MICROORGANISME UTILIZATE IN BIOTEHNOLOGII

Proiect realizat de: Forţ Maria Isabela

Nistor Sorina

Savu Cristina Vaso

INTRODUCERE

Biotehnologia este o știință nouă bazată pe biologie al cărei scop este utilizarea în tehnică a microorganismelor sau a produselor derivate de la acestea, a culturilor de celule vegetale și animale pentru producerea de substanțe utile în agricultură și în industria alimentară, farmaceutică etc. în folosul activității umane.

Definiții

Denumirea de biotehnologie provine de la cuvintele grecești bios - viață, tehnikos - tehnici și logos – studiu. Termenul de biotehnologie a fost utilizat pentru prima dată în 1910 de către Thomas H. Morgan, având semnificația proceselor care realizau produse din materiale brute cu ajutorul organismelor vii.

Convenția ONU pentru diversitatea biologică definește biotehnologia drept: "Orice aplicație tehnologică care utilizează sisteme biologice, organisme vii, sau derivate ale acestora, pentru a crea sau modifica produse sau procese în scopuri bine determinate"

Federația Europeană de Biologie stabilește biotehnologia ca fiind utilizarea integrată a biochimiei, microbiologiei și ingineriei în scopul obținerii unei aplicații tehnologice industriale, cu ajutorul microorganismelor, culturilor de celule și a părților componente a acestora.

Conform Oficiului pentru evaluarea tehnologiilor (OTA) din SUA , biotehnologia este o știință care reprezintă aplicarea sistemelor și organismelor biologice în obținerea unor produse și servicii.

Institutul de Știință și Tehnologii Alimentare definește biotehnologia ca o știință care folosește tehnicile biologice în creșterea plantelor, a animalelor sau culturilor microbiene în scopul ameliorării cantitative, calitative sau senzoriale a alimentelor derivate, a ușurării procesării lor sau a creșterii eficienței economice.

Conform Societății Americane de Biotehnologie, biotehnologia se ocupă cu studiul oricărei tehnici care folosește organisme vii, sau părți ale acestora, pentru a obține sau modifica produse, îmbunătățirea caracteristicilor unor plante și animale, sau a dezvolta microorganisme cu întrebuințări specifice.

După unii autori, biotehnologia include numai metodele moderne ale ingineriei genetice, metodă care se studiază intensiv de la începutul anilor ’70.

Istoric

Încă din antichitate omenirea a utilizat diferite metode la baza cărora se află procesele de fermentație, procese ce decurgeau cu participarea unor organisme vii (în special microorganisme) pentru obținerea de produse alimentare.Dovezi scrise (papirusuri, tăblițe, Biblia) arată ca sumerienii și babilonienii produceau bere din drojdii cu 6000 de ani î. Hr., egiptenii preparau pâine folosind maia cu 4000 de ani î. Hr., iar în Orientul Apropiat se producea vin.

Cu 500 ani î.Hr. în China se producea lapte de soia mucegăit folosit ca antibiotic pentru a trata arsurile, iar în anii 100 d.Hr., tot în China, un praf aplicat ca insecticid pecrizanteme. [2]

Bazele biotehnologiei moderne au fost puse de Gregor Mendel în 1865, care a descoperit modul în care la plante, caracterele ereditare trec de la părinți.

Dezvoltarea biotehnologiei este legată de revoluția biologiei moleculare, care a urmat anilor ’50 și a permis înțelegerea profundă a legăturilor dintre structura moleculară, cea morfologică și capacitatea de funcționare, creștere și multiplicare a diferitelor sisteme biologice.

Biotehnologiile alimentare sunt procedee industriale de prelucrare a legumelor și fructelor, a laptelui și produselor lactate, a cărnii.

fermentație - diversificarea gamei de produse obținute prin fermentare (alimente, antibiotice și enzime cu variate aplicații), perfecționarea vechilor procese de fermentație cunoscute și aplicate în industria alimentară

sinteza de proteine microbiene pentru alimentația animalelor și a omului - sursa de energie pentru producerea acestora poate fi mediul special creat, deșeuri organice vegetale sau animale, menajere sau chiar petroliere

acvacultură - cultivarea pe scară largă a algelor unicelulare în scop alimentar și pentru extracția de substanțe chimice.

Microorganismele utilizate în procesele microbiologice industriale trebuie să posede următoarele calităţi:

să prezinte tulpini stabile genetic; să producă mai multe tipuri de celule (vegetative, spori sau alte unităţi

reproductive); să nu fie contaminate cu alte microorganisme;

să crească viguros şi rapid după inoculare în vasele de cultivare utilizate pentru prepararea inoculului înainte de fermentaţia industrială;

să realizeze bioprocesul dorit într-o perioadă scurtă de timp (preferabil în 3 zile sau mai puţin) şi să aibă capacitatea de a creşte pe medii cu componente ieftine şi uşor de procurat;

cultura microbiană să poată fi uşor conservată în timp fără a-şi schimba proprietăţile biochimice şi genetice;

să prezinte stabilitate metabolică şi să asigure desfăşurarea de procese metabolice reproductibile;

să se preteze la schimbări sub acţiunea agenţilor mutageni sau prin inginerie genetică, în vederea obţinerii de tulpini programate cu randamente sporite de biosinteză şi stabilitate metabolică deosebită.

Microorganisme cele mai utilizate în scopuri industriale aparţin următoarelor grupuri: fungi:drojdii (levuri); mucegaiuri (micromicete, fungi filamentoşi); bacterii; alge microscopice.

I. Drojdiile

Drojdiile reprezintă un grup complex şi eterogen de microorganisme monocelulare de tip eucariot (celule cu nucleu diferenţiat), care se înmulţesc prin înmugurire, ca formă generală de reproducere şi în mod particular prin ascospori formaţi pe cale asexuată şi sexuată.

Denumirea de „drojdie” semnifică, în general, sedimentul care se formează după ce a avut loc fermentaţia alcoolică a musturilor dulci. 

1.Importanţa drojdiilor şi rolul acestora

Drojdiile joacă un rol foarte important în industria alimentară, biotehnologie, în natură.

Având drept caracteristică principală capacitatea de a produce fermentarea glucidelor simple cu formare de alcool etilic şi dioxid de carbon, drojdiile fermentative sunt utilizate în biotehnologii alimentare la fabricarea alcoolului, a vinului, berii şi pâinii.

Drojdiile au o compoziţie chimică valoroasă şi după cultivare în condiţii de aerare şi prelucrare sunt utilizate ca sursă de proteine în alimentaţia umană.

În microbiologia industrială, din biomasă de drojdie se obţin: extracte (plasmolizate, autolizate), folosite ca aditivi alimentari sau pentru

îmbogăţirea în substanţe azotate a mediilor de cultură destinate fermentaţiilor; vitamine hidrosolubile: B1, B2, PP, ergosterol; enzime: β-fructofuranozidaza şi β-galactozidaza; prin hibridizări şi inginerie genetică, din mutanţi ai speciei Saccharomyces cerevisiae

s-a obţinut interferonul – substanţă cu efect antiviral şi citostatic.

2.Structura celulei de drojdieCa şi celelalte celule eucariote, drojdiile au structura compusă din învelişuri celulare, citozol, nucleu, mitocondrii, ribozomi, vacuole şi alte organite intracelulare.

cm - cicatrice mugurală

G - corp Golgi

L - incluziuni lipidice

Lz - lizozomi

Mt - mitocondrie

N - nucleu

n – nucleol

Pc - perete celular

Pl - plasmalemă

RE - reticul endoplasmatic

V – vacuolă

In - înveliş nuclear prevăzut cu pori

Ipl - învaginări plasmalemale

3.Caractere fiziologice generale ale drojdiilor

O proprietate importantă a unor drojdii cu utilizări în industria alimentară este aceea de a fermenta în condiţii de anaerobioză glucide (hexoze, diglucie, triglucide) cu formare de alcool etilic şi dioxid de carbon şi produse secundare care dau aroma caracteristică produselor fermentate.

În condiţii de aerobioză, drojdiile asimilează glucidele transformându-le prin respiraţie la CO2 şi H2O, iar energia eliberată favorizează creşterea şi înmulţirea celulelor

4.Descrierea principalelor caractere de gen şi incidenţa drojdiilor în industria alimentară

Bretanomyces cuprinde drojdii anascogene de formă oval-cilindrică (sau de ogivă) cu înmugurire terminală, care pot, în aerobioză, să producă acid acetic prin fermentarea glucozei. Dau alterări ale berii, vinului (cu formare de esteri şi substanţe cu gust amar), ale băuturilor nealcoolice şi ale murăturilor.

Candida este un gen bogat în specii (81), heterogen din punct de vedere morfologic şi fiziologic şi care a suferit în timp multe modificări taxonomice. Candida mycoderma (valida), denumită şi floarea vinului, se dezvoltă în prezenţa aerului la suprafaţa lichidelor slab alcoolice, formând un voal caracteristic; prin oxidarea alcoolului la dioxid de carbon şi apă are loc deprecierea vinului, berii. Alte specii, cum ar fi C. utilis, C. robusta, C. tropicalis, C. lypolitica se pot cultiva pe medii obţinute prin prelucrarea unor deşeuri ale industriei alimentare, a lemnului şi celulozei, obţinându-se o biomasă cu un conţinut de 45-55 % proteină, folosită în furajarea animalelor. Candida krusei intervine la fermentarea boabelor de cacao şi de cafea. Drojdiile C. kefyri sunt utile la fabricarea chefirului, iar C. pseudotropicalis este frecvent întâlnită în microbiota cărnii tocate de vită. Candida albicans, drojdie facultativ patogenă, nu se înmulţeşte în alimente, în organismul viu, poate fi agent al dermatitelor, candidozelor viscerale, pulmonare.