ΙΚ Ιή ΐΐΙΐΐΐ w B iw n n w it Μ ήοικ ΐ ο φ ί ΐ Μ ΐ ί
Τ . Ε . Ι . Κ Α Β Α Λ Α Σ ΤΜΗΜΑ ΗΛΡΚτΡΟΛΟΓί ΑΣ
'2
ΤΕ1 ΚΑΒΑΛΑΣ ΚΑΒΑΛΑ 2002
Υπεύθυνος Καθηγητής: Τρια\ταφυλλίδης Μωϋσής
Σπουδάστρια : Γσιρχόγλου Χρύσα - Μαρία
ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜ ΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ Μ ΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜ Ω Ν
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Σ υ λ λ έ γ ο ν τ α ς ό λ ο α υ τ ό τ ο τιλή θ ο ς τιλ η ρ ο φ ο ρ ιώ ν γ ι α τ ο ν μ χκ ρ ό κ ο σ μ ο τιου μ α ς τιερ ιβ ά λ λ ε ι σ υ ν ε ιδ η τ ο π ο ιο ύ μ ε τ ις τ ε ρ ά σ τ ιε ς δ υ ν α τ ό τ η τ ε ς το υ .
Τ ο β α σ ίλ ε ιο τ ω ν π ρ ω τ ίσ τ ω ν σ υ μ π ε ρ ιλ χ ιμ β ά ν ε ι τ ις π ρ ώ τ ε ς μ ο ρ φ έ ς ζ ω ή ς π ο υ α ν α π τ ύ χ θ η κ α ν σ τ ο ν π λ α ν ή τ η ο ι ο π ο ίε ς σ υ μ β ίω σ α ν α ρ γ ό τ ε ρ α μ ε τ ο τ ε λ ε ιό τ ε ρ ο ε ίδ ο ς , τ ο ν ά ν θ ρ ω π ο . Ο ι μ ικ ρ ο ο ρ γ α ν ισ μ ο ί δ ε ν ε ίν α ι μ ε ν ο ρ α τ ο ί , ε μ φ α ν ίζ ο ν τ α ι ό μ ω ς σ ε τ ε ρ ά σ η ο υ ς α ρ ιθ μ ο ύ ς . Π ο λ λ ά α π ό τ α χ α ρ α κ τ η ρ ισ τ ικ ά τ ο υ ς - ό π ω ς ο μ ε τ α β ο λ ισ μ ό ς , η α ν ά π τ υ ξ η , η α ν α π α ρ α γ ω γ ή , η ε ρ ε θ ισ τ ικ ό τ η τ α κ α ι η κ ίν η σ η - ή τ α ν τ α ε φ α λ τ ή ρ ια γ ι α έ ρ ευ ν α . Τ α ε π α ν α λ α μ β α ν ό μ ε ν α π ε ιρ ά μ α τ α , η ε π ίμ ο ν η α ν α ζ ή τ η σ η ο δ ή γ η σ α ν σ ε σ η μ α ν τ ικ έ ς α ν α κ α λ ύ ψ ε ις .
Η ισ τ ο ρ ία τ η ς β ιο τ ε χ ν ο λ ο γ ία ς ξ ε κ ιν ά 5 .0 0 0 χ ρ ό ν ια π ρ ιν ό τ α ν ο ι ά ν θ ρ ω π ο ι χ ρ η σ ιμ ο π ο ίη σ α ν β ιο τ ε χ ν ο λ ο γ ικ έ ς μ ε θ ό δ ο υ ς γ ια τ η ν π α ρ α σ κ ε υ ή τ ρ ο φ ίμ ω ν , α λ κ ο ο λ ο ύ χ ω ν π ο τ ώ ν . Δ ε ν ή ξ ε ρ α ν ό μ ω ς ό τ ι ο ι μ ικ ρ ο ο ρ γ α ν ισ μ ο ί ε ίν α ι υ π ε ύ θ υ ν ο ι γ ια τ ις ε π ιθ υ μ η τ έ ς ιδ ιό τ η τ ε ς τ ω ν τ ρ ο φ ίμ ω ν κ α ι τ ω ν π ο τ ώ ν . Α υ τ ή η χ ρ ή σ η ά ρ χ ισ ε ν α β ε λ τ ιώ ν ε τ α ι μ ε τ ο ξ ε κ ίν η μ α τ ο υ 19 α ιώ ν α . Α π ό ε κ ε ί κ α ι ύ σ τ ε ρ α υ π ή ρ ξ α ν μ ε γ ά λ ε ς α ν α κ α λ ύ ψ ε ις π ο λ ύ σ η μ α ν τ ικ έ ς γ ια τ η ν α ν θ ρ ω π ό τ η τ α .
Α ς μ η ν ξ ε χ ν ά μ ε τ α θ α υ μ α τ ο υ ρ γ ή α π ο τ ε λ έ σ μ α τ α τ η ς λ ε γ ά μ ε ν η ς π ε ν ικ ιλ λ ίν η ς .. Α ν τ ιβ ιο τ ικ ό π ο υ κ α τ α π ο λ έ μ η σ ε τ ις π ε ρ ισ σ ό τ ε ρ ε ς μ ο λ υ σ μ α τ ικ έ ς α σ θ έ ν ε ιε ς . Α υ τ ή ή τ α ν η α ρ χ ή . Σ τ η ν σ υ ν έ χ ε ια α κ ο λ ο ύ θ η σ α ν π λ ε ιά δ α α ν α κ α λ ύ ψ ε ις α ν τ ιβ ιο τ ικ ώ ν , ε μ β ο λ ίω ν , ε ν ε ρ γ ώ ν ο υ σ ιώ ν τ ο υ σ ώ μ α τ ο ς.
Η γ ε ω ρ γ ία ή τ α ν κ α ι α υ τή ά μ ε σ ο ς α π ο δ έ κ τ η ς ε π ιρ ρ ο ώ ν τ η ς β ιο τ ε χ ν ο λ ο γ ία ς . Δ η μ ιο υ ρ γ ή θ η κ ε μ ια β ά σ η δ ια τ ρ ο φ ή ς γ ια τ ο ν τΛ η θ υ σ μ ό τ η ς γ η ς π ο υ α υ ξ ά ν ε τ α ι μ ε ρ α γ δ α ίο ρ υ θ μ ό . Ο ι ω φέλιμιες γ ια τ η ν γ ε ω ρ γ ία ε κ τ ά σ ε ις α υ ξ ή θ η κ α ν . Τ α φ υ τ ά έ φ ε ρ α ν υ ψ η λ ό τ ε ρ η α π ό δ ο σ η , έ γ ιν α ν α ν θ ε κ τ ικ ό τ ε ρ α σ τ α ζ ιζ ά ν ια κ α ι μ π ο ρ ο ύ ν π λ έ ο ν ν α φ υ τ ε υ τ ο ύ ν κ α ι σ ε μη α ξ ιο π ο ιη μ έ ν ο υ ς χ ώ ρ ο υ ς.
Α π ό ά π ο ψ η π ρ ο σ τ α σ ία ς τ ο υ π ε ρ ιβ ά λ λ ο ν τ ο ς η χ ρ ή σ η β ιο μ ά ζ α ς γ ια α π ό κ τ η σ η ε ν έ ρ γ ε ια ς π α ρ ο υ σ ιά ζ ε ι π λ ε ο ν ε κ τ ή μ α τ α . Κ α τ ά τ η ν κ α ύ σ η τ η ς , δ ε ν π ρ ο κ ύ ττ το υ ν π ρ ό σ θ ε τ ε ς π ο σ ό τ η τ ε ς δ ιο ξ ε ιδ ίο υ τ ο υ ά ν θ ρ α κ α π ο υ θ α μ π ο ρ ο ύ σ α ν ν α έ χ ο υ ν α ρ ν η τικ ή κ λ ιμ α τ ικ ή ε π ίδ ρ α σ η .
Ο ι β ιο α ν τ ιδ ρ α σ τ ή ρ ε ς ε ίν α ι τ ο κ ε ν τ ρ ικ ό τ μ ή μ α μ ια ς ε γ κ α τ ά σ τ α σ η ς β ιο τ ε χ ν ο λ ο γ ικ ή ς π α ρ α γ ω γ ή ς . Ε κ ε ί ο ι μ ικ ρ ο ο ρ γ α μ ισ μ ο ί α ν α π τ ύ σ ο ν τ α ι κ α ι π α ρ ά γ ο ν τ α ι ε λ ε γ χ ό μ ε ν α κ ά τ ω α π ό μ ο ν ο σ η π τ ικ έ ς σ υ ν θ ή κ ε ς . Σ π ο υ δ α ίο ρ ό λ ο π α ίζ ο υ ν η δ ια τ ή ρ η σ η τ η ς α π ο σ τ ε ίρ ω σ η ς τ ω ν ε γ κ α τ α σ τ ά σ ε ω ν , η τ ρ ο φ ο δ ο σ ία τ ο υ α έ ρ α , η ρ ύ θ μ ισ η θ ε ρ μ ο κ ρ α σ ία ς κ α ι ο έ λ ε γ χ ο ς Ρ Η Υ π ά ρ χ ο υ ν δ ιά φ ο ρ ο ι τ ύ π ο ι α ν τ ιδ ρ α σ τ ή ρ ω ν λ έ β η τ α ς μ ε α ν ά δ ε υ σ η , μ ε σ τή λ η φ υ σ α λ ίδ ω ν κ α ι α ν α σ τ ρ ο φ ή ς κ ίν η σ η ς . Ό λ ο ι ό μ ω ς έ χ ο υ ν έ ν α ν κ ο ιν ό σ κ ο π ό τ η ν τ ε λ ικ ή δ η μ ιο υ ρ γ ία π ο λ ύ τ ιμ η ς β ιο μ ά ζα ς .
ΔΓΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜ ΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ Μ ΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜ Ω Ν
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
ι . ι
Βιοτεχνολογία. Βιομηχανική χρήση μικροοργανισμών
Η μ ικ ρ ο β ιο λ ο γία είναι η ετηστήμη τω ν μικροοργανισμών, τω ν κατά κύριο λόγο μονοκύτταρων μικρότατων έμβιιον όντων. Αυτά δεν μπορεί να τα δει κανείς με γυμνό οφθαλμό. Η παρατήρηση τους γίνεται με το μικροσκόπιο.
Η μικροβιολογία έ χ α παρουσιάσ α ραγδαία ανάπτυξη στον τομέα τω ν βιολογικών επιστημών τα τελευταία χρόνια δίπλα στη ζω ολογία και τη βοτανική. Το ό,τι ακούμε όλο και συχνότερα για επιτυχίες της βιοτεχνολογίας και της γενετικής τεχνικής οφείλεται στις επιτυχίες κλάδων που έχουν αναπτυχθεί από τη μικροβιολογία και συνδέονται στενά με αυτήν.
Η μ ικ ρ ο β ιο λ ο γ ία ε ίν α ι η ε π ισ τή μ η τ ω ν μ ικ ρ ό τ α τ ω ν έ μ β ιω ν ό ν τ ω ν , τ ω ν μ ικ ρ ο ο ρ γ α ν ισ μ ώ ν .
1 .2. Μορφές εμφάνισης και ιδιότητες των μικροοργανισμών
Έ μ β ι α ό ν τα τ ο υ μ ικ ρ ο β ιο λ ο γ ικ ο ύ κ λ ά δ ο υ
Ο ι μικροοργανισμός με πολύ περισ σότερα από 250 χιλιάδες είδη, δεν είναι μία ενιαία ομάδα έμβιων όντων, αλλά σε αυτήν ανήκουν μορφές ζωής πολύ διαφορετικές μεταξύ τους, θεωρούνται ως το τρίτο βασίλειο δίπλα στο ζωικό και το φυτικό βασίλειο και χαρακτηρίζονται ως πρώ τιστα. Στο βασίλειο των πρωτίστων ανήκουν οι παρακάτω ο μ ώ ε ς (εικ.
1) :
Β α κ τή ρια . Είνας, παρά τη συγκριτικά απλή-δομή τους μία εξαιρετικά επιτυχημένη μορφή ζωής με πολλά είδη και μορφές στους πλέον διαφορετικούς χώρους ζωής.
Μ ύ κ η τε ς. Μόνο οι μικροσκοπικά μικροί μύκητες ανήκουν στους μικροοργανισμούς π.χ. οι ζύμες και οι μυξομύκητες.
Φ ύ κ η . Τα μικροσκοπικά μ ι ι ^ και τις περισ σότερες φ ο ρ ^ μονοκύτταρα φύκη που ανήκουν στους μικροοργανισμούς πραγματοποιούν φωτοσύνθεση όπως τα πράσινα φυτά.
Ζ ω ικ ο ί μ ικ ρ ο ο ρ γ α ν ισ μ ο ύ Σ ε α υ το ύ ς α ν ή κ ο υ ν ο ι ζωικοί μ ονοκύη αροι οργανασμοί (πρωτόζωα), όπο^ το π ε ^ μ ή κ ιο ν και η αμοιβάδα, αλλά και παράσιτα που είναι υπεύθυνα για μολυσαατικές ασθέναες ό π ^ π.χ. τα παράσιτα^
προκαλούν τις τροπικές ασθένειες ελονοσία ι του ύπνου.
Ιοί. Είναι οι μικρότερες βιολογικές μονάδες και δεν είναι προσιτές στο οπτικό μικροσκόπιο, παρά μόνο στο ηλεκτρονικό. Ο ι ιοί είναι χωρίς καμιά εξαίρεση παράσιτα που δεν έχουν δικό τους μεταβολισμό και για τον λόγο αυτό εξαρτώνται για την αναπαραγωγή τους από άλλα κύτταρα.
Ανάλογα με το είδος προσβάλλουν βακτήρια, ζώα, φυτά ή τον άνθρωπο και εξαναγκάζουν τα κύτταρα τους να σχηματίσουν μόρια ιού. Κ ατά κανόνα το κύτταρο που προσβάλλεται από ιό πεθαίνει και απελευθερώνει έτσι τους ιούς που έχουν μόλις σχηματισθεί, οι οποίοι με τη σειρά τους προσβάλλουν άλλα κύτταρα.
Ε ικ ό ν α 1
Ι δ ι ό τ η τ ε ς τ ω ν μ ικ ρ ο ο ρ γ α ν ισ μ ώ ν
Ο ι ειηοτημονικές γνώσεις γύρω από τους μικροοργανισμούς επεκχείνονται διαρκιός από τη στιγμή που χρησιμο
ποιούνται βιομηχανικά και αποτελούν βάση της βιοτεχνολογίας και γενετικής τεχνικής.
1.3. Φυσική προέλευση και εξάπλωση
_________ΑΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜ ΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ Μ ΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜ Ω Ν_________
Οι μικροοργανισμοί δεν είναι μεν ορατοί, εμφανίζονται όμως σε τεράστιους αριθμούς παντού, όπου υπάρχουν ως προϋποθέσεις ζωής η υγρασία και κάποια πηγή ενέργειας και τροφής. Βρίσκονται πρακτικά σε όλους τους χώρους ζωής (π ίνα κ α ς 1).
Έ δ α φ ο ς : Στα ανώτερα στρώματα του εδάφους υπάρχουν συντριπτικά περισ σότεροι μικροοργανισμός τόσο όσον αφορά στον αριθμό τω ν ειδών όσο και το συνολικό αριθμό τους. Στο έδαφος φροντίζουν με το μεταβολισμό τους για την απελευθέρωση του άνθρακα που είναι μέσω του εδάφους δεσμευμένος σε οργανικά μόρια και την επιστροφή του στην ατμόσφαιρα ω ς διοξείδιο του άνθρακα
Ν ερό: Ο ι μικροοργανισμοί ζουν σε όλα τα υδατικά περιβάλλοντα, από τα μικρότερα τέλματα έως την ανοικτή θάλασσα. Εδώ φροντίζουν επίσης για την αποικοδόμηση οργανικών μορίων. Η ικανότητα αυτή χρησιμοποιείται λ.χ.
στις εγκαταστάσεις καθαρισμού τω ν υδάτω ν Εκτός αυτού τα βακτήρια και τα φύκη χρησιμεύουν ως τροφή για τα υπόλοιπα έμβια όντα στο νερό και β ρίσκονται επομένως στην αρχή της τροφυιής αλυσίδας.
Α έρας: Λόγω της μικρής μάζας τους, οι μικροοργανισμοί μεταφέρονται με τη σκόνη που υ πά ρχα στον αέρα σε μεγάλες αποστάσεις και επεκτείνονται σε πολύ μεγάλες εκτάσεις. Ό σο περισ σότερη σκόνη περιέχει ο α έ ρα ς τόσο περισ σότεροι μικροοργανισμοί βρίσκονται στον αέρα.
Σ υ μ β ίω σ η : Πολλοί μικροοργανισμοί ζουν μία κοινή μορφή ζωής με άλλα έμβια όντα (συμβίωση). Παράδειγμα για αυτό είναι τα περισ σότερα από τετρακόσια είδη βακτηρίω ν του εντέρου (χλωρίδα του εντέρου). Ό πω ς ακριβώς και τα βακτήρια που εμφανίζονται με φυσικό τρόπο στο δέρμα (χλωρίδα του δέρματος) είναι απαραίτητα για την ομαλή λειτουργία του σώματος.
Α τμ ό σ φ α ιρα
Ατμόσφαιρα περιβάλλοντος Έ ω ςόΟ Ο ανάω "
Ατμόσφαιρα δωματίου Έ ως 2000 ανά
Νερό
Ρεόν νερό Έ ως 10' ανά ml
Πόσιμο νερό max 100 ανά ml
Τ ρ ό φ ιμ α
Γάλα Έ ω ς ί ο ' ανά ml
Κρέας (κιμάς) Έ ω ς 1 θ'" ανά μ Α νθρ ω π ο ς
Περιεχόμενο παχέως εντέρου Έίος 10“ ανά μ
Σάλιο Έ ω ς 10* ανά ml
Επιφάνεια χεριού Έ ω ς ίο·* ανά cm^
Α κ ρ α ία περιβ ά λλ οντα : Ιδιαίτερα τα βακτήρια αποικούν ακόμη και ακραία περιβάλλοντα Έ τσ ι, βρίσκονται βακτήρια σε θερμές πηγές με 80 "C. Α λλά ακόμη και σε θερμοκρασία υ\|τηλότερη από 100°C πολλαπλασιάζονται είδη ^ κ τ η ρ ίω ν , τα οποία ζουν κοντά σε υποθαλάσσια ηφ αίσ τεια Ορισμένα είδη βακτηρίω ν διατηρούνται στη ζω ή σε διπλά αποσταγμένο νερό, άλλα στη Ν εκρά θάλασσα, όπου η περιεκτικότητα σε αλάτι ανέρχεται στο 25%.
Ο ι περισ σότεροι μικροοργανισμοί χρειάζονται τιμές ρΗ γύρω στο 7, ορισ μένα είδη βακτηρίω ν του θείου χραάζονται τιμές ρΗ γύρω στο 1, στο άλλο άκρο της κλίμακας ρΗ υπάρχουν τιμές ρΗ γύρω στο 13 που τις προτιμούν ορισ μένα είδη και όπου δεν έχουν ανταγωνιστές.
Μεγάλη ήταν η έκπληξη όταν απομονώθηκαν βακτήρια από το ρεζερβουάρ αεροπλάνων, από τα υπολείμματα λαδιού, από το υδραυλικό λάδι, από το υγροποιημένο ήλιο, από τους αιώ νιους πάγους ή από περιοχές που δεν υπήρχε καθόλου οξυγόνο.
Φαίνεται πω ς δεν υπάρχει περιοχή στη γη που να είναι αποστειρωμένη, δηλαδή ελεύθερη από μικροοργανισμούς ικανούς για πολλαπλασιασμό. Ακόμη και ο χώρος της ατμόσφαιρας που είναι κοντά στη γη και είναι θανατηφόρος για τα πιο ανεπτυγμένα έμβια όντα περιέχα μικροοργανισμούς. Εκεί, δεν μπορούν να ζήσουν ενεργά, αντεπεξέρχονται, ό μ ω ς στις δ υσμενείς για την επιβίακτη συνθήκες για εκπληκτικά μεγάλο χρονικό διάστημα.
_________Δ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜ ΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ Μ ΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜ ΩΝ_________
1 .4 . Βακτήρια
Τ α β α κ τή ρ ια εμφ α νίζο ν τα ι σε τρ ε ις β α σ ικ ές μ ορφ ές: Σφαιρικά, ραβδόμορφα κι L επιμήκη σπειροειδή (εικ. 2).
> Σφαιρικά βαιαήρια (κόκκ οι). Ε ίν αι μ ικ ρ ά β α κ τή ρ ια με δ ιά μ ε τρ ο π ε ρ ίπ ο υ 1 μιη . Σ π ά νια εμφ α νίζο ν τα ι μ εμονω μένα ( μ ο ν ό κ ο κ κ ο ι). Τ ις π ε ρ ισ σ ό τ ε ρ ε ς φ ο ρ έ ς τ α κ ύ τ τ α ρ α π α ρ α μ έ ν ο υ ν μ α ζ ί κ α ι μ ε τ ά τ ι ς δ ια ιρ έ σ ε ις κ α ι σ χ η μ α τ ίζ ο υ ν χ α ρ α κ τ η ρ ισ τ ικ έ ς ο μ ά δ ε ς ( δ ιπ λ ό κ ο κ κ ο ι, σ τ ρ ε π τ ό κ ο κ κ ο ι, σ τ α φ υ λ ό κ ο κ κ ο ι) , π ο υ ε ξ υ π η ρ ε τ ο ύ ν κ α ι τ η δ ιά κ ρ ισ η τ ω ν ειδώ ν. Π ολλά είδ η κ ό κ κ ω ν ανήκου ν σ τα σ η μ α ν τικ ό τα τα π υ ογόν α β α κ τή ρ ια .
> Ραβδόμορφα Α υτά τα επιμη κ υνόμ ενα κυ λινδ ρ ο μ ο ρ φ α β α κ τή ρ ια αποτελ ούν μ ία μεγάλη ομ ά δ α με π ο λ λά είδη κ α ι σχ ήμ α τα . Τ ο μ ή κ ο ς φ τά νε ι τα 6 μη πε ρ ίπ ο υ . Τ ο E sc h erich ia coli, γν ω σ τό με τη σύ ντμ ησ η Ε . Coli είναι το π ιο γ ν ω σ τό β α κ τή ρ ιο . Τ ο β α κ τή ρ ιο αυ τό π ο υ β ρ ίσ κ ετα ι στο έντερο το υ ανθρώ που κ α ι τω ν ζώ ω ν έχει ρ α β δο ε ιδ ή μ ορφ ή κ α ι α ν ή κ ε ι σ τα έμβ ια όντα π ο υ έχουν ερευ νη θεί περισ σ ότερο. Σ τη β ιοτεχν ολογ ία χ ρ η σ ιμ ο π ο ιείτα ι ε υ ρ έ ω ς
> Ε πιμ ή κη σ π π ρ ο α δ ή . Ε ίν α ι κο χ λιό μ ο ρ φ α ή σπ ειρ ό μο ρ φ α β α κ τή ρ ια , π ου ορισ μένες φορές έχουν μεγάλο μέγεθος κ α ι α να πτύσ σ ον τα ι α ργά.
. 5. Μύκητες
Ζ ύμες. Ο ι σ η μ α ν π κ ο ί στη β ιο τε χν ο λο γ ία σα κ χ α ρ ο μ ύκ η τες κ α ι ζυ μ ομ ύκη τες ε ίν α ι μ ονοκύ τταροι, με σ χήμ α ω ο α δ έ ς ή ε λλειψ οειδ ές κ α ι μ έγ εθ ος μεταξύ 5μιη κ α ι ΙΟμιη (εικ ό να 3)
ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜ ΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜ Ω Ν _________
Εικόνα 3; Σύγκριση μεγέθους διαφόρων μικροοργανισμών με μια ανθρώπινη τρίχα και ένα ερυθρό αιμοσωμότιο
Ο ι μ υ ξομ ύ κη τες όπως π.χ. οι μύκητες που παράγουν την πενακιλίνη δημιουργούν πολυκύτταρους ιστούς (υφές). 'Ο ταν ο ι υ φ ές ανα πτύσ σ ον τα ι σε ένα π υ κνό, ινη μ α το ε ιδέ ς π λ έ γμ α , τό τε έ χου μ ε τ ο μυκήλιο.
1 .6 Ιοί
Ο ι ιοί είναι 10 έως 50 φορές μικρότεροι από τα βακτήρια. Π ολλά είδη ιών έχουν πολύ κανονικό γεωμετρικό σχήμα, το ο π οίο θ υ μ ίζ α τ η ν κρυ σταλλ ική δομή
Τ ο μικ ρό μ έγ εθ ος το υ μικ ροοργανισ μ ού δεν ε ίνα ι μ α ο ν έ κ τη μ α γ ια τί ένα μ ικρό κύ ττα ρ ο π α p o υ σ ιά ζ a σ η μ α ντικ ά ευνοϊκότερη σχέση τη ς κυ ττα ρ ικ ή ς ε π ι φ ά ν ια ς π ρ ο ς το ν κ υ ττα ρικό όγκο. Ο ι μ ικ ροοργανισ μ οί π ρ ο τιμ ο ύ ν τα ι γ ια τη ν α νταλλαγή ύ λη ς με το περ ιβ ά λ λο ν, κ α θ ώ ς αυτή επ ιτυγ χά νετα ι π ά ντ ο τε μέσ ω τη ς ε π ιφ ά νεια ς τω ν κυττάρω ν. Α υτό εξη γεί τη ν υ ψ ηλή δ ρ α σ τη ρ ιό τη τα μεταβολ ισ μ ού, η ο π ο ία εκ φ ρ ά ζε τα ι με μία μ εγάλη π α ρ α γω γ ικ ό τη τα (π ίνα κ α ς 2).
1 A- w >Ρ ^
Βόόι (500k^ Γεο>ργία 0.5kg πρωτεΐνης γολακτος *
Τροφοζύμη (500kg) Βιοτεχνολογία 300kg πρωτεΐνης ζύμης 600
Π ίν α κ α ε 2
Λ όγω τη ς ε κ π λ η κ τικ ή ς α υ τή ς π α ρ α γω γ ικ ό τη τα ς ε κ τιμώ ντα ι ο ι μικ ρ ο ο ρ γα νισ μ ο ί α πό το υ ς ε ιδ ικ ο ύς κ α ι χ ρη σ ιμ ο π ο ιο ύν τα ι στη β ιομ ηχαν ική παραγω γή.
Δ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜ ΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ Μ ΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜ Ω Ν
1 .7 Βακτήρια - Δομή και τρόπος λειτουργίας
A o u n
Τα βακτήρια είναι αιιλούστερα δομημένα από τα κύτταρα τω ν φυτών και τω ν ζώων. Ιδιαίτερα έντονη είναι η απουσία ενός κυτταρικού πυρήνα. Και άλλα κυτταρικά οργανίδια λείπουν, όμως, όπως το μιτοχόνδριο, ο ι χ λω ρ ο π λ ά σ τε ς ή το ενδοπ λα σ μ ατικό δίκ τυο . Π α ρ ό λ α αυτά, τα β α κ τή ρ ια εμφ α νίζου ν ω ς α υ τόνομ οι ζω ντα νο ί ο ργα νισ μ οί τα ίδ ια γ ν ω ρ ίσ μ α τα τη ς ζω ή ς όπ ω ς τα α νώ τερ α έ μβ ια όντα: μεταβολισμό, ανάπτυξη, αναπαραγωγή, ερεθιστικότητα και κίνηση.
Κυτταρικό τοίχωμα. Περιβάλλει το κύτταρο του βακτηρίου σα σκελετός και το υποστη ρίζα ενάντια μηχανικών φορτίω ν. Η θεμ ελ ιώ δ η ς δομή αυ τού το υ κ υ ττα ρ ικ ο ύ τοιχώ μ α το ς ε ίνα ι η δικ τυω τά δομημένη σταθερή ένωση από υδατάνθρακες και πρωτεΐνες (γλυκοπρωτεϊνες)
Η μουρεϊνη β ρίσ κ ετα ι μόνο σ τα β ακτήρια, ό χ ι όμ ω ς σ τα φ υ τικ ά κ α ι ζω ικ ά κύ τταρα. Τ ο γε γο νό ς αυ τό το α ξ ιοποιού μ ε ότα ν π ρ ό κ ειτα ι γ ια τη ν αντιμ ετώ πισ η α σ θενειώ ν π ο υ π ρ ο κ α λο ύ ντα ι α πό β ακτή ρια:
διφ θ ερία, σκαρλατίνα, φαρυγγίτιδα, χολέρα και πυ ώ σ α ς μπορούν λ.χ. να αντιμετωπιστούν με το Antibioticum Penicillin. Η πενακιλίνη και τα χρησιμοποιούμενα αντιβιοτικά εμποδίζουν τη δομή του πλέγματος της μουρέΐνης τω ν αναπτυσσομένων κυττάρων τω ν β α κ τη ρ ίω ν τό σ ο δραττπκά, ώ στε τ α κ ύ ττα ρ α σκάζου ν κ α νο ν ικ ά κ α ι εμπ οδ ίζετα ι έτσι π ε ρ α ιτέ ρ ω π ο λ λ α π λ α σ ια σ μ ό ς τω ν β ακτη ρίω ν.
Λόγω τω ν διαφορών στο κυτταρικό τοίχωμα, τα βακτήρια διαιρούνται σε gram-θετικά και gram- αρνητικά. Αυτή η διαίρεση βασίζεται σε μία μέθοδο χρωματισμού τω ν κυττάρων με τη χρωστική, κρυσταλλικό ιώδες που αναπτύχθηκε από τον H.C .J GRAM για τη μικροσκοπική έρευνα και έδωσε πολύ καλά αποτελέσματα όσον αφορά τη διάκριση τω ν ειδ ώ ν τω ν β ακτη ρίω ν.
'> Τ α G R A M -θ ε τικ ά βακτήρια χρωματίζονται σκούρα κυανά έως κυανόμαυρα γιατί το παχύ κυτταρικό τοίχωμα που αποτελάται από περισ σότερα του ενός στρώματα μουράνης παρακρατά τη χρωστική κρυσταλλικό ιώδες.
> Τ α G R A M -α ρν ητ ικ ά βακτήρια ά να ι στο μικροσκόπιο κόκκινα γιατί η χροκπική δεν εναποτίθεται μόνιμα στο σχεπ κά λεπτό κυτταρικό τοίχωμα που περιέχα ένα μόνο στρώμα μουράνης.
ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ Μ ΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜ Ω Ν
Το κυτταρικό τοίχωμα δεν αποτελά εμπόδιο για το νερό, τα άλατα, άλλες μικρομοριακές ενώσεις και τα αέρια οξυγόνο και διοξάδιο του άνθρακα.
Βλεννώδες περίβλημα και βλεννώδες θήκη. Πολλά βακτήρια έχουν γύρω από το κυπαρικό τοίχωμα ένα πρόσθετο βλεννώδες περίβλημα που τα προφυλάσσα από την αποξήρανση και άλλες εξωτερικές επιδράσεις.
Αυτή η βλέννα, που τις περισσότερες φορές ά ν α ι πολυσακχαρίτης μπορά να εμφανίζεται γύρω από τα βακτήρια και ως αυθεντική βλεννώδης θήκη.
Κυτοπλασματική μεμβράνη. Είναι το εξωτερικό όριο του κυτταρικού εσωτερικού χώρου. Ο στενός χώρος μεταξύ αυτής και του κυτταρικού τοιχώματος ά ν α ι ο π εριπλασματικός χώρος.
Η κυτοπλασματική μεμβράνη και οι άλλες μεμβράνες στα κύτταρα τω ν βακτηρίων. Είναι δομημένες με τον ίδιο τρόπο με τις βωμεμβράνες τω ν υπόλοιπων έμβιων όντων και έχουν τις ίδιες αποστολές, έλεγχος της εισόδου και εξόδου τω ν ουσιών και δ ιαχωρισμός τω ν χώρων αντιδράσεων στο εσωτερικό του κυττάρου.
Μεμβρανικές εγκολπώβεις (μεμβρανικά σωματίδια). Βοηθούν στη μεγέθυνση της επιφάνειας. Σε αυτές βρίσκονται προσκολλημένα ένζυμα για σημαντικές αντιδράσεις μεταβολισμού όπως η απόκτηση ενέργειας ή η βακτη-ριακή φωτοσύνθεση. Οι μεμβρανικές εγκολπώσεις αντιστοιχούν επομένως στα μιτοχόνδρια και τους χλωροπλάστες των φυτικών και ζωικών κυττάρω ν.
Κυτόπλάσμα. Αυτή η βασική ουσία που αποτελάται κυρίιυς από νερό περιέχει πάνω από όλα το γενετικό υλικό, ριβοσώματα, ένζυμα, διαλυμένες οργανικές ενώσεις και έκλγειστα.
Πλασμίδια. Εμφανίζονται ως πρόσθετα πολύ μικρά δακτυλιδόμορφα διπλά μόρια DNA σε πολλά άδη βακτηρίων και σε ορισμένους ζυμομύκητες. Τα πλασμίδια περιέχουν γονίδια για τη δόμηση τω ν πρω τάνώ ν που κάτω από ομαλές συνθήκες δεν ά να ι απαραίτητες για τα κύτταρα. Μόνο κάτω από μη φυσιολογικές συνθήκες περιβάλλοντος πλεονεκτούν τα κύτταρα που έχουν πλασμίδια. Μπορούν τότε λ.χ. να καταστρέψουν αντιβιοτικά, να αξιοποιήσουν ασυνήθιστες θρεπτικές ουσίες ή να δομήσουν δραστικές ουσίες (π ίνα κ α ς 3)
Αξιοποίηση ασυνήθιστων θρεπτικών μέσων Αποικοδόμηση ανηβιοηκών Αποικοδόμηση βαρέων μετάλλων Σχηματισμός ειδικών ένζυμων Σχηματισμός ανηβιστικών Σχηματισμός ουσιών όμοιων προς τις ορμόνες
Σάκχαρο γάλακτος, πετρέλαιο, παραφίνη
Αντίσταση κατά τις πενικιλίνης, στρεπτομυκίνη, ερυθρομυκίνη Αντίσταση κατά του υδραργύρου, καδμίου μολύβδσυ Αξιοποίηση αζώτου ατμόσφαιρας Νέκρωση συγγενών ανταγωνιστικών μικροβίων Διάλυση όγκων φυτών__________________________________
Π ίν α κ α ς 3: Π α ρ α δ ά γ μ α τ α γ ε ν ε τ ικ ώ ν π λ η ρ ο φ ο ρ ιώ ν π ο υ β ρ ίσ κ ο ν τ α ι σ τ α π λ α σ μ ίδ ια
Τα πλασμίδια ανταλλάσσονται τακτικά μεταξύ τω ν κυττάρων. Α υτή η προβαθμίδα φυλετικής συμπεριφοράς οδηγεί στην τα χ άα προσαρμογή αδ ώ ν βακτηρίω ν σε νέες συνθήκες περιβάλλοντος. Η ανεπιθύμητη μεταφορά σω ματιδίω ν που ανακατανέμονται στα αντιβιοτικά, η οποία προκ αλά προβλήματα σε πολλές ασθένειες επιτυγχάνεται παρομοίως μέσω της οδού της διάδοσης τω ν πλασμιδίων.
Η ανακάλυψη και έρευνα τω ν πλασμιδίων ήταν κατά τα άλλα μία από τις βασικές προϋποθέσεις για τις επιτυχίες της γενετικής τεχνικής.
Βακτηριακά χρωμοσώματα. Τα βακτήρια έχουν ένα και μοναδικό δακτυλιδόμορφα χρωμόσωμα, το οποίο περιέχει όλο το γενετικό υλικό του κυττάρου.
Τα περίπου 21500 έως 3.000 γονίδια, για τον ανάλογο αριθμό διαφορετικών πρω τάνώ ν, δ ια τά σ σ ο η α ι στο μήκος περίπου l,5m m μόριο DNA. Το χρωμόσωμα ά ν α ι ελεύθερο στο κύτταρο. Δεν περιβάλλεται, λοιπόν, από πυρηνική μεμβράνη όπως τα χρωμοσώματα τω ν ανώτερων κυττάρων.
Ριβοοώματα. Λόγω της υψηλής δραστηριότητας μεταβολισμού πρέπει τα βακτήρια να δομούν πολύ γρήγορα πολλές διαφορετικές πρωτεΐνες. Για το λόγο αυτό έχουν χιλιάδες ριβοσώματα για τη βιοσύνθεση των πρωτεϊνών. Τα ριβοσώματα τω ν βακτηρίων είναι ελάχιστα μικρότερα από τα ριβοσώματα τω ν ανώτερων κυττάρων.
Κ υτταρικά έγκλειστα (Granula). Περιλαμβάνουν, ανάλογα με το είδος του βακτηρίου, εναποτιθέμενα συστατικά όπως αποταμιευτικές ου σ ίες άμυλο και λίπη, οι οποίες αν χρειαστεί, αποικοδομούνται και αξιοποιούνιαι μέσω τω ν αντιδράσεων κατά τη βιολογική οξείδώσή για την απόκτηση ενέργειας . Στα βακτήρια, ό μ ω ς βρίσκονται και θείο, φωσφορικά άλατα και άλλα κυτταρικά έγκλειστα.
ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜ Ω Ν
Δ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ Μ ΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜ Ώ Ν
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
ιι έρίΐοντας πάνω σε στερεές επιφάνειες είτε, στην πλειοψηφία
2. 1. Κινητικότητα
Τ α βακτήρια κινούνται είτε ολισθαίνοντας κ τ ο υ ς πλέοντος με τη βοήθεια μαστιγίων.
Μ οστίγια. Τα περισσότερα από τα κινητικά βακτήρια πλέουν με τη βοήθεια μαστιγίων που κτυπούν και περιστρέφονται Τα μαστίγια είναι ορατά στο οππκό μικροσκόπιο μόνο μέσω μιας ειδικής μεθόδου χρωματισμού. Το είδος της διάταξης τω ν μαστιγίων είναι εντούτοις τυπικά για τα μεμονωμένα είδη τω ν βακτηρίων και χρησιμοποιείται για τη διάκριση τους ακριβώς όπως ο Οτβιη-χρωματισμός (εικ. 5),
I
Εικόνα 5: Είδος διάταξης μασηγίων και σχημαησμός σποριών σε βακτήρια
2. 2. Πολλαπλασιασμός
Λιχοτόμηση. Τα βακτήρια πολλαπλασιάζονται α-φυλεπκά μέσω διχοτόμησης. Αφού το DNA τω ν χρωμοσωμάτων διαπλασιαστεί πανομοιότυπα όπως ακριβώς και στα ανώτερα κύτταρα, το κύτταρο δημιουργεί ένα εγκάρσιο τοίχωμα και δ ιαφείται στα δ ύο θυγατρικά κύτταρα (εικ. 6).
Εικόνα 6: Εγκάρσια τομή σε βακτήρια
Σπόρια. Ορισμένα είδη βακτηρίων επιβιώνουν σε δυσμενείς συνθήκες περιβάλλοντος (μεγάλη ζέστη, ξηρασία, έλλειψη τροφής) με τη μορφή εξαφετικά ανθεκτικών σπορίων (εικ. 1). Τα σπόρια προκύπτουν στο εσωτερικό τω ν κυττάρων τω ν βακτηρίων και περιέχουν κυρίιος το γενεπκό υλικό τω ν κυττάρων που προφυλάσσεται με το σχηματισμό ενός πολύστρωμου εξαιρετικά σταθερού τοιχώματος. Τα βακτήρια μπορούν να επιζήσουν ως σπόρια τουλάχισ τον 100 χρόνια και μετά, όταν βελτιωθούν οι οικολογικοί όροι, να επαναδραστηριοποιηθούν βλαστικά και να επαναπολλαπλασιασθούν.
2. 3. Διατροφή και τρόπος ζωής
ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ Μ ΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜ ΩΝ
Ε τε ρ ο τρ ο φ ία . Τα περισσότερα είδη βακτηρίων τρέφονται όπως τα ζώα, ο άνθρωπος και οι μ ύ κη τες από οργανικά μόρια που αποικοδομούνται για την απόκτηση ενέργειχχς. Τα βακτήρια είναι λοιπόν ετερότροφα, επειδή αυτά τα οργανικά μόρια αποτελούν τις περισσότερες φορές υπολείμματα νευρωμένων οργανισμών χαρακτηρίζεται αυτός ο τρόπος ζωής ως σ απροφ υτικός.
Τ α βακτήρια είναι απλά δομημένοι μικροοργανισμοί Συχνά παρουσιάζουν κινητικότητα και χρειάζονται για την επιβΰοση τους τις περισσότερες φορές οργανικές θρεπτικές ουσίες. Ο πολλαπλασιασμός τους επιτυγχάνεται αφυλεηκά, με απλή διχοτόμηση.
Σχέση μεγέθους Κ υτταρικά οργανίδια Χ ρω μοσω ματικός αριθμός Χ ρόνος διπλασιασμού Διατροφή
Α ντίδραση στις επιδράσεις ' περιβάλλοντος_______________
Λ επτά έως λίγα δευτερόλεπτα Σχεδόν όλα τα οργανικά μόρια Υ ψηλό εύρος ανθεκτικότητας
10 Π ολλά Π ολλά Π ολλές ώ ρες Μ όνο λίγα οργανικά μόρια Στενό εύρος ανθεκτικότητας
Π ίνα κ α ς 1: Σ ύγ κ ρ ισ η ορισ μένω ν ιδ ιο τή τω ν τ υ π ικ ώ ν β α κ τη ρ ίω ν κ α ι ανω τέρ ω ν κ υ ττά ρ ω ν
2 .4 . Σημασία των μικροοργανισμών
Τα τέσσερα πέμπτα του χρονικού διαστήματος από την εμφάνιση της ζωής έως σήμερα, υπήρχαν μόνον οι μικροοργανισμοί στη γη. Σε αυτό το μακρό χρονικό διάστημα αναπτύχθηκε η τεράστια ποικιλία τω ν βακτηρίω ν, μικρών φυκών και μυκήτων. Με τη φαντασηκή τους ικανότητα να εκμεταλλεύονται πρακτικά όλα τα οργανικά συστατικά ως πηγή ενέργαας και τροφής εποίκισαν όλους τους χώρους ζωής πάνω στη γη.
Χωρίς τους μικροοργανισμούς δεν υπήρχε και δεν υ πά ρχα ζω ή στη γη. Σήμερα, οι μικροοργανισμοί είναι στις περισ σότερες περιπτώσεις απαραίτητοι συνεργάτες τω ν υπόλοιπων μορφών ζωής. Σε ορισ μένες όμως περυττώσεις είναι αντίπαλοί
Ο ι μικροοργανισμοί έχουν στο σύνολο το υ ς σημασία διότι:
> εγγυών-ται με το μεταβολισμό τους τον κύκλο των θρεπτικών ουσιώ ν στη φ ύ σ η ,
> α σ κού σ α ν κ α ι ασκού ν επίδραση στη μορφή τη ς ε π ιφ ά ν α α ς τ η ς γη ς,
> συμμετέχουν σημαντικά στη συμβίωση και
> προκαλούν ασθένειες φυτών, ζώων και ανθρώπων.
Ο ι μικροοργανισμοί έχουν εκτός αυτού σημασία για τον ά νθρω πο διότι:
> α λ λο ιώ νο υν τ α τρόφ ιμ α
> αποσυνθέτουν υλικά
> παράγουν πολύτιμα συστατικά και
> καθαρίζουν το βρώμικο αέρα, το έδαφος και τα απόνερα
Δ Ι Ε Ρ Ε Υ Ν Η Σ Η Τ Η Σ Β ΙΟ Μ Η Χ Α Ν ΙΚ Η Σ Χ Ρ Η Σ Η Σ Μ Ι Κ Ρ Ο Ο Ρ Γ Α Ν Ι Σ Μ Ω Ν Σημασία των μικροοργανισμών για τη ζωή στη γη
Α π ο σ υ ν θ έ τ ε ς . Γ ια τη σω στή λειτου ργία του κύ κλου του άνθρακ α, το υ οξυγόνου, το υ αζώ το υ κ α ι το υ θε ίο υ , ο ι μ ικ ροοργα νισ μ οί είνα ι απαραίτητοι. Ω ς α ποσυνθέτες, είνα ι υ π εύθ υνο ι για τη ν αποσύ νθ εση κ α ι σή ψ η , χ ρη σ ιμ ο π ο ιο ύ ν τα β ακτήρια κ α ι τ α φύκη ω ς πη γή ε ν έρ γ α α ς κ α ι τρ ο φ ή ς τα ο ρ γα νικ ά συσ τα τικά (υ π ο λ ε ίμ μ α τα απονεκρωμένων οργανισμών) που υπάρχουν στο έδαφος και το νερό.
Μ έ σ ω α υ τή ς τη ς α ποικοδ ομ η τικ ής δ ραστηριότητας μεταβολισμού, α πό τις ο ργα νικές ενώ σ εις σ χημ α τίζο ντα ι απλ ές ανόργανες, κυ ρίω ς διοξείδιο του άνθρακ α, νερό, ά λ α τα τη ς α μ μω νίας, νιτρικ ά , φ ω σιρορικά κ α ι θε ιικ ά άλα τα (ορυκτοποίησ η). Α υτά τα συστατικά είναι με τη σειρά τους διαθέσιμα στα φυτά για το σχηματισμό των κυττάρων το υ ς.
Ο ι μικροοργανισμοί μετατρέπουν σύμφωνα με εκτιμήσεις έως 100 δις τόνους οργανικών συστατικών ετησίω ς με α υ τόν τ ο ν τρόπο.
Τ ό π ο ς συ γκ έντρ ω σ η ς π ρ ώ τω ν υλώ ν. Κατά το παρελθόν οι μικροοργανισμοί συμμετείχαν σημαντικά στη δημιουργία τόπων συγκέντροκτης πρώτων υλών. Έ τσι π.χ. πολλά μεταλλ εία σ ιδή ρου και αποθ έσ εις θείου π ρ ο έ ρ χο ν τα ι α πό τη δ ρ αστηριότητα μ εταβολισμού β ακτη ρίω ν το υ σ ιδή ρου κ α ι τ ο υ θείου.
Η εμφάνιση άνθρα κ α, φ υ σικ ού αερίου και πετρελα ίου είναι ακόμα μία απόδειξη για την πολύπλευρη λειτουργία τω ν έμβιων όντων και ειδικά τω ν μικροοργανισμών.
Δ η μ ιο υ ρ γ ία π ε τρ ω μ ά τω ν. Μεγάλα τμήματα ασβεστίου δημιουργήθηκαν μέσω της ταυτόχρονης επίδρασης δ ια φ ορετικ ώ ν π εριβ α λ λοντικ ώ ν π αραγόν τω ν (τιμή ρΗ, θερμ οκρα σ ία) κ α ι τη ς δρα σ τη ριότη τα ς διά φ ο ρ ω ν μικροοργανισμώ ν.
Σ υ μ β ιω τ έ ς . Σ ε π ο λλές π εριπ τώ σ εις ο ι μικ ροοργανισμοί ζουν σε στενό δεσμό με ά λ λ α έ μβ ια όντα. Ό τα ν υ π ά ρ χε ι α μ ο ιβ α ίο όφ ελος, χαρακ τηρίζεται ω ς συμβίω ση.
Έ να παράδαγμα είναι οι λ ειχήνες, μία συμβίωση μεταξύ μυκήτων και φυκών. Γνωστή είναι ακόμη η συμβίωση μεταξύ β ακτηρίω ν του β ολβ ού τη ς ρίζας κ α ι σ υ γκεκριμένω ν φυτώ ν. Τ α β α κ τή ρ ια π α ρέχου ν σ τα φ υ τά ά ζω το, έτσι ώ στε αυ τά ν α μπορούν ν α α ναπτύσσονται σε εδάφη φ τω χά σε άζω το. Σ ε αντά λ λα γμ α , τα φ υ τά παρέχου ν σ τα β ακτήρια σπ ουδ αίες θρεττηκές ου σ ίες .
Σημασία των μικροοργανισμών για τον άνθρωπο
Μεταξύ ταιν ανθρώπων και των μικροοργανισμών είναι ανεπτυγμένες στενές σχέσεις. Ενώ στο παρελθόν υπήρχε αρχικά αντιπαράθεση με τους επιβλαβείς μικροοργανισμούς, δηλαδή με αυτούς που προκαλούν ασθένειες, αλιώνουν τρόφιμα και καταστρέφουν υλικά, σήμερα παρατηρούμε τους μικροοργανισμούς όλο και περισ σότερο ιος επωφελείς. Στα πλαίσια της βιοτεχνολογίας ασάγουμε β ά σ α σχεδίου τους μικροοργανισμούς και αυτοί μας βοηθούν στην αναμετώπιση πιεστικών προβλημάτων που έχουν σχέση με τη διατροφή, την καταπολέμηση ασθεναώ ν και το περιβάλλον.
Μικροοργανισμοί ως αιτία ασθενειών (παθογόνοι)
Παθογόνοι μικροοργανισμοί υπάρχουν μεταξύ τω ν βακτηρίων τω ν μυκήτων, τω ν ζωικών μονοκύτταρων και τω ν ιών.
Μόλυνση και μολυσματική ασθέναα. Ό τα ν μικροοργανισμοί διεισδύουν σε αΐ’θρώπους, ζώα ή φυτά και πολλαπλασιάζονται εκεί, τότε έχουμε μόλυνση. Ό τα ν ο προσβαλλόμενος οργανισμός αντιδρά σε αυτό με ά δ ικό τρόπο άμυνας, τότε πρόκειται για μολυσματική ασθέναα (πίνακας 5).
Ο ι επιδημίες που προκαλούνται από παθογόνους μικροοργανισμούς αποτελούν ακόμη μάσηγες της ανθρωπότητας: χολέρα, πανώλη, τύφος, κίτρινος πυρετός και ευφλογία έχουν σκοτώσα πολύ περισσότερους ανθρώπους από ότι όλοι οι πόλεμοι μαζί (τον 14ο αιώνα λ.χ. το ένα τέταρτο του πληθυσμού της Ευρώπης πέθανε από πανώλη). Αυτές οι επιδημίες και άλλες μολυσματικές ασθένειες όπως η ιλαρά, η σκαρλατίνα, ο κοκκίτης, η διφθερία και η φυματίωση ήταν έως το δεύτερο μισό του 19ου αιώνα υπεύθυνες για τη συνολικά χαμηλή προσδοκώμενη διάρκεια ζωής (εικ 1).
Ο ι επιστημονικές διαπιστώσεις του τελευταίου αιώνα γύρω από τη σημασία της δημόσιας υγιεινής (όπως π.χ.
ο αυστηρός διαχωρισμός πόσιμου νερού και αποβλήτων), η συντήρηση τω ν τροφίμων (όπως π.χ. η παστεριοποίηση του γάλακτος) και η βελτίωση του επιπέδου ζωής άνοιξαν καινούργια σελίδα στην καταπολέμηση τω ν ασθενειών και στην αποφασιστική άνοδο τ η ς γ ε ν ικ ά π ρ ο σ δ ο κ ώ μ ε ν η ς διάρκειας ζωής ( ε ικ .7 ) .
ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ
Εικόνα 7: Αύξηση της αναμενόμενης διάρκειας ζωής Γερμανία
Τ α ε μ β ό λ ια κ α ι τ α α ντιβιοτικά συνέβαλαν και αυτά στον α ώ ν α αυτό σε αυτήν την ανάπτυξη. Το ποσοστό τω ν θανάτω ν από μολυσματικές ασθένειες στη Γερμανία ανερχόταν σε περίπου 20%, ενώ σήμερα είναι σημαντικά χαμηλότερο. Δεν πρ έπ α ε % να παραλείψουμε ότι και πάλι μικροοργανισμοί είναι που παρέχουν αντιβιοτικά και εν τω μεταξύ και εμβόλια
Μολυσματική Εμβολιασμός Μολυσματικοί Εμβολιασμός Μολυσματικές ασθένειες |1 Εμβολιασμός ασθένεια (Βακτήρια) δυνατός ασθένεια (ΊοΟ δυνατός (ζοιικοί μονοκύτταροι) Δυνατός
Χολέρα Ναι .\IDS Οχι Δυσεντερία |1ϊ>Λ :
Διφθερία Ναι Κίτρινος πυρετός Ναι Μαλάρια Οχι
Κοκκύτης Ναι Ίκτερος Ναι Ασθένεια του ύπνου Οχι
Λέπρα Οχι Έρπης Οχι
Πανούκλα Οχι Πολυομελίτιόα Ναι
Σαλμονέλα Οχι Ιλαρά Ναι
Σκαρλατίνα Ναι Παριοτίτιόα Ναι
Σύφιλη Οχι Ευφλογία Ναι
Τύφος Ναι Λύσσα Ναι
Φυματΰαοη Ναι 1 Ερυθρά Ναι
Γ ονόρροια Οχι Ανεμοβλογιά
Τέτανος Ναι
|θ χ ι
Πίνακας 5: Παραδείγματα γνωατών μολυαματικών ασθενειών
2. 5. Οι μικροοργανισμοί ως παράγοντες που αλλοιώνουν τα τρόφιμα
Η μούχλα στα τρόφιμα, η μούχλα και το θόλωμα στην ειτιφάνεια και μέσα στα υγρά αχοτελούν εξαφετικά ευκρινή σημάδια για την αλλοιωτική επίδραση που έχουν στα τρόφιμα οι μύκητες και τα βακτήρια. Πέρα από αυτά, εμφανίζονται ακόμη και αλλαγές στη μυρωδιά και τη γεύση, μεταβολές στο χρώμα, δημιουργία βλέννας, ξίνισμα και δημιουργία αερίων ως αποτέλεσμα του πολύπλευρου μεταβολισμού των μικροοργανισμών Ό πω ς ακριβώς και εμείς οι άνθρωποι, αποικοδομούν υδατάνθρακες, πρωτεΐνες και λίπη, για να κερδίσουν ενέργεια και να ζήσουν. Επειδή μας ανταγωνίζονται ως προς τα τρόφιμα, τους χαρακτηρίζουμε σε αυτές τις περιπτώσεις ω ς επιβλαβείς (η κ . 8)
ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ
Εικόνα 8: Μούχλα στο ψωμί (λήψη με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο)
Ο ι μικροοργαησμοί είναι πλέον συνηθισμένη αιτία για την αλλοίωση τω ν τροφίμων. Λόγω τη ς υψηλής τους δραστηριότητας μεταβολισμού, γίνεται ο εποικισμός τω ν τροφίμων και η συνεπακόλουθη αλλοίωση πολύ γρήγορα κάτω από ανάλογες ανθυγιεινές συνθήκες. Έ τσι, δεν υποβαθμίζεται μόνο η ποιότητα του θρεπτικού μέσου, αλλά μπορούν να προκληθούν και τροφικές μολύνσεις. Υπεύθυνα για αυτό είναι τις περισσότερες φορές βακτήρια όπως π.χ. σαλμονέλα, παθογόνα του τύφου και της χολέρας.
Μερικά είδη βακτηρίων μπορούν κάτω από ειδικές περιστάσεις να σχηματίσουν δηλητηριώδεις ουσίες (τοξίνες) στα τρόφιμα, μέσω τω ν οποίων είναι δυνατές τροςηκές δ η λη τη ριάσεις. Η αλ λαντίαση είνα ι ένα π α ρ ά δ ειγμ α β α ρεία ς τροφικής δηλητηρίασης που, αν δεν ανημετωπισθεί, οδηγεί συχνά στο θάνατο. Το δηλητήριο βρίσκεται σε όχι καλά διατηρημέι'ες κονσέρβες αλλαντικώΐ’ και λαχανικών, όπου το βακτηρίδιο που σ χημάτιζα το δηλητήριο μπορεί να αναπτυχθεί κάτω από έλλαψη αέρα.
2 .6. Οι μικροοργανισμοί
ίοςαιτία διάβροκτης
Η ικανότητα τω ν μικροοργανισμών να διασπούν ουσίες δεν περιορίζεται σε καμία περίπτωση στους εύκολα αποικοδομήσιμους υδατάνθρακες, προπέΐνες, λίπη και άλλα βιομόρια. Ο ι μικροοργανισμοί μπορούν να εποικίσουν σχεδόν όλα τα υλικά και τα καταστρέφουν μερικώς (μικροβιολογική διάβρωση).
Κινδυνεύουν επομένως α νόργανα υ λ ικ ά , μ έτ α λλ α καθάχ; κα ι ο ρ γ α ν ικ ά υ λ ικ ά κ α ι β ο η θ η τικ έ ς ύ λες.
Α νόργανα υ λικά. Τα φυσικά πετρώματα, το μπετόν, τα κ ε ρ α μ ικ ά κ α ι το γυ α λ ί αλ λοιώ νοντα ι από μ ικ ροορ
γα νισ μ ού ς. Η καταστροφ ή πολύ τιμ ω ν μνημείω ν στο β εβ α ρ η μ ένο με δ ιοξείδ ιο του θείου π εριβ ά λλον τω ν π υ κ νο κ α το ικ η μέ νω ν περιοχ ώ ν έ χ α ω ς αιτία κ α ι τη δ ρ α σ τη ρ ιό τη τα τω ν μικ ροοργανισμώ ν π ο υ κά τω από α υ τές τ ις σ υ νθή κες ευδ οκιμούν και παράγου ν κ α υ σ π κ ά οξέα. Α κόμη κ α ι το μπετόν κινδυνεύει. Ο
σμάλτο τβν δοντιάν τφοκαλχήν τερηδόνα (ληφη με ηλχκτρονι».
επίφοβος ‘’β ά κ ιλ λ ο ς το υ μ πετόν” διάβροκτης η οποία προκύπτα έμμεσα μέσω τω ν αντιδρά σ εω ν μ ετ α β ο λ ισ μ ο ύ
Τ ο σ μ ά λ το τω ν δ ο ν η ώ ν δεν α ποτελεί υλικό, αλλά οι β λάβες σε αυτό (τερηδόνα) είνα ι κ α ι α υ τές α π ο τέ λ ε σ μ α τ η ς μικ ρ ο β ιο λ ο γικ ή ς δ ιάβ ρω σ ης (α κ ό ν α 9). Μ έσω τη ς β λέννας που δ η μιου ργείται α πό δ ιάφ ορα είδη β α κ τη ρ ίω ν, τα β α κ τή ρ ια προσκ ολλώ νται σα " βιοταινία" στην ε π ιφ ά ν η α τω ν δοντιών. Σ το εσ ω τερικό α υ τή ς τ η ς β ιο τα ιν ία ς π α ρά γου ν τ α βακτήρια μεταξύ άλλων ένζυμα για τη δημιουργία γαλακτικού οξέος το οποίο στη συνέχεια προσβάλλει το σμάλτο των δ οντιώ ν κ α ι π ροκ αλεί τερηδόνα.
Μ έ τα λ λα . Ο ι μ ικ ροοργανισ μ οί προσβ άλλουν π ο λ λ ά μέταλλα. Κ α ι εδώ η εμφ άνιση διά β ρω σ η ς ο φ είλ ετα ι κ α τ ά κ α ν ό ν α κ υ ρίω ς σ τα ο ξ έα π ο υ δημιουργούνται από του ς μικ ροοργανισμούς. Έ τσ ι γ ια παρά δ ειγμ α , τ α β α κ τή ρ ια το υ θε ίο υ πα ρά γου ν δραστικό θ α ικ ό οξύ κ α ι τα ίδ ια αντέχου ν σε σ υ γκεντρώ σ εις οξ έος C (H 2S 04)= 0,5m ol/l. Τ α μέσω αυ τού οξινισμένα νερά τω ν εκσκαφώ ν τω ν μεταλλ είω ν οδ η γο ύν στη διά β ρω σ η τω ν ραγώ ν κ α ι ά λλω ν μεταλλικώ ν τμημάτω ν, τα οποία κα τα σ τρέφ ονται σε σύ ντομ ο χ ρον ικό δ ιά σ τη μ α . Π α ρ ό μ ο ια φ α ινόμ ενα συ μβαίνουν κ α ι στους σ ω λήνες τω ν καναλιώ ν. Σ ε νε ρ ό π ο υ π ε ρ ιέ χ π σίδη ρ ο , β α κ τή ρ ια το υ σιδήρου υ ποβ οηθούν στην ο ξ α δω τικ ή διάβρωση μη καθ αρού , α λ λ ά σ ε ορισ μένες π ε ρ ιπ τ ώ σ α ς κ α ι κ α θ αρού ατσαλιού. Ο ι ατσάλ ινοι σ ω λήνες διαβ ρώ νονται στο εσ ω τερικό το υ ς κ α ι χω ρίς οξ υ γ ό νο , με τη δρασ τηριότητα α δ ικ ώ ν μικ ροοργανισμών. Α υτό έ χ α ήδη ο δ η γ ή σ α λ.χ. σε μεγάλες ζη μ ιέ ς σ το υ ς α γω γούς. Α κόμη κ α ι το υδρευτικό δ ίκ τυο κ α ι τα ανοικτά σ υ σ τή μ ατα ψ ύ ξη ς υ πο κ ύ π το υ ν στη μικ ρ ο β ιο λ ο γικ ή δ ιάβ ρω σ η, κ ά τι π ο υ δημιου ργεί προβ λή μ ατα ιδ ια ίτε ρ α σε εγκα τα σ τάσ εις α π ο σ τ είρ ω σ η ς, δη μιου ργία ς υδρονέφ ου ς κ α ι κλιματισμού. Ε δώ π ρ έ π α ν α π ρ ο λ η φ θε ί με α νά λ ο γα μέσ α η π ρ ο σ β ο λ ή α πό μικ ροοργανισμούς.
Ο ρ γα ν ικ ό υ λικ ό κ α ι τεχνη τές ύλες. Ο ι οργανικές ου σίες μεταβάλλ ονται κ α ι γ ίνο ντα ι ά χρη σ τες ιδ ια ίτε ρ α ε ύ κ ο λ α με τη ν επίδραση τη ς μικροβιολογική ς διάβρωσης. Ιδιαίτερα γνω στή ε ίνα ι η προσ β ολή το υ ξ ύλου α πό μύκητες. Τ η ν ενεργητικότητα τω ν μυκήτω ν κ α ι β ακτη ρίω ν δ είχνου ν κ α ι ο ι β λά β ες στο χ αρ τό ν ι, τ α λιπ α ντικ ά , τα ψ υ κτικά μέσ α κ α ι στα ελαστικά υ λ ικ ά Τ α τε χνη τά λ ίπ η , τα λ ιπ α ν π κ ά , τα ψ υ κ τικ ά μ έσ α κα θ ώ ς κ α ι τα καύ σ ιμ α μπορούν ν α προσβ λ η θού ν από μικ ροοργανισμούς, ο ι ο π ο ίο ι τα κ α θ ισ το ύ ν το υ λ άχ ισ το ν α κάθαρτα, κυ ρίω ς όταν έρχονται σε επαφή με ύδωρ συμπυκνώσεως.
Ο ι τε χν η τέ ς ύ λε ς όπω ς το πολυ αμ ίδ ιο, το πολυ αιθ υλένιο, το π ο λ υ βι\τλ οχ λω ρίδιο ή τ ο πο λ υ ο υρ α ιθά νιο ε ίναι σ υ χνά ε ξα ιρ ετικ ά α νθεκτικές στις χημ ικές ουσίες, όχι όμω ς κ α ι σ του ς μ ικ ροοργανισμούς κ α ι μπορού ν να δ ια β ρ ω θ ο ύ ν κ α ι ν α αχρηστευθούν. Ε ίν αι γνω στά περισ σότερκι από 2 50 είδη β α κτη ρίω ν που α π ο ικ ο δ ο μ ο ύ ν τεχνη τές ύλες.
Α κ ρ ιβ ώ ς α υ τό το π ρ ό β λ η μ α τη ς μικ ροβιολογικής δ ιάβρω σ ης τω ν τεχνη τώ ν υ λώ ν δ είχνει πό σ ο δύσκ ολη μπ ο ρ ε ί να είναι η ταυτόχρονη ικανοποίηση των απαιτήσεων για προστασία του περιβάλλοντος και τω ν απαιτήσεων από τη χρήση τω ν υλικών. Από τη μία πλευρά πρ έπ α τα υλικά να είναι φιλικά προς το περιβάλλον όταν πρ έπ α να απορριφθούν (αυτό προϋποθέτα μία ελαφρά ικανότητα αποικοδόμησης από μικροοργανσιμούς), από την άλλη π λευρ ά όμω ς π ρ έ π α ν α είνα ι ε ξα ιρετικά σ τα θ ερά κ α ι α νθ ε κ τικ ά στη διάβ ρω σ η γ ια β ιομη χανική χρήση.
Δ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ
Δ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΏΝ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3
3 .1 . Μικροοργανισμοί στην βιοτεχνολογία
Βιοτεχνολογία. Έ χει ως σκοπό την αξιοποίηση τοιν πολύπλευροιν ).ατουργιών του μεταβολισμού των μικροορ
γανισμών στη διαδικασία βιομηχανικής παραγωγής προς όφελος του ανθρώπου. Κατ' αυτήν μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ίδιοι οι μικροοργανισμοί στην παραγωγική διαδικασία ή μόνο τα ένζυμα του ς τα οποία πρέππ να απομονωθούν από τα κύτταρα
Από τη στιγμή που η γενετική τεχνική επέτρεψε, ως ο πλέον σύγχρονος κλάδος της βιοτεχνολογίας τη βάση κάποιου σχεδίου μεταβολής των ιδιοτήτων του κυττάρου, χρησιμοποιούνται όλο και περισ σότερα ειδικά κύτταρα ςιυτών και θηλαστικά για παραγωγικούς σκοπούς.
Για να μπορέσουμε να αναπτύξουμε βιοτεχνολογικές παpαγωγucές διαδικασίες και να ελέγξουμε το κόστος τους π ρ έ π η να κάνουμε συνδυασμένη χρήση των τρόπων εργασίας και των μεθόδων της μικ ροβιολογίας τη ς β ιο μ η χ α ν ία ς τη ς τεχνικής χημείας και της τεχνικής τω ν μεθόδων. Η βιοτεχνολογία επεκτείνεται λοιπόν σε διάφορα αντικείμενα, τα οποία περιλαμβάνουν πολλές και διάφορες μεθόδους και πεδία δράσης ( α κ 10).
Η β ιο τε χ ν ο λο γ ία π ρ ο σ φ έ ρ α μ εθ ό δ ο υς π ο υ β ο η θ ο ύ ν στη βιομηχανυσή αξιο π ο ίη σ η τ ω ν μ ικ ρ ο ο ρ γ α ν ισ μ ώ ν , τ ω ν φυτυαύν κα ι ζω ικώ ν κυττάρω ν κα ι τ α ν ένζυμω ν του ς
Δ Ι Ε Ρ Ε Υ Ν Η Σ Η Τ Η Σ Β ΙΟ Μ Η Χ Α Ν ΙΚ Ή Σ Χ Ρ Η Σ Η Σ Μ Ι Κ Ρ Ο Ο Ρ Γ Α Ν ΙΣ Μ Ω Ν
3 .2 . Γενετική τεχνική
Η γ ε ν ε τικ ή τε χ ν ικ ή είναι ένας κλάδος που καθόριζα το μέλλον λόγω της δυνατότητας για ε π α ν α π ρ ο γ ρ α μ μ α τισ μ ό τω ν κυττάρων Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μεταξύ άλλων για τη βάση σχεδίου β ε λ τιο π ο ίη σ η ς τω ν βιοτεχνολογικών μεθόδω ν παραγω γής. Μ ε μεθόδους γενετικ ή ς τεχνική ς μ πορεί κ ανείς:
> ν α β ρ ει γο ν ίδ ια στο D N A , να τα απομονώ σει, να τα χ α ρ α κ τη ρίσ α ή να τα σ υ ν θ έ σ α χημ ικά (δόμ η σ η ),
> να συ νδ υά σ α γονίδια στο "γυάλινο αντιδραστήρα" με άλλα γονίδια, ακόμη και με γ ο ν ίδ ια έμβ ιω ν ό ντω ν άλλων η δ ώ ν ,ν α φ έρα ξανά πίσω στο κύ η αρο νέα συνδυασμένα γονίδια και να τα ω θή σα στη συνέχεια να συνθέσουν αντίστοιχες πρω τεΐνες.
Π ε δ ί α ε φ α ρ μ ο γ ή ς τ η ς γ ε ν ε τ ικ ή ς τ ε χ ν ικ ή ς είνα ι κυ ρίω ς η φ α ρ μ α κ ε υ τ ικ ή κ α ι η γ ε ω ρ γ ία . Σ τη ςχχ ρ μ ακ ευ τικ ή , η γενετική τεχνική βοηθάα στην θεμελιώδη έρευνα, καθιστά δυνατή την ανάπτυξη νέων μεθόδων δ ιάγν ω σ ης εμβολίων με λιγότερες παρενέργειες και πιο δραστικών φαρμάκων π.χ. παραγωγή ανθρώ πινης ινσουλίνης μέσω του βακτηρίου E.coli σε β ιοανπ δραστήρα. Στη γεω ργία, στη ν πρώ τη γ ρ α μ μ ή β ρ ίσ κ ο ντα ι η αύξηση τη ς παραγιογής τω ν ωφέλιμων φυτών, η βελτίωση της προστασίας τω ν φυτώ ν και η παραγωγή πιο αποδοτικών ζώων.
Εκτός από αυτές τις δ υ να τ ό τη τες για το μέλλον που προσφέρει αυτή η τεχνολογία, υπάρχουν και οι κ ίνδ υ νο L Η λάθος χρήση ταυ γενεηκού υλικού των έμβιων όντων είναι εξίσου επίφοβη με την αθέλητη ή ηθελημένη «απελευθέρωση στο περιβάλλον οργανισμών παραλλαγμένων με γενεηκή τεχνική. Για την αντιμετώ πιση πιθανώ ν κ ινδ ύνω ν κ α ι για τη ν εφαρμογή τη ς γενετικ ή ς τεχνική ς ω ς τμ ή μ α το ς τω ν β ιο λ ο γ ικ ώ ν ε π ισ τη μ ώ ν κ α τά τρό π ο ω φέλιμο για το κοινω νικ ό σύνολο, έχουν χ αρα χθεί δ ιεθνώ ς, α λ λά κ α ι σε ε θ ν ικ ό ε π ίπ εδ ο , κ α τε υ θ υ ν τή ρ ιε ς γρ α μ μ έ ς.
Μ έ θ ο δ ο ς τ η ς γ ε ν ε τικ ή ς τ ε χ ν ικ ή ς Η παραγιογή παραλλαγμένω ν με τη γενετικ ή τεχνική μ ικ ροοργανι
σμώ ν και η αποποίηση τους στην παραγωγή ενός επιθυμητού υλικού έ χ α γίνει τυποποιημένη μέθοδος.
Ο ι π ρ ο ϋ π ο θ έ σ α ς γ ια τη ν αντίστοιχη τεχνική ήταν η ανακάλυψη των πλασμιδίων και τω ν ενζύμω ν π ε ρ ισ το λ ή ς στη δεκαετία '60 και του 70, καθώς κα ι η ανάπτυξη τη ς χημική ς γενετικ ή ς σύνθεσης.
Τ α π λ α σ μ ίδ ια παρουσιάζονται ως επιπλέον συστατικά στο χρωμόσωμα πολλών βακτηρίων και περιέχουν γ ο ν ίδ ια γ ια α σ υ νή θισ τες συ νθήκες περιβάλλοντος. Τα πλασμίδια ανταλλάσσονται κ α νο ν ικ ά μεταξύ κυ ττά ρ ω ν κ α ι κ α τά παράξενο τρόπο, ακόμη και όταν αυτά δεν ανήκουν στο ίδιο είδος Α υτό τα κάνει ιδεώδη οχήματα στη γενετικ ή τεχνική, του ς λεγάμενους φορείς, π ο υ παρεισφ ρύου ν με το ξ ένα γ ο ν ίδ ιά το υ ς σε κ ά π ο ιο κ ύ ττα ρ ο .
Τ α ένζυ μα πε ρ ισ το λ ή ς κόβουν το δίκλωνο DNA σε «δικ ές κάθε φορά θέσεις α ναγνω ρίσεω ν (διαδοχή νο υ κ λ εο τ ιδ ίω ν,). Σ την περίπ τω ση το υ ενζύμου Eco-RI λ.χ η τομή μετατίθεται ώστε να προκύπτουν π ρ ο ε ξ ο χέ ς, τα λίεγόμενα κολλώ δη άκρα. Π ο λ λ ά άλλα ένζυ μα περισ τολή ς αναγνω ρίζουν κ α τά π ε ρ ύ α ω σ η ά λ λε ς δ ια δ ο χέ ς νο υ κ λεο τιδ ίω ν κ α ι τέμνουν ε κεί το D N A ω ς πολ ύ τιμ ο εργα λ είο τη ς γε νε τικ ή ς τεχνική ς.
Χ η μ ικ ή γ ε ν ε τ ικ ή σ ύ νθ ε σ η . Α κριβώ ς όπω ς είνα ι δυνατή η ανάλυσ η τη ς σειράς δ ια δ ο χή ς τω ν νο υ κ λ εο τ ιδ ίω ν στο D N A κ α ι τω ν γονιδίω ν του ς, έτσι είναι α ντιστρόφω ςδυνατή η χημική σύνθεση με α νά λ ο γε ς σ υ σ κευές πλ ή ρω ν γον ιδ ίω ν από μεμονω μένα νο υ κλ εοτίδ ια κ α ι νο υ κ λ εο τ ι-δ ικ έ ς α λ υ σ ίδ ε ς Μ ε τ α σ χ η μ α τ ισ μ ό ς γ ο ν ιδ ίω ν. Μ ε το ν όρο αυτό εννοούμε την ενσωμάτωση ενός γονιδίου με την επιθυμητή πληροφορία (π.χ. παραγωγή ινσουλίνης) σε έναν (ρορέα (π.χ. πλασμίδια) και ακολούθως τη μεταφορά σε ένα κύτταρο υποδοχής. Ω ς κύτταρο υποδοχής έχουν χρη σ ιμ οποιη θεί έω ς τώ ρα β α κ τή ρ ια (πχ. το E.coli) κ α ι ο ι ζυ μ ο μ ύκ η τες κ α ι όλ ο κ α ι