1. Metanogének

-- Volta 1776

-- tiszta tenyészet 1947

- archaea

- obligát anaerobok

- ökológia: -> biogáz, hulladékkezelés

- üvegház hatás gáz

- szarvasmarha, halak, bálna, termesz

- geológiai képződmények

(H₂ + CO₂)

- sejtalkotók

` sejtfal: murein nincs

    pseudomurein, fehérje, stb (antibiotikum rezisztensek!)

` membrán: zsírsav észter nincs

    diéter, tetraéter glicerolipidek

` koenzimek: F₄₂₀ (riboflavin)

    F₄₃₀ (Ni-tetrapirol)

    metanofurán (formil transzfer)
 
 

- tenyésztés: obligát anaerobok, kemolitotrófok, heterotrófok

    Ni kell, cukor nem

    25-110 C°

- energia: e^- donor: H₂ / CO₂, MeOH, metilamin,
    formiát, acetát

    CO₂ redukció [@]

- mol. biol.: policisztronos transzkripció

    start, stop: AT gazdag

    termináció: loop + oligoT

    promoter: TATA box -25

    DNS polimeráz » eukariota

    RNS polimeráz » eukariota

    riboszóma 30S + 50S = 70S » eukariota
 

Methanococcus jannaschii genom

- biotech.: 5 % fotoszint. fixált C ® CH_4,
    totál CH₄-ból 65 % biológiai (= 280 x 10 ¹² g/év)

    tehén:200 l/nap

    ember: 3 l/nap

    biogáz

2. Metilotrófok

-- 100 éve: C₁ baktériumok

-- 1970 - 1980: single cell proteins (SCP)
 

- aerobok

- C₁ ® C₃[*]

- sokfélék: metanotrófok, metilotróf élesztők, metilotróf
    baktériumok (zömmel Gram negatívok)

-> metanotrófok: O₂ + CH₄

    citoplazmatikus membrán

    RuMP/szerin reakciósor

    (I és II tipus)

 -> obligát metilotrófok (non CH₄)

    Gram negatívok

    RuMP

    citoplazmatikus membrán nincs

-> fakultatív metilotrófok

    Gram negatívok + pozitívok

    RuMP/szerin

- anyagcsere:

 -> metán oxidáció (MMO) [@]
 

    CH₄ + NADH+H⁺ + O₂ Ô H₂O + NAD⁺ + CH₃OH
 

-> metanol oxidáció

    alkohol dehidrogenáz (FAD,peroxisome)

    MeOH dehidrogenáz (pirolloquinolin

    quinon=PQQ + Ca²⁺, periplazma, cyt.)

    alkohol dehidrogenáz (NADPH + Zn²⁺ + Mg²⁺, citoplazma

-> formaldehid és formiát oxidáció

    NAD-dehidrogenázok

-> energetika: RuMP > XuMP > Calvin

- biotech.: C₁ - olcsó, kezelhető, szénforrás

    CH₄ , MeOH=szelekciós nyomás

-> SCP: ICI / Methylophilus methylotrophus, RuMP, hűtés (!)

    Phillips Petroleum / Pichia pastoris

    XuMP, 125 g/l

-> aminosav gyártás

    Ser (7 g/l), Trp (1-5 g/l), Lys (20 g/l)

-> sMMO

    epoxidok, TCE, DCE

-> alkohol oxidáz, heterológ expresszió

P. pastoris

-> metanol gyártás

    MMO + Hase

3. Clostridiumok

-- C. acetobutylicum: aceton - butanol fermentáció (Weizmann)

-- C. botulinum: botulin neurotoxin

-- C. tetanus: tetanus

-- C. histolyticum, C. perfingens: gáz gangrena
 
 

- obligát anaerobok

- Gram pozitívok

- hőstabil endospóra [ábra]
 
 

- tenyésztés:

-> oxigén gyökök ellen: SOD, kataláz

-> E_h » -150 - -450 mV, de nem kritikus

-> szacharolysis, proteolysis

-> anaerob nevelés, spóra: tárolás

- anyagcsere:

-> poliszacharidok: cellulóz, keményítő,

    pectin, xilán, celluláz (b -1,4): cellulosoma ß cellobióz ß acetát, EtOH

    amiláz: (a -1,6; a -1,4) ß glükóz, maltóz

-> mono- diszacharidok: Embden-Meyerhof- Parnas +
solventogenesis

    glukonát: Entner-Doudoroff

    homoacetogének

-> alkoholok, aromások, aminósavak, purinok (csirkefarm), pirimidinek

-> gázok: H₂ + CO₂ -> acetát, N₂

- biotech.:

-> kis molekulák: acetát, butanol, EtOH, 1,3-propándiol

L hátrányok: anaerob, kevert termékek

     alacsony oldószer tolerancia

    olajár vs. biotech. oldószer ár

    Ca-Mg-acetát = “zöld só”

-> makromolekulák: extracelluláris hidrolitikus enzimek (amiláz, celluláz)

-> botulin: toxin - paralizál, hiperaktív izommozgás gyógyszere

-> stereospecifikus biokonverzió: királis redukció, NAD(P) regenerálás,

    szteroidok ß orális fogamzásgátlók (progestinek)

-> klórozott vegyületek reduktív bontása
 

4. Tejsav baktériumok (LAB)

-- emlősök: minden nyílásban LAB, apatogének, patogének

-- spontán fermentáció: élelmiszer (sajt, vaj, joghurt)

-- 1857 Pasteur, 1873 Lister
 
 

- anaerob

- Gram pozitív

- spóra?

- tejsavat produkál [ábra ]

- sokféle környezet

- anyagcsere:

* bioenergetika és anyagtranszport [@]

* O₂ detox: széles választék [@]

* fermentáció: laktát, acetát, piruvát [ábra]

- genetika:

, plazmidok

, konjugáció, transdukció, protoplast fúzió, elektroporálás, heterológ plazmid

, teljes genom szekvencia: EU & Japán
 
 

- biotech.:

¤ élelmiszeripar

¤ silózás

¤ NEM JÓ: bor, sör

5. Bacillusok

-- itohiki-natto

(rizs szalma + szója + B. natto = 10⁸ kg/év)

-- alkalikus proteáz -> mosószerek (1950)

-- a -amiláz

-- B. thuringiensis: 40 év után 300 millió USD/év
 

- ökológia:

x aerob endospórások mindenütt

/ talaj: extracelluláris enzimek

/ növények: N₂ fixálók

    toxin termelők:

    gomba ellen

    ember ellen: B. cereus, B. subtilis

    Coca Cola, stb., szárított fűszerek, fagyasztott termékek

/ állatok:

    emlősökben:

    B. anthracis + egyéb patogének, (!!!)

    rovarokban: B. t. dendotoxin

/ plazmidon

/ species szelektív

/ spontán rezisztencia
 
 

/ extremofilek:

    termofil - rekombináns fermentáció

    - lipázok, proteázok, fruktóz izomeráz (kukorica)

    DNS polimeráz

/ psychrofilek:

    - élelmiszereken(!)

    tengerek, talaj

/alkalofilek: Na⁺ igény nagy, ->NH₃ [ábra]

    CO₂ savanyít

    belső pH 7-9 (Na - Dy)

    proteázok, lipázok: mosópor

    cellulázok: “stone washed”

    ciklodextrinek
 
 

- anyagcsere:

    x kemoorganotrófok

    x aerobok - kataláz :

    aerob vs. anaerob légzés

    energia: hexóz/pentóz lebontás
 

- genetika, mol. biol., biotech.:

/ legkedveltebb Gram pozitív rendszer

x transzformáció: 20-30 kb ssDNS mehet be /plazmid multimerek/

    plazmid “rescue” rendszer/

    protoplaszt transzformálás/

    plazmid vektorok: < E. coli

inszerciós mutagenezis

x fág vektorok

x expressziós vektorok (?) L promoter

L vektor instabil

L proteolízis

J szekretál

J saját fehérjék overexpresziója

6. Pseudomonasok

- heterotróf Gram negatív

- aerob légzés

- fotoszintézis, nitrogén fixálás, spóra ?

- poláris flagellum

- ökológia, biotech.:

* változatos anyagcsere = mindenütt vannak

* exopoliszacharidok * flokkulál, biofilm, (alginát, cellulóz)

* bont: cellulóz, kitin, aromások, PAH, klórozott származékok
    CO, cianid, NO₃^-

* poli-hidroxibutirát (PHB)

» polipropilén, de bio-lebomlik

* enzimek: proteázok, a -amiláz, lipázok (királis acilezés)
    hidroxilázok (királis alkoholok)

* remediáció: aromás xenobiotikumok

* heterológ expresszió

    pl. B. thuringiensis D -endotoxin

* fagy (frost) védelem:

“ice protein” (P. syringae) membrán

7. Fotoszintetizáló baktériumok, algák

- fotoszintézis:

Z PSI + e^- donor

Z PSII

Z reakciócentrumok (BF)

- aerob / anaerob

- mezofil / termofil

- nitrogén fixálás:

Z baktériumok

Z heterociszta

- mol. biol.:

Z genetikai térkép: R. capsulatus

Z fotoszintézis, CO₂ fixálás,

N₂ , H₂ metabolism: cluster-ben

- biotech.:

Z biopolimerek

Z “marine biotechnology”

antibiotikumok, karotinok, vitaminok

lipidek, gyógyszerek

Z szennyvíz kezelés

Z energia tárolás: H₂

8. Streptomycesek
 
 

- aerob [ábra]

- néhány szimbionta

_ mycorrhiza

_ Frankia - N₂ fixál
 
 

- anyagcsere:

primer: tipikus (Embden-Meyerhof, pentóz- foszfát, TCA, stb.)

szekunder: egyedi variációk

antibiotikumok, stb. (S 10 000)[@]

ipari enzimek: xilóz (glükóz) izomeráz, pronáz, stb.
 

9. Élesztők

-- S. cerevisiae , kenyér

, sör

, bor

* GRAS (Generally Regarded As Safe) organizmus

* “E. coli of eukaryotic cells” (Watson, 1987), interferon, hepatitis B antigén - heterológ expr.

* teljes genom szekvencia (EU)
 
 

- ökológia:

+ heterotróf gombák

+ metilotrófok
 
 

- anyagcsere:

* eukaryota = compartmentalizáció

    glikolízis a citoplazmában

    légzés a mitochondriumban

    zsírnyagcsere a peroxiszómában

    proteolízis a vacuolumban

    kromoszómák a nucleusban

* raktározás = glikogén & trehalóz
 

- mol. biol.: kromoszóma

* 2 m m plazmid (60-100 copies)

* mitochondrium (75 kb)

* transzformálás, elektroporálás - OK

* transzkripció reguláció

- aktivátorok, bending, stb.

* post-transzkripciós reguláció

- mRNS stabilitás

- transzkripció terminátorok (polyA, hairpin)

- kevés intron
 

- biotech.:

* “klasszikus”

* EtOH produkció (Brazília)

* heterológ génexpresszió

/ shuttle vektorok

/ szignál szekvencia

J szekréció

L túlglikozilál

L protein processing
 

10 . Fonalas gombák

- heterotróf eukaryoták

    szaprofiták, paraziták

- sejtfal: kitin (N-acetilglükózamin)

    cellulóz (ritkán)

- hypha + spóra

- biotech.:

( élelmiszeripar [*]

    fumarát

    laktát (+polimer alapanyag!)

    citrát (A. niger) Mn-deficient

( gyógyszeripar

    anyarozs (C. purpurea) [*]

    antibiotikumok (P. chrysogenum, Cephalosporium) [*]

( biokonverzió

    lignin bontás

    PAH

    poliklórozott bifenilek

    pentaklórfenol, stb.

Ugrás a következő fejezethez (Upstream)