Biotechnolgia Anaerob biotechnolgia Immobilizls Anaerob biotechnolgia Aerob Anaerob

Biotechnológia Anaerob biotechnológia Immobilizálás

Anaerob biotechnológia

Aerob - Anaerob • • • Aerob Obligát anaerob Fakultatív aerob Mikroaerofil Aerorezisztens

Aerob - Anaerob • • Cukorból Piroszőlősavig egyezik Anaerob: szerves savak Aerob: CO 2 + ATP

Szén - kén körforgás

Kén körforgás

Nitrogén körforgás

Redox folyamat REDUKCIÓ Oxidálószer + e- → termék Elektron akceptor = Oxidációs szám csökken Oxidáció Redukálószer → termék + e- Elektron donor = Oxidációs szám nő

Redox pár • Nernst egyenlet – -60 m. V/p. H – -30 m. V/p. H – E ≤ -300 m. V e 2 e-

Anaerob anyagcsere • Fermentáció – Terméke • piroszőlősav • szerves sav, pl. acetát, laktát • energia, oxidált koenzim • Anaerob légzés

Anaerob anyagcsere • Fermentáció • Anaerob légzés – Nitrát redukció, denitrifikálás – Szulfát vagy kén redukció – Metanogenezis glükóz + 3 NO 3 - + 3 H 2 O glükóz + 3 SO 42 - + 3 H+ glükóz + 12 S + 12 H 2 O AEROB → 6 HCO 3 - + 3 NH 4+, → 6 HCO 3 - + 3 SH-, → 6 HCO 3 - + 12 HS- + 18 H+, ΔG 0' = -1796 k. J ΔG 0' = -453 k. J ΔG 0' = -333 k. J ΔG 0' = -2844 k. J

Anaerob körülmények biztosítása

Anaerob körülmények biztosítása • Anaerob munkahely – Kontrollált anaerob környezet – Szabad kézzel lehet dolgozni – Steril – Zsiliprendszer

Anaerob tenyésztés sajátosságai • Hosszú “lag” fázis – A rendszer anaerobbá válik – Sejtszám nem nő – Redox potenciál csökken

Anaerob tenyésztés sajátosságai • Anaerob baktérium spórájából nem fejlődik aktív sejt -120 m. V redox potenciál alatt • CRP = culture redox potential ≠ belső redox potenciál

Anaerob tenyésztés sajátosságai • Kevert kultúrák • Szintrópia • Két mikróba egymás működését segíti, kölcsönös előnyöket biztosítva a partnereknek

Szintrópia – fajok közötti H 2 átadás • Methanobacillus omelianskii – Etanolból ecetsav anaerob úton – Termodinamikailag nem megy • Szintrópia "S" törzs: 2 CH 3 CH 2 OH + 2 H 2 O = 2 CH 3 COO- + 2 H+ + 4 H 2 ΔGo' = +19 k. J / 2 mol Et. OH „H" törzs: CO 2 + 4 H 2 = CH 4 + 2 H 2 O ΔGo' = -131 k. J / mol CH 4 Együttes reakció: 2 CH 3 CH 2 OH + CO 2 = 2 CH 3 COO- + 2 H+ Δ Go' = -112 k. J / mol CH 4

Listeria monocytogenes • Gram + • Emberben 10% előfordul tünet nélkül • Súlyos idegrendszeri gyulladásokat okoz • Monocitákat, makrofágokat, leukocitákat támad – Sejtbe bejut – Vérrel fertőz

Staphylococcus • Gram +, sokan ártalmatlanok – Bőrön, nyálkahártyákon • S. aureus - patogén

Immobilizálás

Immobilizálási technikák: prokarióta • Bezárás

Immobilizálási technikák: prokarióta • Felületi adszorpció

Immobilizálási technikák: prokarióta • Keresztkötés

Immobilizálási technikák: prokarióta • Makropórusos hordozó

Immobilizálási technikák: prokarióta • Szűrés

Immobilizálási technikák: prokarióta • Felületi kitapadás

Immobilizálási technikák: prokarióta • Természetes aggregátumok

Immobilizálási technikák: eukarióta • Roller bottle

Immobilizálási technikák: eukarióta • Sima felületű mikrohordozó

Immobilizáló mátrixok • Alginát – D-mannuronsav – L-güluronsav – Zegzugos kopolimer • Kétértékű kation: Ca 2+ – Keresztkötés • Ionos kötés – Gyenge – Koncentráció függő • Pórusméret: 1 -15 μ

Alginát immobilizálás • Na-alginát – Viszkózus folyadék • Sejtekkel keverés • Cseppek – 50 m. M Ca. Cl 2 oldatba – 0, 5 -2 mm átmérő • Biológiailag lebontható • Szárítva tárolható

Immobilizáló mátrixok • Pektin – – D-galakturonsav Ca 2+ só Mechanikai stabilitás nagy Keresztkötő szer kell • Glutáraldehid • Polietilénimin

Immobilizáló mátrixok • Pektin – Növényi sejtfal alkotó – Különböző mértékben észterezett – GRAS • probiotikum

Immobilizáló mátrixok • Controlled pore glass – Kétféle üveg keverék • Borát + szilikát – – – Egyiket kioldják Térhálós szerkezet Mechanikai stabilitás Sterilezhető Felület derivatizálható • Sejt, molekula megkötés • kromatográfia

Immobilizáló mátrixok • Controlled pore rubber – Kétféle gumi keverék – Egyiket kioldják – Térhálós szerkezet – Mechanikai stabilitás – Sterilezhető – Sejt, molekula megkötés

Immobilizáló mátrixok • Poliuretán – Izocianát + alkohol + katalizátor – Adalékokkal sokféle • Forma • Keménység – Víznél könnyebb • Aerob mikrobáknak – Biológiailag NEM lebontható

Immobilizáló mátrixok • Poliuretán – Nagy, inert felület – Levegő szűrő biofilterekben

Biotechnológia • Pezsgőgyártás – Üvegbe félig érlelt bor + cukor + élesztő – Parafadugó – 1 -3 év érlelés után élesztő eltávolítás forgatással – Nyak fagyasztása – Élesztő “kilövés” – Helyére aroma + konyak • CO 2 serkenti az Et. OH felszívódását (!)

Biotechnológia • Pezsgőgyártás – Élesztő alginátban – “kabátolás” • Kitin, kitozán – Érlelés = szabadon lebegő élesztő – Ülepítés gyorsan, hatékonyan

Biotechnológia • Pezsgőgyártás – Élesztő alginátban – “kabátolás” – Ülepítés gyorsan, hatékonyan – 25% pezsgő megtakarítás – Munkaerő megtakarítás

Biotechnológia • Apró magvak + alginát – Könnyebb vetni • Répa, fehérrépa • Tápanyag, csírázást segítő anyagok, patogének elleni védekezés – P. fluorescens

Ivóvíz tisztítás • Globális probléma – Emberiség száma nő – Emberi eredetű szennyezés nő – Iható víz mennyisége csökken

Ivóvíz tisztítás • Nitrogén felhalmozódás – NH 4+, NO 3 -

Szennyvíztisztítás • Kommunális, ipari • Nitrogén: ammónia, nitrát • Aerob – anaerob kezelés

Szennyvíztisztítás • Kommunális, ipari • Nitrogén: ammónia, nitrát • Aerob – anaerob kezelés – Tiszta víz – Energia – Kezelt iszap = Szerves trágya

Ivóvíz denitrifikálása • Nitrát – nitrit átalakulás a bélcsatornában – Fakultatív anaerobok – Részleges redukció – NO 2 - hemoglobinhoz kötődik irreverzibilisen • “Kék csecsemő” • Agyi krónikus hypoxia • Emésztőtraktus tumor

Ivóvíz denitrifikálása • Nitrát redukció fokozatosan

Ivóvíz denitrifikálása • Gélcső reaktor – Nitrifikál • Nitrosomonas europaea – Denitrifikál • Paracoccus denitrificans • Energia: Et. OH – Térben elválasztva

Ivóvíz denitrifikálása • “Mágikus” gyöngy – Gömbhéjakban • Aerob • Anaerob – Térben elválasztva – Tápanyag: ecetsav

Ivóvíz denitrifikálása: KIBIR • Kombinált Ioncserélő-Biológiai Rendszer – Ioncserélő kromatográfia • Megköti a vízből a nitrátot • Tömény, sós nitrát oldat • Tiszta ivóvíz – Biotechnológia – (Sz. TE, Sz. BK, Bay. Bio) • Denitrifikálás bioreaktorban

Ivóvíz denitrifikálása: KIBIR • Szintrópia – Fajok közötti H 2 átadás – Redukálószer

Ivóvíz denitrifikálása: KIBIR • Alginátba immobilizálva • “Kabátolással stabilizált” • Cellulóz energiaforrás NO 3 - CO 2 + N 2 Pseudomonas denitrificans Acetivibrio cellulolyticus immobilizáló mátrix cellulóz szál

Ivóvíz denitrifikálása: KIBIR • Olcsó • Megbízható • Hatékony DE: nem használják