Transcript 7_Anaerob_immobilizalas

Biotechnológia
Anaerob biotechnológia
Immobilizálás
Anaerob biotechnológia
Aerob - Anaerob
•
•
•
•
•
Aerob
Obligát anaerob
Fakultatív aerob
Mikroaerofil
Aerorezisztens
Aerob - Anaerob
•
•
•
•
Cukorból
Piroszőlősavig egyezik
Anaerob: szerves savak
Aerob: CO2 + ATP
Szén - kén körforgás
Kén körforgás
Nitrogén körforgás
Redox folyamat
REDUKCIÓ
Oxidálószer + e- →
termék
Elektron akceptor = Oxidációs szám csökken
Oxidáció
Redukálószer →
termék + e-
Elektron donor = Oxidációs szám nő
Redox pár
• Nernst egyenlet
– -60 mV/pH
– -30 mV/pH
– E ≤ -300 mV
e2e-
Anaerob anyagcsere
• Fermentáció
– Terméke
• piroszőlősav
• szerves sav, pl. acetát, laktát
• energia, oxidált koenzim
• Anaerob légzés
Anaerob anyagcsere
• Fermentáció
• Anaerob légzés
– Nitrát redukció, denitrifikálás
– Szulfát vagy kén redukció
– Metanogenezis
glükóz + 3NO3- + 3H2O
glükóz + 3SO42- + 3H+
glükóz + 12S + 12H2O
AEROB
→ 6HCO3- + 3NH4+,
→ 6HCO3- + 3SH-,
→ 6HCO3- + 12HS- + 18H+,
ΔG0' = -1796 kJ
ΔG0' = -453 kJ
ΔG0' = -333 kJ
ΔG0' = -2844kJ
Anaerob körülmények biztosítása
Anaerob körülmények biztosítása
Anaerob körülmények biztosítása
• Anaerob munkahely
– Kontrollált anaerob környezet
– Szabad kézzel lehet dolgozni
– Steril
– Zsiliprendszer
Anaerob tenyésztés sajátosságai
• Hosszú “lag” fázis
– A rendszer
anaerobbá válik
– Sejtszám nem nő
– Redox potenciál
csökken
Anaerob tenyésztés sajátosságai
• Anaerob baktérium spórájából
nem fejlődik aktív sejt -120 mV
redox potenciál alatt
• CRP = culture redox potential
≠ belső redox potenciál
Anaerob tenyésztés sajátosságai
• Kevert kultúrák
• Szintrópia
• Két mikróba egymás
működését segíti, kölcsönös
előnyöket biztosítva a
partnereknek
Szintrópia – fajok közötti H2 átadás
• Methanobacillus omelianskii
– Etanolból ecetsav anaerob úton
– Termodinamikailag nem megy
• Szintrópia
"S" törzs:
2 CH3CH2OH + 2 H2O = 2 CH3COO- + 2 H+ + 4 H2
ΔGo' = +19 kJ / 2 mol EtOH
„H" törzs:
CO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O
ΔGo' = -131 kJ / mol CH4
Együttes reakció:
2 CH3CH2OH + CO2 = 2 CH3COO- + 2 H+
Δ Go' = -112 kJ / mol CH4
Listeria monocytogenes
• Gram +
• Emberben 10% előfordul tünet
nélkül
• Súlyos idegrendszeri gyulladásokat
okoz
• Monocitákat, makrofágokat,
leukocitákat támad
– Sejtbe bejut
– Vérrel fertőz
Staphylococcus
• Gram +, sokan ártalmatlanok
– Bőrön, nyálkahártyákon
• S. aureus - patogén
Immobilizálás
Immobilizálási technikák: prokarióta
• Bezárás
Immobilizálási technikák: prokarióta
• Felületi adszorpció
Immobilizálási technikák: prokarióta
• Keresztkötés
Immobilizálási technikák: prokarióta
• Makropórusos hordozó
Immobilizálási technikák: prokarióta
• Szűrés
Immobilizálási technikák: prokarióta
• Felületi kitapadás
Immobilizálási technikák: prokarióta
• Természetes aggregátumok
Immobilizálási technikák: eukarióta
• Roller bottle
Immobilizálási technikák: eukarióta
• Sima felületű mikrohordozó
Immobilizáló mátrixok
• Alginát
– D-mannuronsav
– L-güluronsav
– Zegzugos kopolimer
• Kétértékű kation: Ca2+
– Keresztkötés
• Ionos kötés
– Gyenge
– Koncentráció függő
• Pórusméret: 1-15 μ
Immobilizáló mátrixok
• Alginát
– D-mannuronsav
– L-güluronsav
– Zegzugos kopolimer
• Kétértékű kation: Ca2+
– Keresztkötés
• Ionos kötés
– Gyenge
– Koncentráció függő
• Pórusméret: 1-15 μ
Alginát immobilizálás
• Na-alginát
– Viszkózus folyadék
• Sejtekkel keverés
• Cseppek
– 50 mM CaCl2 oldatba
– 0,5-2 mm átmérő
• Biológiailag lebontható
• Szárítva tárolható
Immobilizáló mátrixok
• Pektin
–
–
–
–
D-galakturonsav
Ca2+ só
Mechanikai stabilitás nagy
Keresztkötő szer kell
• Glutáraldehid
• Polietilénimin
Immobilizáló mátrixok
• Pektin
– Növényi sejtfal alkotó
– Különböző mértékben
észterezett
– GRAS
• probiotikum
Immobilizáló mátrixok
• Controlled pore glass
– Kétféle üveg keverék
• Borát + szilikát
–
–
–
–
–
Egyiket kioldják
Térhálós szerkezet
Mechanikai stabilitás
Sterilezhető
Felület derivatizálható
• Sejt, molekula megkötés
• kromatográfia
Immobilizáló mátrixok
• Controlled pore rubber
– Kétféle gumi keverék
– Egyiket kioldják
– Térhálós szerkezet
– Mechanikai stabilitás
– Sterilezhető
– Sejt, molekula megkötés
Immobilizáló mátrixok
• Poliuretán
– Izocianát + alkohol + katalizátor
– Adalékokkal sokféle
• Forma
• Keménység
– Víznél könnyebb
• Aerob mikrobáknak
– Biológiailag NEM lebontható
Immobilizáló mátrixok
• Poliuretán
– Nagy, inert felület
– Levegő szűrő biofilterekben
Biotechnológia
• Pezsgőgyártás
– Üvegbe félig érlelt bor + cukor +
élesztő
– Parafadugó
– 1-3 év érlelés után élesztő
eltávolítás forgatással
– Nyak fagyasztása
– Élesztő “kilövés”
– Helyére aroma + konyak
• CO2 serkenti az EtOH
felszívódását (!)
Biotechnológia
• Pezsgőgyártás
– Élesztő alginátban
– “kabátolás”
• Kitin, kitozán
– Érlelés = szabadon
lebegő élesztő
– Ülepítés gyorsan,
hatékonyan
Biotechnológia
• Pezsgőgyártás
– Élesztő alginátban
– “kabátolás”
– Ülepítés gyorsan,
hatékonyan
– 25% pezsgő
megtakarítás
– Munkaerő megtakarítás
Biotechnológia
• Apró magvak + alginát
– Könnyebb vetni
• Répa, fehérrépa
• Tápanyag, csírázást
segítő anyagok,
patogének elleni
védekezés
– P. fluorescens
Ivóvíz tisztítás
• Globális probléma
– Emberiség száma nő
– Emberi eredetű szennyezés nő
– Iható víz mennyisége csökken
Ivóvíz tisztítás
• Nitrogén felhalmozódás
– NH4+, NO3-
Szennyvíztisztítás
• Kommunális, ipari
• Nitrogén: ammónia, nitrát
• Aerob – anaerob kezelés
Szennyvíztisztítás
• Kommunális, ipari
• Nitrogén: ammónia, nitrát
• Aerob – anaerob kezelés
– Tiszta víz
– Energia
– Kezelt iszap = Szerves trágya
Ivóvíz denitrifikálása
• Nitrát – nitrit átalakulás
a bélcsatornában
– Fakultatív anaerobok
– Részleges redukció
– NO2- hemoglobinhoz
kötődik irreverzibilisen
• “Kék csecsemő”
• Agyi krónikus hypoxia
• Emésztőtraktus tumor
Ivóvíz denitrifikálása
• Nitrát redukció fokozatosan
Ivóvíz denitrifikálása
• Gélcső reaktor
– Nitrifikál
• Nitrosomonas europaea
– Denitrifikál
• Paracoccus denitrificans
• Energia: EtOH
– Térben elválasztva
Ivóvíz denitrifikálása
• “Mágikus” gyöngy
– Gömbhéjakban
• Aerob
• Anaerob
– Térben elválasztva
– Tápanyag: ecetsav
Ivóvíz denitrifikálása: KIBIR
• Kombinált Ioncserélő-Biológiai Rendszer
– Ioncserélő kromatográfia
• Megköti a vízből a nitrátot
• Tömény, sós nitrát oldat
• Tiszta ivóvíz
– Biotechnológia
– (SzTE, SzBK, BayBio)
• Denitrifikálás bioreaktorban
Ivóvíz denitrifikálása: KIBIR
• Szintrópia
– Fajok közötti H2 átadás
– Redukálószer
Ivóvíz denitrifikálása: KIBIR
• Alginátba immobilizálva
• “Kabátolással stabilizált”
• Cellulóz energiaforrás
NO3- CO2 + N2
Pseudomonas denitrificans
Acetivibrio cellulolyticus
immobilizáló mátrix
cellulóz szál
Ivóvíz denitrifikálása: KIBIR
• Olcsó
• Megbízható
• Hatékony
DE: nem használják