dr in\. Aneta Białkowska
DROBNOUSTROJE EKSTREMOFILNE
JAKO yRÓDAO UśYTECZNYCH
BIOMOLEKUA
dr in\. Aneta Białkowska
EKSTREMOFILE
EKSTREMOFILE
HIPERTERMOFILE (Topt>85C), szczep 121 ; Pyrolobus fumarii (Topt = 113C)
PSYCHROFILE (Tmin 0C i poni\ej), Colwellia psychrerythraea (Tmin= -5C)
ACIDOFILE (pH 0,5
2,0), Picrophilus torridus pHopt=0,7 (1,2 M H2SO4)
ALKALOFILE (pH 10 12), Bacillus firmus pHopt=10,5
HALOFILE (stę\enie soli > 2,5 M), Haloarcula marismorti (1,7-5,1 M NaCl)
METALOFILE (wysokie stę\enia metali cię\kich), Ralstonia i Rhodococcus;
PIEZOFILE (ciśnienie do 140 MPa), Photobacterium sp.
EUTEKTOFILE (wymagają dla wzrostu wody w stanie witryfikacji);
KSEROFILE (aktywność wody poni\ej 0,8), Halobacterium sp.
RADIOFILE, Deinococcus radiodurans (>5000 Gy ł; > 400 J/m2 UV)
ł
ł
ł
ENDOLITY I HIPOLITY (kolonizują pęknięcia i części denne skał),
Methanobacterium subterranean
MIKROAEROFILE (stę\enie tlenu < 21% O2)
dr in\. Aneta Białkowska
ADAPTACJE DROBNOUSTROJÓW DO
ADAPTACJE DROBNOUSTROJÓW DO
EKSTREMALNEGO ŚRODOWISKA
EKSTREMALNEGO ŚRODOWISKA
specyficzne mechanizmy akumulacji energii (bakteriorodopsyna
halofili) oraz utrzymania homeostazy środowiska
wewnątrzkomórkowego i metabolizmu
stabilność komponentów funkcjonalnych i strukturalnych komórki
w warunkach ekstremalnego biotopu
kinetyka reakcji biochemicznych dostosowana do warunków
ekstremalnych
L. antarcticum
Proteinazy
Y. lipolytica
aqualizyna
100
80
60
40
20
0
-10 -5 0 10 15 20 25 27 30 35 40 50 60 70 80 90 100
temperatura [C]
aktywno
ść
[%]
dr in\. Aneta Białkowska
ADAPTACJE DROBNOUSTROJÓW DO
ADAPTACJE DROBNOUSTROJÓW DO
EKSTREMALNEGO ŚRODOWISKA
EKSTREMALNEGO ŚRODOWISKA
skład lipidów błonowych zapewniający płynność membran
oraz właściwy transport jonów i biocząsteczek:
u psychrofili - wzrost zawartości wielonienasyconych
kwasów tłuszczowych, w szczególności z rodzin n3 i
n6, a tak\e kwasów rozgałęzionych nasyconych i
mononienasyconych
u termofili - lipidy z wiązaniami eterowymi, a nie estrowymi,
zawierające więcej reszt kwasów nasyconych;
u halofili - obecność specyficznych transportujących białek
błonowych
produkcja ochronnych egzopolisacharydów, biosurfaktantów,
kompatybilnych solutów
tworzenie ochronnych barwników i innych molekularnych filtrów
UV
dr in\. Aneta Białkowska
WAAŚCIWOŚCI EKSTREMOZYMÓW
WAAŚCIWOŚCI EKSTREMOZYMÓW
IDENTYCZNY
MECHANIZM
KATALIZY
Wspólne właściwości
Wspólne właściwości
ekstremozymów
ekstremozymów
40-80%
ZBLIśONA
HOMOLOGII
STRUKTURA
SEKWENCJI
PRZESTRZENNA
AMINOKWASÓW
dr in\. Aneta Białkowska
WAAŚCIWOŚCI EKSTREMOZYMÓW
WAAŚCIWOŚCI EKSTREMOZYMÓW
1. KINETYCZNE
PSYCHROZYMY
Wysoka reaktywność (kkat)
Obni\ona temperatura Ograniczona
optymalna i wysoka i skuteczność katalityczna stabilność
aktywność poni\ej 20C termiczna
(kkat/ Km)w zakresie 0-30C
i w 0C
TERMOZYMY
Wysoka
Wysoka reaktywność (kkat)
stabilność
Podwy\szona Topt (>80C)
i skuteczność katalityczna
termiczna nawet
i wysoka aktywność
(kkat/Km) w zakresie 70-115C
powy\ej 100C
powy\ej 70C
dr in\. Aneta Białkowska
2. STRUKTURALNE
PSYCHROZYMY obni\ona spójność molekuł, zwiększona elastyczność
Obecność giętkich
Ni\sza liczba
Obecność obszarów
dodatkowych pętli
oddziaływań
hydrofobowych na
na powierzchni
wewnątrzcząstecz-
powierzchni białka
cząsteczek
kowych
TERMOZYMY wysoki stopień upakowania i zwiększona sztywność
molekuł
Wy\sza liczba
Mniej i krótsze
Mniej jamistości
oddziaływań
pętle na powierzchni
w cząsteczce
wewnątrzcząstecz-
cząsteczek
kowych
dr in\. Aneta Białkowska
BIOTECHNOLOGICZNIE INTERESUJCE PRODUKTY
METABOLIZMU DROBNOUSTROJÓW EKSTREMOFILNYCH
Enzymy adaptowane do zró\nicowanych, skrajnych warunków
(termozymy,psychrozymy, halozymy, piezozymy)
Wielonienasycone kwasy tłuszczowe
Unikatowe egzopolisacharydy, cyklodekstryny i inne
biopolimery
Nowe substancje bakterio- i fungistatyczne
Barwniki przydatne dla \ywności
Molekularne filtry UV
Ekstremolity
Membranowe biosurfaktanty (lichenizyna)
Chaperoniny z hipertermofili
dr in\. Aneta Białkowska
MOśLIWOŚCI APLIKACJI EKSTREMOZYMÓW
MOśLIWOŚCI APLIKACJI EKSTREMOZYMÓW
I ICH PRODUCENTÓW
I ICH PRODUCENTÓW
1. OCHRONA ŚRODOWISKA (KULTURY DROBNOUSTROJÓW
1. OCHRONA ŚRODOWISKA (KULTURY DROBNOUSTROJÓW
PSYCHRO-, TERMO-
PSYCHRO-, TERMO-I HALOFILNYCH)
I HALOFILNYCH)
" " biodegradacja polutantów
biodegradacja polutantów
" " rekultywacja zanieczyszczonej gleby in
rekultywacja zanieczyszczonej gleby insitu (bioremediacja,
situ (bioremediacja,
biopulping
biopulping= biorozwłóknianie)
= biorozwłóknianie)
" " produkcja biogazu
produkcja biogazu
" " usuwanie radioaktywnych ska\eń
usuwanie radioaktywnych ska\eń
dr in\. Aneta Białkowska
2. BIOTRANSFORAMCJE W ZRÓśNICOWANYCH
2. BIOTRANSFORAMCJE W ZRÓśNICOWANYCH
WARUNKACHModyfikacje
WARUNKACHModyfikacjei produkcja antybiotyków (psychro- i
i produkcja antybiotyków (psychro-i
piezozymy)
piezozymy)
" " Biokataliza w środowiskach organicznych (psychro-
Biokataliza w środowiskach organicznych (psychro-i halozymy):
i halozymy):
a) stereospecyficzna
a) stereospecyficznasynteza estrów, peptydów i in.
synteza estrów, peptydów i in.
b) synteza i modyfikacja lotnych związków
b) synteza i modyfikacja lotnych związków
3. CHEMIA GOSPODARCZA
3. CHEMIA GOSPODARCZA
produkcja środków piorących w niskich i wysokich
produkcja środków piorących w niskich i wysokich
temperaturach: proteazy,
temperaturach: proteazy,lipazy (C. antarctica),
lipazy (C. antarctica),
amylazy, celulazy (celulaza BCE113)
amylazy, celulazy (celulaza BCE113)
preparat Stainzyme
preparat Stainzyme przeznaczony do prania w obnizonych
przeznaczony do prania w obnizonych
temperaturach
temperaturach
dr in\. Aneta Białkowska
4. BIOLOGIA MOLEKULARNA
4. BIOLOGIA MOLEKULARNA
" " Polimerazy, np. Taq, Pwo
Polimerazy, np. Taq, Pwoi Pfu
i Pfu
" " zasadowa fosfataza Vibrio
zasadowa fosfataza Vibrio
.
.
5. PRZEMYSA
5. PRZEMYSASPOśYWCZY
SPOśYWCZY
" " serowarstwo i mleczarstwo
serowarstwo i mleczarstwo
" " piwowarstwo
piwowarstwo
" " przetwórstwo skrobi
przetwórstwo skrobi
" " konserwacja \ywności
konserwacja \ywności
" " przetwórstwo owoców
przetwórstwo owoców
" " tenderyzacja
tenderyzacjamięsa i ryb
mięsa i ryb
" " produkcja prebiotyków
produkcja prebiotyków
i nutraceutyków
i nutraceutyków
dr in\. Aneta Białkowska
MOśLIWOŚCI APLIKACJI EKSTREMOZYMÓW
MOśLIWOŚCI APLIKACJI EKSTREMOZYMÓW
MOśLIWOŚCI APLIKACJI EKSTREMOZYMÓW
I ICH PRODUCENTÓW
I ICH PRODUCENTÓW
I ICH PRODUCENTÓW
INNE PRZEMYSAY:
INNE PRZEMYSAY:
Przemysł
Przemysłpapierniczy: termofilne ksylanazy--bielenie papieru
papierniczy:termofilne ksylanazy bielenie papieru
makulatorowego
makulatorowegoi pulpy drzewnej
i pulpy drzewnej
Garbarstwo: zimne proteazy
Garbarstwo: zimne proteazy--odwłaszania skór,
odwłaszania skór,
Przemysł
Przemysłtekstylny: odklejanie surowych tkanin zimne amylazy,
tekstylny: odklejanie surowych tkanin zimne amylazy,
marmurkowanie jeansu
marmurkowanie jeansu wieloenzymatyczny
wieloenzymatyczny
preparat Deni
preparat Denimax-Combi 113-140
max-Combi 113-140
usuwanie barwników -
usuwanie barwników -halofilne oksydazy,
halofilne oksydazy,
Przemysł
Przemysłwęglowy: odsiarczanie węgla acidofilneoksydazy
węglowy: odsiarczanie węgla acidofilne oksydazy
Przemysł -glukanazy
Przemysłwydobywczy: termofilne do degradacji
wydobywczy:termofilne -glukanazydo degradacji
polisacharydów, stosowanych w wiertnictwie ropy
polisacharydów, stosowanych w wiertnictwie ropy
naftowej i gazu ziemnego
naftowej i gazu ziemnego
Produkcja biosensorów: psychrofilne
Produkcja biosensorów: psychrofilnedehydrogenazy
dehydrogenazy
Przemysł
Przemysłpaszowy: psychrofilne celulazy i proteazy
paszowy: psychrofilnecelulazy i proteazy
dr in\. Aneta Białkowska
BIOTECHNOLOGICZNIE INTERESUJCE PRODUKTY
METABOLIZMU DROBNOUSTROJÓW EKSTREMOFILNYCH
Enzymy adaptowane do zró\nicowanych, skrajnych warunków
(termozymy,psychrozymy, halozymy, piezozymy)
Wielonienasycone kwasy tłuszczowe
Unikatowe egzopolisacharydy, cyklodekstryny i inne
biopolimery
Nowe substancje bakterio- i fungistatyczne
Barwniki przydatne dla \ywności
Molekularne filtry UV
Ekstremolity
Membranowe biosurfaktanty (lichenizyna)
Chaperoniny z hipertermofili
dr in\. Aneta Białkowska
KOMPATYBILNE SOLUTY (EKSTREMOLITY)
KOMPATYBILNE SOLUTY (EKSTREMOLITY)
Osmoaktywne substancje, utrzymujące dodatnią równowagę wodną w
komórkach halofili: pochodne aminokwasów ektoina, betainy glicyny i
proliny; sacharydy trehaloza; karnityna; cholina i in. Ekstremolity
chronią makrocząsteczki i komórki przed stresami (wysuszenie,
zamarznięcie, denaturacja termiczna, promieniowanie UV).
EKTOINA
EKTOINA
Szlak biosyntezy:
(1,4,5,6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidine carboxylic acid)
dr in\. Aneta Białkowska
EKTOINA
EKTOINA
Produkcja: technologia bacterial milking ( BITOP AG , Niemcy). Etapy:
" hodowla halofilnego szczepu Halomonas elongata w podło\ach
zawierających 15% NaCl (biosynteza ektoiny)
" oddzielenie biomasy na modułach filtracyjnych
" przeniesienie komórek do podło\a z 3% NaCl (hipoosmotyczny szok)
wyciek ektoiny do podło\a
155 mg ektoiny / 1 g s.m. komórek
Zastosowanie :
" składnik kosmetyków (intensywne nawil\anie)
" stabilizator enzymów (m.in. polimeraz DNA w reakcjach PCR) i
komórek
" składnik farmaceutyków aktywujący cytoochronną odpowiedz
komórek ludzkich na warunki stresowe
Inne właściwości:
" inhibicja agregacji cząsteczek
-amyloidu
" indukcja biosyntezy Hsp 70
Odpowiednik: firoina syntetyzowana przez Pyrococcus furiosus
dr in\. Aneta Białkowska
BAKTERIORODOPSYNA I HALORODOPSYNA
BAKTERIORODOPSYNA I HALORODOPSYNA
-związane z błonami komórkowymi barwne białka, zawierające
światłoczułą substancję (retinal); mają zdolność absorpcji fotonów,
dzięki czemu działają jako pompy protonowe, eksportując protony
na zewnątrz komórki, co powoduje powstanie wysokiego potencjału
elektrochemicznego, niezbędnego dla syntezy ATP
Produkcja:
Postać zliofilizowana produkowana przez szczep archeona
Halobacterium salinarum i skomercjalizowana przez firmę COBEL
w Hiszpanii i MIB (Innovative Biomaterials) w Niemczech.
Zastosowanie:
przemysł fotochemiczny, fotoelektryczny (holografia,
przestrzenne modulatory światła, komputerowe sieci neuronowe,
optyczne przełączniki)
medycyna (sztuczna siatkówka oka)
dr in\. Aneta Białkowska
Pozakomórkowe polisacharydy (egzopolisacharydy, EPS))
Pozakomórkowe polisacharydy (egzopolisacharydy, EPS))
Funkcje egzopolisacharydów:
:
" ochrona przed wysuszeniem, fagocytozą, gwałtownymi zmianami
temperatur itp
" bariera dla bakteriofagów oraz pierwotniaków
" udział w procesie glebotwórczym
Mo\liwe wykorzystanie:
" w przemyśle tekstylnym, detergentów, środków adhezyjnych
" w uzdatnianiu wody, w procesach izolacji i oczyszczania ró\nych
substancji
" w kosmetologii i w farmakologii
" jako dodatek do \ywności
" w indukcji syntezy interferonu
" aktywności: przeciwrakowe, antywirusowe, przeciwzapalne
Przykład:
polisacharyd z haloalkalofila Bacillus sp. I-450 kwaśny heteroglikan
(52,4% - cukry obojętne, 17,2% - kwasy uronowe , 2,4% - aminocukry)
dr in\. Aneta Białkowska
INNE BIOPOLIMERY I BIOCZSTECZKI
INNE BIOPOLIMERY I BIOCZSTECZKI
" kwas poli (ł
ł-glutaminowy), PGA
ł
ł
Producent: halofilny archeon Natrialba sp. (470 mg PGA/l).
Wykorzystanie: zagęstnik, nośnik leków (farmakologia), prebiotyków,
nutraceutyków (przemysł spo\ywczy)
" polihydroksyalkanoaty, PHA
np. kwas poli (
-hydroksymasłowy) (PHB) o właściwościach
zbli\onych do polietylenu i polipropylenu
Producent: Haloferax mediterranei (60% s.m. komórek, tj. ok.. 6 g/l)
" lipidy z wiązaniami eterowymi tzw. liposomy, otrzymywane z
całkowitej frakcji polarnych eterów lipidów Halobacterium cutirubrum.
Odporne na atak fosfolipaz i esteraz, poszukiwane w medycynie i
kosmetologii.
dr in\. Aneta Białkowska
KWASY POLIENOWE n-3
KWASY POLIENOWE n-3
kwas ą-linolenowy - 18:3"
ą "9,12,15, ALA n-3
ą "
kwas ą-linolenowy - "
ą
ą
ą
ą
-składnik fosfolipidów błon komórkowych
(wpływa na ich płynność)
-prekursor EPA i DHA
kwas eikozapentaenowy 20:5"
"5,8,11,14,17, EPA n-3
"
kwas eikozapentaenowy "
- prekursor prostanoidów: PG3 i TxA3
- obni\a zawartość cholesterolu
i ciśnienie tętnicze
kwas dokozaheksaenowy 22:6"
"4,7,10,13,16,19, DHA n-3
"
kwas dokozaheksaenowy "
- składnik osłonek nerwowych,
- wpływa na ogólną odporność organizmu.
dr in\. Aneta Białkowska
BARWNIKI OCHRONNE
BARWNIKI OCHRONNE
" karotenoidy (-karoten, kantaksantyna) i melaniny;
produkują je głównie halofile
-karoten
" inne barwniki, np. fioletowe barwniki psychrotrofowego
szczepu Janthinobacterium lividum wykazujące aktywność
antybakteryjną względem B. subtilis, B. megaterium, S.
aureus i P. aeruginosa
Wiolaceina (Mw 343,3) Deoksywiolaceina (Mw 329)
dr in\. Aneta Białkowska
BARWNIKI PRODUKOWANE PRZEZ ANTARKTYCZNE
BARWNIKI PRODUKOWANE PRZEZ ANTARKTYCZNE
GRZYBY STRZPKOWE Z KOLEKCJI IBT PA
GRZYBY STRZPKOWE Z KOLEKCJI IBT PA
dr in\. Aneta Białkowska
ARCHEOCYNY
ARCHEOCYNY
Peptydowo-białkowe bakteriocynopodobne
substancje o właściwościach antybiotycznych
wytwarzane przez halofilne i hipertermofilne
archeony:
" halocyny (do 35 kDa) i mikrohalocyny (od 3,6 kDa)
z ekstremalnych halofili z rodziny
Halobacteriaceae,
" sulfolobicyny (ok. 20 kDa) z ekstremalnych
termofili rodzaju Sulfolobus
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Microsoft PowerPoint Enzymologia cz VMicrosoft PowerPoint Enzymologia cz IVMicrosoft PowerPoint Cz II CFDMicrosoft PowerPoint 04 algebra relacji i rachunek relacyjnyDetoks wielkie porządki, cz VIKopia Microsoft PowerPoint Spalanie tworzyw sztucznychIICWICZENIA CZ VITeoretyczne podst inform cz VIfizyka budowli cz VI (2)Microsoft PowerPoint pBomieD i inicjacjaMicrosoft PowerPoint w 1konspWYKŁAD Cz VI(Microsoft PowerPoint ERGONOMIA diagnozaMicrosoft PowerPoint autorskie [tryb zgodności]więcej podobnych podstron