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 e- -30 mV/pH 2e- E ≤ -300 mV

Anaerob anyagcsere Fermentáció Anaerob légzés 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 →     6HCO3- + 3NH4+, ΔG0' = -1796 kJ glükóz + 3SO42- + 3H+  →   6HCO3- + 3SH-, ΔG0' = -453 kJ glükóz + 12S + 12H2O    → 6HCO3- + 12HS- + 18H+, ΔG0' = -333 kJ AEROB ΔG0' = -2844kJ

Anaerob körülmények biztosítása

Anaerob körülmények biztosítása

Anaerob körülmények biztosítása Anaerob munkahely Kontrollált anaerob környezet Szabad kézzel lehet dolgozni Steril Zsiliprendszer

Anaerob = alacsony redox potenciál E ≤ -300 mV

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 2 CH3CH2OH + 2 H2O = 2 CH3COO- + 2 H+ + 4 H2 ΔGo' = +19 kJ / 2 mol EtOH "S" törzs: CO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O „H" törzs: 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 S. aureus - patogén 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 CO2 serkenti az EtOH felszívódását (!) 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 cellulóz szál Pseudomonas denitrificans Acetivibrio cellulolyticus immobilizáló mátrix

Ivóvíz denitrifikálása: KIBIR Olcsó Megbízható Hatékony DE: nem használják