Tema 46.1

Tema 46. Microbiología Industrial

1. Microbiología Industrial y Biotecnología
2. Microorganismos utilizados en la Microbiología industrial: mejora
de cepas
3. Crecimiento de microorganismos en ambientes controlados:
medios de cultivo. Fermentaciones industriales . Metabolitos
primarios y secundarios
i i d i
4. Principales productos de la Microbiología Industrial: antibióticos,
aminoácidos,
aminoácidos ácidos orgánicos biopolímeros biosurfactantes
orgánicos, biopolímeros,
5. Procesos de bioconversión
6.
6 Microbiología de los alimentos fermentados: Yogourt quesos
Yogourt, quesos,
bebidas alcoholicas
7. Biodegradación y biorremediación
8. Bioaumento
9.
9 Microorganismos como productos: nanobacterias biosensores
nanobacterias, biosensores,
biopepticida


1. Microbiología Industrial. Biotecnología microbiana
g g

Disciplina que se ocupa de la utilización de microorganismos,
generalmente en crecimiento a gran escala con el fin de obtener
escala,
productos de interés comercial.

Componentes:
Microorganismo Sustrato Producto Residuo

Biotecnología
Uso de seres vivos o de componentes o sistemas biológicos para la
obtención de productos útiles.

• Integra bioquímica, biología molecular e i
I t bi í i bi l í l l ingeniería
i í ciencia multidisciplinar
i i ltidi i li
• Se sirve habitualmente de organismos genéticamente modificados (GMOs)


1. Microbiología Industrial. Biotecnología microbiana

Aéreas de aplicación de la biotecnología
INDUSTRIA ALIMENTARIA: bebidas alcoholicas, productos lácteos
alcoholicas
fermentados, pan, proteinas unicelulares…….

INDUSTRIA FARMACEÚTICA: antibióticos hormonas, vacunas,
antibióticos, hormonas vacunas
interferones, factores antihemofílicos…

INDUSTRIA QUÍMICA: acetona, butanol, acético, aminoácidos, vitaminas,
esteroides …….

AGRICULTURA: Biofertilización, biocontrol …….

MEDIO AMBIENTE: Biodegradación de productos tóxicos, tratamiento de
aguas…..


Tipos de productos obtenidos a partir
de microorganismos
Bioconversión
Células Sustrato

Producto
Levadura
(bioconversión
de esteroides)

Productos d las Células
P d t de l Cél l
Enzimas
(Glucosa Productos
Isomerasa)
I ) Químicos
(ácido cítrico)
Alcohol
Antibióticos
(Penicilina) Aditivos
Alimenticios
(aminoácidos)


2. Microorganismos de interés industrial: Mejora de cepas
g j p
Características
1. Alta velocidad de metabolismo

2. Gran variabilidad del metabolismo

Propiedades deseables

• De metabolismo conocido
• De rápido crecimiento
• C alto rendimiento
Con lt di i t
• No patógeno
• Capaz de crecer en sustratos sencillos en medio liquido
p q
• De fácil separación del medio de cultivo y de sus productos
•Estable genéticamente, susceptible de ser modificado ………..


2. Microorganismos de interés industrial: Mejora de cepas
g j p

Manipulación genética de microorganismos

Utilizada para producir microorganismos con nuevas y mejores
características

•Mutación
•Fusión de protoplastos
•Inserción de secuencias cortas de ADN: mutagénesis dirigida
•Transferencia de información genética
•Modificación de la expresión génica


Expresión de genes de otros organismos para mejorar procesos y
productos


Producción de vacuna recombinante


Modificación de la expresión de los genes
p g

• Estrategia que permite el aumento de la producción de un
producto o la producción de mas de un producto por el
mismo microorganismos, o la síntesis de productos
modificados
• Arquitectura de vías metabólicas
– Análisis, diseño y modificación de las rutas bioquímicas
para i
incrementar l eficiencia d l proceso
t la fi i i del
– Ingeniería de rutas metabólicas (MPE)
• Alteración intencional de la r ta por inactivación de
ruta inacti ación
genes específicos
– Ingeniería de control metabólico
• Alteración de los mecanismos de control de genes
específicos


Ej. Ingeniería metabólica para la obtención de antibióticos modificados


3. Las fermentaciones. Metabolitos primarios y secundarios.
p
Tanques de fermentación aeróbicos y anaeróbicos:
birreactores, fermentadores

Fermentación
ó
En microbiología industrial: se llama fermentación
a cualquier proceso microbiano a gran escala, sea o
no una fermentación en el sentido bioquímico de la
palabra.
palabra
Medio de cultivo.
• Económico
• Con buenos niveles de minerales (hierro)
• Preciso control de condiciones ambientales pH,
temperatura, niveles d oxígeno..
t t i l de í


Fermentador industrial de agitación


Alternativas a los
fermetadores
tradicionales


Tipos de productos microbianos
• Metabolitos primarios
p
– Producidos durante la fase de crecimiento o
trofofase
– Aminoácidos, nucleótidos, productos finales de
fermentación y enzimas
• Metabolitos secundarios
– Acumulados tras el crecimiento activo Idiofase
activo.
– No relacionados directamente con la síntesis
de material celular
– Antibióticos y micotoxinas


Características de los metabolitos secundarios
• Tienden a p oduc se en la fase estac o a a de
e de producirse e a ase estacionaria
crecimiento
• Sintetizados a partir de intermediarios del metabolismo
p
primario por enzimas específicos
• No esenciales para el crecimiento o metabolismo.
• Dependientes de las condiciones de crecimiento.
Generalmente:
• Sintetizados como productos muy relacionados
estructuralmente.
• Una cepa de Streptomyces produce 32 antibióticos
distintos del tipo antraciclina


Crecimiento microbiano a nivel industrial: Metabolitos
primarios y secundarios.

Trofofase Trofofase Idiofase
Células

Células

Peso o nº de células
élulas

Etanol
Peso o nº de cé

c
Penicilina

Tiempo Tiempo

Metabolito primario: etanol Metabolito secundario: penicilina


Metabolitos Primarios y Secundarios

Sustrato de Sustrato de Sustrato de
crecimiento crecimiento crecimiento

Células Metabolito Células Metabolito
Células Metabolito Primario Primario
Primario

Las células y el metabolito se Metabolito Metabolito
producen más o menos Secundario Secundario
simultáneamente
Después de producidas las células y el Después de producidas las células el
metabolito primario, las células sustrato se convierte en un metabolito
convierten el metabolito primario en secundario durante un posterior
uno secundario crecimiento


4. Principales productos y procesos de interés en la microbiología industrial


Antibioticos


Producción de estreptomicina


Producción de antibióticos
Metabolitos secundarios típicos

Antibiótico Microorganismo productor
Bacitracina Bacillus licheniformis
Cefalosporinas
C f l i Cephalosporium
C h l i
Cloranfenicol Streptomyces venezuelae
Cicloserina Streptomyces orchidaceus
Eritromicina Streptomyces erythreus
Kanamicina Streptomyces kanamycetus
Neomicina Streptomyces fradiae
Penicilina Penicillium chrysogenum
Polimixina Bacillus polymyxa
Estreptomicina Streptomices griseus
Tetraciclina Streptomyces rimosus


Amino Acidos


Acidos Orgánicos
A id O á i


Biopolimeros
Bi li Biosurfactantes
Bi f t t
• Modifican las • Para emulsionar y aumentar
características de los la actividad detergente ,
líquidos. Agentes humedectación y dispersión
gelificantes de fases y solubilación
– D t
Dextranos y otros
t • Son importantes en
S i t t
polisacáridos biorremediación dispersión
– ciclodextrinas de vertidos del petróleo y
recuperación de petróleo
• Muchos tienen actividad
antibacteriana y antifúngica
algunas inactivan
alg nas inacti an a virus
ir s
envueltos


5. Procesos de bioconversión

• Transformación microbiana o biotransformaciones
– Pequeños cambios en moléculas que lo realizan
microorganismos no en crecimiento
– Los microorganismos actúan directa o indirectamente
como biocatalalizadores

• Pueden realizarse por enzimas libres o células o
por enzimas o células

• V t j
Ventajas
– Producen el estereoisómero específico


BIOCONVERSIÓN MICROBIANA

Producción de cortisona utilizando un microorganismo

Ej.: Hidroxilación estereoespecífica de progesterona
Utilidad de cepas tolerantes a altas concentraciones de solventes orgánicos
p g

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