HYRJE Ceshte bioteknologjia Bioteknologjia eshte nje koncept i

HYRJE C’eshte bioteknologjia ? ? • Bioteknologjia eshte nje koncept i gjere, i biologjise se aplikuar qe perfrshine shfrytezimin e organizmave te gjalla (bakteret, majate, kulturat qelizore indore dhe proceset biologjike ne inxhinieri, teknologji, mjekesi, farmaci, dhe teknologji ushqimore • Ne kuptimin e saj te gjere, BT i ka fillimet e saja qe ne kohen kur fermentuesit joprofesioniste perdornin majane (tharmin) (S. Cerevisae) per prodhimin e birres apo bakteret per shndrimin e qumeshtit ne kos. • Bioteknologjia ka te beje me prodhimin e lendeve, industriale duke shfrytezuar veprimet metabolike te m. o ose te organizmave bimore, shtazore apo te kulturave te tyre qelizore. • Termi BT u pordor per here te pare me 1917 nga inxhinieri hungarez Karl Ereky. bioteknologjia, konceptet baze 1

BT • Sipas konventes se kombeve te bashkuara mbi diversitetin biologjik BT, definohet: “ • Cdo aplikim teknologjik qe shfrytezon sisteme biologjike, organizma te gjalla, ose derivate nga keto organizma per te prodhuar ose modifikuar prodhime te ndryshme perdorime specifike” • Sipas perkufizimit te Federates Europiane te Bioteknologjise: “BT nenkupton perdorim ne menyre te integruar te Mik. B, Bio. K, inxh. Kimike per te shfrytezuar per qellime industriale aftesite potenciale te MO, qelizave te kultivuara bimore apo shtazore apo te pjeseve te tyre. • BT bazohet ne shkencat e para biologjike (gjenetika, mikrobiologjia, biologjia molekulare, biokimia, embriologjia, si dhe ne njohjen e metodave nga sfera e biologjise, (inxh. Kimike, bioproceset, teknologjia informative, biostatistiken, metod e biologjise molekulare etj). bioteknologjia, konceptet baze 2

Perparesite e BT • Nje pjese e produkteve apo lendeve te prodhuara me rruge bioteknolgjike mund te prodhohen edhe me rruge kimike por “sekreti” i proceseve bioteknologjike qendron ne shfrytezimin e kontrolluar nga njeriu, • Ne dallim nga proceset kimike keto procese kryhen ne kushte te “buta” temperature, presioni, p. H, etj. • Per t’u realizuar keto nuk nevojiten as sasi te medha te energjise as acide, baza te forta, pra keto procese rezultojne me te leverdishme edhe nga pikpamja ekonomike. bioteknologjia, konceptet baze 3

Perparesite e produkteve te BT • Pervec kesaj, qelizat ne kultura duke qene shume specifike ne veprimin e tyre, japin vetem produkte natyrale terresisht te parashikueshme, duke evituar keshtu fitimin e produkteve sekondare te padeshirueshme apo toksike. • Proceset BT perdorin lende te rinovueshme dhe te biodegradueshme, kjo ben qe keto procese te jene me pak ndotese, pra edhe te parrezikshme per mjedisin, aspekt qe sot perben nje nga problemet kryesore jo vetem per vendet e zhvilluara por edhe ato ne zhvillim. bioteknologjia, konceptet baze 4

Historiku i BT • Zhvillimi historik i BT mund te ndahet ne tre periudha kryesore: a) E para fillon nga koherat me te hereshme deri ne mesin e shek te 19 b) E dyta deri ne vitet e Luftes se Dyte Boterore c) Dhe e treta periudhe deri ne kohet e sotme – ne kete te fundit do te veconim perdorimin me sukses te metodave dhe teknikave te inxhinierise gjenetike perfitimin e Organizmave te Ndryshuar Gjenetikisht (GMO genetically modified organisms) bioteknologjia, konceptet baze 5

Historiku i BT • Periudha e pare karakterizohet nga zbulime te rastesishme te cilat sollen nevojen e teknikave te ruajtjes dhe fitimit te ushqimeve apo pijeve me veti organoleptike karakteristike • Vera, birra, djathi, kosi, etj. , jane produkte ushqimore qe njiheshin nga te gjithe popujt ne lashtesi. • Prodhimi i produkteve te fermentuara njihet ne nje periudhe me te voneshme, • MISO- ushqim i fituar nga fermentimi i sojes • SAKEJA- Pije alkoholike qe fitohet nga fermentimi i orizit (pije japoneze) bioteknologjia, konceptet baze 6

Historiku i BT • Kalimi nga periudha e pare ne periudhen e dyte dallohet nga disa zbulime te izoluara ne Europe nga fundi i shek. XVII deri ne fillim te shek. XIX. • Me 1680 A. Van Lewenhoeck veren per here te pare ne nje pike birre pranine e disa trupezave sferoide te cilat i quajti animalcula, por pa dhe dha idene se ato ishin qenie te gjalla. • 200 vjet me vone u vertetua ekzistenca e m. o dhe roli i tyre. • Merita me e madhe per kete zbulim i takon Luis Pasterit icili cilesohet edhe si themelues i Mikro. B. bioteknologjia, konceptet baze 7

Eksperimenti i Pasterit • Shkencetaret ishin te shqetesuar me kunderthenien e sotme aktual se a mund qe jeta te paraqitet spontanisht? ? !! • Eksperimenetet e bera me 1768, sygjeruan se jeta duhet te vije prej jetes, mirepo mendonin se ne m. o apo me sakte jeta formohet ne menyre spontane • Me 1860, Lui Paster beri eksperimenete qe te tregoje se edhe te m. o ne te vertete nuk paraqiten gjeneratat spontane. bioteknologjia, konceptet baze 8

Paster’s experiment • Pasteri zbuloi se pergjegjes per fermentimin ishin disa trupeza sferoidale e jo te sterzgjatur (majate) • Ai vuri themelet e teknikave te izolimit te kulturave te pastra te m. o. poashtu te nje procesi qe per nder te tij mban edhe emrin pasterizim, duke hedhur poshte teorine e gjenerimit spontan, qe mbreteronte deri ne ate kohe, Pasteri tregoi ekzistencen e m. o anaerobe obligative dhe fakulative, efektin e mungeses se oksigjenit ne nderprerjen e frymemarrjes dhe nxitjen e fermentimit (efekti Paster) bioteknologjia, konceptet baze 9

Zhvillimi historik • Nga fundi i shek. XIX ishin krijuar te gjitha premisat per kalimin e proceseve fermentative ne permasa industriale • Filloi te studijohej mekanizmi i fermentimeve me synimin per te marre produkte dytesore dhe te ndryshme nga ajo qe pritej. • Pikerisht kjo u shfrytezua ne Gjermani gjate Luftes se Pare Boterore ku procesi i Neuberg per fermentimin alkolik u modifikua per te prodhuar glicerine, per lende eksplozive. • Me vone filloi prodhimi i produkteve tjera me rruge fermentative : acidi citrik, acidi glukonik, acetonin, glicerolin etj. • Me fillimin e LD Boterore, mbyllet periudha e dyte e historikut te Bioteknologjise. bioteknologjia, konceptet baze 10

• Ne Luften e Dyte Boterore filloi epoka e fermentatoreve modern ose e biorektoreve dhe e antibiotikeve. • Gjate luftes se dyte Boterore nevojitej zgjidhja e problemit te infeksioneve te plageve dhe per kete anglezet dhe amerikanet ju drejtuan universiteteve dhe industrive farmaceutike per te prodhuar ne shkalle te gjere penicilinen e cila ishte zbuluar me 1939 nga Florey dhe Chain, bazuar nga vrojtimet A. Fleming 10 vjete me heret. bioteknologjia, konceptet baze 11

• Antibiotiket ishin komponimet e para primare te prodhuara per t’u perdorur si barera kunder baktereve gjate kohes se luftes. • Teknologjia fermentative nuk ka mundur te jete e afte per prodhime komerciale te antibiotikeve pa zhvillimin e metodave per izolimin e llojeve. • Antibiotiku peniciline eshte prodhuar me fermentimin e Peniciliumit. bioteknologjia, konceptet baze 12

Disa antibiotike te prodhuar per nevoja komerciale antibiotiku Mikrorganizmi prodhues klasa cefalosporina Cephalosporium acremonium Spekter I gjere penicilina Penicillium chrysogenum Bakteret Gram -pozitive Te fituara nga kerpudhat Nga bakteret G-pozitive sporogjene Bacitracin Bacillus subtilis Bakt. G-pozitive Polimiksin B Bacillus Polymixa Bakt. G-negative bioteknologjia, konceptet baze 13

Antibiotiket per nevoja komerciale Antibiotike te perfituara nga aktinomicetet kloramfenikoli Streptomyces venecuelae Spekter I gjere cikloheksimid Streptomyces griseus Kerpudha patogjene e tharmit eritromicina Streptomyces erythreus Kryesisht bakt g-pozitive kanamicina S. kanomycetus Ne bakt. G-pozitiv neomicina S. fradiae Spekter I gjere Nistatina Streptomicina S. Noursei S. Griseus Kerpudha Bakt G-neg tetraciklina S. rimosus Spekter I gjere bioteknologjia, konceptet baze 14

Historiku i BT • !950 -1960 suksesi me i madhe ne industrine fermentative, prodhimi fillimisht i penicilines dhe me pas i antibiotikeve te tjere ne shkalle industriale. • Impiantet e ngritura per kete qellim bene te mundur realizimin e proceseve fermentative per nje game te gjere lendesh te tjera si vitamina, aminoacide, polisaharide etj. bioteknologjia, konceptet baze 15

Aminoacidet e prodhuara dhe perdorimi i tyre aminoacidi Perdorimi si aditive (permiresues te shijeve, afatit, konservim etj. , ) alanina Shtohet ne lengun e pemeve permiresimin e shijes aspartati Per permiresimin e shijes cisteina Shtohete ne buke dhe ne lengjet e pemeve per te forcuar shijen glutamati Shtohet ne shume ushqime per te forcuar shijen (si monosodium glutamat) Glicina E perforcon shijene e ushqimit te sheqerosur histidina Pengon shkaterimin e ushqimit metionina Prodhimet nga soja i bejne me komplete proteinat bioteknologjia, konceptet baze 16

Enzimat e rendesishme komerciale te prodhuara nga m. o enzima funksioni Mikrorganizmi prodhues celulaza Hidrolizon celulozen Trichoderma konigi Ndihmon ne zierje kolagjenaza Hidrol. kolagjenin Clostridium histoliticum Ndihmon ne sherimin e plageve invertaza Hidrolizon saharozen Sacharomyces cerevisae Prodhim I embelsirave lipaza Hidrolizon yndyrat Rhizophus spp. Ndihmon ne zierje pektinaza Hidrolizon pektinen Sclerotine libertine Pastron lengjet e pemeve proteaza Hidrolizon proteinat Bacilus subtilis bioteknologjia, konceptet baze perdorimi Per detergjente, sapuna 17

I. GJ • Nga mesi i viteve te 70 lindi Inxhinieria Gjenetike, kjo hapi nje rruge per mundesi aplikative te jashtezakonshme te IGJ. • Teknikat e IGJ, bejne te mundur nderhyrjen e drejteperdrejte ne informacionin gjenetik te qelizave, duke krijuar lloje te reja, per te prodhuar sasi te nje lende te deshiruar, apo lende terresisht te ndryshem e artificiale. • Fillimisht do te trajtohen organizmat qe shfrytezon BT. bioteknologjia, konceptet baze 18

mikroorganizmat • Mikrorganizmat perbejne protagonistet kryesore te BT si per aplikimet klasike ashtu edhe per ato moderne. • M. o paraqesin nje sere perparesish ne krahasim me qelizat e tjera bimore apo shtazore • Shtohen shpejt dhe ne terrene te shumellojshme, kane nje kohe ndarje shume te shkurter, kerkojne terene rritjeje jo te kushtueshme dhe kulturat e tyre manipulohen shume shpejt • Qe te shfrytezohen duhet njohur me hollesi ndertimi i tyre, funksioni, metabolizmi dhe kinetika e rritjes. bioteknologjia, konceptet baze 19

m. o • me termin m. o kutohet cdo organizem me permesa te tilla qe nuk mund te shihet me sy te lire • Ne boten mikrobike bejne pjese: bakteret, kerpudhat, algat, protozoaret, te gjitha organizma shume te ndryshem per sa i perket formes, permasave relative, mekanizmit te riprodhimit, ciklit jetesor, etj. bioteknologjia, konceptet baze 20

bioteknologjia, konceptet baze 21

bakteret • Bakteret karakterizohen nga nje metabolizem i shume llojshem, pervec rrugeve te ndryshme te perdorimit te glukozes me ane te frymemarrjes, bakteret shfrytezojne edhe rruge alternative fermentative te shumellojshme, veti qe i ben shume te rendesishme nga pikepamja bioteknologjike. • Mikrorganizmat me interes BT jane kryesisht kimiorganotrofe d. m. th te afta per te marre energji nga oksidimi i komponimeve organike qe mund te jene te llojeve te ndryshme : karbohidrate, acide organike, aminoacide ose hidrokarbure. • Megjithate GLUKOZA, eshte ajo me e perdorura, eshte karbohidrat i thjeshte dhe haset shume ne natyre. bioteknologjia, konceptet baze 22

bakteri bioteknologjia, konceptet baze 23

Konsiston ne aminoacide dhe karbohidrate -Kristal vjollce VJOLLCE -Expozohen ne jod -Larje me alkool -Ngjyruesi I 2 safranina kuqe vjollce bioteknologjia, konceptet baze ROZE 24

bioteknologjia, konceptet baze 25

bioteknologjia, konceptet baze 26

bioteknologjia, konceptet baze 27

bakteret • M. o e perdorin glukozen ne menyra e ne rruge te ndryshme, shumica e tyre e shperbejne glukozen me ane te Glikolizes, qe con deri ne formimin e acidi piruvik e me pas deri (aerob) ne CO 2 dhe H 20. • Si marres dhe mbartes i energjise (elektroneve dhe protoneve) sherbejne koenzima NAD→NAD-H i cili mer elektronet nga gliceraldehid 3 fosfati, me pas i dhuron elekektronet ne ne zinxhirin e transportit te elektroneve. • Meqenese molekulat e NAD-it jane te kufizuara ne qelize, pasi reduktohen te gjitha, oksidimi nuk mund te ndodhe me dhe si rrjedhim nuk mund te ndodhe edhe prodhimi i energjise. bioteknologjia, konceptet baze 28

bioteknologjia, konceptet baze 29

bakteret • Per kete arsye ne disa organizma p. sh Lactobacillus ashtu si ne muskujt e disa kafsheve edhe te njeriu, NAD-H rioksidohet nga vete acidi piruvik dhe ky i fundit shendrohet ne acid laktik. Ose ac. i qumeshtit. Dhe i gjithe procesi i shnderrimit te glukozes ne ac. Laktik merr emrin FERMENTIM LAKTIK. • Ne disa mikroorganizma te tjera p. sh Saccharomyces (maja), NAD, rigjenerohet ne nje menyre tjeter: acidi piruvik permes se eliminit te nje mol. te CO 2 shndrohet ne aldehid acetik e cila me pas reduktohet nga NADH edhe ne alkol etilik, • Varesisht nga fakti se cili produkt formohet mer emrin edhe fermentimi. Metilik, aceton butilik, etj. bioteknologjia, konceptet baze 30

Skeme e fermentimit laktik dhe etilik bioteknologjia, konceptet baze 31

Acidi piruvik permes se eliminit te nje mol. te CO 2 shndrohet ne aldehid acetik i cili me pas rioksidohet nga NADH ne NAD+ dhe ne alkol etilik, bioteknologjia, konceptet baze 32

fermentimi • Ne fermentimin alkoolik p. sh nga nje molekule glukoze fitohen dy molekula etanol dhe dy molekula CO 2. C 6 H 12 O 6 » 2 CH 3 CH 2 OH + 2 CO 2 • Pervec kesaj disa baktere dhe kerpudha nuk e shnderojne te gjithe substratin energjetik ne CO 2 dhe H 20, por prodhojne edhe produkte te dobishme, si psh produkte te ndermjetme te Ciklit te Krebsit (acidin citrik). bioteknologjia, konceptet baze 33

Per cilet elemente kimike kane nevoje m. o ne BT ? • Pamarre parasysh a kryejne frymemarrjen ose fermentojne m. o kane nevoje per: karbon, hidrogjen, oksigjen, azot, squfur e fosfor (CHNOSP), pra per te gjitha elementet kimike qe ndertojne lenden qelizore. • Karboni meret nga glukoza, hidrogjeni dhe oksigjeni meren nga H 2 O, disa mikrobe perdorin oksigjenin atmosferik, azoti meret nga kriperat e amonit, dhe aminoacidet, ka baktere qe shfrytezojne azotin atmosferik, qe sigurojne pjellorine e tokes, squfuri dhe fosfori perdoren nga komponimet organike ne trajten e sulfateve SO 4, dhe fosfateve PO 4. bioteknologjia, konceptet baze 34

Lendet minerale dhe faktoret e rritjes • Elementet e tjera te nevojshme per m. o por qe kerkohen ne sasi me te vogla jane kryesisht lendet minerale qe meren ne trajten e kriperave: natriumit, kalciumit, magnezit, dhe hekurit (Na, K, Ca, Mg, Fe) (makroelemente), dhe ne sasi me te vogel jane te nevojshem (mikroelemente) bakri, zinku, kobalti, mangani, molibdeni. • Disa lende vendosen te gatshme ne terene ushqyse per zhvillimin e baktereve dhe quhen faktore te rritjes, sic mund te jene purinat dhe pirimidinat. bioteknologjia, konceptet baze 35

Kushtet e nevojshem per rritjen e m. o • Kushtet mjedisore te pershtetshme: p. H-i , temperatura, ajrimi, • Rritja optimale ne p. H 6, 5 -7, 5 ka raste ku bakterete rriten edhe ne kushte shume bazike ose acidike. (shfrytezohen solucione tampon) • Temperaturat: nga 0°C -80°C, megjithese temp. optimale eshte 30 -35°C, termofile, mezofile, • Nen temp. 0° e ka bazen ruajtja e kulturave mikrobike, per nje kohe te gjate dhe “ringjallja” e tyre. bioteknologjia, konceptet baze 36

Kushtet e nevojshem per rritjen e m. o • Rritja mikrobike, eshte e lidhur ngushte edhe me pranine ose jo te oksigjenit, per keta faktore bakteret paraqesin shumellojshmeri, • Aerobet obligative, nuk mbijetojne pa O 2, • Anaerobo obligative, O 2 toksik per ta • Anaeroba fakultative (indiferente ndaj pranise se O 2) • Faktore tjeter shume i rendesishem eshte edhe drita, bakteret fotosintetike kane nevoje per drite, • Te gjitha faktoret e permendur duhet te meren parasysh gjate perdorimit te tyre ne kushte industriale per prodhimin e lendeve me interes per njeriun. • Optimizimi dhe permiresimi i ketyre parametrave eshte nje nga drejtimet me te rendesishme per te marre produktin e deshiruar. bioteknologjia, konceptet baze 37

Majate (tharmi – S. cerevisiae) • Majate jane nder m. o me te shfrytezuara si ne aspektin sasior ashtu edhe cilesor • Jane kerpudha te uleta, njeqelizore, • Shumimi vegjetative me bulezim (Budding) • Cikli jetesor me alternim, haploide dhe diploide, • Ciftezimi (mating) mund te ndodhe vetem midis formave “seksuale” te percaktuara gjenetikisht a dhe ᾳ • Majate mund te paraqesin edhe forma poliploide, jane me te qendrueshme • Maja me e perdorur ne industri eshte Saccharomyces cerevisae. bioteknologjia, konceptet baze 38

bioteknologjia, konceptet baze 39

Saccharomyces cervisiae bioteknologjia, konceptet baze 40

bioteknologjia, konceptet baze 41

Genome sequencing • S. cerevisiae was the first eukaryotic genome that was completely sequenced. [3] The genome sequence was released in the public domain on April 24, 1996. Since then, regular updates have been maintained at the Saccharomyces Genome Database. The genome is composed of about 12, 156, 677 base pairs and 6, 275 genes, compactly organized on 16 chromosomes. Only about 5, 800 of these are believed to be true functional genes. Yeast is estimated to share about 23% of its genome with that of humans. [citation needed] bioteknologjia, konceptet baze 42

Perdorimi • Gjinite me te perdorura ne idustri jane Saccharomyces dhe Candida, • kryesisht perdoren ne industrine e bukes, birres, dhe prodhimit te alkoolit • Pervec rendesise praktike, majate kane luajtur rol edhe ne aspektin teorik duke ofruar per studim proceset baze te biokimise, proceseve metabolike e gjenetike te qelizave eukariote. bioteknologjia, konceptet baze 43

Perdorimi industrial • Perdorimi i majave mund te klasifikohet ne tri grupe sipas lidhjes midis biokimise se tyre dhe produktit qe prodhojne: • Perberes qelizore, : Ø Qeliza te plota ne gjendje te thate, biomasa (ushqim per kafshet) Ø Perberes makromolekulare- lipide, proteina, enzima Ø Komponime te ekstarkuara, koenzima, vitamina. • Produkte te sekretimit: Ø Birre, vere, limontos, pije alkolike, etanol per energji Ø Dioksid karboni • Bashkeveprimi enzime – substart Ø Perdorimi I hirres Ø Perdorimi I amidonit/dekstrines Ø Prodhimi I maltrotriozes bioteknologjia, konceptet baze 44

bioteknologjia, konceptet baze 45