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17: Microbiologia Industrial - Biologia


A microbiologia industrial é um ramo da biotecnologia que aplica as ciências microbianas para criar produtos industriais em grandes quantidades. Existem várias maneiras de manipular um microrganismo para aumentar o rendimento máximo do produto. A introdução de mutações em um organismo pode ser realizada através da introdução de mutagênicos. A aplicação médica para a microbiologia industrial é a produção de novos medicamentos sintetizados em um organismo específico para fins médicos

Miniatura: Märzen na Oktoberfest, servido no tradicional Maß de 1 litro.


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A biologia se refere ao estudo científico da vida. Você aprende sobre a biologia molecular da célula e como a vida existe. Você ganha conhecimento sobre a fisiologia e a anatomia de todos os seres vivos deste planeta.

Biologia contém uma ampla gama de tópicos e os examinadores podem escolher qualquer um desses tópicos para testar seus conhecimentos. Use bancos de teste para se familiarizar com questões importantes e seus tipos. Assim, você pode se preparar mais rápido e melhor para exames importantes!


17: Microbiologia Industrial - Biologia

Descoberta e desenvolvimento de produtos naturais na era genômica: 2021

Esta edição especial apresenta uma seleção de análises e pesquisas originais apresentadas na terceira conferência "Descoberta e Desenvolvimento de Produtos Naturais na Era Genômica", realizada de 16 a 20 de janeiro de 2020, em San Diego, Califórnia.

Fronteiras em Microbiologia Industrial e Biotecnologia 2020

Esta edição especial cobre tópicos selecionados e autores apresentados na Reunião Anual de 2019 do SIMB em Washington, DC. Possui 17 resenhas, minirevisões ou artigos originais que cobrem diversos tópicos nas principais áreas do SIMB de Produtos Naturais, Fermentação, Engenharia Metabólica, Biocatálise e Microbiologia Ambiental.

Avanços recentes na tecnologia de fermentação 2020

Esta edição especial é dedicada à área central de fermentação da revista e cobre o trabalho de autores selecionados que apresentaram na reunião “Avanços recentes em tecnologia de fermentação” (RAFT-13) realizada em Bonita Springs, Flórida, em outubro de 2019. apresenta sete revisões, mini revisões ou artigos originais que cobrem diversos aspectos da fermentação, de sistemas sem células à fabricação 4.0.

Cobrindo uma variedade de tópicos em todo o campo, JIMB As edições especiais são um recurso valioso para fins de pesquisa e ensino. Todas as edições especiais agora estão disponíveis como acesso totalmente aberto como parte da transição da revista em 2021.


Escrito pelo Working Party on Culture Media, do International Committee on Food Microbiology and Hygiene, esta é uma referência útil para microbiologistas que desejam saber qual meio usar para a detecção de vários grupos de micróbios nos alimentos e como verificar seu desempenho .

A primeira parte compreende revisões, escritas por especialistas internacionais, da mídia projetada para isolar os principais grupos de micróbios importantes na deterioração de alimentos, fermentações de alimentos ou doenças transmitidas por alimentos. A história e a lógica dos agentes seletivos e os sistemas de indicadores são considerados, bem como os méritos relativos dos vários meios de comunicação. A segunda parte contém monografias sobre aproximadamente 90 das mídias mais úteis.

A primeira edição deste livro foi frequentemente citada em métodos padronizados, especialmente aqueles publicados pela International Standards Organization (ISO) e pela European Standards Organization (CEN), bem como em manuais de empresas fabricantes de meios microbiológicos. Nesta segunda edição, quase todas as resenhas foram completamente reescritas e o restante revisado. Aproximadamente doze monografias foram adicionadas e algumas excluídas. Este livro será útil para qualquer pessoa que trabalhe em laboratórios de exame de alimentos - industrial, contratual, médico, acadêmico ou analista público, bem como outros microbiologistas, trabalhando nas áreas farmacêutica, cosmética e clínica (médica e veterinária) - particularmente no que diz respeito à qualidade garantia de meios e métodos em relação à acreditação de laboratórios.


Fermentação

Ronald S. Jackson PhD, em Wine Science (terceira edição), 2008

ADIÇÃO DE ENZIMAS

Os avanços na microbiologia industrial e na purificação química permitiram o isolamento de enzimas em quantidades comerciais. Seu uso agora é comum em muitas indústrias, incluindo a produção de vinho. Fungos filamentosos, notavelmente Aspergillus e Trichoderma spp., são as fontes primárias daqueles autorizados para uso no vinho. Eles são ativos dentro da faixa de pH e SO2 condições encontradas no vinho.

As preparações enzimáticas podem ser adicionadas para facilitar a clarificação, descoloração, desalcoolização do vinho, aumentar o desenvolvimento do sabor ou aumentar a liberação de antocianina. No entanto, como a maioria das preparações enzimáticas comerciais não são totalmente purificadas, seus efeitos geralmente variam, dependendo de sua fonte e das condições de uso. Uma breve discussão desses aplicativos é fornecida abaixo. Para obter detalhes adicionais, consulte Lourens e Pellerin (2004) e van Rensburg e Pretorius (2000).

A maioria das uvas para vinho perde sua textura polpuda e torna-se suculenta à medida que amadurece. Em algumas situações, porém, a extração do suco pode ser melhorada pela adição de enzimas pectolíticas imediatamente após a trituração. Isso é particularmente valioso com pele deslizante (Vitis labrusca) cultivares. As preparações de pectinase também podem ser adicionadas após a prensagem para melhorar a clareza e filtrabilidade do suco. As pectinas coloidais podem obstruir os filtros e retardar o assentamento espontâneo das partículas suspensas. Ao degradar parcialmente as pectinas carregadas negativamente que podem envolver os sólidos da uva carregados positivamente, as pequenas partículas se auto-atraem. À medida que seu tamanho aumenta, precipitam, favorecendo a clarificação do suco. Na maioria das situações, a pectinase é usada apenas na produção de vinho branco.

Preparações especiais de enzimas pectolíticas estão disponíveis para ajudar na liberação de cor e sabor (Wightman et al., 1997 Revilla e González-San José, 2003). Essas ações presumivelmente estão relacionadas à sua influência maceradora (induzindo a morte celular e a desintegração do tecido). O benefício, se houver, é freqüentemente específico da variedade e amplamente limitado a cultivares de vermelho levemente colorido ou de casca deslizante. No primeiro caso, o principal benefício pode ser a liberação de taninos estabilizadores de cor adicionais. No último caso, a degradação das pectinas facilita a liberação de antocianinas. Ao produzir vinhos tintos, as preparações de pectinase devem ter nenhuma, ou mínima, atividade antocianase.

Embora as preparações comerciais de pectinase consistam principalmente em pectina-liase, elas freqüentemente contêm atributos enzimáticos adicionais. Dependendo do uso, diferentes formulações de enzimas pectinase estão disponíveis. A ação da pectina liase sobre as pectinas da uva (em grande parte metiladas) libera metanol, enquanto as preparações com atividades de poligalacturonase e pectina metil esterase liberam menos metanol (Revilla e González-San José, 1998). Atividades enzimáticas adicionais (como hemicelulases) podem ser incorporadas para auxiliar ainda mais na extração de cor e filtrabilidade.

Além disso, as preparações podem possuir atividades de glucanase que aumentam a clarificação de suco ou vinho - especialmente com uvas que possuem quantidades significativas de glucanos viscosos (devido a Botrytis infecção). As preparações de glucanase também podem ser usadas para promover a autólise precoce de leveduras, liberando manoproteínas e outros constituintes celulares.

A maioria das preparações agora possui poucas atividades de cinamoilesterase (cinamil esterase). A cinamoilesterase quebra as ligações ésteres entre os hidroxicinamatos e o ácido tartárico (notavelmente o tartarato de cafeoil). Estes podem ser posteriormente descarboxilados em vinilfenóis durante a fermentação, se a cepa de levedura for produtora de descarboxilase. Em valores acima do limite, os vinil fenóis geram um odor fenólico indesejável. Mais importante, porém, eles podem ser metabolizados em etilfenóis com cheiro de celeiro por muitos Brettanomyces Deformação.

Algumas preparações de pectinase também podem possuir atividade β-glucosidase. Este pode ser um atributo desejável, se liberar aromáticos ligados glicosidicamente. Isso pode ser desejado com terpenos ou norisoprenóides, mas indesejável para fenóis voláteis. Assim, as preparações de pectinase podem afetar o sabor, ocasionalmente com efeitos imprevistos (Lao et al., 1997). Os vinhos tintos são menos suscetíveis a distorções de odor equivalentes. Esta diferença resulta em parte dos sabores mais intensos dos vinhos tintos e da tendência dos fenóis voláteis se ligarem aos taninos. Como as empresas que preparam preparações de pectinase estão cientes desses problemas, tem havido um esforço concentrado para minimizar as atividades enzimáticas estranhas.

As ligações glicosídicas se rompem naturalmente sob condições ácidas (Mateo e Jimenez, 2000). No entanto, a quebra induzida por ácido é lenta, enquanto o aquecimento para acelerar a hidrólise ácida induz danos no sabor. Assim, a maior parte da atenção tem sido direcionada para a hidrólise enzimática.

Das preparações enzimáticas, as β-glicosidases têm sido as mais estudadas, embora as preparações de glicosidases contendo atividades de α-arabinosidase, α-ramnosidase, β-xilanosidase e β-apiosidase melhorem sua eficácia. Isso resulta da ligação frequente de aromatizantes em potencial a outros açúcares além da glicose. Esses outros açúcares podem precisar ser removidos antes que a glucosidase possa ter seu efeito. O efeito da liberação de sabor aprimorada deve ser avaliado nas trilhas. O aroma acentuado pode distorcer as características tradicionais do vinho & # x27s (por exemplo, ‘Sauvignon blanc’ e ‘Chardonnay’) ou sacrificar o potencial de envelhecimento (a liberação lenta de aromáticos) para um vinho jovem e intensamente perfumado (por exemplo, ‘Riesling’).

As adições de enzimas são normalmente fornecidas no final da fermentação. Os açúcares do suco inibem a ação catalítica da maioria dessas enzimas (Canal-Llaubères, 1993). Embora a atividade enzimática possa ser interrompida quando desejado (pela adição de agentes como a bentonita), a imobilização pode fornecer um controle enzimático ainda maior (Caldini et al., 1994) .

Uma grande preocupação surgiu há vários anos, quando foi descoberto que os vinhos, especialmente aqueles que eram aquecidos durante o processamento, possuíam um agente cancerígeno suspeito - carbamato de etila (uretano). O carbamato de etila pode se formar como um subproduto da reação entre o etanol e a ureia. A ureia pode ocorrer no vinho como resultado do metabolismo da arginina, como suplemento de nitrogênio ou como fertilizante de nitrogênio nos vinhedos. Embora a escolha da cepa de levedura e a eliminação do uso de ureia possam reduzir o acúmulo de carbamato de etila, a adição de urease (Ough e Trioli, 1988) pode ser usada onde a experiência anterior indica que outras medidas de controle são insuficientes.

Um dos principais desenvolvimentos na aplicação de enzimas envolve a imobilização sobre ou dentro de um suporte inerte. Os constituintes do vinho são modificados apenas quando o vinho é passado através ou através do suporte. A técnica tem várias vantagens distintas sobre a adição de enzimas. Permite um melhor controle sobre o grau de modificação, aumenta a eficiência de uso e evita adicionar proteína ao vinho (possivelmente complicando a estabilidade da proteína). Embora mais caro, as vantagens podem superar o diferencial de preço.


Introdução à Microbiologia Industrial

Em Microbiologia Industrial é um ramo da ciência que lida com o estudo e usos de microrganismos com aplicações industriais e econômicas. Microbiologia industrial, micróbios classificados, caracterizados são isolados de seu ambiente natural. Além disso, esses microrganismos são produzidos em grande escala pelo uso de um fermentador.

Tanques de fermentação modernos
Foto de Kafziel

As aplicações mais importantes da microbiologia industrial são o uso de micróbios para converter matérias-primas baratas em produtos economicamente importantes. Além disso, esses produtos passam por detecção, análise, ensaio, purificação e recuperação para torná-los seguros e eficazes. Os produtos finais são valiosos, mas os micróbios que criam esses produtos são igualmente importantes.

Durante o processo de fermentação industrial, as células microbianas produzem enzimas extracelulares e intracelulares. Essas enzimas desempenham um papel importante na fermentação, degradação e utilização dos componentes da mídia. As enzimas podem ser usadas como um produto por si só e têm muitas aplicações de uso final. Por exemplo, enzimas como amilase e proteases são usadas em uma variedade de produtos.

Uma amilase é uma enzima que catalisa a hidrólise do amido em açúcares. A amilase está presente na saliva de humanos e alguns outros mamíferos, onde inicia o processo químico da digestão.

Uma protease (também chamada de peptidase ou proteinase) é qualquer enzima que realiza proteólise, ou seja, inicia o catabolismo da proteína por hidrólise das ligações peptídicas que unem os aminoácidos em uma cadeia polipeptídica.

A microbiologia industrial é um campo em que a biologia molecular, a engenharia genética e a bioquímica são aplicadas juntas para criar coisas novas de valor econômico.

A microbiologia industrial é uma área da microbiologia aplicada que lida com a triagem, melhoria, gerenciamento e exploração de microrganismos para a produção de vários produtos finais úteis em grande escala.

Microrganismos isolados da natureza são testados para mutação e os organismos mutantes são selecionados e posteriormente geneticamente modificados por tecnologia de DNA recombinante (recombinação genética usando clonagem molecular). Esses organismos geneticamente modificados são usados ​​posteriormente na pesquisa e no desenvolvimento de produtos.

Gostaria de compartilhar uma lista de produtos economicamente importantes que podem ser obtidos com a ajuda da microbiologia industrial em escala industrial.


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Informação do revisor

Nature Reviews Microbiology agradece R. Carmody e o (s) outro (s) revisor (es) anônimo (s) por sua contribuição para a revisão por pares deste trabalho.


Ainda precisávamos melhorar o enovelamento de proteínas

O dobramento da maioria das proteínas citoplasmáticas ocorre de maneira relativamente eficiente no sistema Cytomim. Mesmo que CAT deva formar um homotrímero para ser ativo, normalmente 70-80% da atividade enzimática esperada é alcançada conforme avaliado pela síntese total e pela atividade específica publicada. Mesmo proteínas como a tioredoxina redutase e a glutationa redutase são quase completamente ativadas, embora devam dimerizar e um cofator FAD deva ser instalado em cada monômero [9]. No entanto, a primeira tentativa de produzir uma enzima contendo uma ligação dissulfeto ativa falhou miseravelmente [8]. O produto era a porção protease da uroquinase murina que requer 6 ligações dissulfeto, e um tampão redox de glutationa relativamente oxidado foi usado na tentativa de conduzir a formação de novas ligações dissulfeto. Em alguns casos, uma pequena quantidade de atividade enzimática foi produzida inicialmente, mas então desapareceria. Descobriu-se que o extrato livre de células estava reduzindo ativamente o sistema. Presumivelmente, o NADPH estava sendo produzido para fornecer equivalentes redutores para a redução da ligação dissulfeto, e a tiorredoxina redutase e a glutationa redutase serviam como condutores para a transferência de elétrons. Uma vez que ambas as enzimas requerem grupos -SH livres em seus locais ativos, o extrato celular foi pré-tratado com iodoacetamida (IAM, 0,5-1 mM) antes do uso. Esses extratos pré-tratados permitiram a formação estável de ligações dissulfeto [8, 22], presumivelmente porque as redutases haviam sido inativadas.

Reengenharia para dobramento de proteínas oxidativas co-translacionais. Para alcançar o dobramento adequado do fator estimulador de colônia de granulócitos de macrófagos murinos (mGMCSF), foi necessário primeiro estabilizar o potencial redox –SH / S-S, para então fornecer um ambiente relativamente oxidante e, finalmente, fornecer DsbC como uma isomerase dissulfeto. Uma combinação de todas as três medidas foi necessária

Reengenharia para dobramento de proteínas oxidativas co-translacionais. Para alcançar o dobramento adequado do fator estimulador de colônia de granulócitos de macrófagos murinos (mGMCSF), foi necessário primeiro estabilizar o potencial redox –SH / S-S, para então fornecer um ambiente relativamente oxidante e, finalmente, fornecer DsbC como uma isomerase dissulfeto. Uma combinação de todas as três medidas foi necessária

Produzimos com sucesso várias proteínas contendo ligações dissulfeto. Foi inicialmente proposto que a taxa de tradução rápida em E. coli não seria compatível com o dobramento de proteínas de mamíferos. A taxa é de cerca de 16 aminoácidos por segundo em E. coli em relação a uma taxa de 4-5 aminoácidos por segundo em células de mamíferos. No entanto, uma medição cuidadosa da taxa de alongamento de translação no E. coli sistema livre de células sugere uma taxa de alongamento de apenas 1,5–2 aminoácidos por segundo [18]. Na verdade, é mais lento do que nas células de mamíferos. Também era possível que a função da chaperona em sistemas procarióticos não ajudasse efetivamente no dobramento de proteínas eucarióticas. Nossos resultados sugerem que isso não é verdade para a maioria das proteínas eucarióticas. No entanto, embora várias observações sugiram que o ambiente químico mais natural do sistema Cytomim é benéfico para o enovelamento de proteínas, é necessário mais trabalho antes de sabermos se o fornecimento de chaperonas eucarióticas trará benefícios adicionais.


Oportunidades de carreira

Hospital / Laboratórios Clínicos

Microbiologistas dessa área normalmente trabalham para identificar bactérias causadoras de doenças que podem ter afetado um paciente ou potencialmente afetar o corpo humano. Esse tipo de microbiologista pode ajudar a prevenir a propagação de doenças, contendo-as e tratando-as.

Indústria alimentícia

Esse tipo de microbiologista trabalha com o abastecimento de alimentos que depois é distribuído para supermercados e outros vendedores e também pode trabalhar com organizações como a Food and Drug Administration e o Departamento de Agricultura. Esses microbiologistas garantem que o suprimento de alimentos esteja livre de organismos patogênicos que podem ser prejudiciais à saúde de quem os consome. Os microbiologistas de alimentos são muito importantes e fornecem uma maneira de garantir que os alimentos sejam seguros para distribuição ao público.

De Meio Ambiente

Microbiologistas que trabalham com o meio ambiente estudam como organismos como as bactérias funcionam e reagem no meio ambiente. Este campo trata não apenas de como os organismos reagem a si mesmos, mas também de como eles reagem a outros processos no meio ambiente, como poluição, coisas vivas como plantas e animais, mudanças sazonais simples e o mundo mutante e em evolução em geral.

Laboratórios de Pesquisa

Muitos microbiologistas trabalham como cientistas pesquisadores. Eles estudam e testam bactérias e outros organismos em ambientes controlados para entender melhor sua decomposição e como eles reagem quando submetidos a diferentes testes. As descobertas fundamentais feitas por esses microbiologistas têm um grande impacto na maneira como os medicamentos são distribuídos, as doenças são tratadas e os sistemas de saúde são administrados, e avanços importantes não são incomuns. A pesquisa pode ser um campo muito gratificante para os microbiologistas porque é onde começa a prática da microbiologia. As informações e percepções que os microbiologistas de pesquisa obtêm podem mudar a maneira como se comportam aqueles em muitos outros campos.

Ensino

A microbiologia instrucional é outro subconjunto muito comum da área. Faculdades e universidades comunitárias são locais populares para microbiologistas darem palestras sobre os sistemas e avanços da microbiologia. É um campo em constante mudança, por isso os instrutores precisam estar constantemente aprendendo para passar essas informações aos alunos. Muitos microbiologistas estão fascinados com o campo que escolheram para o trabalho de suas vidas e decidem que ensinar aos outros é a melhor e mais gratificante maneira de se envolver com a microbiologia.


Biologia de sistemas de microrganismos industriais

O campo da biotecnologia industrial está se expandindo rapidamente à medida que a indústria química busca uma produção mais sustentável de produtos químicos que podem ser usados ​​como combustíveis ou blocos de construção para a produção de solventes e materiais. Em conexão com o desenvolvimento de bioprocessos sustentáveis, é um grande desafio projetar e desenvolver fábricas de células eficientes que possam garantir a conversão econômica da matéria-prima no produto químico de interesse. Isso é obtido por meio da engenharia metabólica, onde o metabolismo da fábrica de células é projetado de forma que haja uma conversão eficiente de açúcares, as matérias-primas típicas da indústria de fermentação, no produto desejado. No entanto, a engenharia do metabolismo celular é muitas vezes desafiadora devido à regulação complexa que evoluiu em conexão com a adaptação dos diferentes microrganismos aos seus nichos ecológicos. In order to map these regulatory structures and further de-regulate them, as well as identify ingenious metabolic engineering strategies that full-fill mass balance constraints, tools from systems biology can be applied. This involves both high-throughput analysis tools like transcriptome, proteome and metabolome analysis, as well as the use of mathematical modeling to simulate the phenotypes resulting from the different metabolic engineering strategies. It is in fact expected that systems biology may substantially improve the process of cell factory development, and we therefore propose the term Industrial Systems Biology for how systems biology will enhance the development of industrial biotechnology for sustainable chemical production.


Assista o vídeo: umh1399 Lec001-3c Metabolitos primarios y secundarios (Dezembro 2021).