Doc. RNDr. Zbyněk Prokop, Ph.D. Ústav experimentální biologie, obor Mikrobiologie Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Brno MODERNÍ BIOTECHNOLOGIE.

Prezentace na téma: "Doc. RNDr. Zbyněk Prokop, Ph.D. Ústav experimentální biologie, obor Mikrobiologie Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Brno MODERNÍ BIOTECHNOLOGIE."— Transkript prezentace:

1 Doc. RNDr. Zbyněk Prokop, Ph.D. Ústav experimentální biologie, obor Mikrobiologie Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Brno MODERNÍ BIOTECHNOLOGIE A JEJICH UPLATNĚNÍ V DLOUHODOBĚ UDRŽITELNÉM ROZVOJI MODERNÍ BIOTECHNOLOGIE A JEJICH UPLATNĚNÍ V DLOUHODOBĚ UDRŽITELNÉM ROZVOJI Bi0005 Úvod do obecné biologie, 25. listopadu 2011

2 BIOTECHNOLOGIE “integrace přírodních věd a inženýrství za účelem využití organizmů, buněk nebo biomolekul k produkci nebo službám” (European Federation of Biotechnology, 1989)  červené (medicínské)  zelené (zemědělské)  modré (mořské)  šedé (mikrobiální)  bílé (enzymatické) BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ

3 ENZYMY  Co jsou to enzymy? -> biokatalyzátory, nástroje přírody  K čemu slouží? -> urychlují přeměny látek a energie v živých organismech  OXIDOREDUKTASY- oxidace/redukce  TRANSFERASY – přenos funkčních skupin  HYDROLASY – hydrolytické štěpení  LYASY – štěpení C-C, C-N a C-O vazeb  ISOMERASY - racemizace, epimerizace  LIGASY – tvorba nových C-C, C-N, C-S a C-O vazeb BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ

4 ENZYMOVÉ TECHNOLOGIE  Jak je možné enzymy prakticky využít? BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ D o m á c n o s t P o t r a v i n á ř s t v í Z e m ě d ě l s t v í T e x t i l n í p r ů m y s l O c h r a n a p r o s t ř e d í C h e m i e a f a r m a c i e

5 ENZYMY A DLOUHODOBĚ UDRŽITELNÝ ROZVOJ  Jaké výhody využitím enzymů získáme?  inovativní produkty a procesy – konkurenceschopné, splňující kritéria dlouhodobě udržitelného rozvoje  “… rozvoj, který uspokojuje současné potřeby aniž by ohrožoval možnosti budoucích generací uspokojovat jejich budoucí potřeby” (WCED, 1987)  šetrné k životnímu prostředí  ochrana neobnovitelných zdrojů  využití obnovitelných materiálů  recyklace odpadů BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ

6 PŘÍKLAD: hydrolýza penicilinu G Biotechnologie (+30°C) 1000 t penicilin G 45 t amoniak 10,000 m 3 voda 1 t ENZYM (1 $/kg 6-APA) Chemický proces (-40°C) 1000 t penicilin G 160 t amoniak 300 t dimetylchlorosilan 800 t N,N-dimetylanilin 600 t fosfopentachlorid 4,200 m 3 dichlormethan 4,200 m 3 n-butanol BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ ENZYMY A DLOUHODOBĚ UDRŽITELNÝ ROZVOJ

7 BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ ZDROJE ENZYMŮ  Jak a kde vhodné enzymy získáváme?  „screening“ mikroorganismů  (meta)genomové knihovny  genové databáze  proteinové inženýrství

8 výzkum a vývoj halogenalkandehalogenas (HLDs) pro biotechnologické aplikace výzkum a vývoj halogenalkandehalogenas (HLDs) pro biotechnologické aplikace BIOSENSING BIOKATALÝZA BIODEGRADACE BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ LOSCHMIDTOVY LABORATOŘE

9  BIOKATALÝZA  2004: objev stereoselektivity HLDs 1 1 Prokop, Z., Damborsky, J., Nagata, Y., Janssen, D.B. 2004. WO 2006079295 Léčiva Feromony BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ Bradyrhisobium japonicum

10 2 Prokop, Z., Sato, Y., Brezovsky, J., et al. 2010. Angew. Chem. Int. Ed. 49: 6111–6115 BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ  BIOKATALÝZA  2004: objev stereoselektivity HLDs 1  2010: vyřešen mechanismus selektivity 2 Bradyrhisobium japonicum

11 3 Koudelakova, T., Prokop, Z., Sato, Y., et al..2011. (in preparation) E-hodnota DhaADhaA06 etyl 2-hydroxypropionát72>200 2-heptanol210 BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ  BIOKATALÝZA  2004: objev stereoselektivity HLDs 1  2010: vyřešen mechanismus selektivity 2  2011: inženýrství stereoselektivity 3 Bradyrhisobium japonicum

12 BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ  BIOKATALÝZA  2004: objev stereoselektivity HLDs 1  2010: vyřešen mechanismus selektivity 2  2011: inženýrství stereoselektivity 3  APLIKACE: farmaceutický průmysl o DSM Pharma (Holandsko) o Zentiva, Sanofi-Aventis (Česká republika) Bradyrhisobium japonicum

13 4 Prokop, Z., Damborsky, J., Oplustil, F., Jesenska, A., Nagata, Y.2005.WO 2006128390 5 Prokop, Z., Oplustil, F., DeFrank, J., Damborsky, J. 2006. Biotech. J. 1: 1370-1380 BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ Sphingobium japonicum  BIOKATALÝZA  BIODEGRADACE  2005: objev aktivity s bojovými látkami 4,5

14 6 Koudelakova, T., Chaloupkova, R., Brezovsky, J., Prokop, Z., et al. (in preparation) BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ Sphingobium japonicum  BIOKATALÝZA  BIODEGRADACE  2005: objev aktivity s bojovými látkami 4,5  2011: inženýrství stability 6

15 PNL, USA NATO ToE BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ  BIOKATALÝZA  BIODEGRADACE  2005: objev aktivity s bojovými látkami 4,5  2011: inženýrství stability 6  APLIKACE: civilní obrana a vojenství o VOP 026 Štenberk (Česká republika) o DSTL (UK) o Foster-Miller (USA) o ITP Bundeswehr (Německo) o Pacific Northwest Laboratory (USA) Sphingobium japonicum

16 7 Bidmanova, et al. 2010. Analytical and Bioanalytical Chemistry 398:1891–1898 8 Bidmanova, et al. 2010. Chemicke Listy 104: 302-308 BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ  BIOKATALÝZA  BIODEGRADACE  BIOSENSING  monitoring environmentálních polutantů 7  detekce bojových látek 8

17 9 Pavlova, et al. 2009. Nature Chem. Biol. 5: 727-733 BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ  BIOKATALÝZA  BIODEGRADACE  BIOSENSING  monitoring environmentálních polutantů 7  detekce bojových látek 8  inženýrství aktivity 9

18 BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ  BIOKATALÝZA  BIODEGRADACE  BIOSENSING  monitoring environmentálních polutantů 7  detekce bojových látek 8  inženýrství aktivity 9  APLIKACE: monitoring životního prostředí, civilní obrana a vojenství o TU Hannover (Německo), o VUT Brno (Česká republika) o Colorado State University a OptiEnz (USA) o Photon System Instruments (Česká republika)

19 Loschmidtovy laboratoře MU BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ VÝZKUM VÝVOJ APLIKACE VÝUKA