Metody przechowywania i utrwalania bioproduktów

Metody przechowywania i
utrwalania bioproduktów
KOLEKCJE SZCZEPÓW
Opracował: dr S. Wierzba
Katedra Biotechnologii i Biologii Molekularnej
Uniwersytetu Opolskiego
Kolekcje szczepów
Metody przechowywania szczepów
Zamrażanie
teoretyczne podstawy zamrażania
zamrażanie produktów roślinnych i zwierzęcych
zmiana cech produktów podczas zamrażania
czynniki ochronne, pożywki
Suszenie
suszenie sublimacyjne
budowa, rodzaje liofilizatorów
suszenie rozpyłowe i fluidyzacyjne
Przygotowanie szczepionek do procesów biotechnologicznych
kultury starterowe
liofilizaty
Bednarski Włodzimierz, Fiedurka Jan,
PODSTAWY BIOTECHNOLOGII
PRZEMYSŁOWEJ, WNT, Warszawa 2007.
Libudzisz Zdzisława, Kowal Krystyna, Żakowska
Zofia, MIKROBIOLOGIA TECHNICZNA, PWN,
Warszawa 2007.
Pijanowski Eugeniusz, Dłużewski Mieczysław,
Dłużewska Anna Jarczyk Andrzej, OGÓLNA
TECHNOLOGIA ŻYWNOŚĆI, WNT,
Warszawa 1996.
Bednarski Włodzimierz, Repsa Arnold,
BIOTECHNOLOGIA ŻYWNOŚCI, PWN,
Warszawa 2001.
Szewczyk Krzysztof W., TECHNOLOGIA
BIOCHEMICZNA, Oficyna Wydawnicza Politechniki
Warszawskiej, Warszawa 1997.
Gruda Zbigniew, Postolski Jacek, ZAMRAŻANIE
ŻYWNOŚĆI, WNT, Warszawa 1999.
KOLEKCJE SZCZEPÓW
Bioprodukty – substancje aktywne biologicznie, żywe komórki lub ich części
(rozpuszczone składniki wewnątrzkomórkowe, pozakomórkowe) - aby mogły być
wykorzystane w procesach biotechnologicznych muszą być przechowywane w warunkach
gwarantujących przeżywalność i utrzymanie ich pożądanych cech.
KOLEKCJE SZCZEPÓW
Drobnoustroje, stanowiące podstawowe ogniwo wszelkich procesów biotechnologicznych,
powinny zapewniać:
• wysoką jakość produktu,
• powtarzalność prowadzonych procesów.
Wymaga to odpowiedniego zabezpieczenia stosowanych szczepów, z uwzględnieniem:
• czystości mikrobiologicznej,
• maksymalnej żywotności komórek (nawet przy bardzo małej przeżywalności drobnoustrojów, ważne jest aby
pozostałe przy życiu komórki charakteryzowały się cechami biotechnologicznymi na poziomie kultury wyjściowej)
• stabilności cech fizjologicznych i genetycznych, w tym przede wszystkim produktywność
metabolitów pierwszo- i drugorzędowych.
Stosowana metoda przechowalnicza powinna:
• zapewnić maksymalną przeżywalność komórek,
• zminimalizować liczbę komórek uszkodzonych,
• przeciwdziałać spontanicznym mutacjom i selekcji komórek mniej przydatnych w procesie
technologicznym
• ograniczać przypadkowe zanieczyszczenia innymi mikroorganizmami
KOLEKCJE SZCZEPÓW
Przy bardzo dużej różnorodności drobnoustrojów, nie ma uniwersalnej metody
przechowywania. Istnieje konieczność opracowania indywidualnej metody przechowywania
określonych szczepów stosowanych w konkretnym procesie technologicznym.
Najłatwiej przechowują się :
Znacznie trudniej:
KOLEKCJE SZCZEPÓW
Prawidłowe przechowywanie mikroorganizmów możliwe jest jedynie w specjalistycznych
kolekcjach.
Banki czynników biologicznych, w tym przede wszystkim kolekcje genetycznie
scharakteryzowanych mikroorganizmów, kriobanki komórek zwierzęcych i roślinnych –
oprócz zachowania materiału genetycznego mogą być również wykorzystywane do
konstrukcji nowych, przydatnych kultur.
Przechowywane szczepy powinny być preparatami aktywnymi, o stałych cechach
fizjologicznych i niezmienionej aktywności produkcyjnej.
KOLEKCJE SZCZEPÓW
Celem kolekcji jest zapewnienie referencyjnych szczepów bakteryjnych dla celów
badawczych, porównawczych, edukacyjnych. Wiele z nich ma znaczenie praktyczne i
jest stosowanych w przemyśle, biotechnologii. Szereg szczepów wzorcowych używa się do
testów jako standardy.
zadania kolekcji
Poszukiwanie nowych
szczepów o
przydatnych cechach,
oraz ich ulepszanie z
zastosowaniem metod
klasycznych i inżynierii
genetycznej
Klasyfikację i
identyfikację
drobnoustrojów
Badania nad doborem
skutecznych metod
przechowywania
drobnoustrojów w
warunkach
laboratoryjnych
KOLEKCJE SZCZEPÓW
Najstarszą kolekcją, która powstała w 1904 roku jest holenderska kolekcja CBS.
• lista szczepów –
• baza danych
Od tego czasu powstało wiele innych kolekcji, zrzeszonych w Światowej Federacji
Kolekcji Kultur (WFCC – World Federation of Culture Collections) – aktualnie
zarejestrowanych jest 526 kolekcji w 67 krajach.
WDCM - statystyka w krajach
WDCM - szczegółowe dane
KOLEKCJE SZCZEPÓW
Znane kolekcje światowe
USA:
• ATCC – zorganizowana w 1925 roku, przechowuje bakterie, grzyby strzępkowe,
drożdże, glony, wirusy, plazmidy, genomowe DNA.
(wyszukiwanie 1, 2, 3)
• NRRL – 1904 rok, drożdże grzyby strzępkowe, bakterie, glony
Europa:
• DSMZ – Niemcy, bakterie, drożdże, pleśnie, wirusy.
• CCM – Czechy 1963 rok, w kolekcji zgromadzone są szczepy bakterii, drożdży i
grzybów strzępkowych
Dla kolekcjonowanych szczepów konieczne jest opracowanie katalogu (informacje na
temat zgromadzonych szczepów, ich cech użytkowych). Ponadto dla każdego szczepu
powinna być założona metryka zawierająca:
•
•
•
•
•
•
numer kolekcyjny
nazwę gatunkową i synonimy szczepu
datę wprowadzenia do kolekcji
metodę przechowywania
cechy morfologiczne, biochemiczne
właściwości toksyczne i chorobotwórcze
KOLEKCJE SZCZEPÓW
W Polsce do WCFF należy 9 kolekcji, które pracują na potrzeby biotechnologii.
CCBA – Kolekcja Glonów, Uniwersytet Gdański
KOLEKCJE SZCZEPÓW
1977 rok – Traktat Budapesztański – porozumienie regulujące międzynarodowe zasady
działania kolekcji kultur.
W Polsce uprawnione do przyjmowania mikroorganizmów w depozyt są:
IAFB – Kolekcja Mikroorganizmów Przemysłowych (Instytut Biotechnologii Przemysłu
Rolno-Spożywczego, Warszawa)
PCM 106 – Polska Kolekcja Mikroorganizmów (Instytut Immunologii i Terapii
Doświadczalnej PAN, Wrocław)
Kolekcje – depozytornie są zobowiązane do długotrwałego przechowywania szczepów oraz
bezwzględnego zachowania ich pierwotnych właściwości.
W kolekcjach często deponowane są szczepy patentowe o określonych cennych
właściwościach, wyizolowane ze środowiska naturalnego lub otrzymane w wyniku
manipulacji genetycznych.
KOLEKCJE SZCZEPÓW
Pierwszym szczepem przemysłowym, który został zdeponowany w kolekcji NRRL (1948) był
– Streptomyces aureofaciens producent chlorotetracykliny