Indriis Muinieks BIOLOIJAS PAMATI DABASZINTU STUDENTIEM MIKROBIOLOIJA 2014
Indriķis Muižnieks BIOLOĢIJAS PAMATI DABASZINĀTŅU STUDENTIEM MIKROBIOLOĢIJA 2014. gads
IESKATS PĀRTIKAS, RŪPNIECISKAJĀ UN MEDICĪNISKAJĀ BIOTEHNOLOĢIJĀ • Baktēriju un citu mikroorganismu izmantošana biotehnoloģijā • Pārtikas biotehnoloģija • Rūpnieciskā biotehnoloģija • Vides aizsardzība • Lauksaimniecības mikrobioloģija • Medicīniskā mikrobioloģija
Biotehnoloģija – kontrolēta un uz zinātnes atziņām balstīta dzīvu organismu izmantošana cilvēkam vajadzīgu produktu iegūšanai. Biotehnoloģija – bioloģijas, mikrobioloģijas, molekulārās bioloģijas un inženierzinātņu sinerģiska mijiedarbība, lai izmantotu dzīvo organismus, to šūnas, šūnu struktūras vai molekulas, lai radītu produktus, procesus vai pakalpojumus.
Biotehnoloģiju iedala klasiskajā un gēnu inženierijas metodes izmantojošajā, jeb jaunajā biotehnoloģijā. Jaunā (modernā) biotehnoloģija - ar gēnu inženierijas metodēm modificētu organismu izmantošana šiem pašiem mērķiem
Futurewatch. Biotechnologies to 2025
Mikroorganismu un to ražoto produktu tirgus apjoms un prognozes Kopapjoma pieauguma prognoze >10% gadā. līdz 259 miljardiem USD 2016. g. Mikroorganismi (attīrīšanai, mēslojumam, probiotikas) – pieauguma prognoze apm. 7% gadā, līdz 6, 8 miljardiem USD 2016. g. BBC Reports: Microbial Products: Technologies, Applications and Global Markets, 2011
Sterilitāte Tīrkultūra Eksperiments
PĀRTIKAS RŪPNIECĪBA PĀRTIKAS BOJĀŠANĀS NOVĒRŠANA, BIOTISKA SAGLABĀŠANA PIENA PĀRSTRĀDE ALUS UN VĪNA RAŽOŠANA
PĀRTIKAS BOJĀŠANĀS un pārtikas saindēšanās cēloņi. Izplatītākie pārtikas infekciju izraisītāji: • • • Bacillus cereus Listeria monocytogenes Yersinia enterocolitica Salmonella spp. Escherichia coli O 157: H 7 u. c. Campylobacter jejuni
PĀRTIKAS BOJĀŠANĀS NOVĒRŠANA BIOTISKA SAGLABĀŠANA: patogēno mikroorganismu attīstību nepieļauj, izmantojot citu mikroorganismu kultūras vai to vielmaiņas produktus: skābes; spirtus. Papildu garšas un smaržas īpašību veidošanās.
PĀRTIKAS BOJĀŠANĀS NOVĒRŠANA ABIOTISKA APSTRĀDE: • zemas temperatūras (leduspagrabs); • augstas temperatūras; • ūdens aktivitātes samazināšana (sālīšana); • atūdeņošana (žāvēšana); • ķīmiskā preservēšana (propion-, benzoskābes, sulfīti u. c. ); • aseptika: mikroorganismu aizvākšana ar filtrēšanu un līdzīgām metodēm; • radioaktīvā apstarošana
PĀRTIKAS BOJĀŠANĀS NOVĒRŠANA BIOTISKA SAGLABĀŠANA: patogēno mikroorganismu attīstību nepieļauj, izmantojot citu mikroorganismu kultūras vai to vielmaiņas produktus: skābes; spirtus. Papildus garšas un smaržas īpašību veidošanās PĀRTIKAS PĀRSTRĀDĒ IZMANTO: DABISKO MIKROFLORU IERAUGA KULTŪRAS: TĪRKULTŪRAS VAI ASOCIĀCIJAS
Viens pārstrādes posms
2 - 3 pārstrādes posmi
PĀRTIKAS MIKROBIOLOĢIJA
2 - 3 pārstrādes posmi
Probiotiķi MODERNĀ UZTURZINĀTNE mikroorganismu kultūras, kuras lieto pārtikā, lai uzlabotu veselību un gremošanas procesus (jau Iļja Mečņikovs, 20. g. s. sākums) Prebiotiķi – cilvēka gremošanas traktā nenoārdāmi polisaharīdi, kas sekmē probiotisko kultūru attīstību, stimulē imūnās atbildes veidošanos. Uztura bagātinātāji (nutraceuticals) – pārtikas komponenti, kuriem ir veselību nostiprinoša vai ārstnieciska iedarbība Funkcionālā pārtika – pārtika, kas ietekmē specifiskas organisma funkcijas, it īpaši spēju pretoties saslimšanai.
Moderno uzturlīdzekļu tirgus apjoms un prognozes Kopējais veselīgās pārtikas (“nutraceuticals”) tirgus 2011. gadā tiek vērtēts 151 miljarda USD apjomā, prognoze 2016. gadam – apm. 207 miljardi USD. BCC Research Food & Beverage Report, July 2011
FUNKCIONĀLĀ PĀRTIKA
Sterilitāte Tīrkultūra Eksperiments
RŪPNIECISKĀ MIKROBIOLOĢIJA
RŪPNIECISKĀS MIKROBIOLOĢIJAS GALVENIE PRODUKTI: Aminoskābes – baktērijas (Corynebacterium) Mikrobioloģiskās ražošanas tehnoloģijas: 20. g. s. vidus – Japāna Pārtikas un lopbarības piedevas: Glutamīnskābe – lielākais ražošanas apjoms, pārtikas piedeva, MSG, umami, 2010. g. – 2, 5 milj. tonnas Lizīns – ātrāk augošais ražošanas apjoms, 2010. gadā – 1, 8 milj. tonnas 2011. g. apjoms – apm. 9 miljardi USD; 2015. g. prognoze – 11, 6 miljardi USD www. zanran. com
RŪPNIECISKĀS MIKROBIOLOĢIJA - SPIRTS http: //www. marketwire. com/ http: //www. ethanolrfa. org/ Etilspirta producenti - raugi, Zymomonas ģints baktērijas
RŪPNIECISKĀS MIKROBIOLOĢIJA – ŪDEŅRAŽA ENERĢIJAS ŠŪNAS
RŪPNIECISKĀS MIKROBIOLOĢIJA – BIODEGRADĒJAMI POLIMĒRI, POLIETILĒNA AIZVIETOTĀJI Azotobacter cistas veidojas nelabvēlīgos augšanas apstākļos. Redzami polihidroksisviestskābes (PHB) ieslēgumi.
Sterilitāte Tīrkultūra Eksperiments
MIKROORGANISMI IZVEIDOJA VIDI PĀREJO DZĪVĪBAS FORMU ATTĪSTĪBAI A B C Stromatolīti - cianobaktēriju masu pārakmeņojumi. A - vecākie pārakmeņojumi atrasti 3. 5 miljardus vecās klintīs Rietumaustrālijā. B - Koniskas formas stromatolīti 1. 6 miljardus gadu vecās dolomīta klintīs. C - Stromatolīti mūsu dienās, Rietumaustrālija Brock’s “Biology of Microorganisma”
MIKROORGANISMI IZVEIDOJA VIDI PĀREJO DZĪVĪBAS FORMU ATTĪSTĪBAI Mikroorganismi atrodami pat tādos ekstremālos apstākļos kā sulfurolās, vulkāniskajos, karstajos sēravotos; “melnajos skursteņos”, dziļūdens geizeros. http: //www. amnhonline. org/expeditions/blacksmokers/black_smokers. html
Baktēriju augšana atkarībā no barotnes p. H un temperatūras Acido. Psihro- Neitro. Mezo- Alkali. Termo. Ekstrēmi termo- Fīlija - (patika) optimāla augšana Tolerance - (iecietība) dzīvotspējas saglabāšana
Baktēriju augšana atkarībā no barotnes p. H un temperatūras
ANAEROBO MIKROORGANISMU AUDZĒŠANA Anaerobās kultivēšanas bokss un anaerostats
MIKRORGANISMU LOMA ELEMENTU APRITĒ SLĀPEKĻA CIKLS OGLEKĻA CIKLS SĒRA CIKLS FOSFORA CIKLS
MIKRORGANISMI VIDES AIZSARDZĪBĀ NOTEKŪDEŅU ATTĪRĪŠANA Pirmapstrāde Aerobā apstrāde Anaerobā apstrāde Pēcapstrāde
MIKRORGANISMI VIDES AIZSARDZĪBĀ NOTEKŪDEŅU ATTĪRĪŠANA Notekūdeņu aerobā apstrāde aerotenki
MIKRORGANISMI VIDES AIZSARDZĪBĀ NOTEKŪDEŅU ATTĪRĪŠANA Notekūdeņu anaerobā apstrāde – anaerotenki, metāna ražošana, biogāze, arhebaktērijas
MIKRORGANISMI - BIOINDIKATORI VIDES PIESĀRŅOJUMA KONTROLE Koli titrs ir mazākais ūdens tilpums mililitros, kurā ir viena Escherichia coli baktērija (dzeramajā ūdenī >300) Koli indekss izsaka, cik Escherichia coli baktēriju ir vienā litrā ūdens (peldvietās <1000).
MIKRORGANISMI VIDES AIZSARDZĪBĀ AUGSNES ATTĪRĪŠANA Attīrīšanas komplekss naftas produktu piesārņojuma biodegradācijai augsnē ar baktēriju palīdzību
MIKRORGANISMI, BIOKODEGRADĀCIJA UN BIOAIZSARDZĪBA JAUNI PRODUKTI SADZĪVES MIKROBIOLOĢIJĀ
MIKRORGANISMI UN BIOKOROZIJA DOMA ĒRĢEĻU MIKROFLORA
Sterilitāte Tīrkultūra Eksperiments
LAUKSAIMNIECĪBAS MIKROBIOLOĢIJA MIKRORGANISMU LOMA SLĀPEKĻA FIKSĒŠANĀ Bakteroīdi sakņu šūnās Rhizobium ģints gumiņbaktērijas fiksē atmosfēras slāpekli simbiozē ar pākšaugiem Bakteriālie mēslošanas līdzekļi - nitragīns, azotobakterīns
LAUKSAIMNIECĪBAS MIKROBIOLOĢIJA MIKRORGANISMU LOMA SLĀPEKĻA FIKSĒŠANĀ
LAUKSAIMNIECĪBAS MIKROBIOLOĢIJA MIKRORGANISMU LOMA SLĀPEKĻA FIKSĒŠANĀ Frankia ģints aktinomicētes fiksē atmosfēras slāpekli simbiozē ar alkšņu saknēm. Aktinorīza.
LAUKSAIMNIECĪBAS MIKROBIOLOĢIJA AUGU KAITĒKĻU UN SLIMĪBU APKAROŠANA • BAKTĒRIJAS Bacillus thuringiensis toksīns - pret vabolēm un plēvjspārņiem. • VĪRUSI Kodolu un citoplazmatiskās poliedrozes un granulozes vīrusi (Baculoviridae) - pret zvīņspārņiem. • SĒNES - Trichoderma - pret sēņu infekcijām, Beauveria - pret Kolorado vaboli, Verticillium un Entomophtora - pret plēvjspārņiem Bacillus thuringiensis toksīna kristāls Bakulovīruss elektronu mikroskopā
Sterilitāte Tīrkultūra Eksperiments
MIKROBIOLOĢIJA UN MEDICĪNA Melnā nāve: viduslaiku mēra (Yersinia pestis) epidēmijas attēlojums
MIKROBIOLOĢIJA UN MEDICĪNA http: //ci. vbi. vt. edu/pathinfo/pathogens/V_cholerae_2. html http: //news. bbc. co. uk/2/hi/in_depth/photo_gallery/3027714. stm Holeras (Vibrio cholerae) epidēmija pēc zemestrīces Haiti 2010. gada nogalē. Dažu mēnešu laikā 4200 mirušo. Jaunas un atkal parādījušās infekcijas apdraud cilvēku veselību.
C. D. Mathers, T. Boerma, D. Ma Fat Global and regional causes of death British Medical Bulletin Advance Access published online on September 22, 2009 Sirds išēmiskās un un smadzeņu asinsvadu slimības ir nozīmīgākie nāves cēloņi, tiem seko apakšējo elpceļu infekcijas (plaušu karsoņi), hroniskās obstruktīvās plaušu slimības (bronhīti) un diarejas (caurejas). AIDS un tuberkuloze ir sestais un septītais biežāk sastopamais nāves cēlonis, zemākās vietās nekā bija vērtēts agrāk. Pusi no bērnu mirstības veido četras novēršamas un ārstējamas infekcijas slimības (plaušu karsoņi, caurejas, jaundzimušo infekcijas vai masalas, malārija). Pasaulē kopumā no 10 nāves gadījumiem apmēram sešus izraisa neinfekciozas slimības, trīs – infekcijas un vienu – ievainojumi.
2013. gadā uz Zemes dzīvoja ap 7, 2 miljardi cilvēku. 2012. gadā nomira ap 56 miljoni cilvēku.
MIKROBIOLOĢIJA UN MEDICĪNA MIKROORGANISMI PALĪDZ SLIMĪBU APKAROŠANĀ • ANTIBIOTIKAS • VITAMĪNI (pantotēnskābe, karotīns) • PROBIOTIĶI (mikroorganismi) • PREBIOTIĶI (polisaharīdi) • FERMENTI (aspargināze, nukleāzes, proteāzes, streptolizīns) • IMUNSTIMULATORI, INTERFERONA INDUKTORI • NO REKOMBINANTIEM MIKROORGANISMIEM IEGŪSTAMI MEDICĪNISKIE PREPARĀTI (vakcīnas, diagnostikumi, fizioloģiski aktīvi proteīni)
- Slides: 54