کد خبر: 3250

تاریخ بروزرسانی : 1396/08/03

سرفصل های درس میکروبیولوژی صنعتی

No votes yet.
Please wait...
کانال تلگرام آزمون دکتری

نام بسته درسی : میکروبیولوژی صنعتی

——————————————————————–

فهرست:

فصل اول : گزینش برای متابولیتهای جدید

متابولیتهای اولیه و ثانویه

نژادهای مورد استفاده در گزینش

فصل دوم : سوبستراهای تخمیر صنعتی

سوبستراهای مورد استفاده به عنوان منبع کربن

سوبستراهای مورد استفاده، به عنوان منبع نیتروژن

فصل سوم : روشهای تخمیر

مقدمه

سینتیک رشد میکروارگانیسمها

سیستمهای فرمانتور

فرآیندهای تخمیری

فصل چهارم : بازیافت محصول

مقدمه

استخراج

روشهای کروماتوگرافی

تبخیر

اولترافیلتراسیون، اسمز معکوس و دیالیز

کریستالیزاسیون و ترسیب

خشک کردن

بازده

فصل پنجم : مواد خام آلی تولید شده از طریق تخمیر

اتانول

تخمیر استون ـ اتانول

گلیسرول

فصل ششم : اسیدهای آلی

مقدمه

پایدار کردن آنزیمها

فصل هفتم : ویتامینها و انتی بیوتیک ها

مقدمه

طبقه بندی آنتی بیوتیکها

موارد کاربرد آنتی بیوتیکها

پلی ساکاریدهای خارج سلولی

گزانتان

آلژینات

کوردلان

اسکلروگلوکان

پلولان

دکستران

 بخش هایی از بسته درسی میکروبیولوژی صنعتی

فصل اول

گزینش برای متابولیتهای جدید

متابولیتهای اولیه و ثانویه

بالوک در 1961 اصلاح متابولیت ثانوی را از فیزیولوژی گیاهی اقتباس کرد و آن را در میکروبیولوژی به کار برد. در حالی که متابولیتهای اولیه برای زندگی و تولید مثل سلولها ضروری هستند و متابولیسم اولیه در تمام میکروارگانیسمها بطور مشابهی عمل می کند، اما موارد ذیل، در مورد متابولیت ثانوی، صادق است:

  • هر متابولیت ثانوی، فقط توسط تعداد محدودی از میکروارگانیسمها، تولید می شود.
  • متابولیتهای ثانوی، ظاهراً برای رشد و تولید مثل، ضروری نیستند.
  • تشکیل آنها، بشدت به شرایط محیطی وابسته است.
  • بعضی از متابولیتهای ثانوی به صورت گروهی از ترکیباتدارای ساختمان مشابه هم تولید می شوند، به عنوان مثال، یکی از نژادهای استرپتومایس، 32 آنتراسیکلین مختلف، تولید می کند.
  • بعضی از ارگانیسمها، گروههای متفاوت و متنوعی از ترکیبات را به عنوان متابولیستهای ثانوی، تولید می کنند.
  • تنظیم بیوسنتز متابولیتهای ثانوی بطور قابل ملاحظه ای با متابولیتهای اولیه، تفاوت دارد.

در رابطه با نقش متابولیتهای ثانوی، چندین فرضیه وجود دارد، که ظریفترین و دقیقترین آنها، نظریه هانس زاهنر است، که در شکل 1 نشان داده شده است. علاوه بر پنج فاز متابولیسم خود سلول (متابولیسم واسطه، تنظیم، انتقال، تمایز و مرفوژنز)، متابولیسم ثانوی میدان نمایشی برای تکامل هر چه بیشتر نمو بیوشیمیایی در نظر گرفته می شود، که می تواند بدون آسیب رساندن به متابولیسم اولیه صورت پذیرد. بعید به نظر می رسد، تغییرات ژنتیکی که منجر به اصلاح متابولیتهای ثانوی می شوند، تأثیر عمده ای روی فعالیت طبیعی سلول داشته باشند. چنانچه یک تغییر ژنتیکی، به تشکیل ترکیبی منجر شود که به نوعی مفید باشد، آنگاه این تغییر ژنتیکی در مجموعه ژنی سلول، تثبیت شده، و احتمالاً جزو ژنهای اصلی خواهد شد. به این ترتیب، متابولیت ثانویۀ قبلی، به متابولیت اولیه، تبدیل خواهد شد.

شکل 1 ـ سطح متابولیسم اولیه به همراه حوزه فعالیت متابولیسم ثانوی

گزینش برای متابولیتهای جدید: تعداد متابولیتهای اولیه و ثانوی که توسط میکروارگانیسمها تولید می شوند، بسیار زیاد است. یافتن ترکیبات متابولیکی جدید و جالب توجه قطعاً به روشهای آزمایش به کار برده شده و میکروارگانیسمهای مورد آزمایش، بستگی دارد.

گزینش، روش اصلی مورد استفاده در جداسازی میکروارگانیسم هایی است که گروه زیادی از آنتی بیوتیکهایی را که امروزه در پزشکی به کار می روند، تولید می کنند. هرچند هنوز هم از گزینش برای جستجوی آنتی بیوتیکهای جدید استفاده می شود، اما اهداف آن تغییر کرده اند. امروزه اصولاً از آن برای تشخیص آنتی بیوتیکهای مؤثر در مقابل میکروارگانیسم هایی که به آنتی بیوتیکهای کنونی مقاوم شده اند، و همچنین برای تشخیص عوامل ضد ویروس و ضد تومور، استفاده می شود. سالانه 250 تا 350 ترکیب جدید معرفی می گردند، که از این میان، تقریباً 100 مورد آنتی بیوتیک هستند. اکثر آنها از جنس استرپتومایسس، ایزوله می شوند (جدول 1 ).

جدول 1 ـ مشخصات جدید آنتی بیوتیکها

 

%

1977

Number

 

%

1962

Number

Producers
70

15

 

 

13

2

37

8

 

 

7

1

61

25

 

 

11

3

58

24

 

 

10

3

Streptomyces

Actinomycetales

(other than Streptomyces)

Fungi

Bacteria (other than Streptomyces)

نژادهای مورد استفاده در گزینش

برای جداسازی محصولات متابولیکی جدید، محققان سعی می کنند نژادهایی از محیطهای دور از ذهن یا نامتعارف، ایزوله کنند، به این امید که شاید چنین نژادهایی قادر به تولید متابولیتهای جدید باشند. به عنوان مثال، میکروارگانیسم های به دست آمده از ارتفاعات زیاد، مناطق سردسیر، آب دریا، اعماق دریا، بیابانها، چشمه های آب گرم و زمینهای نفت خیز، در دست هستند، تاکنون، هیچ گروه شیمیایی جدیدی کشف نشده است. بسته به منشأ مایۀ تلقیح و روش غنی سازی، گروههای ویژه ای از میکروارگانیسم ها را می توان جدا کرد. مثلاً میکرومنوسپورا، استرپتوسپورانژیوم و اکتینوپلانها را از آب دریا و آب شیرین، ترمواکتنومایسس و ترمومنوسپورا از کود گیاهی و اکتینوپلانها از آب نمک قابل جداسازی هستند.

میزان تنوع متابولیتهای تولید شده توسط جنسهای مختلف به استثنای استرپتومیست ها، نسبتاً محدود است. بعنوان نمونه، نژادهای باسیلوس، منحصراً آنتی بیوتیکهای پپتیدی را تولید می کنند.

آنتی بیوتیک پنی سیلین، یک بتالاکتام است، و یکی از طرق مقاوم شدن به آن، تولید بتالاکتاماز (آنزیمی که حلقۀ بتالاکتام را می شکند) می باشد. از این رو ممکن است مهار کننده های بتالاکتاماز برای درمان با پنی سیلین، در مقابل ارگانیسمهای مقاوم به آن، مفید باشند. برای گزینش بازدارنده های بتالاکتاماز میکروبی، سوپرناتانت کشتها، روی پلیتهای آگار حاوی پنی سیلین یا سفالوسپوررین و یکی از میکروارگانیسم های مولد بتالاکتاماز، قرار داده می شوند.

بنابراین، در حین اولین گزینش، می توان تشخیص داد، که آیا بتالاکتامازهای مختلف می توانند مهار شوند یا خیر، به منظور یافتن آنتی بیوتیکهایی که نسبت به فعالیت بتالاکتاماز مقاوم بودند، کشتهای آزمایشی که با بتالاکتاماز تکمیل شده اند، برای انتخاب، استفاده می شود. روش دیگر گزینش ترکیبات بیواکتیوی که می توانند برای شناسایی مواد دارای خاصیت ضدتومور به کار روند. استفاده از روشهای بیولوژی مولکولی است. در یک نوع آزمایش، ترکیباتی مورد جستجو قرار گرفته اند، که بطور اختصاصی موجب ایجاد حالت لیتیک در نژادهایی از اشریشیاکولی می شوند، که برای فاژ  لیزوژنی بودند. در این روش، شاهدهایی به کار برده شدند تا موادی که رشد اشرشیاکولی لیزوژنی را مهار می کنند، حذف گردند. بنابراین، فقط ترکیباتی که بطور اختصاصی موجب تولید ویروس می شوند، کشف گردیدند. در روش دیگرف ممانعت اختصاصی مکانیسم ترمیم کور (جا افتادگی در DNA ) در اشریشیاکولی، مورد سنجش قرار گرفت. توسط این روشهای گزینش، لویکائمومایسین ـ آنتی بیوتیک دارای اثر ضد تومور ـ کشف گردید. (به مأخذ مربوط به فلک و استرآوس در انتهای فصل، نگاه کنید) احتمال می رود، این قبیل روشهای منطقی گزینش، ایده هایی برای دیگر برنامه های گزینشی ایجاد کند.

اگرچه تا به حال، در شناسایی خواص آنتی بیوتیکی جدید، روشهای گزینش منطقی به موفقیت روش های گزینش تصادفی نبوده اند، اما باید این نکته را در نظر داشت، که گزینش تصادفی، بالغ بر 30 سال است که در مقیاس وسیعی انجام می شود، حال آن که گزینش منطقی، روش نسبتاً جدید و تازه ای است.

فصل دوم

سوبستراهای تخمیر صنعتی

محیط هایی که جهت کشت میکروارگانیسم ها، استفاده می شوند، باید تمام عناصر لازم برای سنتز مادۀ سلولی و تولید محصولات متابولیک را به شکل مناسبی دارا باشند. در تحقیقات آزمایشگاهی که با میکروارگانیسم ها انجام می شوند، برای تهیۀ محیطهای کشت، ممکن است از مواد شیمیایی خالص و معینی استفاده شود، اما در تخمیرهای صنعتی، اغلب به دلایل اقتصادی سوبستراهای تقریباً نامعلومی مورد استفاده قرار می گیرند، در بسیاری از موارد، ترکیبات تشکیل دهندۀ محیط کشت، محصولات جانبی سایر صنایع بوده، و از نظر ترکیب شیمیایی، تا حد زیادی، متغیر می باشند، این نوسانات بر روی رشد ارگانیسم و کنترل تخمیر، حائز اهمیت می باشند.

  • برای به دست آوردن حداکثر تولید، وجود یک محیط کشت کاملاً متوازن، الزامی است. در صورت لزوم، باید از مکمل عناصر اصلی و ضروری نیز استفاده کرد. با استفاده از روشهای آماری و برنامه های کامپیوتری، می توان محیطهای کشت را بهینه کرد.
  • ترکیب شیمیایی محیطهای کشت، باید همواره منطبق بر نیازهای فرآیند تخمیر باشد. محموله های جدید یک سوبستر را باید، قبل از استفاده در فرآیند تولید، در تخمیرهای آزمایشی، به دقت مورد ارزیابی قرار داد.
  • علاوه بر بازده، تولید، میزان بازیافت محصول نیز بایستی در تخمیرهای آزمایشی، مورد بررسی قرار گیرد.
  • در صورتی که ممانعت کاتابولیت یا ممانعت فسفات را نتوان با بهینه کردن محیط کشت غذایی و یا با اداره کردن مناسب فرآیند تخمیر (مثلاً میزان وارد کردن سوبسترا) حذف نمود، بایستی از موتانهایی که در آنها مکانیسمهای تنظیمی مختل شده، به عنوان نژاد تولید، استفاده کرد.

علاوه بر هزینۀ مواد و بازده محصول، باید در نظر داشت که آیا مواد مورد استفاده، بدون آنکه هزینه های حمل و نقل بالایی داشته باشند، به اندازۀ کافی و به سهولت در دسترس هستند، و آیا ناخالصیها مانع بازیافت محصول نخواهند شد، یا هزینۀ استخراج را افزایش نخواهند داد.

در ذیل، بعضی از سوبستراهایی را که عمدتاً در تخمیر صنعتی استفاده می شوند، مورد بحث قرار می دهیم. جزئیات بیشتر را می توان در منابع انتهای فصل و فصول مربوط به تخمیرهای بخصوص، جستجو کرد.

 

 

ویژه داوطلبان آزمون دکتریویژه داوطلبان آزمون دکتری
No votes yet.
Please wait...
ارسال دیدگاه