Transcript

1 ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

2

3 ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ : 3,7-4 δισεκατομμύρια έτη Μέγεθος κυττάρου << 1 mm Ολική βιομάζα 25 φορές > Ολική βιομάζα των ζώων Ανθρώπινα κύτταρα : Μικροοργανισμοί 1 : 10 Βακτήρια πεπτικού συστήματος (βάρος) > 50% των ανθρώπινων και ζωικών εκκρίσεων % 1 %

4

5 ΜΙΚΡΟΒΙΑΚΗ ΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ

6 Ο μικροβιακός μεταβολισμός είναι η πιο σημαντική διαδικασία για στο έδαφος καθώς τα μικρόβια αντλούν άνθρακα, άζωτο ή/και ενέργεια από το περιβάλλον.

7

8 Το κλίμα, το μητρικό υλικό, τα φυτά και οι μικροοργανισμοί αλληλεπιδρούν σχηματίζουν διάφορους τύπους συστημάτων εδάφους-φυτών Παραδείγματα συστημάτων εδάφους - φυτών

9 ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΚΡΑΣΙ Εγκατάσταση ζύμωσης του μούστου Τα διάφορα στάδια δημιουργίας κρασιού

10 ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Εγκατάσταση παραγωγής ΜΠΥΡΑΣ Τα διάφορα στάδια δημιουργίας μπύρας Η ζυθοποιία είναι μια τεράστια οικονομική υπόθεση 70 δισεκατομμυρίων δολαρίων ανά έτος

11 ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Παραγωγή τυριού τύπου Cheddar Στη δημιουργία του τυριού συμμετέχουν βακτήρια : (α) Lactococcus lactis L. cremoris Enterobacter durans στα πρώτα στάδια παρασκευής (β) Lactobacillus casei L. plantarum στο τελικό στάδιο παρασκευής

12 ΥΓΕΙΑ & ΦΑΡΜΑΚΑ

13 Βακτηριακή Ποικιλότητα και Υγεία Φυσική χλωρίδα του πεπτικού συστήματος - Αναπτύσσεται σταδιακά μετά τη γέννηση - Αλλάζει κατά τη διάρκεια της ζωής - Αντικατοπτρίζει την ηλικία, τις διατροφικές συνήθειες και το περιβάλλον

14 ΥΓΕΙΑ & ΦΑΡΜΑΚΑ 1921: 1: Ανακάλυψη πεπτιδίου ινσουλίνης από Καναδούς Επιστήμονες 1922: Έφηβος σε νοσοκομείο του Τορόντο, γίνεται ο πρώτος εθελοντής- ασθενής ενέσιμης ινσουλίνης Iνσουλίνη παράγεται από Γενετικά Τροποποιημένα Βακτήρια 1978 : Παραγωγή «ανθρώπινης» ινσουλίνης από ΓΤ E. coli σήμερα από γένη του Bacillus 1980 : Δοκιμή της «ανθρώπινης» ινσουλίνης μη διαβητικούς εθελοντές στην Αγγλία σε 17 Σήμερα υπάρχουν περίπου 180 εκατομμύρια διαβητικοί παγκοσμίως και ο αριθμός τους αναμένεται να φτάσει τα 300 εκατομμύρια σε 20 χρόνια.

15 ΥΓΕΙΑ & ΦΑΡΜΑΚΑ To 70% των γνωστών αντιβιοτικών παράγεται από τα βακτήρια του γένους Streptomyces

16 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ - ΑΠΟΒΛΗΤΑ ΠΑΝΤΟΣ ΤΥΠΟΥ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΧΗΜΙΚΟΣ ΤΡΟΠΟΣ ΜΕΣΩ ΜΙΚΡΟΒΙΑΚΩΝ ΖΥΜΩΣΩΝ Παράδειγμα : Βιολογική Απόσμηση Κάδων Απορριμμάτων, Απορριμματοφόρων Αυτοκινήτων Συνδυασμός των βακτηρίων Bacillus suptillis, Bacillus licheniformis, Bacillus megaterium

17 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ - ΑΠΟΒΛΗΤΑ ΠΑΝΤΟΣ ΤΥΠΟΥ Δημιουργείται από μικροοργανισμούς πετρέλαιο Αποικοδομείται από μικροοργανισμούς Λύση στη μόλυνση του περιβάλλοντος : ΒΑΚΤΗΡΙΑ ( 100 δισεκατ. δολάρια!! )

18 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ - ΑΠΟΒΛΗΤΑ ΠΑΝΤΟΣ ΤΥΠΟΥ Είναι λιγότερο ακριβή ΒΙΟΕΞΥΓΙΑΝΣΗ Εφαρμόζεται in situ σε έδαφος και υπόγεια νερά Ελάχιστες απαιτήσεις σε ενέργεια Διατήρηση της δομής του εδάφους ΠΡΙΝ την επεξεργασία με ΒΑΚΤΗΡΙΑ ΜΕΤΑ την επεξεργασία με ΒΑΚΤΗΡΙΑ

19 J. Watson & F. Crick (1953) Σήμερα έχουν χαρτογραφηθεί αρκετά γονιδιώματα : 350 Βακτήρια 28 Αρχαία 17 Μύκητες

20 Craig Venter James D. Watson O Craig Venter για παράδειγμα, πήρε στατίνη για να μειώσει τα επίπεδα χοληστερόλης στο αίμα του λόγω του ότι διαθέτει το αλληλόμορφο E4 του γονιδίου APOE που είναι υπεύθυνο για την αύξηση του κινδύνου να εκδηλωθεί η ασθένεια του Alzheimer (Nature, 18 October 2007).

21 Craig Venter : Cracking the ocean code / Σπάζοντας τον Κώδικα των Ωκεανών

22 ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ : Ποικιλία των ζωντανών οργανισμών που προέρχονται από όλες τις φυσικές πηγές, συμπεριλαμβανομένων της ατμόσφαιρας, χέρσου, θάλασσαςκαιάλλωνυδάτινωνσυστημάτων. [ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΣ ΗΝΩΜΕΝΩΝ ΕΘΝΩΝ ΓΙΑ ΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΉ ΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ (UNEP, 1992)] Η μικροβιακή ποικιλότητα περιλαμβάνει : Το περιβάλλον (οικοθέσεις) όπου απαντώνται οι μικροοργανισμοί Τη γενετική σύσταση των μικροοργανισμών Τον οικολογικό ή λειτουργικό ρόλο των μικροοργανισμών στο οικοσύστημα

23 Τι και πόσα γνωρίζουμε για τη μικροβιακή ποικιλότητα ; Ιστορικά ανθρωποκεντρική προσέγγιση της Μικροβιολογίας Εστίαση σε παθογόνους μικροοργανισμούς και καθαρές καλλιέργειες Περισσότερα από είδη εντόμων είναι γνωστά Πολύ περιορισμένο ενδιαφέρον για το περιβάλλον Λιγότερα από είδη προκαρυωτικών If we squeeze out any of these insects, we find hundreds or thousands of distinct microbial species. N. Pace 1997

24 Όλα ξεκίνησαν από τον Bergey Bacterial Taxonomy: Bergey's Manual of Determinative Bacteriology γίνεται η πρώτη προσπάθεια περιγραφής της έννοιας του «είδους»

25 ΟΡΙΣΜΟΣ ΕΙΔΩΝ ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ Ομάδα μικροοργανισμών με υψηλό βαθμό μορφολογικής ομοιότητας Όμως : Περιορισμένα μορφολογικά στοιχεία προς μελέτη, αλλαγή μορφολογίας υπό συνθήκες καταπόνησης B. anthracis B. japonicum

26 ΟΡΙΣΜΟΣ ΕΙΔΩΝ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ Ομάδα μικροοργανισμών με κοινές μεταβολικές ικανότητες Όμως : Μεταφορά γονιδίων μεταβολισμού, επιλεκτική πίεση ΟΙΚΟΛΟΓΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ Ομάδα μικροοργανισμών με κοινή οικοθέση και λειτουργία που διαχωρίστηκαν με φυσική επιλογή Όμως : Προσαρμογή

27 ΟΡΙΣΜΟΣ ΕΙΔΩΝ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Στελέχη του ίδιου είδους έχουν διαφορετικές μεταβολικές ιδιότητες και ρόλο όταν βρίσκονται σε διαφορετικά περιβάλλοντα : Pseudomonas putida: Ξηρή βιομάζα (g.l -1 ) % αποικοδόμηση αργού πετρελαίου LF1 LF3 : μειούμενος βαθμός επιβάρυνσης ΒΚ : βιολογικός καθαρισμός Μάρτυρας : μη επιβαρυμένη περιοχή 0 LF1 LF2 LF3 BK Mάρτυρας 0

28 ΓΕΝΕΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ( ΤΟΜΕΙΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ & ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ) Ομάδα με δυνατότητα ανταλλαγής γενετικού υλικού (ομόλογος γενετικός ανασυνδυασμός) μόνο μεταξύ των μελών της Όμως : Η συχνότητα και δυνατότητα ανταλλαγής μπορεί να επηρεάζεται από περιβαλλοντικές συνθήκες και ανθρωπογενή παρέμβαση

29 Απομακρυσμένα φυλογενετικά είδη μπορούν να ανταλλάσσουν γενετικό υλικό κάτω από περιβαλλοντική πίεση π.χ. μεγάλη συχνότητα γονιδίων Pseudomonas σε Streptomyces και Bacillus σε περιβάλλοντα επιβαρημένα με H/C.για να φτάσουν σε αδιέξοδο τη δεκαετία του 70

30 οπότε συνέβη η «επανάσταση» του Woese (1977) Carl Woese Ένας χημικός που ασχολούνταν με την απομόνωση συγγενικών ειδών και σύγκριση των 16S rrna αλληλουχιών, ανακαλύπτει : 1) Archaebacteria ο ορισμός ενός νέου βασιλείου Αρχαίοι Προκαρυωτικοί Οργανισμοί 2) Μελέτη φυλογενετικών σχέσεων

31 Γιατί 16S rrna? - Υψηλός βαθμός συντήρησης μέσα σε είδος - Τι σημαίνει διαφοροποιήσεις αλληλουχίας? Α U C G

32 Τέτοιου είδους αλλαγές μπορούν να «ποσοτικοποιηθούν» (bioinformatics) και η σημαντικότητά τους να παρασταθεί με «κλαδιά»: ΕΙΔΟΣ : τιμή DNA DNA υβριδισμού > 70 % ή ομολογία 16S rrna γονιδίου > 97 % A B C D Η συσχέτιση μεταξύ των κλαδιών μας δίνει το «δέντρο της ζωής»

33 Bacteria Archaea Eucarya

34 12

35 33

36 Bacteria, Phyla pre-1987 (12) since 1987 (14) (cultivated) since 1987 (26) none cultivated Rappé and Giovannoni. ARM, 57: , 2003

37 Analysis of microbial communities by cloning and sequencing of PCR amplicons amplified from community DNA ( cdna) DNA/RNA extraction Amplification of 16S/18S rdna Cloning of PCR products in competent E. coli cells Screening of white colonies for insert size by PCR with primers targeting insert flanking vector sequences Sequencing of representative clones Analysis of the DNA sequences by BLAST or by means of the ARB programme

38 Sargasso Sea (2004): billion base pairs 1.2 million new genes species 148 new phyla

39 Τα «εργαλεία» οδήγησαν στην έκρηξη του αριθμού των γνωστών ειδών και τη σχετική προσέγγιση της μικροβιακής ποικιλότητας: Πρόοδος της τεχνολογίας και συνδυασμός στην εφαρμογή : Μικροσκοπικών Κλασσικών μικροβιολογικών Βιοχημικών και Μοριακών τεχνικών

40 Μικροσκοπικές τεχνικές Μικροσκοπία συνεστίασης (Confocal Laser Scanning Microscopy) χρησιμοποιείται για να αποδώσει τρισδιάστατα και λειτουργικά χαρακτηριστικά των φυσικών κοινωνιών Χρήση εξειδικευμένων μορίων ανιχνευτών (τεχνική FISH) για το είδος Methanosarcina barkeri (μειωμένη ένταση) και Methanoceta concili (έντονος φθορισμός) δίνει την εικόνα ενός «τοπογραφικού χάρτη» της μικροβιακής κοινωνίας στην επιφάνεια αποβλήτου

41 Μικροσκοπικές τεχνικές Μικροσκοπία προσπίπτοντος φθορισμού (epifluorescence) χρησιμοποιείται για να αποδώσει τη δομή βιομεμβρανών (biofilms) Χρήση χρώσης DAPI (4,6 diamidino-2-phenylindole) για την παρατήρηση σχηματισμού βιομεμβρανών (biofilm) ανοξείδωτη επιφάνεια σε διαφορετικά στάδια

42 Κλασσικές μικροβιολογικές τεχνικές : από τις αξενικές καλλιέργειες στην κατανόηση σχέσεων και αλληλεπιδράσεων Στήλη Winogradsky : δημιουργία μικροπεριβαλλόντων λόγω κλίσης διαφορετικών υλικών

43 Κλασσικές μικροβιολογικές τεχνικές : από τις αξενικές καλλιέργειες στην κατανόηση σχέσεων και αλληλεπιδράσεων - ηθμοί νιτροκυτταρίνης σε πλέγματα - τοποθέτηση στο έδαφος για ικανό χρονικό διάστημα - ανάκτηση και μεταφορά σε τρυβλίο με γενικού τύπου υπόστρωμα

44 Κλασσικές μικροβιολογικές τεχνικές : από τις αξενικές καλλιέργειες στην κατανόηση σχέσεων και αλληλεπιδράσεων Πολλέςφορέςέναςμηκαλλιεργίσιμος(non culturable) μικροοργανισμός δεν αναπτύσσεται στο τρυβλίο γιατί είναι απαραίτητη η παρουσία και άλλων ειδών μικροοργανισμων Πρέπει να εξασφαλιστεί η ταυτόχρονη παρουσία όλων των ειδών που υπήρχαν στο φυσικό περιβάλλον

45 Μεταβολικές αλληλεπιδράσεις Tyson et al (2002) Σε ανθρακορυχείο Αζωτοδεσμευτικό Leptospirillum Ferroplasma : χρησιμοποιεί το παραγόμενο άζωτο

46 Κλασσικές μικροβιολογικές τεχνικές : από τις αξενικές καλλιέργειες στην κατανόηση σχέσεων και αλληλεπιδράσεων Α Β Ξηρή βιομάζα (g.l -1 ) % αποικοδόμηση αργού πετρελαίου 0 A B Γ CONSORTIUM 0 Γ Οι μικροοργανισμοί Α, Β, Γ αυξάνονταιμε μικρότερη απόδοση και παρουσιάζουν χαμηλότερη αποικοδόμηση σε αξενικές καλλιέργειες Μικτές καλλιέργειες

47 Βιοχημικές / Μοριακές τεχνικές : δυνατότητα εφαρμογής και για το 99 % των μικροοργανισμών που είναι αδύνατο να απομονωθεί Λιπιδική σύσταση DNA RNA πρωτεΐνη Ενζυμική ενεργότητα ΜΕΤΑΓΡΑΦΗ mrna ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ DGGE / TGGE gene libraries (16S rrna ή επιλεγμένων γονιδίων) RFLP Πολυσακχαρίτες

48 Βιοχημικές / Μοριακές τεχνικές : δυνατότητα εφαρμογής και για το 99 % των μικροοργανισμών που είναι αδύνατο να απομονωθεί Λιπιδική σύσταση DNA RNA πρωτεΐνη Ενζυμική ενεργότητα Low Molecular Weight RNA RT PCR Microarrays Πολυσακχαρίτες

49 Βιοχημικές / Μοριακές τεχνικές : δυνατότητα εφαρμογής και για εκείνο το 99 % των μικροοργανισμών που είναι αδύνατο να απομονωθεί Λιπιδική σύσταση DNA RNA πρωτεΐνη Ενζυμική ενεργότητα Πολυσακχαρίτες PLFA FAME ομολογία δομής και λειτουργίας ενζύμων

50 Διαστάσεις της ποικιλότητας της Escherichia coli με μοριακές /βιοχημικές τεχνικές:

51 Η εποχή των Meta Genomics Ανάκτηση DNA απευθείας από περιβαλλοντικά δείγματα, χωρίς τη μεσολάβηση καλλιέργειας και χαρακτηρισμού στελεχών Τρεις στόχοι - Ολοκληρωμένη εικόνα ποικιλότητας - Ανακάλυψη νέων γονιδίων παραγωγής προϊόντων βιοτεχνολογικής αξίας - Κατανόηση βασικών λειτουργιών του κυττάρου (συσχέτιση γονιδιακής και λειτουργικής ποικιλότητας)

52 1. Απομόνωση DNA από περιβαλλοντικά δείγματα 2. Κατασκευή βιβλιοθήκης 3. Ανάλυση conventional small insert (<10kb) library Sequence DNA or RNA, look for genes with functions of interest Δυο βασικές προσεγγίσεις : large insert (cosmid or BAC) library (up to 200 kb), allows sampling of whole operons Perform functional screens: άμεσες δοκιμές για λειτουργικές ιδιότητες στον κλωνοποιημένο ξενιστή Περιορισμοί: Δυνατότητα εντοπισμού γονιδίων μόνο με υψηλή ομολογία προς τα ήδη γνωστά Δεν είναι πάντα εφικτή η ορθή μετάφραση των γονιδίων σε είδη που απέχουν φυλογενετικά

53 Παράδειγμα από θαλάσσιο οικοσύστημα Μοριακές τεχνικές απέδειξαν ότι λιγότερο από το 1% των μικροοργανισμών στα θαλάσσια οικοσυστήματα καλλιεργούνται στο εργαστήριο Gene sequencing από θαλάσσιο DNA αποκάλυψε νέα γονίδια που υποδηλώνουν παρουσία άγνωστων μέχρι σήμερα μεταβολικών οδών : Proteorhodopsin = rhodopsin-based photosynthesis in bacteria located on a 130 kb BAC Bacterial Rhodopsin: Evidence for a New Type of Phototrophy in the Sea (Beja et al. 2000) Expressed in E. coli (red) structure

54 Craig Venter : Cracking the ocean code / Σπάζοντας τον Κώδικα των Ωκεανών

55

56

57 Μελέτη της Μικροβιακής Ποικιλότητας : Πού, Πότε και Γιατί;

58 Μικροβιακή ποικιλότητα και Υγεία Φυσική χλωρίδα - Αναπτύσσεται σταδιακά μετά τη γέννηση - Αλλάζει κατά τη διάρκεια της ζωής - Αντικατοπτρίζει την ηλικία, τις διατροφικές συνήθειες και το περιβάλλον

59 Εξασφαλίζει φυσιολογική ανάπτυξη του ανοσοποιητικού συστήματος Παρεμποδίζει την αύξηση παθογόνων μικροοργανισμών μέσω ανταγωνισμού (τροφή, χώρος κ.τ.λ) και παραγωγής αντιβιοτικών - E. coli παράγει βακτηριοσίνες : παρεμπόδιση αύξησης βακτηρίωνσυγγενώνειδών( π.χ. Salmonella ή Shigella) -ph στον κόλπο διατηρείται από ενδογενή βακτήρια στο 3,5-4,5 -Η φυσιολογική χλωρίδα στο έντερο εμποδίζει την αύξηση του Clostridium difficile. -Αλλαγές στους πληθυσμούς των ενδογενών βακτηρίων του στομάχου επιτρέπουν στο C. difficile να αυξηθεί με αποτέλεσμα την παραγωγή τοξινών που προκαλούν διάρροια

60 Μεταβολές των πληθυσμών των μικροβιακών κοινωνιών αποτελούν δείκτες και σχετίζονται με : έλλειψη βιταμινών και μειωμένη απορρόφηση θρεπτικών συστατικών διάφορες μορφές καρκίνου (καρκίνος της μήτρας, νόσος του Crown)

61 Μικροβιακή ποικιλότητα και Γεωργία - Βακτήρια του εδάφους Συμβιωτική αζωτοδέσμευση (Rhizobium and Bradyrhizobium) Ελέυθερη αζωτοδέσμευση (Azotobacter, Azospirillum) Ενδοφυτική αζωτοδέσμευση (Gluconobacter diazotrophicus) Βιοέλεγχος φυτοπαθογόνων στα ριζικά συστήματα Παρουσία ή απουσία σημαντικών πληθυσμών του εδάφους αποτελεί δείκτη της «υγείας» του και της παραγωγικότητας, αφού επιδρούν άμεσα στην ανάπτυξη των καλλιεργούμενων φυτικών ειδών

62

63 Διαδικασία σχηματισμού φυματίων σε ρίζα που μολύνθηκε από βακτήρια του γένους Rhizobium. Εικόνα φυματίων που δημιουργήθηκαν στη ρίζα του φυτού της σόγιας. Τα φυμάτια σχηματίστηκαν μετά από μόλυνση της ρίζας από το βακτήριο Bradyrhizobium japonicum

64 Μικροβιακή Ποικιλότητα και Γεωργία -Βιολογική καλλιέργεια - Αμειψισπορά -Έδαφος εντατικής καλλιέργειας - Ερημοποιημένο έδαφος Καλλιεργούμενα εδάφη με υψηλή μικροβιακή ποικιλότητα : -Έχουν μικρότερες ενεργειακές απαιτήσεις εξαιτίας της ταχύτερης ανακύκλωσης των θρεπτικών συστατικών του εδάφους - Είναι περισσότερο «σταθερά» αφού το οργανικό υλικό μετατρέπεται ταχύτερα σε χουμικό υλικό - Παρουσιάζουν αυτάρκεια (λίπανση, αερισμός, υδατοχωρητικότητα)

65 1 ο Παράδειγμα : Εθνικός Mικροβιακός Πλούτος Υπεδάφους ΓΕΩΡΓΙΑ - ΒΙΟΕΛΕΓΧΟΣ Τεράστια μικροβιακή ποικιλότητα Βιοέλεγχος καλλιεργειών Μικροοργανισμοί παραγωγείς βιοενεργών ενώσεων OH OH Streptomyces sp. Acta 1383 OH O O O CH 3 mau mau nm min

66 1 ο Παράδειγμα : ΓΕΩΡΓΙΑ - ΒΙΟΕΛΕΓΧΟΣ Εθνικός Πλούτος Υπεδάφους Πλούσια Μικροβιακή Ποικιλότητα Βιοέλεγχος Καλλιεργειών Μικροοργανισμοί Παραγωγείς Βιοενεργών Ενώσεων Έλεγχος καλλιεργειών : Συμβατικές ( 99 %) Ολοκληρωμένες Βιολογικές ( 1 %, 3,9 %)

67 Γενετικά τροποποιημένα τρόφιμα ή Μεταλλαγμένα τρόφιμα

68 ΓΤΟ Το Συμβούλιο των Υπουργών Γεωργίας της Ευρωπαϊκής Ένωσης θεσμοθέτησε ως επιτρεπόμενο όριο γενετικής τροποποίησης για τα οργανικά προϊόντα το 0,9%

69 Μικροβιακή Ποικιλότητα και Βιοεξυγίανση Βιοεπανόρθωση : εκμετάλλευση μικροοργανισμών με αποδεδειγμένη βιοαποικοδομητική δραστηριότητα έναντι πετρελαϊκών υδρογονανθράκων Μικροοργανισμοί που έχουν υποστεί επιλεκτική πίεση εμφανίζουν αυξημένη βιοαποικοδομητική ικανότητα έναντι : - Πετρελαϊκών υδρογονανθράκων - Πολυαρωματικών και αλογονομένων καταλοίπων - Εντομοκτόνων - Φυτοφαρμάκων

70 Η μελέτη της μικροβιακής ποικιλότητας σε επιβαρυμένες περιοχές χρησιμοποιείται : 1. Ως δείκτης της πορείας βιοαποικοδόμησης στο περιβάλλον (εκτίμηση της φάσης αποικοδόμησης του αποβλήτου) 2. Γιατονεντοπισμόειδώνπουσχετίζονταιμε αποικοδόμηση διαφορετικών τύπων αποβλήτων 3. Για τον προσδιορισμό του κυρίαρχου πληθυσμού σε κάθε φάση αποικοδόμησης, οοποίοςμπορείνα χρησιμοποιηθεί στη διαδικασία εμπλουτισμού του εδάφους με στόχο την επιτάχυνση της φυσικής διαδικασίας

71 2, , 5 6, 7

72 Στρεπτομύκητες από ακραία περιβάλλοντα με ικανότητα αποικοδόμησης πετρελαϊκών υδρογονανθράκων από 44% έως 75% ΣΑΝΤΟΡΙΝΗ Στέλεχος Αριθμός ατόμων άνθρακα C26 C28 C30 C32 C34 O N A R N H % αποικοδόμηση αλειφατικών υδρογονανθράκων σε υγρές καλλιέργει ργειεςες (με GC-MS ανάλυση) (Meintanis et al., 2004, Μεϊντάνης PhD.)

73 Μικροβιακή Ποικιλότητα και Βιοτεχνολογία 1. Παραγωγή βιοενεργών ενώσεων - Περίπου το 80 % των αντιβιοτικών που διακινούνται από την παγκόσμια φαρμακοβιομηχανία παράγονται από βακτήρια (Bacillus, Actinobacteria) - Αυξανόμενες ανάγκες εξαιτίας δημιουργίας ανθεκτικών στελεχών - Ανάγκη για φυσικά «εντομοκτόνα» και «ζιζανιοκτόνα» που δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον

74 To 70% των γνωστών αντιβιοτικών παράγεται από στρεπτομύκητες

75 Στόχος : ACTAPHARM (EU Project ) ανάπτυξη μοριακών εργαλείων για τη σάρωση μεγάλου αριθμού περιβαλλοντικών δειγμάτων και τον εντοπισμό ενδιαιτημάτων με υψηλή ποικιλότητα πιθανών παραγωγών στελεχών σχεδιασμός ειδικών μορίων «ανιχνευτών» για τον εντοπισμό παραγωγών στελεχών σε γονιδιωματικές βιβλιοθήκες από επιλεγμένα περιβάλλοντα επιλογή βιοχημικών και χημικών μεθόδων για την ανίχνευση νέων βιοενεργών ενώσεων σε καλλιέργειες παραγωγών στελεχών

76 Ένα σημαντικό αποτέλεσμα : Το στέλεχος Streptomyces sp. Acta 1383 Πολυπαραγωγικό στέλεχος Απομόνωση από ριζόσφαιρα του φυτού Ebenus sibthorpii στο δάσος της Καισαριανής Παράγει τρεις νέες βιοενεργές ενώσεις που ανήκουν στην ομάδα των fluostatins

77 Streptomyces sp. Acta 1383 Baur et al., (2006) Journal of Antibiotics B 3 mau 120 A-Komponenten mau B-Komponenten mau DAD1 A, Sig=210 DAD1 B, Sig=230 DAD1 C, Sig=260 DAD1 D, Sig=280 DAD1 E, Sig=310 DAD1 F, Sig=360 DAD1 G, Sig=435 DAD1 H, Sig=500 B A 1 nm B 4 mau 1200 C-Komponente nm B 1 A 3 C Prof. Dr. Hans Peter Fiedler nm min Απομονώθηκαν τρία νέα μέλη της οικογένειας των φλουοστατινών οι C~E Η φλουοστατίνη C εμφάνισε αντικαρκινική δράση Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών

78 Το στέλεχος Streptomyces sp. Acta 1362 Απομόνωση από ριζόσφαιρα του φυτού Pinus brutia από δάσος της Κρήτης Παράγει δύο νέα πολυκετίδια τα Grecoketides A and B, που ανήκουνστηνομάδατωνnaphthoquinones grecoketide A grecoketide B

79 Streptomyces sp. Acta 1362 (Isolated from Pinus brutia rhizosphere) Two novel angucyclines Grecocyclines A and B Structures of grecocycline A (1) and B (2) Paululat et al. (2010) Eur. J. Org. Chem. National and Kapodistrian University of Athens, Greece

80 Μικροβιακή ποικιλότητα και Βιοτεχνολογία 2. Παραγωγή θερμοσταθερών ενζύμων - Ένζυμα υψηλής απόδοσης από θερμόφιλους μικροοργανισμούς (Bacillus, Geobacillus) - Δυνατότητα χρήσης και εφαρμογών στη βιομηχανία τροφίμων, χημικών, απορρυπαντικών με χαμηλό κόστος

81 ΠΥΘΑΓΟΡΑΣ ΙΙ (ΥΠΕΠΘ ) Στόχος : Ανάπτυξη στρατηγικής για τον εντοπισμό στελεχών με δυνατότητα παραγωγής θερμοσταθερών ενζύμων (λιπάσες, αμυλάσες, ξυλανάσες) Σχεδιασμός ειδικών μορίων «ανιχνευτών» για την επιλογή ακραίων περιβαλλόντων με υψηλή βιοποικιλότητα των γενών Bacillus και Geobacillus Επιλογή βιοχημικών μεθόδων για τον έλεγχο της ποσότητας και σταθερότητας των παραγόμενων ενζύμων Βελτιστοποίηση της παραγωγής σε επιλεγμένα στελέχη

82 Ανάλυση της μικροβιακής ποικιλότητας σε ακραία περιβάλλοντα Πλάκα Νέα Καμένη Παλαιά Καμένη

83 Μοριακή ανίχνευση γονιδίων ξυλανάσης σε θερμόφιλα στελέχη του γένους Geobacillus Δοκιμασία ανάπτυξης σε θρεπτικό υπόστρωμα που περιέχει ξυλάνη ως μοναδική πηγή άνθρακα στους 60 ο C 400 bp

84

85 By which one sees an imperishable entity in all begins and undivided among the divided then that the knowledge is pure. But if one merely sees the diversity of things with their divisions and limitations, without the truth, then that knowledge is merely an ignorance The Bhagavad Gita, Chapter XVIII