L LOSCHMIDT , LABORATORIES moderní biotechnologie A JEJICH UPLATNĚNÍ V DLOUHODOBĚ UDRŽITELNÉM ROZVOJI Doc. R N D r. Zbyněk Prokop, Ph.D. Ústav experimentální biologie obor Mikrobiologie a molekulární biotechnologie Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita, Brno BÍ0005 Úvod do obecné biologie, 13. listopadu 2013 Dlouhodobě udržitelný rozvoj □ Jak to můžeme změnit? Dlouhodobě udržitelný rozvoj á Soci Economic Environment □ KONCEPT DLOUHODOBÉ UDRŽITELNOSTI ... s cílem poskytnout nezbytné „... rozvoj, který uspokojuje potřeby současné generace, aniž by ohrožoval možnosti budoucích generací uspokojovat jejich vlastní potřeby,, World Commission on Environment and Development, 1987 Biotechnologie □ biotechnologie jsou klíčové technologie 21. století □ "integrace přírodních věd a inženýrství za účelem využití organismů, buněk nebo biomolekul k produkci nebo službám" □ šetrné k životnímu prostředí přírodní procesy (bioprocesy) ■ ochrana zdrojů a surovin □ 1/3 celosvětové produkce biotechnologicky v roce 2030 □ světový biotechnologický trh 300 bilionů EUR European Federation of Biotechnology, 1989 Biotechnologie □ bílé - průmyslové ■ produkce proteinů/enzymů ■ produkce čistých chemikálií □ červené - lékařské biotechnologie ■ nové vakcíny a farmaceutika ■ moleculární diagnostika a farmakogenomika ■ buněčná a genová terapie □ zelené - zemědělské biotechnologie ■ transgenní rostliny a živočichové ■ biopesticidy environmentálni biotechnologie ■ biosensing a bioremediace □ modré - mořské a akvatické European Federation of Biotechnology, 1989 Enzymové biotechnologie □ Co jsou to enzymy? □ K čemu slouží? l-VACCINATi 1CM,). C< ch, , c... TiCmain IotiOm -}.«-DCHYDftO-ECANOYl-ACP e-CM.-OC-KMjVCH! 0 M M ACITTLMALONYI-INZYMÍ l-l-CH, Enzymové biotechnologie □ Jak je možné enzymy prakticky využít? amylases xylanases proteases \ proteases peptidases lipases lactase 1 pectinases lipases lactase wumiifo miuiiif..' cellulases ligninases xylanases amylases amylases proteases cellulases lipases J0°C European Federation of Biotechnology, 1989 Enzymové biotechnologie restrictases DNA ligases polymerases amylases proteases cellulases phytases lipases asparaginase DNase urokinases proteases amylase cellulases catalase Enzymy a dlouhodobý rozvoj □ Jaké výhody využitím enzymů získáme? □ inovativní produkty a procesy □ ekonomicky konkurenceschopné □ splňující kritéria dlouhodobě udržitelného rozvoje ■ šetrné k životnímu prostředí ■ úspora energie a surovin ■ využití obnovitelných zdrojů ■ minimalizace produkce odpadů Chemický proces Í-40°C) Biotechnoloaie Í + 30°C) 1 000 t penicilin G 1000 t penicilin G 1 60 t amoniak 45 t amoniak 300 t dimetylchlorosilan 10,000 m3 voda 800 t N, A/-d i metylan i I i n 1 t ENZYM 600 t fosfopentachlorid (1 $/kg 6-APA) 4,200 m3 dichlormethan 4,200 m3 n-butanol Biotechnologický výzkum na MU Biokatalyza Bradyrhisobium japonicum Br A HLDs, pH 8.6, 20°C Br R HLDs, pH 8.6, 20°C DSM Bi OH + JL R ' R S e.e. > 98% S Br OH S e.e. > 99% S 6RIGHTSCIENCE. BRIGHTER LIVING- ZCNTIVA SPOUEtNQST SKUPINY SANOFI Drugs Feromones 1 Prokop, Z., Damborsky, J., Nagata, Y., Janssen, D.B. 2004. WO 2006079295 2 Prokop, Z., Sato, Y., Brezovsky, J., et al. 2010. Angew. Chem. Int. Ed. 49: 6111-15 3 Prokop, Z., Damborsky, J., Oplustil, F., Jesenská, A., Nagata, Y.2005.WO 20061 28390 4 Prokop, Z., Oplustil, F., DeFrank, J., Damborsky, J. 2006. Biotech. J. 1: 1 370-1 380 Biosensing f\ Photon ^ * Systems Instruments 5 Bidmanova, et al. 2010. Analytical and B i o a n a I y t i c a I Chemistry 398:1 891 -1 898 6 Bidmanova, et al. 2010. Chemické Listy 1 04: 302-308 Vzdělávání Molekulární biotechnologie BÍ7430 Období: podzim Rozsah: přednáška 2 hodiny/týden, cvičení 2 hodiny/týden Přednášky: Doc. Zbyněk Prokop, Dr. Jaroslav Turánek, Mgr. Pavel Dvořák, Cvičení: Dr. Šárka Bidmanová, Dr. Koen Beerens, Dr. Veronika Štěpánková, Mgr. Lukáš Chrást Osnova: proteinové a metabolické inženýrství genetické inženýrství rostlin a živočichů molekulární diagnostika, vakcíny, terapeutika buněčná a genová terapie, regenerativní medicína molekulární biotechnologie v průmyslu a zemědělství ii II J) ?l íl 'II ii;; utiii • r a t 10 11 it II II II II II II Í1 22 I Mikrobiologie BÍ5710 Období: podzim Rozsah: přednáška 2 hodiny/týden Vyučující: Mgr. Šárka Bidmanová, Ph.D. Osnova: ■ principy obecné a aplikované mikrobiologie ■ odlišnosti mezi prokaryotickými a eukaryotickými mikroorganismy ■ vzájemné vztahy mezi mikroorganismy a vnějším prostředím ■ nejvýznamnější bakterie, archea, kvasinky, vláknité houby a viry Mikrobiologické exkurze BÍ7171 ■ Období: jaro ■ Rozsah: 4 dny ■ Vyučující: Mgr. Šárka Bidmanová, Ph.D., doc. RNDr. Ivan Rychlík, Ph.D., RNDr. Jaroslav Sojka, CSc. ■ Exkurze: ■ Výzkumný ústav veterinárního lékařství - www.vri.cz ■ Contipro Group - www.contipro.com ■ Pivovar Starobrno - www.starobrno.cz ■ Bioveta - www.bioveta.cz ■ Čistírna odpadních vod - www.bvk.cz Proteinové inženýrství BÍ7410 ■ Období: jaro ■ Rozsah: přednáška 1 hodina/týden ■ Vyučující: Mgr. Radka Chaloupková, Ph.D., Mgr. Eva Šebestová, Ph.D. ■ Osnova: ■ strukturně-funkční vztahy proteinů ■ metody exprese a purifikace rekombinantních proteinů ■ metody strukturní a funkční analýzy proteinů ■ racionální design, semi-racionální design a řízená evoluce ■ příklady využití proteinového inženýrství Bioinformatika Bi5000+Bi9060+Bi9061 ■ Období: podzim ■ Rozsah: přednáška 2 hodiny/týden, cvičení 2 hodiny/týden ■ Vyučující: prof. Mgr. Jiří Damborský, Dr., doc. RNDr. Roman Pantůček, Ph.D Mgr. Eva Šebestová, Ph.D. ■ Osnova: ■ bioinformatické databáze a jejich prohledávání ■ analýza nukleotidových a proteinových sekvencí ■ hledání a identifikace genů ■ analýza a předpověď struktury proteinů Strukturní biologie Bi9410+9410c ■ Období: podzim ■ Rozsah: přednáška 2 hodiny/týden, cvičení 2 hodiny/týden ■ Vyučující: Mgr. Jan Brezovský, Ph.D., Mgr. Eva Šebestová, Ph.D. ■ Osnova: ■ struktura, stabilita a dynamika biologických makromolekul ■ makromolekulami interakce a komplexy ■ stanovení a předpověď struktury, identifikace důležitých oblastí ■ stanovení vlivu mutace na strukturu a funkci proteinu ■ aplikace v biologickém výzkumu, návrhu léčiv a biokatalyzátorů L LOSCHMIDT , LABORATORIES Ústav experimentální biologie obor Mikrobiologie a molekulární biotechnologie BÍ0005 Úvod do obecné biologie, 13. listopadu 2013