Doc. RNDr. Zbyněk Prokop, Ph.D.
Ústav experimentální biologie, obor Mikrobiologie
Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita
Brno
MODERNÍ  BIOTECHNOLOGIE
A JEJICH UPLATNĚNÍ V DLOUHODOBĚ
UDRŽITELNÉM ROZVOJI
PPT-podklad-modra LL_logo_neg_RGB
Bi0005 Úvod do obecné biologie, 25. listopadu 2011

BIOTECHNOLOGIE
PPT-podklad-modra
“integrace přírodních věd a inženýrství za účelem využití organizmů, buněk nebo biomolekul k
produkci nebo službám”
           (European Federation of Biotechnology, 1989)
§červené  (medicínské)
§zelené (zemědělské)
§modré   (mořské)
§šedé     (mikrobiální)
§ bílé     (enzymatické)
pic-corn-field-big.jpg Sea_Anemones.jpg riyou.png
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ

ENZYMY
PPT-podklad-modra
qCo jsou to enzymy? -> biokatalyzátory, nástroje přírody
qK čemu slouží? -> urychlují přeměny látek a energie
      v živých organismech
§
§
§
§
§
§
§
§OXIDOREDUKTASY- oxidace/redukce
§TRANSFERASY – přenos funkčních skupin
§HYDROLASY – hydrolytické štěpení
§LYASY – štěpení C-C, C-N a C-O vazeb
§ISOMERASY - racemizace, epimerizace
§LIGASY – tvorba nových C-C, C-N, C-S a C-O vazeb
metabolic pathways.jpg two-fish k8575-26i 4656 Luberon-fleur-jaune.jpg meduza.jpg ptak.jpg
4777_21945_bakterie_fotolia.jpg larva.jpg ozsnowgum.jpg
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ

ENZYMOVÉ TECHNOLOGIE
PPT-podklad-modra
qJak je možné enzymy prakticky využít?
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
D o m á c n o s t
P o t r a v i n á ř s t v í
Z e m ě d ě l s t v í
T e x t i l n í   p r ů m y s l
O c h r a n a   p r o s t ř e d í
C h e m i e   a   f a r m a c i e

ENZYMY A DLOUHODOBĚ UDRŽITELNÝ ROZVOJ
PPT-podklad-modra
qJaké výhody využitím enzymů získáme?
qinovativní produkty a procesy – konkurenceschopné, splňující kritéria dlouhodobě udržitelného
rozvoje
q“… rozvoj, který uspokojuje současné potřeby aniž by ohrožoval možnosti budoucích generací
uspokojovat jejich budoucí potřeby” (WCED, 1987)
§šetrné k životnímu prostředí
§ochrana neobnovitelných zdrojů
§využití obnovitelných materiálů
§recyklace odpadů
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ

PPT-podklad-modra
PŘÍKLAD: hydrolýza penicilinu G
Biotechnologie (+30°C)
1000 t         penicilin G
45 t             amoniak
10,000 m3     voda
1 t               ENZYM
                   (1 $/kg 6-APA)
Chemický proces (-40°C)
1000 t    penicilin G
160 t    amoniak
300 t    dimetylchlorosilan
800 t    N,N-dimetylanilin
600 t    fosfopentachlorid
4,200 m3    dichlormethan
4,200 m3    n-butanol
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
ENZYMY A DLOUHODOBĚ UDRŽITELNÝ ROZVOJ

PPT-podklad-modra
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
ZDROJE ENZYMŮ
qJak a kde vhodné enzymy získáváme?
q„screening“ mikroorganismů
q
q(meta)genomové knihovny
q
qgenové databáze
q
qproteinové inženýrství
ffungal

PPT-podklad-modra
DhaAwt
výzkum a vývoj halogenalkandehalogenas (HLDs)
pro biotechnologické aplikace
HLD.jpg
BIOSENSING
BIOKATALÝZA
BIODEGRADACE
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
LOSCHMIDTOVY LABORATOŘE

PPT-podklad-modra
qBIOKATALÝZA
§2004: objev stereoselektivity HLDs1
1 Prokop, Z., Damborsky, J., Nagata, Y., Janssen, D.B. 2004. WO 2006079295
alkanes.jpg esters.jpg
Léčiva
Feromony
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ
Bradyrhisobium
japonicum

PPT-podklad-modra
Graphical Abstract.jpg
 2 Prokop, Z., Sato, Y.,  Brezovsky, J., et al. 2010. Angew. Chem. Int. Ed. 49: 6111–6115
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ
qBIOKATALÝZA
§2004: objev stereoselektivity HLDs1
§2010: vyřešen mechanismus selektivity2
Bradyrhisobium
japonicum

PPT-podklad-modra
3 Koudelakova, T., Prokop, Z., Sato, Y., et al. .2011. (in preparation)

E-hodnota

DhaA
DhaA06
etyl 2-hydroxypropionát
72
>200
2-heptanol
2
10
M5
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ
qBIOKATALÝZA
§2004: objev stereoselektivity HLDs1
§2010: vyřešen mechanismus selektivity2
§2011: inženýrství stereoselektivity3
Bradyrhisobium
japonicum

PPT-podklad-modra
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ
qBIOKATALÝZA
§2004: objev stereoselektivity HLDs1
§2010: vyřešen mechanismus selektivity2
§2011: inženýrství stereoselektivity3
§APLIKACE: farmaceutický průmysl
oDSM Pharma (Holandsko)
oZentiva, Sanofi-Aventis (Česká republika)
Bradyrhisobium
japonicum

PPT-podklad-modra
4 Prokop, Z., Damborsky, J., Oplustil, F., Jesenska, A., Nagata, Y.2005.WO 2006128390

 5 Prokop, Z., Oplustil, F., DeFrank, J., Damborsky, J. 2006. Biotech. J. 1: 1370-1380
HD.jpg
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ
Sphingobium
japonicum
qBIOKATALÝZA
qBIODEGRADACE
§2005: objev aktivity s bojovými látkami4,5

PPT-podklad-modra
6 Koudelakova, T., Chaloupkova, R., Brezovsky, J., Prokop, Z., et al. (in preparation)
DhaA80.png
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ
Sphingobium
japonicum
qBIOKATALÝZA
qBIODEGRADACE
§2005: objev aktivity s bojovými látkami4,5
§2011: inženýrství stability6
Fig_2CZ.jpg

PPT-podklad-modra
PNL, USA
NATO ToE
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ
qBIOKATALÝZA
qBIODEGRADACE
§2005: objev aktivity s bojovými látkami4,5
§2011: inženýrství stability6
§
§APLIKACE: civilní obrana a vojenství
oVOP 026 Štenberk (Česká republika)
oDSTL (UK)
oFoster-Miller (USA)
oITP Bundeswehr (Německo)
oPacific Northwest Laboratory (USA)
Sphingobium
japonicum

PPT-podklad-modra
7 Bidmanova, et al. 2010. Analytical and Bioanalytical Chemistry 398:1891–1898
8 Bidmanova, et al. 2010. Chemicke Listy 104: 302-308
Obr_2_zmena
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ
qBIOKATALÝZA
qBIODEGRADACE
qBIOSENSING
§monitoring environmentálních polutantů7
§detekce bojových látek8

PPT-podklad-modra
9 Pavlova, et al. 2009. Nature Chem. Biol. 5: 727-733
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ
qBIOKATALÝZA
qBIODEGRADACE
qBIOSENSING
§monitoring environmentálních polutantů7
§detekce bojových látek8
§inženýrství aktivity9

PPT-podklad-modra
P1010006 aquapen-p.jpg
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
BIOTECHNOLOGICKÝ VÝZKUM A VÝVOJ
qBIOKATALÝZA
qBIODEGRADACE
qBIOSENSING
§monitoring environmentálních polutantů7
§detekce bojových látek8
§inženýrství aktivity9
§APLIKACE: monitoring životního prostředí, civilní obrana a vojenství
oTU Hannover (Německo),
oVUT Brno (Česká republika)
oColorado State University a OptiEnz (USA)
oPhoton System Instruments (Česká republika)

Loschmidtovy laboratoře MU
PPT-podklad-modra
BIOTECHNOLOGIE A UDRŽITELNÝ ROZVOJ
VÝZKUM
VÝVOJ
APLIKACE
VÝUKA