Indriis Muinieks VISPRG BIOLOIJA ORGANISMU DAUDZVEIDBA MONERA PROKARIOTU

Indriķis Muižnieks VISPĀRĪGĀ BIOLOĢIJA ORGANISMU DAUDZVEIDĪBA MONERA PROKARIOTU VALSTS

PROKARIOTU VALSTS MIKROBIOLOĢIJAS PAMATI 4. Mikroorganismi biotehnoloģijā, lauksaimniecībā, vides aizsardzībā

MIKROORGANISMU BIOTEHNOLOĢIJA • Mikroorganismu biotehnoloģijas daudzveidība • Pārtikas biotehnoloģija • Rūpnieciskā biotehnoloģija • Lauksaimniecības mikrobioloģija • Vides aizsardzība

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 un 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 cilvēkam nepieciešamu produktu iegūšanai

Futurewatch. Biotechnologies to 2025

Biržā kotēto biotehnoloģijas kompāniju skaits un akciju vērtība (NASDAQ), 2012. -2013. g. Nature Biotechnology, V 31, V 32

Mikroorganismu un to ražoto produktu tirgus apjoms un prognozes Kopapjoma pieauguma prognoze >10% gadā. līdz 259 miljardiem USD 2016. g. Mikroorganismi (attīrīšanai, mēslojumam, probiotikas) – piauguma 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; O 104, 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

Vairāki pārstrādes posmi

PĀRTIKAS MIKROBIOLOĢIJA

Vairāki pārstrādes posmi

Probiotiķi MODERNĀ UZTURZINĀTNE mikroorganismu kultūras, kuras lieto pārtikā, lai uzlabotu veselību un gremošanas procesus. Iļja Mečņikovs, (1845. -1916. ) 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 Pārtikas piedevas (E-vielas – krāsvielas, emulgatori, stabilizatori, konservanti, utt. ) 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, 2014. g. ~ 3 milj. tonnas http: //spendmatters. com/2014/02/03/msg-worlds-well-known-secret-ingredient/ Lizīns – ātrāk augošais ražošanas apjoms, 2010. gadā – 1, 8 milj. tonnas 2014. g. kopējais aminoskābju pieprasījums tirgū – 6, 6 milj. tonnas 2022. g. prognoze – 10, 1 milj. tonnas Vērtība – 35, 4 miljardi USD http: //globenewswire. com/news-release/2015/07/02/749393/ www. zanran. com

RŪPNIECISKĀS MIKROBIOLOĢIJA -AMINOSKĀBES

RŪPNIECISKĀS MIKROBIOLOĢIJA -AMINOSKĀBES Mārtiņš Beķers (1928. -2014. ) Brevibacterium sp. 22 L -lizīna producents

RŪPNIECISKĀS MIKROBIOLOĢIJA -ANTIBIOTIKAS ALEKSANDRS FLEMINGS Penicilīna atklājējs, 1928. g. , NP – 1945. g. Penicilīna struktūra, b-laktāma gredzens – arī cefalosporīniem, monobaktāmiem un karbapenemiem.

RŪPNIECISKĀS MIKROBIOLOĢIJA -ANTIBIOTIKAS Jaunu antibiotiku producentu meklējumi, 1944. g. Aktinomicēte Streptomyces griseus: streptomicīns (aminoglikozīds), pirmais preparāts pret tuberkulozi http: //t 1. gstatic. com/

RŪPNIECISKĀS MIKROBIOLOĢIJA -ANTIBIOTIKAS

RŪPNIECISKĀS MIKROBIOLOĢIJA -ANTIBIOTIKAS Pasaules pretmikrobu līdzekļu tirgū 2008. gadā 14 preparātu tirdzniecības apjoms pārsniedza miljardu USD. Knol: Global Antiviral/Antibiotics Market Review 2008 To vidū bija 8 pretvīrusu preparāti (pieci AIDS, divi Hepatīta C ārstēšanai). Pretbaktēriju zāļu tirgus līderi: Floxin, Cravit – sintētiski flourohinolīni , smagas blaknes Zosyn : piperacilīns (pussintētisks ureidopenicilīns) kopā ar b-laktamāzes inhibitoru, piem. , tazobaktāmu Dažādu grupu antibiotiku pārdošanas apjoms 2009. gadā. Nature Rev. , Sept. 2010

Mikroorganismu ražoto enzīmu tirgus apjoms un prognozes Tirgum prognozē pieaugumu no 3, 3 miljardiem USD 2010. gadā līdz 4, 4 miljardiem USD 2015. gadā BCC Research Biotechnology Report: Enzymes in Industrial Applications: Global Markets

RŪPNIECISKĀS MIKROBIOLOĢIJA -ORGANISKĀS SKĀBES http: //www. pfizer. com/150/1880. htm Romāns Kārkliņš (1927. -2008. ) Aspergillus celms - citronskābes producents

Mikroorganismu ražoto organisko skābju tirgus apjoms pasaulē Kopējais apjoms 2010. gadā – apm. 2 miljardi dolāru BCC Research Biotechnology Report:

RŪPNIECISKĀS MIKROBIOLOĢIJA - SPIRTS Lielākā etilspirta ražotāja ir ASV: ~53 miljardi litru 2014. gadā; citi lielākie ražotāji: Brazīlija, ES, Ķīna, Kanāda. Krievija ~ 0, 70 miljardu litru 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

LAUKSAIMNIECĪBAS MIKROBIOLOĢIJA AUGSNES RAŽĪBAS PALIELINĀŠANA AUGU KAITĒKĻU UN SLIMĪBU APKAROŠANA MIKROORGANISMI - AUGU SLIMĪBU IZRAISĪTĀJI

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 Nesimbiotiskie fiksētāji (piem. Nitrobacter): 1 -2 kg N/ha/ sezona

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 Koloraado vaboli, Verticillium un Entomophtora - pret plēvjspārņiem Bacillus thuringiensis toksīna kristāls Bakulovīruss elektronu mikroskopā

Sterilitāte Tīrkultūra Eksperiments

VIDES MIKROBIOLOĢIJA PROKARIOTI – SKĀBEKĻA ATMOSFĒRAS IZVEIDOTĀJI PROKARIOTU LOMA ELEMENTU APRITĒ MIKRORGANISMU EKOSISTĒMAS MIKRORGANISMI - BIOINDIKATORI MIKRORGANISMI VIDES AIZSARDZĪBĀ MIKRORGANISMI UN BIOKOROZIJA

Zeme bez dzīvības Tikai prokarioti Prokarioti un primitīvi eikarioti Daudz veidība

MIKRORGANISMU LOMA ELEMENTU APRITĒ OGLEKĻA CIKLS SLĀPEKĻA CIKLS SĒRA CIKLS FOSFORA CIKLS

MIKRORGANISMU EKOSISTĒMAS

MIKRORGANISMI - BIOINDIKATORI VIDES PIESĀRŅOJUMA KONTROLE Bakterioloģiskā piesārņojuma pakāpi raksturo koli titrs un koli indekss. Koli titrs ir mazākais ūdens tilpums mililitros, kurā ir viena Escherichia coli šūna. Dzeramam ūdenim koli titram jābūt lielākam par 300. Koli indekss izsaka, cik E. coli šūnu ir vienā litrā ūdens. ES vides kvalitātes standarti paredz, ka peldvietu ūdeņos maksimāli pieļaujamais koli indekss ir ne vairāk par 1000 baktērijām litrā ūdens.

MIKRORGANISMI VIDES AIZSARDZĪBĀ NOTEKŪDEŅU ATTĪRĪŠANA

MIKRORGANISMI VIDES AIZSARDZĪBĀ NOTEKŪDEŅU ATTĪRĪŠANA AEROTENKS

MIKRORGANISMI VIDES AIZSARDZĪBĀ NOTEKŪDEŅU ATTĪRĪŠANA AKTĪVO DŪŅU PĀRSTRĀDE ANAEROBOS APSTĀKĻOS

MIKRORGANISMI VIDES AIZSARDZĪBĀ NOTEKŪDEŅU ATTĪRĪŠANA AKTĪVO DŪŅU PĀRSTRĀDE ANAEROBOS APSTĀKĻOS, METĀNA RAŽOŠANA, ARHEBAKTĒRIJAS

MIKRORGANISMI VIDES AIZSARDZĪBĀ NOTEKŪDEŅU ATTĪRĪŠANA AKTĪVO DŪŅU PĀRSTRĀDE ANAEROBOS APSTĀKĻOS; ANAEROTENKS

Kosmiskās zondes Huygens sūtītie Titāna virsmas uzņēmumi S. Battersby Has Huygens found life on Titan? 09: 45 23 July 2005 New. Scientist. com news service Saturna lielākā pavadoņa Titāna atmosfēra satur ap 5% metāna, kas var būt mikroorganismu metabolisma produkts. Chris Mc. Kay no NASA's Ames Research Center in Moffet Field, California un Heather Smith no International Space University in Strasbourg, France izvirzījuši hipotēzi par iespējamajiem priekšnosacījumiem, kas var nodrošināt mikroorganismu vielmaiņas procesus Titāna apstākļos.