Microorganismele si biotehnologiile

Microorganismele si biotehnologiile

In natura sunt cunoscute in prezent circa 100.000 specii de microorganisme de tip procariot si eucariot, insa doar un numar redus dintre acestea sunt utilizate in biotehnologii.

In sec. XX s-au realizat progrese majore in cunoasterea structurii si functiile microorganismelor utile. Astfel, s-au inclus artificial mutatii (radiatii X, UV, substante chimice), ce au permis selectia microorganismelor utile, in special a acelora care produceau antibiotice: Penicillum salbatic producea 60 mg/l mediu de cultura penicilina, iar dupa mutatii 20 g/l.

Dupa 1970 odata cu aparitia ingineriei genetice s-au creat conditiile pentru manipularea informatiei genetice a microorganismelor utile din punct de vedere industrial, prin transferul de gene de la o specie la alta. S-au creat astfel noi surse de microorganisme capabile sa mareasca eficienta proceselor microbiologice in producerea de substante utile sau chiar in producerea unor procese noi, necunoscute in combaterea poluarii, conversia deseurilor.

Insusirile generale de baza ale microorganismelor reprezinta capacitatea de a se inmulti rapid in conditii favorabile de mediu. Astfel, o celula bacteriana, in functie de temperatura si compozitia mediului se poate divide rapid (10 minute) sau lent (60 minute). Proliferarea rapida a microorganismelor conduce la cresterea biomasei acestora in cateva ore, acestea mijlocind apoi obtinerea de produse utile.

Microorganismele pot fi crescute pe diferite surse de carbon, dintre care multe sunt subproduse agricole (paie de cereale, coceni de porumb), deseuri din gospodaria populatiei (resturi menajere) sau compusi chimici continand carbon (CH₄, CH₂OH, CH₃-NH₂, glucide, petrol sau chiar CO).

Cele mai importante grupe de microorganisme utilizate in biotehnologii sunt: drojdii, bacterii si mucegaiuri.

DROJDII

reprezinta un grup de cca 500 de microorganisme;

fac parte, alaturi de fungii, din clasa ciupercilor;

sunt eucariote saprofite raspandite pe fructe, nectarul florilor, libere in sol si in tubul digestiv al animalelor si insectelor;

au forma unicelulara permanenta sau predominanta si lipsa unui miceliu veritabil.

Unele drojdii realizeaza fermentatii cunoscute inca din antichitate, pentru producere de vin si bere. Doar in sec. XIX Pasteur a demonstrat ca procesul de fermentatie prin care glucoza este transformata in CO₂ + etanol, furnizeaza energia necesara dezvoltarii celulelor de drojdii ce pot trai in absenta O₂.

Principalele specii de drojdii

- Saccharomyces cerevisiae este specia principala utilizata de om pentru obtinerea etanolului si CO₂ prin fermentatie;

- pentru obtinerea vinului Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoidens;

- pentru obtinerea berii se folosesc cereale germinate (orz, porumb) care contin α si β amilaze si care favorizeaza hidroliza amidonului (etapa I-a de producere a berii). Hidrolizatul este insamantat cu drojdii provenite dintr-o cultura pura sau dintr-o fermentatie anterioara (Saccharomyces cerevisiae sau Saccharomyces uvarum).

In timpul fermentarii si maturarii, vinul sau berea poate fi contaminata cu drojdii salbatice (Saccharomyces pasterianus) sau bacterii lactice sau acetice, ce vor conduce la produsi de slaba calitate.

Fabricarea painii se realizeaza cu Saccharomyces cerevisiae care efectueaza in timpul dospirii o fermentatie alcoolica cu degajare de CO₂.

BACTERIILE

Sunt organisme de tip procariat, celulele lor avand nucleu si membrana celulara.

Bacterii lactice: - Lactobacillus;

- Lactococcus;

- Streptococcus

Bacteriile lactice sunt prezente in mod obisnuit in lapte si transforma lactoza in acid lactic; produc acrirea spontana a laptelui.

Streptococcus thermophylis iaurt;

Lactobacillus bulgarians: iaurt;

Lactococcus diacetylactic fabricarea untului din smantana.

Fermentatia lactica a produselor vegetale conserva si imbunatateste calitatile nutritive ale furajelor insilozate si a muraturilor.

Alte produse obtinute cu ajutorul bacteriilor:

acetona, butanol;

poliglucide;

proteine din CH₄ sau CH₃OH;

vitamina B₁₂;

antibiotice;

insulina, hormonul somatotrop;

bioinsecticide.

Bacterii butirice (Clostidium butyricum)

Sunt bacterii anaerobe. Intervin in inmuierea inului si canepii prin atacarea pectinelor eliberate fibrelor de celuloza.

Clostidium acetobutylicum: glucide → butanol si acetona.

Actinomicetele → produc antibiotice folosite in combaterea maladiilor infectioase.

Corynbacterium si Brevibacterium produc aminoacizi: L-lizina, L-triptofan, acid L-glutamic

Piopionibacterium → producerea de vitamina B₁₂.

FUNGII

Ca si drojdiile sunt folosite la fabricarea alimentelor in:

industria branzeturilor, cu rol in inmuierea si aromatizarea pastei (Penicillum camemberti);

industria salamurilor, la depunerea unui strat alb la suprafata lor care previne dezvoltarea microorganismelor ce produc degradarea salamului (ex.: salamul de Sibiu);

enzime: pectinaze si proteaze (genul Aspergillus);

acizi organici (Aspergillus niger);

antibiotice: - peniciline (tulpini de Penicillum crysogenum);

- cefalosporine (Cephalosporinum).