BIOMÉRNÖKI MŰVELETEK ÉS FOLYAMATOK és labor TARTALOM BIOMÉRNÖKI MŰVELETEK ÉS FOLYAMATOK és labor 4.: 4+0+O v (5) 5.: 0+0+3 f (3) Záróvizsga mindenkinek 1.Bevezetés: Történet. A biotechnológia, a biotechnológiai iparok,termékek.. 2.Enzimmérnöki ismeretek Az enzim hatás alapjai, enzimek szerkezete, tulajdonságai, csoportjai. Homogén fázisú enzim reakciók Heterogén fázisú enzimes reakciók. 3. Enzimes és mikrobiális biokonverziók (alapfolyamatok) 4.Fermentációs folyamatok és műveletek A mikroba növekedés kinetikai leírása (ferm. Rendszerek matematikai modellezésének alapjai) A mikroba növekedéshez és termeléshez szükséges tápanyagok, Anyagátadási műveletek (oxigén) Sterilezés Reaktorok (Biológiai Iparok Elválasztási Műveletei) 2 szakirányon! De:vál!!!

IRODALOM ((KÖVETELMÉNY: 70% jelenlét)) IRÁSBELI VIZSGA (Sevella Béla: Biomérnöki műveletek és folyamatok Műegyetemi Kiadó 1998 65024) MÁR NEM KAPHATÓ Sevella Béla: Biomérnöki műveletek példatár Műegyetemi Kiadó 2001 65031

Regisztráció vásárlás (0 forint) Könyvespolcom-ról kimenthető http://www.interkonyv.hu/index.php?page=konyvek&series_id=42 Kosárba Regisztráció vásárlás (0 forint) Könyvespolcom-ról kimenthető www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0028_SevellaB_Biomernoki-muveletek

EREKY KÁROLY 1919 A BIOTECHNOLÓGIA a BIOKÉMIA, MIKROBIOLÓGIA és a MÉRNÖKI TUDOMÁNYOK integrált alkalmazása mikroorganizmusok állati és növényi sejtek/szövetek vagy ezek részeinek (pl. enzimeinek) technológiai felhasználása céljából. EREKY KÁROLY 1919

“Biotechnológia - (EREKY Károly, 1917) minden munka, amellyel alapanyagokból termékeket állítunk elő élő organizmusok segítségével.” Ereky Károly (Esztergom, 1878. okt. 20. - Vác, 1952.): politikus, miniszter, gépészmérnök, közgazdasági szakember. Tanulmányait a Műegyetemen végezte, 1905-től az egy. adjunktusa. 1911-ben megalapította az állatértékesítő egyesületet, 1912-ben pedig a nagytétényi sertéshízlaldát. Részt vett a Csilléry-Friedrich-féle ellenforradalmi csoport szervezkedésében. A Friedrich-kormányban 1919. aug. 27-től 1919. nov, 24-ig közélelmezési miniszter. A Nemzetgyűlésbe a Keresztény Nemzeti Egyesülés Pártja programjával került be, az 1922-i választásokon megbukott és visszavonult a politikai élettől. Elnöke volt a Magyar Gyorsírók és Gyorsírás Barátai Budai Egyesületének.(Bp.,1916). Forrás:  Életrajzi lexikon

EFB General Assembly,1989 Biotechnology is the integration of natural sciences and engineering in order to achieve the application of organisms, cells, parts thereof and molecular analogues for products and services.

OECD statistical def. Of biotechnology (2005) The application of science and technology to living organisms, as well as parts, products and models thereof, to alter living or non-living materials for the production of knowledge, goods and services. A listaalapú def: The list‑based definition The following list of biotechnology techniques functions as an interpretative guideline to the single definition. The list is indicative rather than exhaustive and is expected to change over time as data collection and biotechnology activities evolve. The list‑based definition of biotechnology techniques: DNA/RNA: Genomics, pharmacogenomics, gene probes, genetic engineering, DNA/RNA sequencing/synthesis/amplification, gene expression profiling, and use of antisense technology. Proteins and other molecules: Sequencing/synthesis/engineering of proteins and peptides (including large molecule hormones); improved delivery methods for large molecule drugs; proteomics, protein isolation and purification, signaling, identification of cell receptors. Cell and tissue culture and engineering: Cell/tissue culture, tissue engineering (including tissue scaffolds and biomedical engineering), cellular fusion, vaccine/immune stimulants, embryo manipulation. Process biotechnology techniques: Fermentation using bioreactors, bioprocessing, bioleaching, biopulping, biobleaching, biodesulphurisation, bioremediation, biofiltration and phytoremediation. Gene and RNA vectors: Gene therapy, viral vectors. Bioinformatics: Construction of databases on genomes, protein sequences; modelling complex biological processes, including systems biology. Nanobiotechnology: Applies the tools and processes of nano/microfabrication to build devices for studying biosystems and applications in drug delivery, diagnostics etc. OECD statistical def. Of biotechnology (2005) The application of science and technology to living organisms, as well as parts, products and models thereof, to alter living or non-living materials for the production of knowledge, goods and services. A listaalapú def: The list‑based definition A következő, biotechnológiai tehnikákat felsoroló listát mint magyarázó útjelzést kell tekinteni az egyszerű definícióhoz. Ez nem teljes lista és időről időre nyilván változik illetve bővül, módosul!, amint a biotechnológiai technikák, metodikák fejlődnek: DNS/RNS: Genomika proteomika…”omikák”, genetic engineering, DNS/RNS sequencing/synthesis/amplification, gene expression profiling, and use of antisense technology. Proteinek és más molekulá: Sequencing/synthesis/engineering of proteins and peptides (including large molecule hormones); improved delivery methods for large molecule drugs; proteomics, protein isolation and purification, signaling, identification of cell receptors. Cell and tissue culture and engineering: Cell/tissue culture, tissue engineering (including biomedical engineering), cellular fusion, vaccine/immune stimulants, embryo manipulation. Process biotechnology techniques: Fermentation using bioreactors, bioleaching, biopulping, biobleaching, biodesulphurisation, bioremediation, biofiltration and phytoremediation. Gene and RNA vectors: Gene therapy, viral vectors. Bioinformatics: Construction of databases on genomes, protein sequences; modelling complex biological processes, including systems biology. Nanobiotechnology: Applies the tools and processes of nano/microfabrication to build devices for studying biosystems and applications in drug delivery, diagnostics etc.

Piros: egészség, orvosi, diagnosztika Sárga: (élelmiszer és táplálkozás) Kék: vízkultúrák, tengeri biotech Fehér: Bioipar Arany: bioinformatika,nanobiotechnológia Zöld: mezőgazdaság, (élelmiszer és táplálkozás) környezet: bioüzemanyag, biotrágya,bioremediáció, szennyvíztisztítás, geomikrobiológia Barna: száraz, sivatagi Fekete: bioterrorizmus, biofegyver… Bíbor: szabadalom, publikálás,újítás… Szürke: klasszikus fermentáció és biofolyamat technológia Klasszikus és Modern biotechnológia. E. J. DaSilva(2005): The Colours of Biotechnology: Science, Development and Humankind ELECTRONIC JOURNAL OF BIOTECHNOLOGY

mérnöki tudományok kémia biológia informatika bioenginee- ring vegyészmérnöki bioenginee- tudományok ring biotechno- lógia kémia biológia biokémia

BIOTECHNOLÓGIA bioinformatika BIOLÓGIAI TUDOMÁNYOK MÉRNÖKI TUDOMÁNYOK KÉMIA BIOLÓGIA VEGYIPARI MIKROBIOLÓGIA MŰVELETEK GENETIKA GÉPTAN BIOFIZIKA MÉRÉS- ÉS SZABÁLYO- BIOKÉMIA ZÁSTECHNIKA ENZIMOLÓGIA ÜZEM-TERVEZÉS IMMUNOLÓGIA ÜZEMSZERVEZÉS BIOTECHNOLÓGIA bioinformatika

21. ÉS IVÉK A BORBÓL ÉS LERÉSZEGEDÉK 20. AND NOAH BEGAN TO BE A HUSBANDMAN, AND HE PLANTED VINEYARD. 21. AND HE DRANK OF VINE, AND WAS DRUNKEN, AND HE WAS UNCOVERED WITHIN HIS TENT (Genesis 9,20-21.) 20. ÉS NOÉ MEGHÁZASODOTT ÉS SZ ŐLŐT ÜLTETETT, 21. ÉS IVÉK A BORBÓL ÉS LERÉSZEGEDÉK ÉS MEZTELEN VALA SÁTRÁNAK KÖZEPÉN

SÖRÁLDOZAT NIN-HARRA ISTENNŐNEK SÖRFŐZÉS ÉS SÖRÁLDOZAT NIN-HARRA ISTENNŐNEK Momument Blau Kr.e. 2500 Mezopotámia: URUK, Gilgames Sumérek Babilónia Hammurábi (Kr.e 1727-1686) Egyiptom

Borkészítés, Babilonban

XVI. Sz-i sörfőzde

1.1. A biotechnológia vázlatos története 7-13. oldal

A magyar bioiparok kezdeti lépései Év Hely technológia/termék 1720 Szentgyörgy habzóbor 1787 Pozsony Ecet 1790 Pest nyövényolaj termelés 1790 Kisma rton bor pincészet (1) 1797 Fiume cigaretta,szivar,burnót 1804 Ujlak brandy (2) 1808 Ercsi répacukor 1825 Pozsonv pezsg ő (3) 1844 Budapest sörgyár (4) 1845 Temesvár állami dohánymonopólium 1853 Budapest éleszt ő 1862 Budapest szalámi (5) 1872 Rohonc konzervgyár 1882 Szombathely szövetkezeti tejüzem 1887 F űzfő keményít ő 1912 Budapest oltóanyag/vakcina 1923 Budapest tejsav 1924 Budapest aceton-butanol 1927 Tiszavasvári alkaloid (morphine) mákgubóból 1941 Kisperkáta glicerin 1946 Budapest penicillin 1951 Debrecen neomycin, oxytetracycline, tobramycin 1953 Budapest Vitamin B 12 (6) 1965 Ács levélfehérje (VEPEX) 1969 Sopron enzimes sörf őzés 1971 Szabadegyháza kukoricaalapú HFRS, alkohol (1) 1857: ELS Ő MAGYARORSZÁGI BORVERSENY (2) 1850: nagyobb szeszüzemek száma: 5671 ( 17 hl –nél több napi) (3) 1898: 17 pezsg ő üzem (4) 1851: 773 sörgyár (5) 1890: 13 szalámi üzem (6) 1950 -es évek: 20% -a a Vitamin B 12 világtermelésének

A BIOTECHNOLÓGIA KORSZAKAI ŐSI KORSZAK NEM TUDATOS BIOTECHNOLÓGIA NEM STERIL KORSZAK PRE - ANTIBIOTIKUM ÉRA Aceton, butanol, glicerin,citromsav STERIL KORSZAK ANTIBIOTIKUM ÉRA ANTIBIOTIKUMOK UTÁNI KORSZAK MODERN BIOTECHNOLÓGIA Folytatódnak!!!!!!!

FERMENTÁLT ÉLELMISZERIPARI TERMÉKEK-1 ecet Zöld

FERMENTÁLT ÉLELMISZERIPARI TERMÉKEK-2 Zöld

Zöld BIOTECH TERMÉKEK AZ ÉLELMISZERI- PARBAN-1 ITA citromsav glükonsav felhasználás termel ő mikroorganizmus (forrás) gyümölcssavak citromsav italok, dzsemek,szörpök Aspergillus niger BIOTECH TERMÉKEK AZ ÉLELMISZERI- PARBAN-1 tejtermékek Candida lipolytica itakonsav margarin Aspergillus terreus glükonsav süt őpor, kolbász Aspergillus niger fémtisztítás Penicillium chrysogenum fumársav desszert,tejtermékek Rhizopus, Mucor húskészítmények almasav E350-352 italok, dzsemek, zselék, Aspergillus niger , cukorkák, olajok, kenyérkész. Pen. brevicompactum éleszt ők E335-337 citromsav bork ősav italok, desszertek,zselék Penicillium notatum E330-333 Aspergillus griseus borostyák ősav ízesít ő, K-,Ca-,Mg-sók mint ITA NaCl helyettesít ők Rhizopus,Mucor,Fusarium tejsav gyümölcslé, majonéz,desszertek, Lactobacillus süt őipar, tejtermékek és hús- delbrueckii készítmények glükonsav aminosavak Glu E620 izer ősítő, ízesítő Corynebacterium glutamicum Brevibacterium flavum Lys étel-kiegészítés Corynebacterium glutamicum tejsav Trp an tioxidáns Corynebacterium glutamicum vitaminok kobalamin (B ) élelm. kiegészítés Propionibacterium shermanii 12 E101 riboflavin (B ) " Ashbya gossipii 2 Eremothecium ashbii aminosavak β-karotin " Blakeslea trispora aszkorbinsav E300 " biotranszformáció (pl. Gluconobacter) Zöld izesít ő anyagok inozinsav (IMP) E630 ízkiemel ő, levesporok, Brevibacterium ammoniagenes konzervek... Corynebacterium glutamicum

citromsav itakonsav

glükonsav tejsav

E400 BIOTECH TERMÉKEK AZ ÉLELMISZERI- PARBAN-2 E415 E440 Zöld

Nagy mennyiségben termelt mikrobiális enzimek

ENZIMEK A VILÁGPIACON (Cellulázok nélkül) ALKALIKUS PROTEÁZOK 25% EGYÉB PROTEÁZOK 20 58% RENNIN 10 TRIPSZIN 3 AMILÁZOK 18 GLÜKÓZ IZOMERÁZ 6 PEKTINÁZOK 3 LAKTÁZ 1 LIPÁZOK 3 Gyógyszer és analitika 10

(scents,fragrance)

Piros

Piros rDNS termékek TERMÉK FELHASZNÁLÁS Humán inzulin cukorbaj Humán interferonok ( a -, b -, c -IFN) antivírus/antitumor terápia HGH (emberi növekedési hormon) törpenövekedés Hepatitisz B vírusprotein vakcina elôállítás Urokináz trombolitikus hatás L-fenil-alanin az aszpartám édesítôszer elôanyaga a -amiláz keményítôhidrolizálás (maltózszirup) Állati növekedési hormonok tej/hústermelés fokozása Száj-és körömfájás vírusprotein állatgyógyászati vakcina E.coli K-88 és K-99 protein vakcina a b orjú és malacneveléshez (toxikus hasmenés) L-triptofán takarmánykiegészítô L-treonin takarmánykiegészítô Véralvadás VIII és IX faktora hemofilia Eritropoietin (EPO) anémia, krónikus vese elégtelenség esetén Humán szérumalbumin vérkiegészítô anyag Humán gonadotrop anyagok (hCG,HMG) terméketlenség A herpesz, a malária és az influenza fehérjeantigénjei vakcina Immunglobulinok monoklonális antitestek Limfokinek, elsôsorba interleukin-2 az immunrendszer serkentése (baktérium /vírusfertôzések,antitumo r-terápia Szöveti Plasminogen Aktivator (TPA) trombolitikus hatás Tumor Nekrosis Faktor (TNF) antitumor-terápia Borjúoltó (rennin) sajtgyártás

A fermentációs ipar termelése 1994. évi adatok szerint

USA BIOTECH IPARA - kereskedelmi forgalom 1998-as árakon Key Sectors Base Forecast Years ‘98-08 Year 2003 2008 Growth* 1998 Human Therapeutics 9,120 16,100 27,000 11 Human Diagnostics 2,100 3,100 4,300 7 Agriculture 420 1,000 2,300 19 Specialties 390 900 2,000 1 8 Non-Medical Diagnostics 270 400 600 Source: Consulting Resources Corp. *% year

A BIOTECHNOLÓGIA GAZDASÁGI EREJE 2002: USA 1300 biotech vállalat 142 000 dolgozó 26 Mrd $ prod value 2012: 6213 biotech vállalat EU 1179 Biotech vállalat 33 000 dolgozó 7,6 Mrd € prod value 2012: 5398 biotech vállalat (18 ország) Fr.o.: 1359 Spanyolo.:1095

A biotechnológiai termékek kereskedelmi értékének és a koncentrációjának összefüggése Növ.hormon:35000$/g Inzulin:100 $/g

A fementációs termékek 2004-ben és várható értékei 2009-ben 2005-ben készült piaci elemzés teljes fermentációs ipar 2004: 14,1 milliárd dollár /év jellemzi, 2009 : 17,8 milliárd prognosztizáltak. nyers antibiotikumok: 5 mrd, (ami érdekes módon ugyanannyi mint 1998-ban és ez a növekvő termelés melleti árcsökkenéseket jelez) aminosav: 2004-ben 3,5 mrd 2009-re 5 mrd-t jósolnak. szerves savak: 2009 3mrd dollárra várják Fejezetcímek: β-laktám antibiotikumok, nem β-laktám antibiotikumok, citromsav, glükonsav, tejsav, itakonsav, lizin, treonin, triptofán, Na-glutamát, xantán, ipari enzimek, riboflavin, cianokobalamin, eritorbinsav, karotinoidok: β-karotin, asztaxantin, likopén finomkemikáliák. A fementációs termékek 2004-ben és várható értékei 2009-ben (http://www.bccresearch.com/print/fod_p)

Bioeljárások részaránya a kémiai iparokban Előrejelzés 2010 -re (12%) Ma: ~5% % Finomkémiai iparok 60 Polimerek 10-15 Tömegtermékek `bulk` 10-15 Specialitások 50 Műanyag adalékok 10 2020: 18% 2030: 25% fehér

A modern fermentációs ipar céljai-lehetőségei SEJTTÖMEG TERMELÉS pékéleszt ő, SCP SEJTKOMPONENSEK EL ŐÁLLÍTÁSA - intracelluláris enzimek, nukleinsavak, poliszaharidok,rDNS termékek,… A modern fermentációs ipar céljai-lehetőségei METABOLIT TERMELÉS PRIMER: etanol, tejsav,….. SZEKUNDER:antibiotikumok EGYSZER Ű SZUBSZTRÁT KONVERZIÓ : glükóz ® fruktóz penicillin ® 6-NH2 -penicillánsav MULTI-SZUBSZTRÁT KONVERZIÓ : biológiai szennyviztisztitás

B FERMENTÁCIÓS FOLYAMAT ) S TÁPANYAGOK S TERMÉKEK (BIOSZINTÉZIS SZAPORODÓ SEJTEK S TÁPANYAGOK S TERMÉKEK BIOTRANSZFORMÁCIÓ / BIOKONVERZIÓ SEJT SEJTALKOTÓRÉSZ B ANYAG A ANYAG ENZIM

BIOTECHNOLÓGIAI ELJÁRÁSOK De novo FERMENTÁCIÓK  Si + X  Pj + (X+ X) mikroorganizmus növényi sejttenyészet állati szövettenyészet BIOTECHNOLÓGIAI ELJÁRÁSOK BIOTRANSZFORMÁCIÓK S + X P + X sejt(alkotórész) S + E P + E enzim

Biotechnológia: fermentációk és biokonverziók BIOKATALIZÁTOR TERMÉK

Sokoldalú, többcélú készülékpark

☻Ma sokszor még a fosszilis alapanyagokon alapuló kémiai eljárások ☻Ma sokszor még a fosszilis alapanyagokon alapuló kémiai eljárások produktivitása és gazdasági eredményessége felülmúlja a bioeljárásokéit (fehér biotechnológia elterjedésének gátja) ☻A bonyolult szerkezetű termékek, amelyek rendszerint híg oldatokban vannak jelen, kinyerése és tisztítása bonyolult és drága. ☻Nagy mennyiségű és nagy BOD tartalmú szennyvíz keletkezik, amely azonban általában könnyen tisztítható. ☻Fertőződés veszély idegen (mikro)organizmusok által: idegen mikrobák, vírusok. ☻Fertőzés veszély. Szigorú előírásokat kell betartani a biológiai biztonság garantálására (kontéinment szempontok betartása). Különös szigorúság az GMO-k felhasználása esetében. ☻Kétoldali változékonyság. Megújuló alapanyagok és természetes eredetű kiegészítők (melasz, kukoricalekvár, élesztőkivonat, stb) minősége és Felhasznált organizmusok tekintetében (mikroba reverzió, sejtvonal- degenerálódás,stb) ☻Társadalmi idenkedés, elutasítás a mikroorganizmusokkal és különösen a genetikai manipulációval kapcsolatosan.

? 1 Si 6 7 2 S 2A 4A 5 3 4B TÁPANYAGOK KEVERÉS STERILEZÉS MATEMATIKAI TÖRZS 1 S Si TÁPANYAGOK 2 ? BIOREAKTOR 3 STERILEZÉS 2A KEVERÉS ANYAGÁTADÁS 4A LEVEGŐZTETÉS 4B MÉRÉS SZABÁLYOZÁS VEZÉRLÉS 5 ADATOK MATEMATIKAI MODELL 6 TERMÉK FELDOLGOZÁSI MŰVELETEK 7 OLTÓANYAG

BIOREAKTOROK

BIO- BIO- B I O T Á R S A D A L O M IPAR ENERGIA ENERGIA EGÉSZSÉG Vörös biotech egészségügyi felhasználású termékek Fehér biotech ipari felhasználású termékek Zöld biotech mezőgazdasági, élelmiszer és környezeti felhasználású biotechológia IPAR VEGYIPAR ENERGIA ENERGIA EGÉSZSÉG EGÉSZSÉG BIO- BIOETANOL BIO- ÚJ GYÓGYSZEREK METÁN BIOGÁZ GÉNTERÁPIA DIAGNOSZTIKA ÁLLATEGÉSZSÉGÜGY ALAPANYAG ENERGIA TECHNOLÓGIA ÉLELMISZERIPAR KÖRNYEZET KÖRNYEZET MEZ MEZ Õ Õ GAZDASÁG GAZDASÁG KÖRNYEZETVÉDELEM REZISZTENS NÖVÉNYEK TRANSZGÉNIKUS ÁLLATOK

Microorganism is always right your friend a sensitive partner. There are no stupid microorganisms. Microorganisms can do anything. will Microorganisms are smarter wiser more energetic than chemists, engineers, etc. If you take care of your (microbial) friends they will take care of your future (and you will live happily everafter). (PERLMAN)

Háziasítottuk a mikroorganizmusokat! ………. tulajdonképpen ki is dolgozik kinek???

BIOTECHNOLÓGIA FOLYAMAT ORIENTÁCIÓ TERMÉK ORIENTÁCIÓ TECHNOLÓGIA ÉRÉSE ELTERJEDTSÉG FOLYAMAT ORIENTÁCIÓ TERMÉK ORIENTÁCIÓ TECHNOLÓGIA ÉRÉSE