curs 9 - biotehnologia moderna de obtinere a produselor din lapte [compatibility mode]

39
Biotehnologia moderna de obtinere a produselor din lapte Curs 9

Upload: nastase-raluca-andreea

Post on 15-Feb-2015

49 views

Category:

Documents


13 download

TRANSCRIPT

Page 1: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Biotehnologia moderna de obtinere a produselor din lapte

Curs 9

Page 2: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Din motive practice – sa se faca distinctie intre:- metodele traditionale sau metodele biotehnologice

“clasice”, si,- descoperirile biotehnologice si tehnicile moderne in

domeniu. Relevanta: deoarece reglementarile, analizele risc-

beneficiu, perceptia proceselor care implica ingineria genetica difera de acelea care nu implica:

- tehnologia recombinanta - metoda bazata pe tehnici ale acidului dezoxiribonucleic recombinant;

- noi tehnici de purificare a materialelor;- selectari ale tulpinilor microbiene;- fermentatia;- procesul de productie si analiza alimentelor.

Page 3: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Metode biotehnologice traditionale:- Implantarea de embrioni cu scopul de a

obtine caracteristicile dorite la vaci;- Inocularea de culturi starter.

Metode moderne: - Inserarea de fragmente de gene la situsul specific al genomului de bovine cu scopul de a produce lapte care sa contina proteine existente in laptele uman.-Tulpini de microorganisme modificate geneticcresc viteza procesului de maturare a branzei.

Page 4: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Aplicatii ale biotehnologiei pentru cresterea productiei de lapte si a produselor derivate din lapte

A sp ecte a le p ro d u ctie i d e lap te T eh n o lo g ie Im p ac t in p ro d u ctia d e lap te s i in p ro d u se le d in lap te

F u ra j U ti l iza rea O M G p en tru p ro d u cerea fu ra je lo r

C an tita tiv

Im b u n ata tirea u til izarii fu ra je lo r, b io co n v ers ie

U ti l iza rea O M G ca p ro b io tice sau en z im e d eriv a te d in O M G

C an tita tiv , c reste e f ic ien ta fu ra je lo r

Im b u n ata tirea ra te i d e crestere a p ro d u c tie i d e lap te s i m o d if icarea c ic lu lu i rep ro d u c tiv

U ti l iza rea h o rm o n ilo r reco m b in an ti

C an tita tiv

Im b u n ata tirea p ro d u c tie i d e lap te , s in teza d e co m p u si n o i in lap te , m o d if ica rea co m p o z it ie i lap te lu i

O b tin erea d e an im a le tran sg en ice

C an tita tiv s i ca li ta tiv

Id en tif icarea s i p ro d u c tia d e cu ltu ri im b u n ata tite s i p ro d u c tia d e tu lp in i n o i cu carac teris t ic i d e fin ite

P ro d u cerea s i id en tif ica rea tu lp in ilo r m icro b ien e s i a en z im e lo r o b tin u te d in O M G p en tru p ro cesarea lap te lu i

C an tita tiv

Page 5: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

I. Utilizarea Organismelor Modificate Genetic pentru imbunatatirea eficientei furajarii vacilor

de lapte

In zootehnie, furajarea = component major care influenteaza cresterea tesuturilor sau productia de lapte.- 30% din caloriile si proteinele din dieta vacilor de lapte influenteaza sinteza laptelui.

Biotehnologia - rol important in producerea furajelor: -- imbunatatirea tulpinilor microbiene pentru sinteza de

componente dietetice;- producerea de enzime recombinante pentru imbunatatirea

digestiei si a utilizarii furajelor;- productia de microorganisme recombinante care actioneaza ca

probiotice in rumenul rumegatoarelor;- productia de plante transgenice, constituienti ai furajelor.

Page 6: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Imbunatatirea tulpinilor microbiene

- procesele de fermentatie microbiana produc aminoaciziutilizati ca suplimente alimentare. -genurile Corynebacterium si Brevibacterium - lizina si treonina. - s-au elucidat caile lor metabolice si punctele de control in sinteza aminoacizilor pentru a proiecta si implementa strategiile pentru a impiedica blocarea metabolica cum ar fi mecanismele de inhibitie metabolica. - un exemplu al acestor studii este controlul genetic al proceselor enzimatice implicate in sinteza aminoacizilor care este modificata prin redictionarea fluxului scheletului carbonic. Acest lucru a fost posibil prin amplificarea codificarii genelor rezistente la feedback-ul aspartchinozei si homoserindehidrogenaza.

Page 7: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

OMG – producatoare de enzime si organisme modificate genetic ca probiotice pentru vaci de lapte

Enzime hidrolitice: lactaza (β-galactozidaza) - utilizata de organismele cu intoleranta la lactoza pentru a digera lactoza. Ele pot fi utilizate pentru a creste eficienta furajarii la animalele de lapte.

Cateva enzime utilizate ca aditivi furajeri sau tratamente preliminare sunt obtinute natural de catre microorganisme. Ex. mucegaiul alb Coprinus fimetarius degradeaza enzimatic lignina, eliberand celuloza si hemiceluloza din fuajele pe baza de plante.

Poliglucidele eliberate devin susceptibile la actiunea altor enzime hidrolitice cum ar fi celulaze si hemicelulaze, obtinandu-se glucoza, care nu fost disponibila inainte de tratamentul fungic. Multe enzime naturale sunt produse eficient prin fermentatii; exemple pot fi glucozidazele ca celulaze si xilanaze.

Page 8: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

OMG – producatoare de enzime si organisme modificate genetic ca probiotice pentru vaci de

lapte

O strategie noua este colonizarea rumenului animalelor de ferma cu microorganisme recombinantecare sunt modificate pentru a avea noi capabilitati metabolice in beneficiul animalelor gazda. Aceste organisme probiotice pentru rumegatoare sunt proiectate astfel incat sa spijine functiuni specifice care apar dupa expresia enzimelor hidrolitice.Ex. s-au dezvoltat tulpini de Butyrivibrio fibrisolvensexprimand o codificare a genei fluoroacetat dehalogenaza. Aceste organisme modificate genetic colonizeaza rumenul oilor si reduce simptomele otravirii cu fluoroacetat.

Page 9: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Manipularea transgenica a plantelor pentru imbunatatirea furajarii animalelor

O alta optiune biotehnologica care afecteaza eficienta furajarii este utilizarea plantelor transgenice. Ex.: expesia genei alfalfa si tabaco – celulaza a fost produsa pentru a eficientiza utilizarea furajelor, celulazele recombinante ajutand la hidroliza componentelor din plante. Plantele modificate genetic pot de asemenea sa furnizeze nutrienti specifici. Canola transgenica cu continut crescut de metionina exemplifica potentialul plantelor modificate genetic ca surse furajere bogate in aminoacizi. Aceste avantaje sunt usor exploatate deoarece majoritatea platelor fac parte din compozitia furajelor. De asemenea, expresia nutrientilor in plantele transgenice pot afecta atat cantitatea cat si calitatea laptelui fara costuri de purificare.

Page 10: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Un alt exemplu al sintezei transgenice de nutrienti in plante: producerea unor anumiti acizi grasi.

Enzimele care participa in biosinteza acizilor grasi polinesaturati (PUFA) au fost clonate si plantele trangenice obtinute au fost imbogatite in uleiuri care contin PUFA.

Furajarea vacilor de lapte cu aceste seminte modificate de canola sau cu suplimente alimentare care contin PUFA poate conduce la obtinerea de lapte bogat in PUFA.

Page 11: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

II. Utilizarea hormonilor recombinanti si sintetici pentru imbunatatirea productiei de lapte si

influentarea ciclurilor reproductive.

- metoda alternativa de a imbunatati bioconversia furajului in lapte: tratamentul hormonal al vacilor de lapte;-1930 - hormonul de crestere (somatotropina) din glandele pituitare cresc productia de lapte a vacilor.- in 1994: aplicarea comerciala a somatotropinei bovine recombinante (rBST), considerat a fi primul produs biotehnologic major aplicat animalelor. - s-a declarat ca “Magnitudinea eficientei productiei de lapte este egala cu utilizarea tehnologiilor de inseminare genetica pe o perioada de 10-20 de ani pentru a obtine acelasi rezultat.”-utilizarea rBST - SUA.

Page 12: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

II. Utilizarea hormonilor recombinanti si sintetici pentru imbunatatirea productiei de lapte si

influentarea ciclurilor reproductive.

Alti hormoni, sau hormoni analogi au fost utilizati la vacile de lapte pentru a modifica ciclul reproductiv – ex. hormonul sintetic luteina elibereaza un hormon analog utilizat pentru cresterea ratelor de conceptie si estradiolii si progesteronii sunt utilizati pentru a induce lactatia la animale. Hormonii pot fi adaugati exogen sau pot fi produsi in situ si in exces fata de concentratiile lor naturale prin remodelarea genetica a animalelor.

Page 13: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

III Animale transgenice

Animalele transgenice = una dintre cele mai puternice dintre tehnologiile moderne de manipulare cantitativa si calitativa a productiei de lapte. - pentru modele experimentale in laborator, pentru studierea efectelor expresiei genelor in intreg organismul sau sunt prototipuri pentru producerea de tesuturi modificate sau fluide biologice pentru scopuri industriale.

Potentialul vacilor de lapte modificate genetic in vederea obtinerii de alimente si produse nutritionale:- tehnologii disponibile pentru productia de animale transgenice; - obstacolele tehnicilor curente si limitarile acestora;- aplicatiile animalelor transgenice si mutante in domeniul nutritiei si sanatatii umane.

Page 14: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Productia de animale transgenice

Animalele transgenice = OMG care au capatat sau pierdut o functie sau functii fata de tipul salbatic. O functie este castigata prin inserarea informatiilor genetice exogene in genom, de obicei in faza embrionara sau preembrionara. Pierderea functiei = inserarea unei gene modificate in locul genei omologe de tip salbatic.

Page 15: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Productia de animale transgenice

Pasi:- proiectarea si constructia genelor (denumite transgene) care sunt inserate in embrion;- introducerea fizica a genelor si incorporarea lor in genom (microinjectie in prenucleii embrionari, ori electroporare direct in sperma sau in testicolele animalelor, ori prin injectarea oocitelor cu replicarea vectorilor retrovirali care contin transgene). - recipienti ai genelor: embrionii multicelulari si celulele somatice cum sunt fibroblastele. - daca o transgena este incorporata in genomul unei fibroblaste si este stabilita o linie celulara din aceasta fibroblasta, celulele pot fi testate pentru prezenta si in anumite cazuri pentru expresia sau functia transgenei. - nucleii din aceasta linie celulara pot fi tranferati la oocite. - astfel femele pseudogestante pot fi implantate cu oocite transgenice clonate. - odata embrionul transgenic produs acesta va fi implantat in vacile pseudogestante.

Page 16: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Analiza viteilor: prezenta transgenelor capatate si daca sunt gasite in tesuturi. Laptele vacilor transgenice este analizat pentru a vedea daca si-a modificat insusirile in modul dorit. In productia de mutanti se folosesc toti pasii inafara de primul. Elementele genetice utlizate pentru a produce animale mutante contin elemente omologe care hibridizeaza cu ADN endogen, permitandu-se inserarea lor in locuri precise ocupate de catre gene care se intentioneaza a fi inlocuite. Acestea contin fragmente care previn transcrierea pe ARNm.

Page 17: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

O metoda aditionala de control al expresiei genelor este expresia transgenica a ribozomilor care sunt molecule de ARN care au abilitatea de a hidroliza secventele de ARN in mijlocul lor. Cand ribozomul este exprimat intr-un tesut el interfera cu translatia lui ARNm transcris, reducand sinteza totala a proteinelor date. Aceasta tehnologie este utilizata in controlarea sintezei α-lactalbuminei din lactatia glandelor mamare si enzimelor implicate in sinteza lipidelor.

Page 18: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

O problema cheie in constructia unei gene este ca expresia ei sa fie indreptata catre tesuturi sau organe selectate. Daca se doreste modificarea laptelui, gena necesita un element de transcriptie regulata (TRE) care promoveaza expresia lor in lactatia glandelor mamare. Astfel, s-a exprimat un activator al plasminogenuluidin tesutul uman in glandele mamare ale soarecilor utilizand TRE care directioneaza genele codificand cea mai abundenta proteina din zer, murina laptelui. Exemple de TRE ale proteinelor laptelui sunt acelea ale γ-cazeinei bovine, β-cazeinei caprine si α-lactalbuminei bovine.

Page 19: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Problemele tehnice si greutatile intampinate in productia animalelor transgenice si mutantilor transgenici si

abordarea solutiilor

Expresia componentelor exogene ale vacilor de lapte transgenice in lapte este produsa prin microinjectie. Introducerea genelor in embrion, gameti sau gonade prezinta cateva inconveniente care limiteaza aplicatia lor industriala la vacile si caprele transgenice. Exemple ale acestor bariere sunt prezentate in tabelul de mai jos.

Page 20: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Piedici de aplicare a animalelor de lapte transgenice

P r o b le m a C o n s e c in ta R e z u l ta te te h n ic e d o r i t e I n te g r a r e a n e s p e c i f i c a a g e n e lo r i n g e n o m

E x p r e s ia t r a n s g e n e i a f e c ta ta d e m e d iu l i n c o n ju r a to r – c o n t r o l n e p r e d i c t i b i l a l e x p r e s ie i t r a n s g e n e i

E x p r e s ie t r a n s g e n ic a c o n t r o la ta d e T R E in g e n a s a u e le m e n te r e g u la to r i i p r e z e n t e i n s i t u s u l t i n ta

F r e c v e n ta s c a z u ta a e v e n im e n te lo r t r a n s g e n ic e d in c a u z a n u m a r u lu i s c a z u t d e n a s te r i d e p u i v i i E f i c ie n ta s c a z u ta d e t r a n s f e r i n te h n ic a d e m ic r o in j e c t i e

E f o r tu r i d e a p r o d u c e a n im a le t r a n s g e n ic e ; a n i m a le l e t r a n g e n ic e n u s u n t i n to td e a u n a o b t in u te

U n p r o c e n ta j m a i m a r e d e n a s te r i v i i U n p r o c e n t a j m a i m a r e d e a n im a le t r a n s g e n ic e

C ic lu r e p r o d u c t i v l u n g l a c a i ; t im p la g s e m n i f i c a t i v i n t r e t r a n s f e r u l g e n e i s i v e r i f i c a r e a a c e s tu i t r a n s f e r

N e c e s i ta te a u n e i m e n te n a n te p e te r m e n lu n g a a n im a le lo r i n a in te a c a u t i l i z a r e a lo r s a f i e d e te r m in a ta

P e r io a d e m a i s c u r te d e a o b t i n e a n im a le t r a n g e n i c e

F r e c v e n ta m ic a d e e v e n im e n te t r a n s g e n ic e d in c a u z a l i p s e i a b i l i t a t i i d e a e x p r im a p r o d u s i i g e n e lo r

M u l t i e m b r io n i n o n t r a n s g e n i c i im p la n ta t i

D e te r m in a r e a p o te n t ia lu lu i e m b r io n a r i n a in te d e im p la n ta r e

P r o p a g a r e t r a s g e n ic a m ic a i n c i r e a d a

T im p d e a s te p t a r e n e c e s a r p e n t r u c o m e r c i a l i z a r e a t r a t a m e n tu l u i d e s ta b i l i r e a u n e i c i r e z i p r o d u c t i v e

S ta b i l i r e a r a p id a a u n e i c i r e z i t r a n s g e n ic e

Page 21: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Poate cea mai frecventa problema experimentata in generarea animalelor transgenice este lipsa insertiei specifice a genei in genom. O gena poate fi integrata in regiunea inactiva transcriptionala a unui cromozom limitand sever expresia transgenei. Strategiile de impiedicare ale acestei probleme de “insertie la intamplare” au fost de a apara transgena din cromatina inconjuratoare sau de a tinti insertii la situsurile specifice ale genomului.

Page 22: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

O transgena poate fi aparata prin secvente dominante regulatorii cunoscute ca regiuni de control locus (LCRs) sau regiuni de atasament a matrix-ului (MARs). Cea mai utilizata metoda pentru generatia TM (mutant) este ca o transgena sa poata fi directionata catre un site genomic specific prin recombinarea omologilor. Recombinarea omologilor nu este inca perfecta pentru productia de TAs (animale transgenice).

Page 23: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Animale experimentale ca iepuri si soareci au o scurta perioada de gestatie - Costuri avantajoase se obtin numai pentru un numar mai mare de animale. La animalele domestice, cai, aceste deficiente cauzeaza o crestere seminificativa a costului si timpului necesar de a produce animale transgenice. Alte tehnici: - cai transgenici - utilizarea vectorilor virali de transfer gene via transcriptia reversa. - vaci - s-au microinjectat embrioni de vaca la 2 si 4 celule de baza si s-a comparat numarul nasterilor vii obtinute prin aceasta tehnica cu acelea rezultate prin microinjectia in stadiul pronuclear embrionar.

Page 24: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Piedica: privind ciclul reproductiv lung la cai este timpul lag dintre transferul genei si productia de lapte a animalului transgenic. Un animal poate avea elemente detectabile de fuziune a genei in genom, dar prezenta lor nu garanteaza ca produsul genei va fi exprimat in lapte. De altfel, adevarata utilizare a animalelor transgenice nu poate fi determinata decat atunci cand animalul ajunge sa produca lapte. Tehnici care scurteaza aceasta perioada de asteptare:- inducerea lactatiei la juninci;- Producerea de animale transgenice care au fost expuse la particole retrovirale continand gene care sunt injectate prin canalele mameloanelor

Page 25: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

S-au produs clone transgenice de vitei prin transfer de nuclei ale fibroblastelor fetale transgenice stabile in oocite nucleate. Elementele continute de gena, codifica rezistenta laneomicina si β-galactozidaza; aceasta a permis selectia fibroblastelor rezistente la neomicina care au fost determinate pentru a exprima activitatea β-galactozidazei. Nuclei din aceasta linie celulara au fost utilizate pentru a genera clone ale oocitelor transgenice. -aplicatiile comerciale pentru obtinerea produselor din lapte a fost de asemenea demonstrata pe animale de laborator si numai cateva rapoarte au mentionat productia de vaci de lapte transgenice. Oricum prototipul produs in laborator si schimbarile rapide in domeniul alimentelor functionale si ale suplimentelor dietetice reprezinta baza ideii de a utiliza animale transgenice pentru a produce un lapte cu compozitie imbunatatita.

Page 26: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Aplicatii ale animalelor transgenice si mutante la productia produselor din lapte

-laptele modificat cu valoare nutritiva adaugata. - laptele modificat genetic este un produs atractiv pentru aplicatii nutritionale, pentru diverse boli, pentru sugari si batrani. - productia animalelor transgenice - cresterea productiei de lapte.Tabelul de mai jos insumeaza modificarile propuse pentru aplicatiile comerciale ale animalelor transgenice si mutante in vederea cresterii productiei de lapte.

Page 27: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Exemple de trasaturi obtinute sau pierdute in laptele obtinut din animale transgenice si mutante

T r a s a t u r a E x e m p l e d e r e z u l t a t e d o r i t e

A b o r d a r i p o t e n t i a l e A p l i c a t i i c o m e r c i a l e p o t e n t i a l e

S i n t e z a d e l a c t o z a L a c t o z a i n c a n t i t a t e r e d u s a

R e g l a r e a α - l a c t a l b u m i n i s a u e x p r e s i e i g e n e i g a l a c t o z i l t r a n s f e r a z e i s a u g l u c o z i d a z e i . O b t i n e r e a u n e i a i m a r i s i m a i p u t i n o s m o t i c e l a c t o z e b a z a t e p e c a r b o h i d r a t i .

L a p t e c u c o n t i n u s c a z u t d e l a c t o z a p e n t r u p e r s o a n e c u i n t o l e r a n t a l a l a c t o z a

S i n t e z a d e p r o t e i n e i m u n o g e n i c e

L a p t e f a r a β -l a c t o g l o b u l i n a

S c o a t e r e a g e n e i l a c t o g l o b u l i n e i , i n t r o d u c e r e a r i b o z o m i l o r p e n t r u a r e d u c e s i n t e z a β -l a c t o g l o b u l i n e i

L a p t e h i p o a l e r g i c , i m b u n a t a t i r e a p r o d u c e r i i b r a n z e i

S i n t e z a l i p i d e l o r R e d u c e r e a g r a s i m i l o r d i n l a p t e , m o d i f i c a r e a p r o f i l u l u i a c i z i l o r g r a s i

E x p r e s i a t r a n s g e n i c a a r i b o z o m i l o r i m p o t r i v a a c e t i l - C o A - c a r b o x i l a z a

L a p t e s i p r o d u s e d i n l a p t e u t i l i z a t e i n d i e t e p e n t r u m e n t i n e r e a g r e u t a t i i c o r p o r a l e

S i n t e z a d e l a p t e u m a n g l i c o c o n j u g a t

L a p t e c u o l i g o z a h a r i d e u m a n e

E x p r e s i a a g l i c o t r a n s f e r a z e l o r e x o g e n e

F o r m u l e p e n t r u s u g a r i , s u p l i m e n t e c u p r e b i o t i c e

S i n t e z a d e o l i g o s i p o l i z a h a r i d e

L a p t e c o n t i n a n d f i b r e s a u a m i d o n l a n t d i r e b i l

E x p r e s i a t r a n s g e n e i c a r e c o d i f i c a g l i c o z i d a z e l e s i g l i c o t r a n s f e r a z e l e d i n p l a n t e s i m i c r o b i

L a p t e s i p r o d u s e d i n l a p t e u t i l i z a t e i n d i e t e p e n t r u m e n t i n e r e a g r e u t a t i i c o r p o r a l e

S i n t e z a i m u n o g l o b u l i n e l o r

L a p t e c o n t i n a n d a n t i c o r p i i m p o t r i v a b o l i l o r c o p i l a r i e i

E x p r e s i a a n t i c o r p i l o r s a u f r a g m e n t e l o r d e a n t i c o r p i

P r o d u s e d i n l a p t e p e n t r u a p r e v e n i b o l i l e i n f e c t i o a s e

S i n t e z a d e c o m p u s i b a c t e r i o s t a t i c i

L a p t e c o n t i n a n d l i z o z i m d e a p a r a r e

E x p r e s i a p e p t i d e l o r s i p r o t e i n e l o r a n t i b a c t e r i e n e

C r e s t e r e a t e r m e n u l u i d e v a l a b i l i t a t e a l p r o d u s u l u i

S i n t e z a p r o t e i n e l o r d i n l a p t e u m a n

L a p t e c o n t i n a n d c a z e i n e u m a n e , l a c t o f e r i n a

E x p r e s i a p r o t e i n e l o r u m a n e d i n l a p t e

F o r m u l e c a i m i t a l a p t e l e u m a n

Page 28: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Prin modificarea genetica a vacilor de lapte -produse din lapte comerciale prin eliminarea constituentilor nativi ai laptelui, ca lactoza si β-lactoglobulina, care cauzeaza diverse reactii adverse unor categorii de consumatori. Un mutant care nu produce β-lactoglobulina este dorit pentru cel putin 2 motive: - laptele lui este mult mai bun pentru obtinerea branzei;- se evita compusul cel mai alergen la laptele de vaca.

Page 29: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Produsele din lapte fara lactoza sau cu continut redus de lactoza ocupa acum o nisa pe piata alimentelor functionale de a satisface cerintele consumatorilor cu intoleranta la lactoza. Reducerea sau eliminarea lactozei este obtinuta prin tratarea laptelui sau zerului cu β-galactozidaza. -s-a redus α-lactalbumina care este un component al complexului lactat sintetazei si care este necesar pentru sinteza lactozei. - sinteza transgenica a β-galactozidazei pentru a hidroliza dizaharidele dupa sinteza lor si utilizarea lactozei ca materie prima pentru a obtine glucide cu molecula mai mare care are valori osmotice mai mici si nu cauzeaza simptome de intoleranta la lactoza. - expresia glicoziltransferazei care utilizeaza lactoza ca substrat pentru sinteza oligozaharidelor. - aceste strategii – avantaj: permit expresia normala a laptelui deoarece lactoza este prezenta la un anume moment in glanda mamara.

Page 30: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Continutul de lipide in lapte poate fi redus prin reglarea coexpresiei cu ribozomi directionati impotriva secventelor de ARNm codificand acetil-coenzima A (acetil-CoA) carboxilaza care catalizeaza pasii cheie din sinteza acizilor grasi. In vacile transgenice aceasta inhibitie are cel putin doua efecte: obtinerea de lapte cu contin redus de grasime si cresterea eficientei productiei de lapte.Deoarece reactia catalizata de enzime consuma energie, inhibitia ei previne consumarea de molecule de adenozin trifosfat (ATP) care sunt apoi disponibile sa conduca alte reactii sintetice.

Page 31: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

O alta potentiala aplicatie a tehnologiei transgenice este modificarea profilului acizilor grasi din lapte. Alimentele medicamente care contin profile specifice ale acizilor polinesaturati cu catena luna (PUFAs) sunt utilizate ca adjuvanti terpeutici pentru tratarea proceselor inflamatorii; totodata se cunoaste influenta in sanatate a acizilor grasi polinesaturati.- s-au clonat si exprimat enzime implicate in scurtarea sau alungirea acizilor grasi si s-au produs plante transgenice care sintetizeaza nivele mari de PUFA. - sinteza de oligozaharide ale laptelui uman . S-au exprimat cateva glicoziltransferaze care au fost gasite in glandele mamare ale soarecilor, porcilor si iepurilor. Expresia acestor enzime rezulta in sinteza de oligoglucide prin alungirea lactozei, oligoglucide care se gasesc in laptele uman. Prezenta acestor structuri pot aduce o plusvaloare laptelui ca derivat dietetic sau ca aliment-medicament. In aditie, glicotransferaze, glicozidaze sau enzime ca epimerazele care nu se gasesc in glandele mamare pot fi exprimate in lactatia glandelor mamare.

Page 32: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

O strategie aditionala pentru suplimentarea laptelui pentru consum sau pentru aplicatii specifice este exprimarea anticorpilor trangenici impotriva unor patogeni umani cunoscuti sau unor microbi care cauzeaza alterari ale produselor din lapte.

S-au produs anticorpi impotriva rotavirusului uman din laptele vacilor hiperimunizate.

Acesti anticorpi au fost concentrati deoarece concentratia lor scazuta din lapte nu a fost suficienta pentru aplicatii la om.

Page 33: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Este posibil sa se exprime transgena codificata pentru anticorpi direct in laptele de vaca, care furnizeaza produse nutritionale cu activitate impotriva patogenilor comuni din maternitati.

In acest fel laptele are proprietati antiinfectioase dar nu genereaza rezistenta la antibiotice.

Desi aceasta aplicatie poate fi limitata de catre patogenii care actioneaza pe suprafata mucoasei gastrointestinale poate fi importanta pentru persoanele cu sistemul imunitar compromis.

Proteinele si peptidele antibacteriene ca lizozimul nu numai ca ajuta consumatorul de produse lactate sa lupte impotriva patogenilor din mucoasa dar pot avea un efect semnificativ in cresterea termenului de valabilitate a laptelui si derivatelor lui.

Page 34: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Proteinele laptelui mamar sunt asociate cu diferite activitati biologice. - varianta a α-lactalbuminei umane are activitate antibacteriana si genereaza β-cazeina, prin hidroliza proteolitica, peptide care au efecte neurotropice si potentiale proprietati imunostimulatoare.

Page 35: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Desi expresia transgenica a proteinelor din laptele uman in laptele animal pare a fi o tinta naturala pentru companiile care produc formule pentru sugari aceste aplicatii nu sunt limitate numai la nutritia pediatrica. Aceste proteine umane functionale pot fi mai putin alergenice decat cele naturale prezente in laptele de vaca. Utilizarea acestor proteine in procesarea laptelui poate face mai accesibila obtinerea branzeturilor, produselor fermentate pentru persoanele alegice la laptele de vaca. Orice proteine, incluzand enzime pot fi exprimate in lactatia glandelor mamare ale vacilor de lapte.

Page 36: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Tehnologii aditionale

-vaccinurile ADN sunt obtinute pentru tratamentul si prevenirea bolilor animalelor de ferma , incluzand cai. - proiectarea si utilizarea diagnosticurilor bazate pe ADN, pentru cai si vaci de lapte. Alte tehnologii care au fost dezvoltate semnificativ din 1995 sunt proiectarea si implementarea determinarilor bazate pe PCR (polymerase chain reaction) in vederea detectarii contaminarii microbiene in produsele de lapte. Incercarile realizate pentru detectia Listeriei monocytogenes, in lapte este unul dintre exemple. -s-au dezvoltat biosenzori de masurare a progesteronului in lapte si alte fluide. - masuratorile “real-time” obtinute cu aceste instrumente pot fi utilizate pentru a furniza hormoni recombinanti sau masura impactul expresiei transgenice a hormonilor si altor factori care afecteaza parametrii fiziologici de lactatie.

Page 37: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Convergenta metodelor biochimice analitice si a biotehnologiei orientate spre productie este ilustrata prin selectia si utilizarea tulpinilor microbiene de producere a produselor fermentate din lapte si a branzeturilor.

Tulpina Lactococcus sp.:-s-a caracterizat din lapte pe baza parametrilor biochimici;-s-a clasificat utilizand analiza genei de restrictie.

Tulpina Lactobacillus helveticus:-s-a studiat in starterii de branza;- s-a determinat extinderea ADN prin hibridizare;- s-au determinat cativa parametri biochimici ca: activitatea proteolitica, activitatea peptidazica, productia de acid lactic, antibiotice.

Page 38: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Productia si utilizarea enzimelor in procesarea laptelui reprezinta de asemenea instrumente benefice furnizate de biotehnologie - Tehnicile de imobilizare a enzimelor si microbilor sunt utilizate pentru hidroliza lactozei din lapte sau zer.

Un exemplu de utilizare a enzimelor recombinante pentru alterarea proprietatilor fizico-chimice ale proteinelor laptelui este fosforilarea cazeinei utilizand foosforilaza recombinanta.

Acest proces este de dorit deoarece existenta fosfatului aditional in proteine imbunatateste legarea calciului si deoarece proprietatile cazeinei pot fi modelate prin gradul ei de fosforilare.

Page 39: Curs 9 - Biotehnologia Moderna de Obtinere a Produselor Din Lapte [Compatibility Mode]

Efectele OMG si produselor derivate OMG pe diferite elemente si diferite stagii ale procesarii laptelui. TE =

expresie transgenica; TM = mutant cu destinatie speciala; OMG = organism modificat genetic.

GM microorganisme TE ai hormonilor TE a proteinelor, Enzime produc aminoacizi pentru accelerarea enzimelor si produsi recombinante cresterii secundari ai genelor in TM fara lacoza, lapte OMG ca starteri alergeni de culturi Nutret Lapte de vaca Produse din lapte GM microorganisme pentru predigerare nutreturi Probiotice recombinante Plante pentru oameni transgenice Enzime Probiotice pentru Hormoni Tulpini bacteriene recombinante cresterea recombinanti selectate si clasificate utilizand pentru animale eficientei gene de ferma nutreturilor