Microbial biotechnology
Micro-organismen: organismen die te klein zijn om met het blote oog te zien.
Prokaryoten: bacteriën en schimmels
Eukaryoten: schimmels en protisten
Micro-organismen zijn heel belangrijk in de biotechnologie
- De mens maakt al duizenden jaren gebruik van micro-organismen (bier, brood, kaas)
- Enorme diversiteit:
o 1% van de bacteriën is nu geïdentificeerd
o 10% van de schimmels zijn nu geïdentificeerd
- Enorme metabolische diversiteit:
o Verschillende manieren om aan nutriënten en energie te komen
o Bezitten allerlei enzymen
o Produceren veel metabolieten die vaak voor de mens bruikbaar zijn
- Snelle groei (chemische fabriekjes)
- Genetisch toegankelijk (veranderen van genen, inbrengen van genen, enz)
- Belangrijke modelsystemen:
o Prokaryoot: E. coli
o Eukaryoot: S. cerevisae (gist)
Bacteriën komen voor in verschillende vormen:
- Coccen (bolvormig)
- Bacillen (staafvormig)
- Spirocheten (spiraalvormig)
Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën
Gram-positieve bacteriën:
- Als celwand een dikke laag peptidoglycaan.
Gram-negatieve bacteriën:
- Dunne laag peptidoglycaan
- Ook nog een 2e membraan aan de buitenkant die zorgt voor extra bescherming.
,In het lab:
Op kleine schaal, bijvoorbeeld in een petrischaaltje
Industrieel:
Met enorme fermentoren. Alles wordt hierin gecontroleerd, pH, hoeveelheid nutriënten,
temperatuur, hoeveelheid zuurstof.
Hierdoor kun je de condities vrij constant houden, dit is nodig voor optimale groei
Er kunnen verschillende producten worden gemaakt:
- Hele cellen, bijv. gist
- Producten waar een omzetting door micro-organismen nodig is, bijv. steroïde hormonen
- Een product wat door de cel wordt gemaakt
o Citroenzuur
o Alcohol
o Aminozuren
o Antibiotica
o Enzymen
Voedsel productie (fermentatie)
- Oudste vorm van biotechnologie
- Micro-organismen breken suikers af onder anaerobe condities
- Twee vormen van fermentatie:
o Melkzuurgistig
, o Alcoholfermentatie
Gebruiken de producten voor alcoholische dranken en CO2 voor het reizen van deeg.
Enzymen
- Gebruikt van voedsel productie tot moleculair biologisch onderzoek
- Restrictie enzymen, ligase, Taq polymerase
- Cellulases: stonewashed jeans
- Proteases: wasmiddelen, bier
- Lactases: lactose vrije melk
Enzymen van extremofielen (vaak archaea)
- Isoleren van organismen uit extreme omstandigheden
- Vaak niet op te kweken
- Isoleren van DNA uit extreme omstandigheden, kloneren en sequencen
Hoogste temperatuur: 121oC, stam 121
Nut: stabielere enzymen
Inbrengen van genen in bacteriën
- Plasmiden
- Transformatie (inbrengen)
o CaCl2 behandeling
o Electroporatie
CaCl2 methode
- Maken competente cellen – cellen opnemen in ijskoude CaCl 2 oplossing
o Competent cells: cells able to take up free, extracellular genetic material
- Mengen competente cellen en plasmide, zet op ijs
- Hitte shock (42oC) voor 1 minuut.
o Nu is het plasmide opgenomen
- Incubeer op medium voor 1 uur bij 37 oC
- Uitplaten op voedingsbodem met antibioticum
Dit werkt goed voor E. coli, maar minder goed voor andere bacteriën of eukaryote organismen
Electroporatie
- Mix cellen met plasmiden in een cuvet.
- Geef korte stroomstoot waardoor de wanden van de cel tijdelijk permeabel worden voor
plasmiden.
- Dan weer 1 uur incuberen met medium bij 37 oC
- Daarna uitplaten op voedingsbodem met antibioticum
Dit is sneller en effectiever (meer plasmiden worden hierbij opgenomen)
Ook werkt dit voor eukaryote cellen en archaea.
Micro-organismen: organismen die te klein zijn om met het blote oog te zien.
Prokaryoten: bacteriën en schimmels
Eukaryoten: schimmels en protisten
Micro-organismen zijn heel belangrijk in de biotechnologie
- De mens maakt al duizenden jaren gebruik van micro-organismen (bier, brood, kaas)
- Enorme diversiteit:
o 1% van de bacteriën is nu geïdentificeerd
o 10% van de schimmels zijn nu geïdentificeerd
- Enorme metabolische diversiteit:
o Verschillende manieren om aan nutriënten en energie te komen
o Bezitten allerlei enzymen
o Produceren veel metabolieten die vaak voor de mens bruikbaar zijn
- Snelle groei (chemische fabriekjes)
- Genetisch toegankelijk (veranderen van genen, inbrengen van genen, enz)
- Belangrijke modelsystemen:
o Prokaryoot: E. coli
o Eukaryoot: S. cerevisae (gist)
Bacteriën komen voor in verschillende vormen:
- Coccen (bolvormig)
- Bacillen (staafvormig)
- Spirocheten (spiraalvormig)
Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën
Gram-positieve bacteriën:
- Als celwand een dikke laag peptidoglycaan.
Gram-negatieve bacteriën:
- Dunne laag peptidoglycaan
- Ook nog een 2e membraan aan de buitenkant die zorgt voor extra bescherming.
,In het lab:
Op kleine schaal, bijvoorbeeld in een petrischaaltje
Industrieel:
Met enorme fermentoren. Alles wordt hierin gecontroleerd, pH, hoeveelheid nutriënten,
temperatuur, hoeveelheid zuurstof.
Hierdoor kun je de condities vrij constant houden, dit is nodig voor optimale groei
Er kunnen verschillende producten worden gemaakt:
- Hele cellen, bijv. gist
- Producten waar een omzetting door micro-organismen nodig is, bijv. steroïde hormonen
- Een product wat door de cel wordt gemaakt
o Citroenzuur
o Alcohol
o Aminozuren
o Antibiotica
o Enzymen
Voedsel productie (fermentatie)
- Oudste vorm van biotechnologie
- Micro-organismen breken suikers af onder anaerobe condities
- Twee vormen van fermentatie:
o Melkzuurgistig
, o Alcoholfermentatie
Gebruiken de producten voor alcoholische dranken en CO2 voor het reizen van deeg.
Enzymen
- Gebruikt van voedsel productie tot moleculair biologisch onderzoek
- Restrictie enzymen, ligase, Taq polymerase
- Cellulases: stonewashed jeans
- Proteases: wasmiddelen, bier
- Lactases: lactose vrije melk
Enzymen van extremofielen (vaak archaea)
- Isoleren van organismen uit extreme omstandigheden
- Vaak niet op te kweken
- Isoleren van DNA uit extreme omstandigheden, kloneren en sequencen
Hoogste temperatuur: 121oC, stam 121
Nut: stabielere enzymen
Inbrengen van genen in bacteriën
- Plasmiden
- Transformatie (inbrengen)
o CaCl2 behandeling
o Electroporatie
CaCl2 methode
- Maken competente cellen – cellen opnemen in ijskoude CaCl 2 oplossing
o Competent cells: cells able to take up free, extracellular genetic material
- Mengen competente cellen en plasmide, zet op ijs
- Hitte shock (42oC) voor 1 minuut.
o Nu is het plasmide opgenomen
- Incubeer op medium voor 1 uur bij 37 oC
- Uitplaten op voedingsbodem met antibioticum
Dit werkt goed voor E. coli, maar minder goed voor andere bacteriën of eukaryote organismen
Electroporatie
- Mix cellen met plasmiden in een cuvet.
- Geef korte stroomstoot waardoor de wanden van de cel tijdelijk permeabel worden voor
plasmiden.
- Dan weer 1 uur incuberen met medium bij 37 oC
- Daarna uitplaten op voedingsbodem met antibioticum
Dit is sneller en effectiever (meer plasmiden worden hierbij opgenomen)
Ook werkt dit voor eukaryote cellen en archaea.
