Biotechnologia witamin

Celem kursu jest zapoznanie studentów z nowoczesnymi metodami mikrobiologicznej produkcji witamin oraz porównanie systemów tradycyjnej syntezy chemicznej z użytecznością procesów realizowanych metodą bioinżynierii. Zastosowanie metod mikrobiologicznej produkcji witamin gwarantuje redukcję kosztów, zmniejszenie ilości odpadów, wydatkowanej energii jak również wykorzystanie nowych surowców, takich jak cukier czy oleje roślinne.

Każdy wykład poświęcony jest prezentacji jednej z metod biotechnologicznej syntezy wybranej witaminy. Omówienie szczegółów procesu produkcji poprzedzone jest syntetycznym ujęciem najważniejszych własności fizykochemicznych oraz walorów żywieniowych witaminy

Tematyka zajęć:

- Definicja i podział witamin, substancje witaminopodobne. Perspektywy zastosowania biotechnologii witamin w żywieniu człowieka. Strategie inżynierii genetycznej w celu zwiększania biodostępności witamin oraz wzbogacania produktów żywnościowych w witaminy. Argumenty za wprowadzeniem procesów mikrobiologicznej syntezy wobec tradycyjnych technik syntezy chemicznej. Fitofarming.

- Przedstawienie klasyfikacji i budowy karotenoidów. Rola i znaczenie żywieniowe pochodnych likopenu. Tworzenie konstruktów genowych z udziałem Agrobacterium tumefaciens. Wprowadzenie ścieżki biosyntezy β-karotenu do endospermy ryżu metodą inżynierii genetycznej.

- Budowa i funkcja witaminy C, aspekty biochemiczne działania kwasu L-askorbinowego. Proces Reinchsteina jako przykład wieloetapowej syntezy chemicznej witaminy na skalę przemysłową. Produkcja mikrobiologiczna L-askorbinianu – mikroglony i drożdże. Inżynieria genetyczna w kierunku wzbogacania tkanek roślinnych w witaminę C. Perspektywy produkcji kwasu L-askorbinowego w ramach jednoetapowej biofermentacji realizowanej przez transgeniczne mikroorganizmy.

- Struktura tokochromanoli i ich funkcja antyoksydacyjna w ochronie składników lipidowych komórek. Produkty żywnościowe z najwyższą zawartością witaminy. Tokoferole jako nutraceutyki. Szlak biosyntezy witaminy E. Kierunki modyfikacji genetycznej ścieżki biosyntezy tokoferoli na przykładzie Arabidopsis thaliana oraz soi.

- Unikalna struktura i funkcja witaminy B12. Aspekty ewolucyjne - archebakterie jako punkt wyjścia do dywersyfikacji struktury i roli związków pirolowych w funkcjonowaniu żywnych organizmów. Koenzymatyczne pochodne cyjanokobalaminy i ich funkcja w syntezie DNA i białek. Mikrobiologiczna produkcja kobalamin – bakterie metanowe, szczepy Steptomyces olivaceus. Zastosowanie inżynierii genetycznej i nieukierunkowanej mutagenezy w celu zwiększenia wydajności produkcji witaminy B12 na przykładzie Propionibacterium shermanii oraz Bacillus subtillis.

- Mio-inozytol: substancja witaminopodobna czy witamina? Budowa i własności fizykochemiczne mio-inozytolu. Ścieżka biosyntezy inozytoli i funkcja ich fosforanowych pochodnych w sygnalizacji międzykomórkowej. Enzymatyczna generacja mio-inozytolu w układach modelowych i na przykładzie pieczywa wzbogaconego w enzymy fosforolityczne.

1. Gawęcki J. „Witaminy” Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Poznaniu, Poznań,2000.

2. Duliński, R., 2010. BIOTECHNOLOGICAL METHODS OF PRODUCING VITAMINS USING MICROORGANISMS. Żywnosc-Nauka Technologia Jakosc 17, 5-19.

3. Aguiar, T.Q., Silva, R., Domingues, L., 2015. Ashbya gossypii beyond industrial riboflavin production: A historical perspective and emerging biotechnological applications. Biotechnology Advances 33, 1774-1786.

4. Capozzi, V., Russo, P., Duenas, M.T., Lopez, P., Spano, G., 2012. Lactic acid bacteria producing B-group vitamins: a great potential for functional cereals products. Applied Microbiology and Biotechnology 96, 1383-1394.

5. Frengova, G.I., Beshkova, D.M., 2009. Carotenoids from Rhodotorula and Phaffia: yeasts of biotechnological importance. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology 36, 163-180.

6. P.Moszczyński, R.Pyć „Biochemia witamin” Wydawnictwo Naukowe PWN,1999

7. Ajjawi I., Shintani D., Engineered plants with elevated vitamin E: a nutraceutical success story, Trends in Biotechnology, 22: 104-107, 2004.

8. Piao Y. i wsp., Production of vitamin B12 in genetically engineered Propionibacterium freudenreichi. Journal of Bioscience and Bioengineering, 98: 167-173, 2004.

9. Hancock R.D., Viola R., Biotechnological approaches for L-ascorbic acid production. Trends in Biotechnology, 20:299-305, 2002.

10. Martens J.H. i wsp., Microbial production of vitamin B12. Appl. Microbiol. Biotechnol., 58: 275-285, 2002.

WIEDZA - absolwent zna i rozumie:

- zagadnienia z zakresu struktury i podstawowych funkcji witamin w organizmach żywych. Potrafi różnicować wpływ określonych witamin na procesy metaboliczne.

- zagadnienia nt. zastosowania witamin w produkcji żywności.

- metody mikrobiologicznego wytwarzania witamin i czynniki wpływające na wydajność tej produkcji.

- przykłady zastosowań technik inżynierii genetycznej w projektowaniu metabolizmu pod kątem zwiększonej produktywności witamin.

UMIEJĘTNOŚCI - absolwent potrafi:

- analizować proces ekstrakcji witamin z wykorzystaniem nowoczesnych technik SPE

- umiejętnie dobrać odpowiednie metody ekstrakcji pod kątem określonej witaminy i materiału źródłowego oraz stopnia jego przetworzenia

- projektować metody izolacji witamin z żywności i płynów biologicznych przy pomocy dedykowanego oprogramowania.

KOMPETENCJE SPOŁECZNE - absolwent jest gotów do:

- pracy w grupie i współdziałać w kierunku opracowania najlepszej techniki analizy

test jednokrotnego/wielokrotnego wyboru (70%) oraz analiza przypadku, rozwiązanie zadania problemowego (30%)

nie dotyczy