Samenvatting Biotechnologie, Microbiologie & Hematologie
Biotechnologie
Biotechnologie: Binnen de biotechnologie wordt het gebruik van organismen of cellen in
technische processen onderzocht. Levende organismen worden gebruikt met als doel het
produceren van bruikbare stoffen. Daarvoor worden geschikte (micro-)organismen geselecteerd of
wordt het genetisch materiaal (DNA) van organismen aangepast.
Biotechnologie is samengesteld uit verschillende wetenschappen:
• Moleculaire biologie
• Genetica
• Celbiologie
• Microbiologie
• Biochemie
• Genetic engineering
• Procestechnologie
• Proteïn engineering
• Bio-informatica
Biotechnologische vakgebieden:
• Innoverend is
• Dynamisch is
• Heel breed toepasbaar is
• Nieuwste technische ontwikkelingen gebruikt
• DNA technieken centraal stelt
Voordelen en nadelen in de biotechnologie:
Voordelen
• Productie van grote hoeveelheden bruikbare stoffen
• Combineren van gewenste eigenschappen van verschillende organismen in een organisme
• Diagnose van erfelijke ziekten en/of afwijkingen
Nadelen
• Complex onderzoek
• Kostbaar (afhankelijk van multinationals, overheid)
• Maatschappelijke acceptatie (ethiek)
Klassieke en moderne biotechnologie
Klassieke biotechnologie
• Toevallige ontdekkingen
• Traditionele technieken om dieren te fokken en planten te kweken
• Gebruik van bacteriën, gisten en schimmels voor de productie van brood, bier, wijn en kaas
1
,Mijlpalen in de klassieke biotechnologie
• 1674
• Ontdekking micro-organismen in Delfts grachtenwater m.b.v. zelf gemaakte microscoop
(Antonie van Leeuwenhoek)
• 1850
• Micro-organismen veroorzaker van ziekten (Pasteur)
• 1929
• Ontdekking penicilline (Fleming)
• 1953
• DNA-structuur (Watson, Crick en Franklin)
Moderne biotechnologie
• Bundelen kennis
• Beheersen, voorspellen, controleren processen
• Genomics; transcriptomics; proteomics
Mijlpalen in de moderne biotechnologie
• 1974
• Recombinant DNA technologie (knippen en plakken)
• 1977
• Sanger sequencing
• 1983
• Vermeerderen van DNA (PCR, Kary Mullis)
• 2003
• Genetische code, sequentie van het gehele humane genoom bekend
• 2012
• CRISPR-Cas (gericht mutaties in DNA aanbrengen, Doudna & Charpentier)
Producten van fermentatie in de klassieke en moderne biotechnologie:
• Klassieke biotechnologie
• Brood, bier, wijn en kaas
• Moderne biotechnologie
• Insuline, medicijnen
Toepassingsgebieden (kleuren) van de biotechnologie:
• Groen: agricultuur
• Lichtgroen: agrarische sector (grondstoffen en voedsel)
• Donkergroen: voedingsmiddelenindustrie
• Wit: bio-industrie op genen gebaseerd/ fermentatie biotechnologie (petro-chemische sector)
• Rood: gezondheidszorg
• Blauw: milieu (zuiveren van water, lucht of bodem)
Groene biotechnologie:
• Alle biotechnologische toepassingen in de agrarische sector (Donkergroen)
• Alle biotechnologische toepassingen in de voedingsmiddelenindustrie (Lichtgroen)
• Het resistent maken van gewassen tegen ziektes
• In de gewassen een hogere opbrengst is qua inhoudsstoffen
• Tolerante gewassen tegen de droogte voor het geval het klimaat veranderd
2
,Rode biotechnologie:
Alle biotechnologische toepassingen in de medische sector
• Geneesmiddelen productie
• Vaccin productie
• Therapieën (stamcel-/gen-). Dat houdt dus in dat er stamcellen of genen ergens anders uit
worden gehaald en weer ergens anders worden in geplaatst.
Blauwe biotechnologie:
Alle biotechnologisch toepassing in de milieusector (zuiveren van water, lucht of bodem).
• Micro-organismen reinigen: bodem, water, lucht doordat ze in staat zijn om stoffen af te breken.
• Het vinden en verzamelen van uiteenlopende zeeorganismen om daarmee nieuwe producten te
ontwikkelen.
Witte biotechnologie:
Alle biotechnologische toepassingen in de chemische sector
• Bio-plastic
• Biobrandstof
• Antibiotica
• Vitamines
• Enzymen voor wasmiddelen
• Zoetstoffen voor ’light’ producten
• Bulkchemicaliën
Fermentatie: omzetten van biologische materialen met behulp van bacteriën, gisten of schimmels
in afwezigheid van zuurstof (anaeroob). Suikers of andere koolhydraten worden omgezet tot
bijvoorbeeld melkzuur, azijnzuur of alcohol
Doel:
• houdbaarheid verlengen (yoghurt, vlees en worst)
• smaak/aroma’s toevoegen (allerlei)
• verteerbaarheid verbeteren (cassave)
• voedingswaarde verhogen (tempeh)
Producten maken met behulp van bacteriën, schimmels en gisten:
Schimmels: tofu, tempeh, soja en natto
Gisten: wijn, bier, brood en rijzen
Melkzuurbacteriën: kaas, yoghurt en zuurkool
Schimmels + bacteriën: salami en camembert
Drie verschillende manieren waarop micro-organismen worden gekweekt:
• Batch cultuur
• Fedbatch cultuur
• Continu cultuur
Batch cultuur: Goedkope/eenvoudige kweekmethode voor het eenmalig verkrijgen van een
product. Wanneer de voedingstoffen, of andere factoren limiterend worden, zullen cellen sterven
Kweekmethode met vaste hoeveelheden/waarden: Voedingstoffen, Temperatuur, pH en Beluchting.
Fedbatch cultuur: Medium wordt continu of gereguleerd toegevoegd (steriel). Gecontroleerde
voeding resulteert in hogere biomassa (meer m.o.’s, dus meer product). Fermentatie wordt
gelimiteerd door de productie/ophoping van toxische producten.
3
, Continu cultuur: Kweekmethode waarbij micro-organismen een lange tijd (soms jaren) in kweek
worden gehouden. Hierdoor kan er met één kweek voor een lange tijd een product worden
geproduceerd. Vers medium wordt toegevoegd terwijl ook cultuur wordt afgetapt, kweekvolume
blijft constant. Groeiparameters worden gecontroleerd en zo nodig aangepast: temperatuur, pH,
beluchting/roersnelheid en voeding.
Een groeicurve van micro-organismen te verklaren en te beschrijven.
Fasen:
1.Lag fase
2.Exponentiele groeifase (log fase)
3.Stationaire fase
4.Afstervingsfase (lysis)
4
Biotechnologie
Biotechnologie: Binnen de biotechnologie wordt het gebruik van organismen of cellen in
technische processen onderzocht. Levende organismen worden gebruikt met als doel het
produceren van bruikbare stoffen. Daarvoor worden geschikte (micro-)organismen geselecteerd of
wordt het genetisch materiaal (DNA) van organismen aangepast.
Biotechnologie is samengesteld uit verschillende wetenschappen:
• Moleculaire biologie
• Genetica
• Celbiologie
• Microbiologie
• Biochemie
• Genetic engineering
• Procestechnologie
• Proteïn engineering
• Bio-informatica
Biotechnologische vakgebieden:
• Innoverend is
• Dynamisch is
• Heel breed toepasbaar is
• Nieuwste technische ontwikkelingen gebruikt
• DNA technieken centraal stelt
Voordelen en nadelen in de biotechnologie:
Voordelen
• Productie van grote hoeveelheden bruikbare stoffen
• Combineren van gewenste eigenschappen van verschillende organismen in een organisme
• Diagnose van erfelijke ziekten en/of afwijkingen
Nadelen
• Complex onderzoek
• Kostbaar (afhankelijk van multinationals, overheid)
• Maatschappelijke acceptatie (ethiek)
Klassieke en moderne biotechnologie
Klassieke biotechnologie
• Toevallige ontdekkingen
• Traditionele technieken om dieren te fokken en planten te kweken
• Gebruik van bacteriën, gisten en schimmels voor de productie van brood, bier, wijn en kaas
1
,Mijlpalen in de klassieke biotechnologie
• 1674
• Ontdekking micro-organismen in Delfts grachtenwater m.b.v. zelf gemaakte microscoop
(Antonie van Leeuwenhoek)
• 1850
• Micro-organismen veroorzaker van ziekten (Pasteur)
• 1929
• Ontdekking penicilline (Fleming)
• 1953
• DNA-structuur (Watson, Crick en Franklin)
Moderne biotechnologie
• Bundelen kennis
• Beheersen, voorspellen, controleren processen
• Genomics; transcriptomics; proteomics
Mijlpalen in de moderne biotechnologie
• 1974
• Recombinant DNA technologie (knippen en plakken)
• 1977
• Sanger sequencing
• 1983
• Vermeerderen van DNA (PCR, Kary Mullis)
• 2003
• Genetische code, sequentie van het gehele humane genoom bekend
• 2012
• CRISPR-Cas (gericht mutaties in DNA aanbrengen, Doudna & Charpentier)
Producten van fermentatie in de klassieke en moderne biotechnologie:
• Klassieke biotechnologie
• Brood, bier, wijn en kaas
• Moderne biotechnologie
• Insuline, medicijnen
Toepassingsgebieden (kleuren) van de biotechnologie:
• Groen: agricultuur
• Lichtgroen: agrarische sector (grondstoffen en voedsel)
• Donkergroen: voedingsmiddelenindustrie
• Wit: bio-industrie op genen gebaseerd/ fermentatie biotechnologie (petro-chemische sector)
• Rood: gezondheidszorg
• Blauw: milieu (zuiveren van water, lucht of bodem)
Groene biotechnologie:
• Alle biotechnologische toepassingen in de agrarische sector (Donkergroen)
• Alle biotechnologische toepassingen in de voedingsmiddelenindustrie (Lichtgroen)
• Het resistent maken van gewassen tegen ziektes
• In de gewassen een hogere opbrengst is qua inhoudsstoffen
• Tolerante gewassen tegen de droogte voor het geval het klimaat veranderd
2
,Rode biotechnologie:
Alle biotechnologische toepassingen in de medische sector
• Geneesmiddelen productie
• Vaccin productie
• Therapieën (stamcel-/gen-). Dat houdt dus in dat er stamcellen of genen ergens anders uit
worden gehaald en weer ergens anders worden in geplaatst.
Blauwe biotechnologie:
Alle biotechnologisch toepassing in de milieusector (zuiveren van water, lucht of bodem).
• Micro-organismen reinigen: bodem, water, lucht doordat ze in staat zijn om stoffen af te breken.
• Het vinden en verzamelen van uiteenlopende zeeorganismen om daarmee nieuwe producten te
ontwikkelen.
Witte biotechnologie:
Alle biotechnologische toepassingen in de chemische sector
• Bio-plastic
• Biobrandstof
• Antibiotica
• Vitamines
• Enzymen voor wasmiddelen
• Zoetstoffen voor ’light’ producten
• Bulkchemicaliën
Fermentatie: omzetten van biologische materialen met behulp van bacteriën, gisten of schimmels
in afwezigheid van zuurstof (anaeroob). Suikers of andere koolhydraten worden omgezet tot
bijvoorbeeld melkzuur, azijnzuur of alcohol
Doel:
• houdbaarheid verlengen (yoghurt, vlees en worst)
• smaak/aroma’s toevoegen (allerlei)
• verteerbaarheid verbeteren (cassave)
• voedingswaarde verhogen (tempeh)
Producten maken met behulp van bacteriën, schimmels en gisten:
Schimmels: tofu, tempeh, soja en natto
Gisten: wijn, bier, brood en rijzen
Melkzuurbacteriën: kaas, yoghurt en zuurkool
Schimmels + bacteriën: salami en camembert
Drie verschillende manieren waarop micro-organismen worden gekweekt:
• Batch cultuur
• Fedbatch cultuur
• Continu cultuur
Batch cultuur: Goedkope/eenvoudige kweekmethode voor het eenmalig verkrijgen van een
product. Wanneer de voedingstoffen, of andere factoren limiterend worden, zullen cellen sterven
Kweekmethode met vaste hoeveelheden/waarden: Voedingstoffen, Temperatuur, pH en Beluchting.
Fedbatch cultuur: Medium wordt continu of gereguleerd toegevoegd (steriel). Gecontroleerde
voeding resulteert in hogere biomassa (meer m.o.’s, dus meer product). Fermentatie wordt
gelimiteerd door de productie/ophoping van toxische producten.
3
, Continu cultuur: Kweekmethode waarbij micro-organismen een lange tijd (soms jaren) in kweek
worden gehouden. Hierdoor kan er met één kweek voor een lange tijd een product worden
geproduceerd. Vers medium wordt toegevoegd terwijl ook cultuur wordt afgetapt, kweekvolume
blijft constant. Groeiparameters worden gecontroleerd en zo nodig aangepast: temperatuur, pH,
beluchting/roersnelheid en voeding.
Een groeicurve van micro-organismen te verklaren en te beschrijven.
Fasen:
1.Lag fase
2.Exponentiele groeifase (log fase)
3.Stationaire fase
4.Afstervingsfase (lysis)
4
