Hlavní strana Autorské články a zajímavosti ze světa biotechnologií Tváře průmyslové biotechnologie

Tváře průmyslové biotechnologie

Datum: 11.4.2012

Jak vlastně definovat průmyslovou biotechnologii? Jedná se o další odvětví biotechnologie vedle inovací ve zdravotnictví a zemědělském sektoru. Zahrnuje jednak průmyslové aplikace založené na použití biologického materiálu: mikroorganismech, buňkách, organelách nebo enzymech, které nazýváme bioprocessing a také výrobu průmyslových produktů, jako jsou paliva, chemikálie a plasty z obnovitelných biomateriálů.

Půdu pro rozvoj průmyslové biotechnologie připravily pokroky genového inženýrství a syntetické biologie. V poslední době často skloňovanými technikami genového inženýrství se rozumí postupy, jimiž je do organismu vpravována cizorodá nebo syntetická DNA nebo geny. Vzniká tak geneticky modifikovaný organismus, zkratkou GMO. Cíle syntetické biologie jsou velice podobné: tvořit nové formy života, které se v přírodě nenacházejí, nebo alespoň vylepšovat ty existující.

Jedním z mnoha projektů syntetické biologie je například projekt designu umělého genomu modelového mikroorganismu molekulární biologie, střevní bakterie Escherichia coli K12. Cílem bylo zjistit minimální počet genů, nutných pro zachování životních funkcí a dostačující produkce proteinů E. coli. Dosažená redukce genů o 15% vedla ke vzniku neočekávaných výhodných vlastností, jako je omezení přestaveb chromozómu vlivem stresu, přesné množení rekombinantních genů, které byly v jiných kmenech E. coli nestabilní, nebo neočekávaně vysoká účinnost elektroporace (způsob, jakým se do bakterií vpravuje cizorodá DNA). Tento příklad ilustruje způsob jakým genové inženýrství a syntetická biologie pracuje. Díky těmto technikám jsme schopni upravovat enzymy i mikroorganismy tak, aby vyhovovaly komerčnímu použití.

Ve většině případů umožňuje průmyslová biotechnologie vznik nových výrobků a výrobních procesů, které jsou čistší a méně škodí životnímu prostředí při zachování podobné nebo nižší výrobní ceny.
O jaké produkty se zejména jedná? Ve svých počátcích se průmyslová biotechnologie zabývala zejména fermentačními procesy v potravinářství např. výrobou sýra, vína, piva atd. Ruku v ruce s rostoucími možnostmi genového inženýrství vylepšovat mikroorganismy i enzymy, se podstatně rozšířily i možnosti průmyslové biotechnologie. V současnosti se těžiště oboru posunulo od potravinářského průmyslu k výrobě biopaliv a obnovitelných chemikálií. V oblasti vývoje biopaliv dominují tendence snižovat uhlíkové emise a nahrazovat výrobky z ropy a fosilních paliv. Živé systémy zpravidla provádějí reakce efektivněji než chemické procesy vymyšlené člověkem, přitom generují z velké většiny recyklovatelný nebo alespoň biodegradovatelný odpad. Navíc mohou procesy založené na přírodních enzymech probíhat za nižších teplot než konvenční chemické procesy.

Společnosti, zabývající se průmyslovou biotechnologií neustále hledají nové mikroorganismy, které by produkovaly enzymy v jejich přirozeném prostředí, často různé extrémofily, přizpůsobené neobyčejným životním podmínkám. Tomuto hledání se odborně říká bioprospekting. Po nalezení vhodného mikroorganismu používají genomické (zahrnující celý genom, soubor genů daného organismu) a proteomické (zahrnující proteom, soubor všech proteinů organismu) studie k nalezení genů, které specifický enzym kódují. Po identifikaci genu dochází k funkční charakterizaci enzymu, případně k jeho vylepšení pomocí technologií jako je přenos genů, gene shuffling (rozstříhání genů restrikčními enzymy a jejich opětovné spojení enzymem DNA ligázou), řízená evoluce, metabolické inženýrství atd. Tak vznikají GEMS, Genetically enhanced microbes.

Za použití bioinformatických knihoven, kde se nachází materiál, který lze chemicky nasyntetizovat, se vědci i biotechnologické společnosti snaží vytvářet nové mikrobiální systémy, schopné provádět mnohokrokové procesy. Cena prezidenta za zelenou chemii je každoročně udělována Agenturou ochrany přírody Spojených států amerických (EPA) za inovativní technologie, které snižují zátěž na životní prostředí a zároveň jsou široce aplikovatelné v průmyslu. Na tuto cenu jsou nominovány objevy ekologičtějších syntetických drah, reakčních podmínek nebo bezpečnějších a méně toxických chemikálií. V roce 2010 ji získaly společnosti Merck a Codexis v kategorii ekologičtějších reakčních podmínek za vývoj Sitagliptinu, umožněný vylepšenou transaminázou. Sitagliptin tvoří, účinnou složku léčiva proti diabetu druhého typu. V roce 2011 získala tuto cenu společnost Genomatica za „velkoprodukci chemikálií z obnovitelných zdrojů za nižší cenu". Porotci ocenili nesmírný ekonomický a environmentální dopad technologie na existující trhy.

Závěrem lze říci, že využitím fukční genomiky a genového inženýrství se zvyšuje chemický výtěžek a mikrobiální produkce se stává více kompetitivní vůči standardním metodám. Vznikají nové biokatalyzátory pro vylepšenou syntézu a konverzi biopaliv, obnovitelných chemikálií, a dalších specializovaných produktů.

Autor: RNDr. Klára Kazdová

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.