibacterium,
Protaminobacter, Proteus, Pseudomonas, Rhizobium, Salmonella, Serratia, Streptomyces,
Streptococcus y Xanthomonas.
• La biosíntesis de la vitamina B1 se realiza a través de vías tanto anaeróbicas como
aeróbicas en las bacterias.
Pseudomonas denitrificans exhibe una vía aeróbica de síntesis de vitamina B, mientras que
Propionibacteria o Salmonella Typhimurium siguen una vía anaeróbica.
A. gossypii y B. subtilis modificada genéticamente se utilizan comercialmente para la
producción industrial de riboflavina
La producción microbiana de ácido L-glutámico como glutamato monosódico por
fermentación se llevó a cabo por primera vez en 1957 en Japón por Corynebacterium
glutamicum, que podía asimilar eficientemente azúcar y amoníaco baratos para la
producción de L-glutamato.
Microbios en la producción de tintes y pigmentos
Un pigmento es insoluble en un medio dado, mientras que un tinte es soluble. • Sin
embargo, el término común para pigmentos y tintes es colores/colorantes.
Los microbios parecen ser una fuente lucrativa de producción de compuestos coloreados,
ya que proliferan rápidamente y tienen el potencial de estandarizarse para la producción en
masa en un biorreactor.
Producción de Aminoácidos
• Los aminoácidos poseen valores nutricionales, tienen acciones medicinales y propiedades
potenciadoras del sabor y, por lo tanto, encuentran aplicaciones en las industrias de
alimentos y piensos, en formulaciones farmacéuticas, como aditivos en la industria
cosmética y también en la fabricación de biopolímeros.
• Los aminoácidos se pueden producir a través de cuatro métodos generales:
(1) Extracción de hidrolizados de proteínas naturales; (2) síntesis química; (3) síntesis
bioquímica o enzimática 4) producción fermentativa.
Pigmentos microbianos en la industria alimentaria
La fuente de un color rojo natural es el pimentón (semillas de Capsicum annuum);el
amarillo procede del azafrán y la caléndula, y el verde de las verduras de hoja.
Los pigmentos producidos por microbios también podrían usarse para colorear alimentos.
Se ha informado la producción de B-caroteno a partir del hongo Blakeslea trispora y las
especies de Dunaliella para su uso como vitaminas.
Productores microbianos de sabores y fragancias.
• El uso de microbios para impartir aroma y sabor comenzó con productos de fermentación
como la cerveza, el queso y el vino.
Recientemente, la producción de vainillina también se ha logrado a través de microbios,
donde en un proceso de dos pasos se ha desarrollado utilizando Aspergillus niger
CGMCCO774, que transforma el ácido ferúlico en ácido vanílico, y Pycnoporus cinnabarinus
o Phanerochaete chrysosporium, que convierten el ácido vánico en vainillina.
Pigmentos Microbianos en la Industria Textil
• El primer tinte de origen microbiano fue el índigo, que inicialmente se obtuvo de la planta
Indigofera suffruticosa, que se utilizó en la industria textil durante mucho tiempo. Sin
embargo, el proceso requería un cultivo masivo de la planta para recuperar una cantidad
apreciable de índigo con fines comerciales.
E. coli ya posee una enzima triptofanasa que convierte el L-triptófano en indol. Este
organismo fue diseñado y se transfirió una naftaleno dioxigenasa de una especie de
Pseudomonas, convirtiendo así el indol en índigo.
A pesar de la producción de una variedad de aromas y sabores por parte de los
microorganismos y sus enzimas, su uso a nivel industrial es limitado. Esto se atribuye a su
bajo rendimiento de fermentación y alto costo de procesamiento posterior. Otra limitación
importante es la aprobación reglamentaria de estos productos microbianos como seguros
para alimentos y aplicaciones de sabor, lo que puede llevar más tiempo.
Enzimas
Las características únicas que poseen las enzimas son que:
• Aumentan la velocidad de reacción que catalizan, sin consumirse ni perderse;
•Actúa específicamente con el sustrato para producir los productos; y Permanecer
regulados desde un estado de baja actividad a alta actividad y viceversa.
Productores microbianos de sabores y fragancias.
• Las lactonas también son compuestos potentes y agradables que se utilizan en la
industria de los sabores y se reconocen como aromas afrutados, de coco y mantecosos.
• La perstracción se ha empleado para la extracción de y-decalactona (sabor a
melocotón-albaricoque) de las levaduras Sporidiobolus ruinen o Suillus salmonicolor.
Las pirazinas se asocian con el sabor de los productos tostados o con nueces.
Recientemente se informó que los microorganismos son la fuente de pirazina, y el primero
se informó de tetrametilpirazina de B. subtilis. Esto le da un sabor a frijol de soya
fermentado en la salsa de soya.
• Se informó que un mutante auxotrófico de C. glutamicum que necesita leucina, isoleucina,
valina y pantotenato para crecer produce grandes cantidades de tetrametilpirazina.