El número de mutantes con aumento de rendimiento depende de:

  • La cepa
  • Las condiciones de mutagénesis
  • La vía de biosíntesis
  • La regulación del producto que está siendo optimizado.

Mutaciones Puntuales

Las mutaciones puntuales se utilizan para mejorar cepas microbianas. Estas mutaciones se pueden revertir.

Tipos de Mutaciones Puntuales

  • Sustitución de un nucleótido por otro.
  • Corrimiento del marco de lectura.
  • Inserciones.
  • Deleciones.

Revertante o Revertante

Una cepa revertante es aquella que restaura el fenotipo de la cepa silvestre.

Tipos de Revertantes

  • De un mismo sitio: cuando la mutación que restaura la actividad ocurre en el mismo sitio donde ocurrió la mutación original.
  • De segundo sitio: cuando la mutación que restaura la actividad ocurre en un sitio diferente del DNA.

Mutágenos

Mutágenos Químicos

Análogos de bases:

  • 5-Bromouracilo por timina
  • 2-Aminopurina en lugar de adenina.

Agentes que reaccionan con el DNA:

  • Ácido nitroso (HNO2).
  • Hidroxilamina (NH2OH).
  • Agentes alquilantes: etil metano sulfonato (EMS), metil metano sulfonato (MMS), dietil sulfato (DES), diepoxi butano (DEB), N-metil-N-nitro-N-nitrosoguanidina (NTG), N-metil-N-nitroso urea y gas mostaza.

Agentes intercalantes:

Acridinas y bromuro de etidio, se insertan entre dos pares de bases del DNA.

Radiaciones

Luz Ultravioleta

  • Entre 200 – 300 nm con absorción máxima a 254 nm. Produce la formación de dímeros de pirimidinas adyacentes: (timina-timina; timina-citosina; citosina-citosina).
  • Dosis usual: radiación que produzca 90% – 95% de muerte en la población.
  • En presencia de luz, hasta el 80% de los dímeros de timina que existen en el genoma pueden ser fotorreactivados.
  • La frecuencia de mutación se incrementa evitando los mecanismos de fotorreactivación.

Radiación Ionizante

Rayos X, rayos cósmicos y rayos gamma. Causan indirectamente efectos mutagénicos debido a la ionización del agua y de otras sustancias.

Biorreactores

Agitadores

  • Tipo Turbina: Presentan un patrón de flujo radial. Pueden presentar un disco donde tienen acoplado unas hojas y pueden variar en número y tamaño.
    • Aplicación:
      • Líquidos poco viscosos, usar tipo Rushton de paleta plana.
      • Cuando la viscosidad aumenta, usar tipo ancla.
      • Para reducir el tiempo de mezcla de líquidos con viscosidad elevada, tipo spin.
      • Para microorganismos frágiles, tipo paleta encorvadas.
  • Tipo Hélice: Presentan patrón de flujo axial. Presentan en sus extremos paletas truncadas por una hélice y pequeñas paletas de hélice de paso invertido. El flujo circula de arriba hacia abajo.
    • Eficaces para tanques de gran tamaño.
    • Opera con velocidad elevada.
    • Los agitadores de hélice más pequeños giran a 1.150 ó 1.750 rpm.
    • Los mayores giran de 400 a 800 rpm.
    • Aplicación:
      • Para fluidos viscosos (hélice de paletas grandes).

Elección del Tipo de Impulsor

  • Definición de características geométricas.
  • Designar longitud de las contra paletas o BUFLES, para evitar fenómeno de vórtice.
  • Establecer la potencia absorbida por el líquido.
  • Establecer si son sistemas con fluidos Newtonianos no aireados o fluidos Newtonianos aireados.

Fluidos Newtonianos No Aireados

Número de Newton (o de potencia): Np

Np = Fuerza aplicada/fuerza de la inercia

Relaciona la energía requerida por los reactores agitados

Np = Po/N3.Di5. d

  • N = Velocidad de agitación
  • Ρo = fuerza de agitación
  • Di = diámetro del agitador
  • d = densidad del medio

Número de Reynolds

Determina el flujo que se tiene que dar dentro del reactor (velocidad de flujo). Relaciona las fuerzas de inercia y viscosidad.

NRe = Re = Dia2. N. d/n

  • Di = diámetro del agitador (cm)
  • N = velocidad del agitador (seg-1)
  • d = densidad
  • n = viscosidad dinámica

Fluidos Newtonianos Aireados

Cuando se aplica aire a un sistema la potencia baja, el aire absorbe energía.

Existe la relación: Pg/P = Na

  • Pg = potencia que se consume por agitación en presencia de gas
  • P = potencia sin gas.
  • Na = agitación definida.

A mayor aireación mayor potencia requerida para generar aire y menor para agitación.

LOOP..dia.trab/alt.trab=1/4*dia.tubo.draft/diam.trab=1/3,*alt.tubo.dra./alt.trab=2/3.*Holdup/alt.trab.=1/5.*alt.filtro./alt.frasco=2/3……

-AGITADO.-diam.impul/diam.tank=1/3.*long d bafle/diam impul=1/4.*alt d placa/diam impu=1/5.*alt d reacto/diame impul=1.*ancho d bafle/diam tanque=1/10.

Rol del O2

  • Como receptor final de electrones y de los protones producidos en las reacciones de oxidación.
  • Como inductor o represor de la síntesis de enzimas respiratorias (forma directa).
  • En forma indirecta, en el metabolismo energético.
  • La demanda de O2 depende del crecimiento del microorganismo y producción de metabolitos.
  • La transferencia de masa de O2 se simboliza Na (Na = KL a (C* – CL) = Ot R)
  • Na = transferencia de O2 dependiente de volumen
  • KL = coeficiente de transferencia en la interfase.
  • a = superficie específica de intercambio.
  • C* = valor de saturación de gas disuelto en la interfase.
  • CL = concentración de gas disuelto.
  • KLa = coeficiente volumétrico de transferencia de O2.(Na) Es el parámetro crítico para el funcionamiento del reactor.

Depende de:

  • Del Biorreactor: diámetro, capacidad, potencia, sistema de aireación y velocidad de aireación.
  • De la solución: nutrientes, microorganismos, agentes antiespumantes y la Tº.
  • Las sustancias antiespumantes reducen el valor de KLa.
  • Los microorganismos tienen un efecto sobre la transferencia actuando como barreras.
  • El valor de KLa desciende a medida que aumenta el tamaño de los pellets.
  • En ausencia de microorganismos la transferencia de O2 se detiene, entonces el medio está saturado.
  • En el reactor con inóculo, la concentración de O2 disuelto en el medio disminuye. Máxima transferencia de O2 se logra cuando CL es igual a cero.
  • Cuando CL disminuye cerca de la concentración crítica de O2, el crecimiento microbiano se hace lento.

Las Fermentaciones Deben Ser Llevadas a Cabo:

  • Un margen estrecho de temperatura o constante.
  • Por la agitación y a la actividad metabólica se debe recurrir a sistemas de refrigeración (camisas de agua).