Mikrobna biotehnologija

Opis predmeta

Pregled in osvežitev znanja na področju tradicionalnih metod in pristopov, kar vključuje različne aspekte mikrobne biotehnologije:

-klasični pristopi izolacije mikroorganizmov iz okolja, izboljševanja industrijskih sevov  in razvoja bioprocesov za industrijsko proizvodnjo različnih bioproizvodov, proizvodnja primarnih in sekundarnih metabolitov, produktov proteinske narave,  uporaba mikroorganizmov in encimov v živilski, kemijski in farmacevtski industriji. 

-uporaba mikroorganizmov in razvoj  bioprocesov v živilski industriji, agrikulturi in okljevarstvu.

Nadalje  se vsebina predmeta navezuje na novejše, v industriji široko uporabljane pristope metabolnega in biosinteznega in  proteinskega inženirstva z uporabo rekombinantne DNA, razvoj izpopolnjenih bioprocesov za produkcijo generičnih proizvodov, in uvajanja novih bioproizvodov, npr. majhnih molekul z novim načinom delovanja, protiteles in drugih biofarmacevtskih produktov proteinske narave.

Komparativni pregled najbolj pomembnih industrijskih mikroorganizmov in novih konceptov mikrobne biotehnologije, ki se nanašajo na izbor industrijskih gostiteljskih mikroorganizmov (ang. chassis), primernih za proizvodnjo širokega spektra bioproizvodov, tako tradicionalnih (generičnih) kot tudi novih bioproizvodov.

Predstavitev novejši gostiteljskuh sevov, kot so npr. miksobakterije, cianobakterije, alge in arheje, ki se danes še ne uporabljajo pogosto v industijskem merilu, vendar so zaradi potencialnih prednosti, npr. vir novih učinkovin in encimov, izboljšane ekonomike bioprocesa in okoljevarstvenih razlogov danes predmet intenzivnih raziskav.

Komparativni pregled najnovejših metod in pristopov, ki so še v razvoju, vendar že prihajajo v industrijsko okolje, kot so to npr.:

-metagenomika, podatkovno rudarjenje genomov, (ang. genome mining) ob hitrem  razvoj in uporabi zmogljivih bioinformatskih orodji

-napredne metode sekvenciranja in sinteze DNA in napredne metode manipulacije mikroorganizmov 

– uporaba »omskih« pristopov v razumevanju in razvoju industrijskih sevov in bioprocesov

– razvoj pristopov t.i. sintezne biologije, konstukcija »ne-naravnih« biosinteznih poti in produktov, uporaba obnovljivih virov energije, razvoj novih biomaterialov (biopolimerov), biofarmacevtskih produktov, vključno s tistimi, ki niso mikrobnega izvora.

Predmet se bo vsebinsko dotaknil tudi dimenzij regulative, varnosti, etike, intelektuane lastnine in nasplošno družbeno-ekonomskih dimenzij, ki jih prinaša hiter razvoh biotehnologije.

Cilji in kompetence

Študenti se bojo srečali in osvojili znanja, ki dajejo široko platformo razumevanja modernih pristopov v mikrobni biotehnologiji,  ki slonijo na tradicionalnih pristopih biotehnologije.  

Koncept predmeta komparativno združuje spekter komplementarni znanja, od področja mikrobiologije pa do biotehnološkega inženirstva, kar omogoča celovito razumevanje delovanja bioprocesov in njihovo obvladovanje v raziskovanem, razvojnem delu in prenosu v  industrijsko  delu.

Študenti se bojo srečali z novimi koncepti v mikrobni biotehnologiji, ki slonijo na modernih metodah, in zato bistveno spreminjajo pogled na razvoj in raziskave in industrijsko proizvodnjo na področju sodobne mikrobne biotehnologije. 

Metode poučevanja in učenja

Predavanja, osebne konzultacije in individualno delo v sklopu priprave seminarske naloge

Predvideni študijski rezultati

Znanja in razumevanje novih konceptov mikrobne biotehnologije, ki se naslanjajo predvsem na uporabo večnameskih industrijskih gensko manipuliranih gostiteljskih mikroorganizmov (ang. Chassis), ki slonijo na modernih metodah biosinteznega in metabolnega inženirstva, sintezne biologije, omskih pristopov, od katerih so nekatere še v razvoju, vendar že bistveno spreminjajo pogled na raziskovalno razvojne aktivnosti v mikrobni biotehnologiji.

Vsebinsko se bo predmet povezoval med teorijo in prakso metod dela z industrijskimi mikroorganizmi v laboratoriju in prenosu v industrijsko okolje in ima jasne vsebinske povezave do drugih vej biotehnologije, kot so  npr. farmacevtska, medicinska, živilska, in okoljevarstvena biotehnologij. Zato bo predmet prinaša uporabna znanja in razumevanje tudi za študente, ki ne delujejo neposredno na področju mikrobne biotehnologije.

Reference nosilca

Prof. dr. Hrvoje Petković:

1. Gordan Sladič, Matilda Urukalo, Matjaž Kirn, Urška Lešnik, Vasilka Magdevska, Neda Benički, Mitja Pelko, Aleš Gasparič, Peter Raspor, Tomaž Polak, Štefan Fujs, Paul A. Hoskisson and Hrvoje Petković (2014). Identification of Lipstatin Producing Ability in Streptomyces virginiae CBS 314.55 Using a Dereplication Approach. Food technology Biotechnology., In press.

2. KENDREW, Steven Gary, PETKOVIĆ, Hrvoje, GAISSER, Sabine, READY, Sarah J., GREGORY, Matthew Alan, COATES, Nigel, NUR-E-ALAM, Mohammad, WARNECK, Tony, SUTHAR, Dipen, FOSTER, Teresa A., MCDONALD, Leonard, SCHLINGMAN, Gerhard, KOEHN, Frank E., SKOTNICKI, Jerauld S., CARTER, Guy T., MOSS, Steven J., ZHANG, Ming-Qiang, MARTIN, Christine J., SHERIDAN, Rose M., WILKINSON, Barrie. Recombinant strains for the enhanced production of bioengineered rapalogs. Metabolic engineering, ISSN 1096-7176, 2013, vol. 15, str. 167-173, [COBISS.SI-ID 4189560]

3. KIRM, Benjamin, MAGDEVSKA, Vasilka, TOME, Miha, HORVAT, Marinka, KARNIČAR, Katarina, PETEK, Marko, VIDMAR, Robert, BAEBLER, Špela, JAMNIK, Polona, FUJS, Štefan, HORVAT, Jaka, FONOVIĆ, Marko, TURK, Boris, GRUDEN, Kristina, PETKOVIĆ, Hrvoje, KOSEC, Gregor. SACE_5599, a putative regulatory protein, is involved in morphological differentiation and erythromycin production in Saccharopolyspora erythraea. Microbial cell factories, ISSN 1475-2859, 2013, vol. 12, str. 126-1-126-15. [COBISS.SI-ID 3005775]

4. LUKEŽIČ, Tadeja, LEŠNIK, Urška, PODGORŠEK, Ajda, HORVAT, Jaka, POLAK, Tomaž, ŠALA, Martin, JENKO, Branko, RASPOR, Peter, HERRON, Paul R., HUNTER, Iain S., PETKOVIĆ, Hrvoje. Identification of the chelocardin biosynthetic gene cluster from Amycolatopsis sulphurea : a platform for producing novel tetracycline antibiotics. Microbiology, ISSN 1350-0872, 2013, vol. 159, no. 12, str. 2524-2532, [COBISS.SI-ID 27043111]

5. BLAŽIČ, Marko, STARCEVIC, Antonio, LISFI, Mohamed, BARANASIC, Damir, GORANOVIČ, Dušan, FUJS, Štefan, KUŠČER, Enej, KOSEC, Gregor, PETKOVIĆ, Hrvoje, CULLUM, John, HRANUELI, Daslav, ZUCKO, Jurica. Annotation of modular PKS and NRPS gene clusters in the genome of Streptomyces tsukubaensis NRRL18488. Applied and environmental microbiology, ISSN 0099-2240, 2012, vol. 78, no. 23, str. 8183-8190, [COBISS.SI-ID 4142456]

6. GORANOVIČ, Dušan, BLAŽIČ, Marko, MAGDEVSKA, Vasilka, HORVAT, Jaka, KUŠČER, Enej, POLAK, Tomaž, SANTOS-ABERTURAS, Javier, MARTÍNEZ-CASTRO, Miriam, BARREIRO, Carlos, MRAK, Peter, KOPITAR, Gregor, KOSEC, Gregor, FUJS, Štefan, MARTÍN, Juan F., PETKOVIĆ, Hrvoje. FK506 biosynthesis is regulated by two positive regulatory elements in Streptomyces tsukubaensis. BMC microbiology, ISSN 1471-2180, 2012, vol. 12, [article no.] 238, str. 1-15, [COBISS.SI-ID 4146808]

7. KOSEC, Gregor, GORANOVIČ, Dušan, MRAK, Peter, FUJS, Štefan, KUŠČER, Enej, HORVAT, Jaka, KOPITAR, Gregor, PETKOVIĆ, Hrvoje. Novel chemobiosynthetic approach for exclusive production of FK506. Metabolic engineering, ISSN 1096-7176, 2012, vol. 14, str. 39-46, doi: 10.1016/j.ymben.2011.11.003. [COBISS.SI-ID 3988600]

8. GORANOVIČ, Dušan, KOSEC, Gregor, MRAK, Peter, FUJS, Štefan, HORVAT, Jaka, KUŠČER, Enej, KOPITAR, Gregor, PETKOVIĆ, Hrvoje. Origin of the Allyl group in FK506 biosynthesis. The Journal of biological chemistry, ISSN 0021-9258, 2010, vol. 285, no. 19, str. 14292-14300, [COBISS.SI-ID 3754104]

9. MAGDEVSKA, Vasilka, GABER, Rok, GORANOVIČ, Dušan, KUŠČER, Enej, BOAKES, Steve, DURAN ALONSO, Maria Beatriz, SANTAMARÍA, Ramon, RASPOR, Peter, LEADLAY, Peter Francis, FUJS, Štefan, PETKOVIĆ, Hrvoje. Robust reporter system based on chalcone synthase rppA gene from Saccharopolyspora erythraea. Journal of microbiological methods, ISSN 0167-7012. [Print ed.], 2010, vol. 83, str. 111-119, [COBISS.SI-ID 3811960]

10. LEŠNIK, Urška, GORMAND, Amelie, MAGDEVSKA, Vasilka, FUJS, Štefan, RASPOR, Peter, HUNTER, Iain S., PETKOVIĆ, Hrvoje. Regulatory elements in tetracycline-encoding gene clusters : the otcG gene positively regulates the production of oxytetracycline in Streptomyces rimosus. Food technology and biotechnology, ISSN 1330-9862, 2009, vol. 47, no. 3, str. 323-330. [COBISS.SI-ID 3608696].

prof. dr. Mojca Benčina

1. DUŠAK, Peter, BENČINA, Mojca, TURK, Martina, BAVČAR, Dejan, KOŠMERL, Tatjana, BEROVIČ, Marin, MAKOVEC, Darko. Application of magneto-responsive Oenococcus oeni for the malolactic fermentation in wine. Biochemical engineering journal, ISSN 1369-703X. [Print ed.], 15 June 2016, vol. 110, str. 134-142, doi: 10.1016/j.bej.2016.02.016. [COBISS.SI-ID 4977768]

2. BINDER, Ulrike, BENČINA, Mojca, FIZIL, Ádám, BATTA, Gyula, CHHILLAR, Anil K., MARX, Florentine. Protein kinase A signaling and calcium ions are major players in PAF mediated toxicity against Aspergillus niger. FEBS letters, ISSN 0014-5793. [Print ed.], May 2015, vol. 589, iss. 11, str. 1266-1271. doi: 10.1016/j.febslet.2015.03.037. [COBISS.SI-ID 5696026]

3. VALKONEN, Mari, PENTTILÄ, Merja, BENČINA, Mojca. Intracellular pH responses in the industrially important fungus Trichoderma reesei. Fungal genetics and biology, ISSN 1087-1845, Sep. 2014, vol. 70, str. 86-93, doi: 10.1016/j.fgb.2014.07.004. [COBISS.SI-ID 5533978]

4. VALKONEN, Mari, MOJZITA, Dominik, PENTTILÄ, Merja, BENČINA, Mojca. Non-invasive high-throughput single-cell analysis of the intracellular pH of yeast by ratiometric flow cytometry. Applied and environmental microbiology, ISSN 0099-2240, 2013, vol. 79, no. 23, str. 7179-7187, doi: 10.1128/AEM.02515-13. [COBISS.SI-ID 5323802]

5. GABER, Rok, MAJERLE, Andreja, JERALA, Roman, BENČINA, Mojca. Noninvasive high-throughput single-cell analysis of HIV protease activity using ratiometric flow cytometry. Sensors, ISSN 1424-8220, Dec. 2013, vol. 13, iss. 12, str. 16330-16346, doi: 10.3390/s131216330. [COBISS.SI-ID 5383706]

6. BAGAR, Tanja, BENČINA, Mojca. Antiarrhythmic drug amiodarone displays antifungal activity, induces irregularcalcium response and intracellular acidification of "Aspergillus niger" – Amiodarone targets calcium and pH homeostasis of "A. niger". Fungal genetics and biology, ISSN 1096-0937, 2012, vol. 49, iss. 10, str. 779-791, doi: 10.1016/j.fgb.2012.07.007. [COBISS.SI-ID 5038618]

Temeljni viri in literatura

• Microbial Biotechnology: Principles and aplications, 2013, 3rd ed. (Ed.: Yuan Kun Lee). World Scientiffic Publishing, Co. Pte. Ltd.  ISBN13: 978-9814366816 (Hardcover),
• Microbial Biotechnology: Fundamentals of Applied Microbiology (Hardcover),2007, Eds.: Alexander N. Glazer Hiroshi Nikaido, 2nd ed. ISBN 9780-521-84210-5 (Hardcover).

Druga učna gradiva: Drugi viri obsegajo novejše revialne in originalne znanstvene publikacije in izbrana patentna  literatura