Tehnici de Separare și Concentrare în Biotehnologii

I. INTRODUCERE

I.1.1. Drojdiile ca agenţi biotehnologici

Microorganismele incluzând bacteriile, drojdiile, fungii filamentoşi şi algele unicelulare au fost folosite în culturi submerse pentru obţinerea diferitelor produse printre care şi biomasa proteică. De la începuturile producţiei pe scară largă de penicilină, streptomicină şi de alte antibiotice şi până la conversia steroizilor de către o varietate de microorganisme, s-au dezvoltat şi o serie de echipamente pentru culturile submerse dintre care, mai utilizate sunt două tipuri: bioreactorul cu agitare mecanică, cu diferite variante de agitatoare şi sisteme de spargere a spumei, fermentatorul airlift care poate fi considerat un hibrid între fermentatorul clasic cu agitare mecanică şi tipul cu draft al fermentatorului airlift.

Factorii limitativi ai dezvoltării celulare în astfel de echipamente de fermentaţie sunt transferul de căldură şi transferul de masă, ultimul influenţând folosirea nutrienţilor, în special a oxigenului de către celule precum şi cantitatea produşilor de metabolism.

În jurul acestui subiect s-a dezvoltat o bogată literatură de specialitate, care descrie efectul acestor factori asupra dezvoltării culturilor submerse microbiene, cu punerea în evidenţă a factorului limitativ pentru producţia de masă celulară şi de metaboliţi primari sau secundari

I.1. 2. Aspecte privind biologia drojdiilor

Drojdiile sunt benefice pentru omenire, deoarece în cea mai mare măsură sunt utilizate pentru producerea de alimente, vin, bere, substanţe bioterapeutice şi produse farmaceutice. În prezent au fost recunoscute aproximativ şapte sute de specii de drojdie. Deoarece drojdiile sunt adesea utilizate în biotehnologia tradiţională şi modernă, descoperirea de noi specii este legată şi de noile tehnologii.

Pentru descrierea domeniului drojdiilor au fost utilizate mai multe definiţii. În conformitate cu Guilliermond (1912) şi Lodder (1970) [11] drojdiile sunt fungi unicelulari cu reproducere prin înmugurire ori fisiune. În acest sens, s-a recunoscut că drojdiile sunt fungi unicelulari adevăraţi, dar în realitate, majoritatea speciilor de drojdii sunt dimorfice şi produc pseudohife şi hife, pe lângă dezvoltarea unicelulară

Identificarea, numirea şi plasarea drojdiilor în propiul lor cadru evolutiv sunt importante pentru multe domenii ale ştiinţei care includ agricultura, medicina, ştiinţele biologice, biotehnologia, industria alimentară.

Investigaţii comparative care includ morfologia, fiziologia, genetica, biochimia, ecologia şi genetica moleculară, au îmbogăţit taxonomia drojdiilor.

Prima perioadă în sistematica drojdiilor care se situează până la nivelul anilor 1960, este caracterizată prin studii aprofundate de morfologie, fiziologie nutriţională comparată şi genetică convenţională.

A doua perioadă în sistematica drojdiilor este considerată de la 1960 până în prezent, şi este caracterizată printr-o aprofundare a studiului caracterelor morfologice datorită introducerii microscopiei electronice, a aplicării criteriilor biochimice şi a introducerii studiilor de genetică moleculară.

I.1.3. Ingineria metabolică la drojdii

Saccharomyces cerevisiae este cel mai intens studiat microorganism eucariot, care ajută la cunoaşterea biologiei celulei eucariote şi, implicit, a biologiei umane.

Vreme de câteva secole Saccharomyces cerevisiae a fost întrebuinţată în producerea de alimente şi băuturi alcoolice, iar azi acest microorganism este folosit în numeroase procese din cadrul industriei farmaceutice. Saccharomyces cerevisiae este un organism cu care se lucrează uşor, deoarece este nepatogen, şi datorită multitudinii de aplicaţii apărute de-a lungul timpului în obţinerea de produse consumabile, ca etanolul sau drojdia, a fost clasificat ca organism GRAS (generally regarded as seif = organism considerat sigur, netoxic). De asemenea, fermentaţia şi procesele tehnologice de producţie la scară largă cu Saccharomyces cerevisiae fac ca acest organism sa fie atractiv, la îndemână, pentru câteva scopuri biotehnologice, aşa cum va fi ilustrat în continuare. Un alt motiv important pentru a justifica utilizarea microorganismului Saccharomyces cerevisiae în cadrul biotehnologiei îl reprezintă susceptibilităţile sale la modificările genetice prin tehnologia ADN recombinant, care a fost mai departe înlesnite de accesul la secvenţa genomică completă a Saccharomyces cerevisiae, publicată în 1996

Îmbunătăţirea tulpinilor de drojdie de bere s-a bazat în mod tradiţional prin mutageneză la întâmplare şi pe încrucişările genetice a două tulpini, urmate de screening, în funcţie de calităţile de interes ale mutantelor. Dezvoltările recente ale unor metode sofisticate în domeniul tehnologiei ADN recombinant au permis să se manipuleze o anumită cale de interes şi de aici să se îmbunătăţească celula printr-o abordare mai directă. Totuşi, acum este posibil să se introducă anumite perturbări genetice în sensul de a modifica puterea de iniţiere a unei anumite gene, de a induce deleţii asupra genelor sau de a introduce gene întregi în celulă

Îmbunătăţirile propietăţilor celulare obţinute prin combinarea analizelor teoretice bazate pe informaţiile de biochimie şi pe aplicaţiile ingineriei genetice, au fost oferite de ingineria metabolică Această abordare constă în mare în două aspecte importante