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17.1: Microbiologia Industrial - Biologia


17.1: Microbiologia Industrial

Microbiologia industrial

Microbiologia industrial é um ramo da biotecnologia que aplica as ciências microbianas para criar produtos industriais em grandes quantidades, geralmente usando fábricas de células microbianas. 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. Outra forma de aumentar a produção é pela amplificação do gene, isso é feito pelo uso de plasmídeos e vetores. Os plasmídeos e / ou vetores são usados ​​para incorporar múltiplas cópias de um gene específico que permitiria a produção de mais enzimas que eventualmente causariam maior rendimento do produto. [1] A manipulação de organismos para produzir um produto específico tem muitas aplicações no mundo real, como a produção de alguns antibióticos, vitaminas, enzimas, aminoácidos, solventes, álcool e produtos diários. Os microrganismos desempenham um grande papel na indústria, com múltiplas formas de utilização. Medicinalmente, os micróbios podem ser usados ​​para criar antibióticos a fim de tratá-los. Micróbios também podem ser usados ​​para a indústria alimentícia. Os micróbios são muito úteis na criação de alguns dos produtos produzidos em massa que são consumidos pelas pessoas. A indústria química também utiliza microrganismos para sintetizar aminoácidos e solventes orgânicos. Micróbios também podem ser usados ​​em uma aplicação agrícola para uso como biopesticida em vez de usar produtos químicos perigosos e / ou inoculantes para ajudar a proliferação de plantas.


Produtos moleculares de micróbios

O isolamento de produtos moleculares de micróbios é considerado um componente chave da pesquisa em biologia molecular.

Objetivos de aprendizado

Descreva como a Taq polimerase, enzimas de restrição e DNA ligase são usadas em biologia molecular

Principais vantagens

Pontos chave

  • Várias enzimas podem ser isoladas de microrganismos e utilizadas na produção de DNA recombinante & # 8211.
  • A capacidade de algumas arquéias de prosperar em ambientes extremos levou à análise e ao isolamento de importantes componentes moleculares dos organismos, como a polimerase Taq, que contribuíram para as técnicas modernas de biologia molecular.
  • As técnicas modernas de biologia molecular dependem fortemente de enzimas específicas e componentes moleculares derivados de micróbios, incluindo DNA ligase e enzimas de restrição.
  • A DNA ligase funciona ligando covalentemente, ou ligando, fragmentos de DNA.
  • As enzimas de restrição funcionam reconhecendo e cortando sequências específicas dentro do DNA.

Termos chave

  • reação em cadeia da polimerase: Uma técnica em biologia molecular para a criação de várias cópias de DNA de uma amostra usada em impressões digitais genéticas, etc.
  • Enzimas de restrição: uma endonuclease que corta o DNA em sequências de reconhecimento específicas

A expansão e a crescente popularidade do campo da biologia molecular resultou em uma maior demanda por ferramentas usadas para estudar a biologia molecular. O campo da biologia molecular lida especificamente com os mecanismos moleculares de uma célula e se concentra na regulação das interações celulares. Tópicos de interesse particular dentro do campo incluem expressão gênica (transcrição e tradução) e síntese de proteínas. O estudo desses mecanismos em laboratório foi possibilitado pelo uso de moléculas derivadas de micróbios. A seguir está uma breve visão geral de alguns dos produtos moleculares derivados de micróbios que permitem o desempenho de técnicas populares de biologia molecular.

Polimerase Taq

A polimerase Taq é uma enzima que foi isolada pela primeira vez do micróbio Thermus aquaticus. T. aquaticus é um tipo específico de espécie bacteriana, uma DNA polimerase, que é termoestável & # 8212 e pode suportar temperaturas extremamente altas. O isolamento dessa polimerase resultou na capacidade de realizar reações em cadeia da polimerase (PCR), processo utilizado para amplificar segmentos de DNA, em uma única etapa. Antes do isolamento da Taq polimerase, uma nova DNA polimerase tinha que ser adicionada à reação após cada ciclo devido à desnaturação térmica. Com a adição de Taq polimerase ao tubo de reação, o ciclo pode ser realizado muito mais rapidamente e menos enzima precisa ser usada. Atualmente, a Taq polimerase é fabricada e produzida em grande escala e está disponível para venda comercial.

Enzimas de restrição

As enzimas de restrição são uma classe específica de enzimas isoladas de várias bactérias e arquéias, nas quais crescem naturalmente como meio de proteção contra a infecção viral. Essas enzimas têm a capacidade de cortar o DNA em sequências de reconhecimento específicas e têm servido como ferramentas valiosas na modificação e manipulação do DNA. As enzimas têm a capacidade de reconhecer DNA estranho e cortá-lo. As bactérias e arqueas das quais essas enzimas são isoladas têm mecanismos inatos para proteger suas próprias sequências de DNA dessas enzimas, como a metilação. O isolamento de aproximadamente 3.000 enzimas de restrição permitiu aos biólogos moleculares utilizá-las em processos como a clonagem e a produção de DNA recombinante.

Enzima de restrição EcoRI: Um exemplo de uma enzima de restrição específica, EcoRI, que exibe a capacidade de atingir sequências específicas dentro do DNA.

DNA ligase

Outra enzima que foi isolada de T. aquaticus e que tem sido inegavelmente importante para o campo da biologia molecular é a DNA ligase. A DNA ligase desempenha um papel fundamental nos processos de biologia molecular devido à sua capacidade de inserir fragmentos de DNA em plasmídeos. O processo de ligação do DNA é definido como a capacidade da DNA ligase de ligar covalentemente, ou ligar, fragmentos de DNA uns aos outros. Em biologia molecular & # 8212 especificamente, durante o processo de desenvolvimento de DNA recombinante & # 8212 DNA ligase pode ser usada para ligar um fragmento de DNA em um vetor de plasmídeo. A DNA ligase mais comumente usada é derivada do bacteriófago T4 e é referida como T4 DNA ligase.

Exemplo de ligação de DNA: Diagrama de uma ligação de DNA.


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Microbiologia e Indústria

Microbiologia Industrial e Indústria Alimentar:

  • O fermento é usado para fazer pães, assados, álcool, iogurte e outros alimentos e bebidas.
  • As leveduras de hoje são especialmente projetadas para funcionar em aplicações industriais de grande escala.
  • Bactérias e bolores especializados são usados ​​para fazer queijos de diferentes tipos.
  • Biofertilizantes incluem bactérias como Rhizobia que fixam nitrogênio.
  • Os aditivos alimentares aumentam o valor nutricional, retardam a deterioração, alteram a consistência e realçam o sabor. Estes podem ser compostos naturais, tais como goma guar e goma xantana ou intensificadores de sabor e vitaminas.

Microbiologia e medicina industrial:

  • Biossensores são monitores usados ​​na detecção de alvos específicos no meio ambiente, corpo humano ou outros organismos.
  • A produção de antibióticos é uma capacidade que muitos micróbios possuem naturalmente.
  • Os micróbios foram desenvolvidos como um sistema de distribuição de drogas.
  • A bactéria do ácido láctico (LAB) tem sido explorada para produzir e distribuir vacinas e outros materiais bioativos.
  • Foram desenvolvidos micróbios que degradam o óleo para que possa ser extraído mais facilmente.
  • Micróbios estão envolvidos na produção de papel.

Microbiologia e economia industrial:

  • Na indústria cosmética é utilizada a toxina do botulismo derivada do Clostridium botulinum.
  • Biopesticidas foram desenvolvidos para o controle de insetos, nematóides e outros patógenos que afetam as plantas.
  • Combustíveis de energia sintética como etanol, metano, hidrogênio e hidrocarbonetos são produzidos por micróbios.
  • O gasohol, que é uma mistura 9: 1 de gasolina e etanol, é uma alternativa popular de combustível. O etanol é produzido como subproduto da fermentação do fermento.
  • Micróbios têm sido usados ​​na mineração. Um exemplo disso é que a recuperação de metais é facilitada pelas bactérias, ajudando a solubilizá-los, tornando-os mais facilmente extraídos.
  • Microorganismos têm sido usados ​​para limpar o meio ambiente em um processo chamado biorremediação. Na biorremediação, um micróbio é introduzido em um ambiente onde seu metabolismo natural resulta na desintoxicação ou decomposição de produtos químicos perigosos ou poluentes.
  • Os rizóbios são bactérias que fixam nitrogênio e o disponibilizam para a nutrição e o crescimento das plantas. Eles formam nódulos nas raízes das leguminosas.
  • Azolla é uma planta aquática flutuante que fixa nitrogênio em associação com cianobactérias. Atua como um biofertilizante renovável.
  • Azotobacter são bactérias fixadoras de nitrogênio que não formam nódulos nas raízes das plantas nem se associam com leguminosas. Eles vivem em liberdade e, além de fixar o nitrogênio, podem produzir antibióticos e substâncias benéficas para o crescimento.
  • Azospirillum fixa nitrogênio nas raízes das plantas. Eles produzem compostos benéficos para o crescimento das plantas e podem sobreviver em condições de pântanos e também em solos.
  • Micorrizas são fungos que formam relações simbióticas com as raízes das plantas. A micorriza vesicular arbuscular (VAM) é o membro mais importante deste grupo. As colônias de VAM absorvem nutrientes e água que estão disponíveis para a planta e atuam como extensões de raízes.
  • Probióticos são micróbios vivos que podem ter um efeito benéfico no hospedeiro que os ingere.
  • Biofertilizantes são micróbios vivos que enriquecem a qualidade dos nutrientes do solo.
  • Biopesticidas são micróbios usados ​​para controlar pragas, incluindo insetos, nematóides ou outros organismos.
  • Os aditivos alimentares são substâncias utilizadas para aumentar o valor nutricional, estabilizar ou aumentar a palatabilidade de um alimento.

Os muitos papéis dos microrganismos na vida dos humanos e em seu ambiente são descritos. Os micróbios são tão importantes que desempenham um papel em praticamente todos os empreendimentos. Eles estão envolvidos na produção de enchentes e energia, medicamentos, cosméticos e até mesmo na limpeza do meio ambiente.

O uso e a aplicação adequada de micróbios ajudam as pessoas a viverem melhor biológica e economicamente.

  • Descrição do impacto econômico que a biotecnologia e os microrganismos causam.
  • Demonstrar como os microrganismos são usados ​​na medicina e na indústria alimentícia.
  • Detalhe o método de microrganismos na produção de energia renovável.
  • Exemplos de microorganismos em biorremediação e limpeza de poluição são fornecidos.
  • Os slides de definição apresentam os termos conforme são necessários.
  • Exemplos fornecidos ao longo para ilustrar como os conceitos se aplicam.
  • Um resumo conciso é fornecido na conclusão do tutorial.

Micróbios são elementos críticos no meio ambiente para ajudar a limpar áreas poluídas.
Os microrganismos desempenham um papel em praticamente todos os aspectos da vida humana e das indústrias, incluindo: medicina, manufatura, mineração, produção de alimentos e outros.
Os microrganismos têm um impacto econômico significativo em função de sua aplicação na indústria.

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Qual o nível de educação que eu preciso?

Este infográfico mostra empregos em microbiologia por nível de escolaridade mínimo (desde o diploma do ensino médio até a bolsa de pós-doutorado). Os ícones indicam o foco de um trabalho específico, da Pesquisa à Biossegurança, conforme explicado em "O que os microbiologistas fazem?" seção.


Assista o vídeo: umh1399 Lec001-1b Breve Historia de la Microbiología Industrial (Dezembro 2021).