21
zaterdag 13 mei 2017 1. Biotechnologie Introductie: definitie, toepassing, classificatie, geschiedenis - Proces = opeenvolging van onderling afhankelijke procedures (elke stap gebruikt hulpmiddelen) om inputs te converteren in outputs. Na elke procedure dienen output als inputs, tot een doel of resultaat bereikt is. - Technologie = de kunde/kennis/gebruik van technieken/methodes/systemen van organisaties om een probleem om te lossen of functie uit te voeren. - Proces engineering = het doornemen van een vaste set procedures om iets te converteren m.b.v.. een opeenvolging van stappen en beslissingen. = het uitvoeren van een set samenhangende taken om inputs naar output te transformeren, door mens/natuur/machine en m.b.v. hulpmiddelen. = de samenwerking om een project geheel af te werken; een set aan transformaties van inputs naar outputs, gekarakteriseerd door parameters en (technische) beperkingen. - Proces systeem engineering = specificatie, optimalisatie, realisatie en aanpassing van het proces om materie te transformeren of producten te fabriceren; continu, repetitief of op schaal. = ontwerpen, uitvoeren, controleren en optimaliseren van chemische, fysische of biologische processen via computergestuurde methodes. - Science process = methode dat resulteert in de transformatie tot een fysiek/ biologisch object, substantie of organisme. - Proces controle = statistische en ingenieursdiscipline om procesuitkomsten te controleren, de output te handhaven binnen de gewenste grenzen = verzekeren dat een proces voorspelbaar, stabiel en consistent werkt, op gewenst performantie niveau en met normale variantie. - Statistic process controller = alle statistische technieken om processen op te volgen, te sturen. - Proces management = het plannen en opvolgen van proces performantie. - Industrieel proces = de procedure van (bio)chemische of mechanische stappen om iets te fabriceren. - Biologisch proces = proces rond levende cellen, systemen, organismen; nutriënten als input, een geheel van cellen is de proces architectuur, metabolieten als output. 1

zaterdag 13 mei 2017 1. Biotechnologie · Virus is een biologisch systeem, maar geen levend systeem. ... -Eukaryote levenscyclus = diploid x (mitose) —> haploid x (meiose) —>

Embed Size (px)

Citation preview

zaterdag 13 mei 2017

1. Biotechnologie

Introductie: definitie, toepassing, classificatie, geschiedenis - Proces = opeenvolging van onderling afhankelijke procedures (elke stap gebruikt

hulpmiddelen) om inputs te converteren in outputs. Na elke procedure dienen output als inputs, tot een doel of resultaat bereikt is.

- Technologie = de kunde/kennis/gebruik van technieken/methodes/systemen van organisaties om een probleem om te lossen of functie uit te voeren.

- Proces engineering = het doornemen van een vaste set procedures om iets te converteren m.b.v.. een opeenvolging van stappen en beslissingen. = het uitvoeren van een set samenhangende taken om inputs naar output te transformeren, door mens/natuur/machine en m.b.v. hulpmiddelen.= de samenwerking om een project geheel af te werken; een set aan transformaties van inputs naar outputs, gekarakteriseerd door parameters en (technische) beperkingen.

- Proces systeem engineering = specificatie, optimalisatie, realisatie en aanpassing van het proces om materie te transformeren of producten te fabriceren; continu, repetitief of op schaal.= ontwerpen, uitvoeren, controleren en optimaliseren van chemische, fysische of biologische processen via computergestuurde methodes.

- Science process = methode dat resulteert in de transformatie tot een fysiek/biologisch object, substantie of organisme.

- Proces controle = statistische en ingenieursdiscipline om procesuitkomsten te controleren, de output te handhaven binnen de gewenste grenzen = verzekeren dat een proces voorspelbaar, stabiel en consistent werkt, op gewenst performantie niveau en met normale variantie.

- Statistic process controller = alle statistische technieken om processen op te volgen, te sturen.

- Proces management = het plannen en opvolgen van proces performantie.

- Industrieel proces = de procedure van (bio)chemische of mechanische stappen om iets te fabriceren.

- Biologisch proces = proces rond levende cellen, systemen, organismen; nutriënten als input, een geheel van cellen is de proces architectuur, metabolieten als output.

�1

zaterdag 13 mei 2017- Bioprocessing = het gebruik van biologisch materiaal (levende cellen of

componenten zoals enzymen) om een proces te doorlopen voor een commercieel/medisch/wetenschappelijke reden.

- Bioprocess engineering = het ontwerpen en ontwikkelen van de uitrusting en methodes om vanuit biologisch materiaal bio-producten te kunnen fabriceren (voeding, voeder, medicatie, chemicaliën)

- Proces technologie = de conversie van inputs (hulpmiddelen) tot outputs (finaal product) m.b.v. een doel, vereisten, werknemers, beslissingen, instructies, opeenvolging van stappen, specificaties, registraties, metingen, vergelijkingen, feedback, controle…

- Biotechnologie = fusie tussen biologie en technologie (Chemical engineering)= proces technologie met biologische inputs en bruikbare outputs = het gebruik van biologisch materiaal om problemen op te lossen of nuttige producten te maken voor de mens= technologische toepassing van biologische systemen om producten te maken/verbeteren voor een specifiek gebruik= gecontroleerd gebruik maken van biologische agenten ter voordelig gebruik van de mens= geïntegreerd gebruik van biochemie, microbiologie en ingenieurswetenschap om een toepassing te verkrijgen door de mogelijkheden van micro organismen. = geïntegreerde wetenschap/multidiscipline om met gecontroleerde processen op levende organisme(delen) een goed eindproduct (fysiek/dienst/kennis) te verkrijgen

- Oude BT = organisme niveau: veredeling van rassen, selectie op fenotype

- Nieuwe BT = moleculair niveau: recombinanten DNA techniek: DNA basen sequentie achterhaald, volledige genetische kaarten (genome mapping)

- Biotechnologieën = cel en weefsel cultuur en toepassingen (kweek); proces technieken (bioreactor); gen therapie; bio-informatica (databases, modelleren, systemen o.b.v. genomen); nano-biotechnologie (nano fabricage van uitrusting voor biotechnologische studie); protein engineering; cloning;

- Biotechnologische toepassingen = recombinant DNA techniek (’70); diagnose, therapie, vaccin, medicijn, behandelingen; klinische studies; diagnostische test ter detectie; veilige bloed toevoer; verbeterde voeding dankzij biopesticiden; afval opruiming dankzij vuil-etende microben; schonere processen, minder afval, minder verbruik; detergenten o.b.v. Bio-enzymen; crimineel onderzoek obv. vingerafdrukken; forensische geneeskunde; antropologie; bio-sensoren in beveiliging; gewassen studie in landbouw; voedselveiligheid (tests) en voedselverwerking in de voedingssector; biobrandstof en bio-afbreekbaar plastic in de milieusector

�2

zaterdag 13 mei 2017

- Biotech sector = zwaar gereguleerd; bio-safety; pro-contra recombinant DNA in organismen; therapieën goedkeuring nodig FDA; onderzoek-intensief; onderzoeksbudget nodig door herinvesteren groot deel omzet en/of corporate partnerships met farma reuzen (kritisch voor biotech succes); jonge bedrijven met nieuwe producten hebben investeerders-kapitaal nodig om te overleven; job en werkgelegenheid creatie; hoge lonen; groene energievoorziening

- Biotechnologisch proces = nutriënten (input) die door het semi-permeabel celmembraan geraken —> metabolisme (complex proces doorheen netwerk van biochemische reacties, gekatalyseerd door enzymen/biologische katalysatoren) —> metabolieten (output) + groei aantal cellen en volume (biomassa) + restafval

- Voordelen biotech > chemisch = complexe eindproducten in minder stappen; enzymen reduceren energie verbruik, reactietijd, omgevingsvereisten, bijproducten enzymen belang stereo specificiteit

- Nadelen biotech < chemisch = fysische instabiliteit enzymen en MO (micro-org) t.g.v. omgeving; genetische instabiliteit MO t.g.v. mutatie in proces; duur; geschikt medium nodig; co-factoren nodig

- Kleuren van biotech = rood (medisch/farmaceutisch: antibiotica, genetische manipulatie); groen (landbouw/milieu: biobrandstof, bio-meststof); wit (industrieel: productie van chemicaliën mbv. gemodificeerde organismen of enzymen); blauw (wateren: aquacultuur, waterveiligheid)

- Stages van biotech = oude (ziektebestrijding met kruiden, gewassen kweken); klassieke (fermentatie, chemische transformatie, synthese MO); moderne (recombinant DNA techniek, genetische manipulatie van organismen; genetisch engineering)

- Belangrijke biotech ontdekkingen = Industrialisatie: schaalvergroting (opschalen) van fermentatie en bioreactoren Klassiek: Celtheorie, pasteurisatie, regeneratie, vaccins voor ziektes, Darwin Modern: DNA is basis molecule van het leven, link nucleinezuren, base paren, DNA helix structuur draagt genetische informatie en geeft die door elke generatie, sleutel tot evolutie en ontwikkelingsbiologie 1973: recombinant DNA techniek van Cohen & Boyer: copy paste van stukjes DNA

�3

zaterdag 13 mei 2017

2. Organismen

2.1 Levende systemen - Levende systemen = open fysisch en chemisch systeem, dat door materiaal- en

energie uitwisseling met de omgeving en zijn intern metabolisme kan interageren/groeien/reproduceren en zich kan aanpassen aan de omgeving op KT (fysisch) en LT (evolutie)

- Metabolisme = proces dat chemische stoffen uit de omgeving opneemt, transformeert en afval verwijdert naar de omgeving.

- Reproductie = groei; aanmaak van nieuwe biomassa (cellen) door bestaande cellen door opname van chemische stoffen uit de omgeving

- Communicatie = interactie van cellen door opname of uitstoot van chemische stoffen

- Omvang levende systemen = van zeer klein (1nm: micro-organismen) tot zeer groot (100m: macro organismen) afhankelijk van zichtbaar met blote oog of microscoop. moeilijke grens met niet-levende systemen vb. Moleculen.

- Micro-organismen = microbe, alle eencelligen: sub-microscopisch (niet-cellulaire structuren zoals virussen, waar te nemen met elektronenmicroscoop) vs. Microscopisch (cellulaire structuren dus incl. biologisch membraan, zoals bacteriën en eukaryote/dierlijke cellen, waar te nemen met lichtmicroscoop)

- Microbieel = gerelateerd aan micro organismen.

- Cellulaire structuren = Prokaryoot (eenvoudig, groot oppervlak tov. volume, goede doorgang) vs. Eukaryoot (complex, georganiseerde structuur, speciale interne functies van organellen voor transport etc = metabolisme).2 Niet-cellulaire systemen

2.2 Niet-cellulaire systemen - Niet-cellulaire systemen = grens tussen levend- en niet-levende systemen; geen

biologisch membraan, molecule-achtige structuur, geen cellulaire organisatie

- Prionen = eiwitten met normale aminozuren sequentie, maar abnormaal vouwpatroon, de ruimtelijke structuur veroorzaakt ziektes. = induceren de vorm-configuratie in normale proteïnen ==> Infectie wanneer weefsel modificeert tgv. Virus want levert verdere contaminatie, lokaal leeft de materie (weefselcellen) niet meer, het blijft infectieus tgv. Prionen (vb. dolle koeien ziekte). = zeer moeilijk te inactiveren (UV straling, koken, enzymen therapie…)

�4

zaterdag 13 mei 2017- Virioden = zeer klein ( moleculair), stukje genetisch materiaal zonder eiwitcapsule

(naakt), coderen geen eiwitten, veroorzaakt ziekte door binnendringen in weefsel, reproduceren en dus verspreiden zich in planten (plant-pathogenen).

- Virussen = complexer dan grote moleculen, simpeler dan biologische systemen. = nucleinezuur (DNA/RNA) in eiwitcapsule = grens tussen levend en dood systeem, levenscyclus in 2 fasen = inert als virion (extracellulair; naked—>kristalliseren—>overleven) = actief als virus (intracellulair; in vivo —>reproduceren—>destructie) = geen levenskarakteristieken want bevatten geen duidelijke lineaire levenscyclus van ontstaan tot dood, geen celstructuur, geen reproductie (gastheer nodig) en geen metabolisme (energietoevoer nodig) mechanismen.= extreem klein (submicroscopisch), geen interne structuur= gastheer nodig (cellulaire parasiet) die pakket DNA/RNA moet reproduceren (vermenigvuldiging op de gastheer), muteren snel (genetische wijziging) dus snel resistentie tegen medicatie. overname metabolisme gastheer leidt tot destructie

- Postulaat van KOCH = methode (4 voorwaarden) om aan te tonen dat ziekte veroorzaakt wordt door bepaald pathogeen (ziekteverwekker) —> prionen en eiwitten kunnen ziektes veroorzaken (infectieus)

- Infectie cyclus = random mutatie in genetisch materiaal (moleculair niveau), gemuteerd eiwit induceert dit bij normale eiwitten door aanhechting en zo ruimtelijke vormverandering (domino-effect wanneer alle abnormale dit beginnen induceren), schade wordt bereikt op schaal en manifesteren in fenotypische (ziekte)symptomen

- Virale infectie = Virus in contact met specifieke gastheercel, dringt gastheercel binnen als pakket genetisch materiaal, nucleïnezuren in eiwitcapsule, neemt mechanisme over en synthetiseert/assembleert nieuwe virussen ==> destructie gastheercel na verlaten gastheercel

- Gentherapie = gen inbrengen mbv. Virus als drager / verhicel

2.3 Cellulaire systemen: cel = eenheid levende materie - Cellulair systeem vs. levend systeem = Cellulair systeem is altijd een biologisch

systeem en wordt gescheiden van de omgeving door een biologisch membraan. Mens is een levend systeem, een macro-organisme, bestaande uit cellulaire systemen (meercellig organisme). Virus is een biologisch systeem, maar geen levend systeem.

- Cel theorie = structurele eenheid van levende systemen, organismen zijn opgebouwd uit cellen, die ontstaan door afsplitsing van bestaande cellen (exponentiële aangroei). Cellen kunnen gekweekt worden om meer cellen te produceren IN VITRO (buiten het organisme) of IN VIVO (binnen het organisme).

�5

zaterdag 13 mei 2017- Celstructuur = cellulaire organisatie binnen cytoplasma membraan

= simpel —> prokaryote cel: celkern en ribosomen cytoplasma (bacteriën)= complex —> eukaryote cel: veel organellen —> metabolisme (schimmels, protisten)= op zich —> uni-cellulair= in kolonie —> multi-cellulair: weefsel van samenhangende cellen

- Celdifferentiatie = verschillende soorten cellen, uitgaande van stamcellen (productie van cellen), die zich differentiëren in vorm en functie (zenuwcel, spiercel, huidcel). Hoe sterker de cel gedifferentieerd is, hoe moeilijker te kweken, de-differentiatie nodig

- Levenscyclus = opeenvolging van alle ontwikkelingsfasen van een biologisch systeem, vanaf zijn ontstaan (genesis) tot zijn dood

- Celdeling = basis van cel-levenscyclus: verdubbeling genetisch materiaal —> verdeling over cytoplasma —> splitsing in 2 dochtercellen = binaire splitsing —> klonen (prokaryoot)= aseksuele splitsing / ongeslachtelijke voortplanting—> mitose (eukaryoot)= seksuele splitsing / geslachtelijke voortplanting —> meiose (eukaryoot)

- Binaire splitsing = DNA replicatie, insnoering celwand, afsplitsing dochtercellen

- Eukaryote voortplanting = Interfase (voorbereiding) + Mitose/Meiose (splitsing)1. Interfase = G1 (cytoplasma vergroten, organellen aangroei), S (duplicatie genetisch materiaal; chromosomen tot chromatiden), G2 (celgroei, eiwitsynthese) + check-point: moleculair controle mechanisme van DNA replica: goedkeuring, aanpassing of geprogrammeerde celdoding 2. Mitose (2 genetisch identieke dochtercellen, vb. lichaamscellen) of Meiose (1 genetisch unieke dochtercel door reductie deling, vb. geslachtscellen)

- Generatie = tijdspanne waarin organisme begint als zygote (ontstaat), groeit en ontwikkelt, en eindigt door zelf gameten te vormen (voortplanten)

- Eukaryote levenscyclus = diploid x (mitose) —> haploid x (meiose) —> diploid y

- Metabolisme = complex netwerk van bio-chemische reacties, gekatalyseerd door enzymen. belang van celmembraan vanwege selectief permeabele begrenzing = afbraak van complexe moleculen: katabolisme —> levert ATP (energie)= synthese tot complexe moleculen: anabolisme —> vergt ATP

- Voedingstypes = bepaald door koolstofbron en energiebron = zelfvoedend met CO2 (anorganisch) —> -autotroon = afhankelijk van organische koolstoffen —> -heterotroof= energie uit licht —> foto-= energie uit verbranding energierijke verbinding (oxidatie glucose) —> chemo-

�6

zaterdag 13 mei 2017- Primaire productie = aanmaak van organische biomassa door autotrofen. Deze

koolstofrijk voedingsbron dient als nutriënt voor de heterotrofen.

2.4 Classificatie levende systemen (organismen) - Virussen (niet-cellulair) en Organismen (cellulair) volledig gescheiden.

- 3 Criteria = celstructuur (celkenmerken en celorganellen —> pro-/eukaryoot)= celvoorkomen (eencellig of meercellig; differentiatie in celfuncties)= metabolisme/voedingstype (koolstof-/energiebron —> chemo/foto/auto/heterotroof)

- 5 Kingdoms = Monera (bacteriën)—>prokaryote cel Protista (algen), Fungi (schimmels, gisten) —> eencellige eukaryoot, geen differentie Plantae (planten), Animalia (dieren) —> meercellige eukaryote cellen met differentiatie

- MONERA = prokaryoot (geen celkern), eencellig of in kolonie, celwand aanwezig, verschillende metabolismen, binaire splitsing (klonen), vele symbiotische relaties en milieus, levenscyclus: endo-spoor —> intracellulair —> biofilm= Eubacteria —> eukaryotisch metabolisme, gevoelig voor antibiotica = Archaea —> extremophiles in extreme omstandigheden (T, zuurtegraad, zout), ongevoelig aan antibiotica, interessante kenmerken voor industrie

- Endo-spoor = overlevingsmechanisme van bacteriën, zeer resistente biologische structuur, te de-activeren door sterilisatie, pasteurisatie, …

- Gramkleuring = om bacteriën te onderscheiden naargelang celwand Gram+ hebben dikke celwand (biomolecule); Gram- hebben dunne laagjes met extra bescherming (dubbel membraan)—> resistentie tegen antibiotica bij Gram- bacteriën

- FUNGI = gist (eencellig) en schimmels (meercellig), eukaryoot (celstructuur), chitine celwand, ecologische functie van bio-degradatie (organisch materiaal mineraliseren tot anorganische), leven in zure en organische en vochtige omgeving, extracellulaire werking op celwand van complexe bio-moleculen mbv. exo-enzymen, maatschappelijke relevantie vanwege ziekteverwekking (pathogene fungi) op planten en mensen, voedingsbederf, industriële relevantie in voeding en verwerking, fermentatie, …

- PROTISTEN = eukaryoot, leunt naar plantaardig of dierlijk= protozoa (amoebe), eencellige complexe celstructuur, geen celwand, divers in voeding, beweeglijk door flagellen, in vochtige omgeving = algen (micro én macroscopische strucuur), veel cellulose in celwand, fotoautotroof dus CO2—> primaire organische productie, cel bevat chloroplast, leeft in vochtige en

�7

zaterdag 13 mei 2017warme omgeving, industrie belang in voeding (zeewier), voedingssupplementen, duurzame energiebronnen (biodiesel, biomassa)

- PLANTAE = eukaryoot, celdifferentiatie in weefsels, multi-cellulair, celwand met cellulose voor fotosynthese (CO2 en H2O naar O2 en glucose), macroscopisch organisme, opdeling in mossen/bomen/planten/struiken, wortel en stengel systeem

- ANIMALIA = eukaryoot, celdifferentiatie in weefsels, multi-cellulair, geen celwand, macroscopisch organisme, endo- en exoskelet, symmetrisch, chemoheterotroof, aerobe respiratie, zuurstofrijke omgeving

2.5 Model Organismen - Model organisme = toegankelijk en te manipuleren levend systeem, goed te

bestuderen en te behouden in laboratorium setting ==> experiment voordelen ==> extrapoleren eigenschappen simpel organisme met zelfde biologisch systeem als complex organisme

- Criteria = korte levenscyclus, klein, toegankelijk, genetisch te manipuleren of analyseren, … ==> ratten of muizen, kikkers, fruitvlieg, vis, worm, schimmels

�8

zaterdag 13 mei 2017

3. In Vitro teelt

3.1 Voeding en kweek van micro organismen - In vitro = biologische technieken die buiten het lichaam van het organisme worden

toegepast (laboratoriumcontext), vb. In vitro fertilisatie (bevruchting in buisje)

- Microbiële voeding = op schaal van de cel, voeding bestaat uit elementen = organische fractie macro elementen zoals H,O,C —> energiebron —> katabool = anorganische fractie zoals N,P,S, spoorelementen (Mg,K,Ca, …) —> anabool = water H2O, organische molecule (vitamines, groei, enzym katalyserend)

- Synthetisch medium = omgeving om MO te kweken: chemische en energievereisten = chemisch niet gedefinieerd —> sommige bacteriën: niet kweekbaar, onmogelijk om omgeving te creëren = chemisch strikt gedefinieerd —> cellen: zeer complexe behoeften vanwege metabolisme (anabolisme vergt veel), moeilijk te industrialiseren —> bacteriën: algemeen medium, onbekende samenstelling, rijk aan verschillende componenten

- Extract = complexe biomolecule behandelen tot eenvoudige

- Nutritionele patronen = classificatie o.b.v. koolstof- en energiebron 1. foto-autotroof vb. planten: CO2+licht(ATP)=glucose=primaire productie -> eigen nutritionele voorziening (bruto productie - respiratie gebruik = netto productie)2. chemo-autotroof vb. Diepzee MO: CO2+ energie uit mineralen (verbinding)=glucose -> anorganische energierijke verbindingenzoals nitraat (stikstofbron)3. foto-heterotroof: voedingsbron organische C verbinding zoals glucose -> benutting netto primaire productie, afhankelijkheid 4. chemo-heterotroof vb. Mens/dieren: voeding energie uit organische verbindingen -> energie moet ook uit glucose komen, eist zuurstof voor oxidatie (aerobe respiratie)

- ATP = universele biologische energie, komt vrij bij reductie van glucose naar CO2 Mineralisatie = glucose (organisch) oxideren —> O2,CO2, H2O (anorganisch)ook steeds warmte die vrijkomt: belang in industrie —> koelen!

- Oxigene fotosynthese = (fotoautotroof) water oxideren tot zuurstof mbv. Licht

- Anoxigene fotosynthese = (fotoautotroof) waar geen zuurstof is (diepzee, vulkanisch gebied) water oxideren tot zuurstof mbv. pigment om specifiek golflengtes te capteren

- Exo-enzymes = afbraak katalyserende bacteriën, extracellulair actief (biotech toep.)chemo(organo)-heterotrofen zijn volledig afhankelijk van primaire productie autotrofen probleem: organische moleculen zijn grote bio-moleculen, niet door membraan

- Aerobe respiratie = metabolisme in staat tot moeilijkste molecules af te breken

�9

zaterdag 13 mei 2017- Anaerobe respiratie = anorganische elektronen acceptor, afbraak zonder O2

- Fermentatie = industrieel biotechnologisch belang (ethanol, melkzuur, kaas.. voeding)bij onvolledige oxidatie: glucose —> mengsel org. C + anorganische molecules

- Metabolische diversiteit = micro-organismen (MO) hebben breedste diversiteit, kunnen switchen tussen metabolismen —> interessante toepassingen

- Doel voeden en kweken MO = verkrijgen van cellen (groei biomassa en aantal) vb. weefsels, gistcellen = verkrijgen van hun producten (output metabolisme MO) vb. alcohol, antibiotica = bioconversie: manipuleren tot gewenste functie vb. Katalysatoren, steroïden

- Methodes cultuur kweek MO = batch, continu, fed-batch

3.2 Microbiële groei - Groei MO = toename afmeting: biomassa (aantal cellen door celdeling en in volume)

= toename complexiteit: cellulaire componenten als productief systeem (organellen)

- Groeitempo = toename aantal cellen per tijdseenheid

- Generatie = interval v. ontstaan cel, groei celstructuren, splitsing tot dochtercellen

- Generatietijd = verdubbelingstijd van een populatie (dubben aantal MO)

- Binaire splitsing celcyclus = ongeslachtelijke voortplanting: DNA replicatie, scheiding van origineel en replica over celinhoud, cytokinese (insnoering celwand)

- Geslachtelijke voortplanting celcyclus: toename celmateriaal G1, DNA replicatie S, verdere groei G2, splitsing door mitose (verdeling genetische info) / meiose (reductie)

- Budding celcyclus = knopvorming door gisten en schimmels (eukaryoot), assymetrische ketting van knoppen, uitstulpsel gevormd en losgemaakt, littekenvorming

- Fragmentatie celcyclus = afbreken draadvormige MO op bepaald punt in draad, geeft aanleiding tot verspreiding van de schimmels door groot draden netwerk

3.3 Groei in batch kweek - Batch kweek = cultuur kweken (cellen groeien) in een gesloten systeem (bioreactor:

specifieke voeding en omgevingstoestand) tot bepaalde densiteit waarbij de cellen geoogst en verwerkt worden voordat de voeding uitgeput geraakt

- Exponentiële groei van MO = in een bioreactor bij ongelimiteerde omstandigheden = lineaire groei door logaritmische transformatie (log 2 —> aantal generaties)

�10

zaterdag 13 mei 2017- Groeicyclus = 1. Lag: aanpassingsfase, voorstadium (te minimaliseren)

2. Groei: log/exponentiële toename, veel celdelingen, toename aantal MO (hoe kleiner MO, hoe sneller) —> primaire metabolieten, parameters x van ingesteld medium3. Stationair: stagnatie van aantal MO door uitputting voedingsbron —> secundaire metabolieten, parameters y van ingesteld medium (fase-afhankelijke condities)4. Afsterving: exponentiële afname levensvatbare MO door uitputting energiebron

- Groeikarakteristieken = reactiesnelheid of biomassa productie afhankelijk van - aanwezige biomassa (vanwege celdeling)- milieu-omstandigheden

- Generatietijd = verdubbelingstijd van populatie (dubbel aantal cellen verkregen), = gemiddelde over vele generaties cellen in hetzelfde milieu = log 2 transformatie van exponentieel groeimodel

- Specifieke groeisnelheid = hoeveelheid cellen gevormd t.o.v. cellen aanwezig, onder bepaalde milieu-omstandigheden (specifiek voor omgevingstoestand en moment)

- Groei limiterende voedingsstoffen = wetmatigheid dat groei proportioneel evolueert met de meest schaarse voedingstof, 1 tekort (drempelwaarde) zal de groei beperken = 2 effecten: invloed op groei tempo (aangroei) + limiteert max mogelijke hoeveelheid

- Monod vergelijking = relatie tussen concentratie limiterende stof en groeisnelheid —> hyperbolische relatie, asymptotisch naar max. hoeveelheid Ks constante waarde (lage dimensie eenheid 10^-5): biologisch concurrentiegedrag, competentie voor nutriënten, affiniteit voor enzymes lever goede werking substraatin batch zijn limiterende grensconcentraties laag: niet direct probleem voor cultuur

- Growth yield coefficient = nieuwe cellen gevormd (aangroei) / substraat verbruikt = efficiëntie meting, liefst zo hoog mogelijk, zoals rendement, visie op productiviteit, kost zit in substraat bij industriële batch

- Specifieke metabolische snelheid = verbruik van substraat / biomassa eenheid (cel)= performantie cultuur qua substraat consumptie

- Snelheid C-bron consumptie = belang in inzicht in gebruik van C elementen als voedingsbron (biomassa) en energiebron (respiratie)

- Energie verbruik = ATP opbrengst vrij constant over alle culturen heen, in tegenstelling tot verbruik van substraat sterk variërend

- Asynchrone cultuur = cellen zitten niet in dezelfde fase van levenscyclus

- Snelgroei bacteriële culturen= DNA replicatie en splitsing lopen over in elkaar

�11

zaterdag 13 mei 2017

3.4 Groei in continue kweek - Groei levende systemen = om te kunnen kweken, moet je de MO levend houden. De

mogelijke technieken zijn het biologisch proces te laten lopen in een geconditioneerde reactor (stabiele T, steriel), voeding toevoegen en uiteindelijk oogsten.

- Continue kweek = continu nutriënten toevoegen (voeden) en output oogsten = het volume van de tank blijft constant door input = output debiet= debiet bepaalt de groeisnelheid van micro-organismen —> te optimaliseren = meer controle op proces en biochemische reacties: concentratie limiterende nutriënt, temperatuur, celdichtheid en groeisnelheid = open doorstroom systeem: aanvoer voedend medium en afname cellen/output= grote volumes, lage waarde (afvalwater, ethanol)

- Chemostat = chemische omgeving statisch; biorechter waaraan onophoudelijk vers medium aan toegevoegd wordt en cultuur wordt afgetapt. Ideaal voor celgroei in suspensie (oplossing van cellen in medium)= perfect gemixt, 1 limiterende nutriënt, constant voedingstempo, oogsttempo, volume

- Groeisnelheid = hangt af van toevoegen vers medium en het limiterend nutriënt erin: zolang oogst/voedingsdebiet de groei niet overschrijdt, zal het evenwicht of de steady state groei plaatsvinden

- Wash out = debiet > groeipotentie: directe uitloop van medium (glucose is duur, beter uit afval halen) want micro organismen zijn nog niet gegroeid

- Dilution rate: Verdunningstempo = debiet/volume. Als deze te dicht bij de groeisnelheid komt, kan er snel uitloop plaatsvinden en geen consumptie door MO

- Zelfregulerend systeem = balans tussen toename door groei (mhu) en afname door wegvloeiing (0). Op steady state niveau kan er permanent geoogst worden, het is veilig doordat er een homeostatisch plateau gevormd wordt, onbalans wordt gecompenseerd (negatieve feedback loop): als de groeisnelheid boven de uitvloei snelheid ligt, zal de concentratie cellen toenemen en zo ook het medium verbruik, waardoor de groeisnelheid zal dalen

- Ks Monod constante = substraat waarde waarbij groeisnelheid helft van maximale is(vb. Zuurstof, want nutriënten meestal in overvloed = Permeaat, transport enzyme, affiniteit voor bepaald substraat, bepaalt zo effectiviteit van transport en dus Ks

- Substraat concentratie = karakteriseren (Y, mhu, Ks) voor specifiek MO, enkel onder specifieke omgeving omstandigheden, dus bij verandering van milieu, veranderen de parameters

�12

zaterdag 13 mei 2017- Verschil batch = cultuur verandert continu, groei en output zijn eindig, biomassa stijgt

maar ook de bijproducten dus het milieu verandert= producten van hoge waarde, secundaire metabolieten (geproduceerd door MO in de stationaire groeifase) vb. antibiotica, enzymen

- Industrieel gebruik = processen op grote schaal hebben risico op contaminatie (besmetting door ongewenste MO, concurrerende levende systemen weg te halen door sterilisatie), hoe korter de processen gehouden worden, hoe kleiner het risico, de continue kweek heeft een oneindig proces dus niet op te schalen, veel kans op storing = voorkeur voor BATCH vanwege korte duur dat proces loopt, indien er gemuteerde dochtercellen voorkomen in reactor met miljoenen cellen zal de impact klein zijn

- Industriële steriliteit = medium en reactor wordt behandeld en is bewezen steriel gedurende de looptijd van de batch kweek, geen contaminatie risico tijdens proces, batch per batch opvolgen, er kan steeds maar 1 batch per keer slecht zijn

- Vooronderzoek = continu cultuur is ideaal voor onderzoek, alvorens industrialisatie op schaal, het permitteert een hoge experimentele controle: exponentiële fase met constante concentratie/omgeving/groeisnelheid, variabele per variabel invloed check= ideaal voor medische sector, belang van zuiverheid, constantheid, kwaliteit (regels)

- Productiviteit = uniforme kwaliteit van producten, continu afgeleverd

- Toepassing = studie van MO en hun interacties (welke mutaties hebben een competitief voordeel), afvalwater behandeling, melkzuur, bacteriën testen op milieu

- Turbidostat = alternatief voor chemostat en zijn beperkingen (debiet controle, niet geschikt voor groei dicht bij maximale groei).= controle densiteit biomassa m.b.v. troebel licht door massa schijnen en opvangen door fotocel: hoe hoger de densiteit, hoe lager de optische densiteit: elektrische pomp = ook geschikt voor debiet dicht bij groeisnelheid micro-organismen

3.5 Groei in fed-batch cultuur - Fed-batch cultuur = reactor wordt tussen intervallen gevoed met vaste hoeveelheid

aan vers medium, zonder cultuur af te nemen, dus toenemend volume van biomassa, afnemende groeisnelheid

- Voordelen = ideaal voor MO die gevoelig zijn aan hoge concentraties koolstofbron, lage substraat concentraties aanhouden om geen negatief effect te krijgen = specifieke parameters onder toxische drempels houden = tussenvorm bioreactor tank (batch) en chemostat (continu)= quasi stady state, eerste startvoeding is INOCULEREN

- Nadelen = hogere operationele kosten en meer variabiliteit tussen batches

�13

zaterdag 13 mei 2017

3.6 Groei beïnvloedende omgevingsfactoren - Effect omgeving = enorme invloed op groei van MO, elk type heeft optimale set aan

toestandsparameters (tolerantie curve) qua vereisten van zuurstof, temperatuur, zuurtegraad, (zout)water

- 1. Zuurstof vereisten = aerobe (02 nodig), anaerobe (02 toxisch), facultatief (kunnen switchen), micro-aerofiel (2-3% 02 nodig, meer wordt toxisch)

- 2. pH vereisten = verplicht acidofiel (verdraagt enkel zuur), acidofiel (zuur minnend), neutrofiel, alkalifiel (base minnend)

- 3. Temperatuursvereisten = hypertermofiel (+80), termofiel (45-80), mesofiel (20-45), psychotroof (20-40), psychofiel (0-20), psychotolerant (-20-0)

- 4. (Zout)water vereisten = concentratie zout en wateraan-/afwezigheid

- Tolerantie curve = tolerantie (groei), stress (overleven, geen optimale groei) of intolerantie (sterfte) van populatie aan omgevingsfactor= optimum in tolerantie range voor populatie MO bij bepaalde waarde = onmogelijk voor alle parameters (n-dimensionaal), check de belangrijkste 4 = handig bij bestrijden MO door intolerantie gebied te creëeren

- Effect van T op groei = algemeen hoe warmer, hoe sneller de groei (indirect via reactiesnelheid). te extreme waarden doden MO, afhankelijk van type —> waspoeder: bep. enzymen functioneren beter bij hoge temperatuur—> keuken: bep. bacterien willen lage temperaturen

- Moleculaire adaptaties = MO verdragen zeer lage temperaturen door vloeibare structuur o.b.v. enzyme (actief bij koude) of celmembraan (onverzadigde vetten)

- Biotechnologische applicaties = biotech methodes met bepaalde extreme omstandigheden (DNA replica) gebruiken MO die in de natuur hieronder voorkomen

- Effect van pH op groei = pH is log schaal dus enorme verschillen tussen eenheid = biologische indicator of graad meter voor verontreiniging en afvalstromen ! Toch geen enkel milieu zonder bacteriën, in alle omstandigheden komen ze voor—> zoek de juiste sterilisatie voor specifieke toepassing

- Effect van O2 op groei = bepaald door aan- of afwezigheid van detoxing enzymesReactieve oxygen soorten (ROS) schaden DNA indien geen neutralisatie (enzym)Hoeveel van de nodige enzymes aanwezig zijn bepaalt categorie 02 vereisten

- (An)oxische omgeving = al dan niet zuurstof aanwezig Hypoxische omgeving = O2 uitgeput door consumptie: remmend of fataal

- Effect van H2O op groei = osmotische druk

�14

zaterdag 13 mei 2017

4. BIO- Technologieën en Tools

4.1 Bioprocessing - Content = wat is het, verschil met chemisch ingenieur, historiek, trends en spelers

- Biologische technologieën = bioprocessing, recombinanten DNA techniek, cloning, anti-lichamen, eiwit ontwerp, bio-sensoren, nano-biologie …

- Regulatoire omgeving = code of conduct, veiligheidsvoorschriften, globale wetgeving en instellingen, kwaliteitsnormen en -controle vb. ISO

- Bio-processing = het gebruik (van levende cellen (micro organismen zoals gist en bacteriën) of hun enzymen (eiwitten die bio-chemische reacties katalyseren) om gewenste commerciële producten te verkrijgen.

- Moderne BT = nuttige producten ontwikkelen met natuurlijke biologische processen = heeft steeds upstream (cultuur opschalen) en downstream (productie) kant = grote schaal, microscopisch klein

- Industriële micro-biologie = inzetten van MO op grote schaal om waardevolle commercieel producten te produceren of voor chemische transformaties vb. Fermentatie: zeer efficiënt op grote schaal cellen groeien

- Historische fermentatie = ontwikkeling van de natuur zelf (alcohol, brood)

- Wetenschappelijk gedreven = ontdekking van MO, enzymen, antibiotica

- Technologie gedreven = medische sector sterke drijver, antibiotica en chemotherapeutische index (schade vs. behandeling)

- Biotechnologie gedreven = moleculair, genetische modificatie van organismen

- Fermentatie proces = MO productie, fermentatie, product recup, concentreren en zuiveren, product formuleren en verpakken

4.2 Industriële micro-organismen - Content = keuze MO, screening, genetisch ingenieur, populaire cellen, cultuurbank

- GRAS = generally regarded as safe: bacteria (yoghurt), gist (brood), schimmels (kaas)

- Strain stability = stabiliteit doorheen generatie, continu produceren op gelijke wijze

�15

zaterdag 13 mei 2017- MO producten = MO (bacteriën, schimmels, algen, planten-/dierlijke cellen) leveren

meer cellen, geconverteerde cellen, producten van cellen (enzymen, antibiotica, chemicaliën, alcohol, vitaminen…)

- Traditionele producten = brood, bier, wijn, alcoholische dranken, kaas, champignons

- Landbouwproducten = melkzuur, insecticiden (zoek plant die insecticide produceren)

- Aminozuren = vitaminen, voedingssupplementen

- Brandstof = butanol, ethanol, glycerol, methaan, …

- Cultuur bank = instanties die een bron/verzameling zijn van micro organismen -> originele samples van MO behouden -> bestaande collecties bewaren -> nieuwe vormen verzamelen + goedkoop en gestandaardiseerd, gespecialiseerd, gesubsidieerd - uw MO toegankelijk voor alle competitie, patenten zeer duur voor eigen collectie

- Karakteristieken industriële MO = groeisnelheid , medium, voedingsverbruik, output, genetica, veiligheid, …

- Groeisnelheid = trage groei heeft lage output, hoge kost en besmettingen risico

- Groei medium = weinig eisend medium drukt de kosten, liefst vloeibaar

- Nutriënt consumptie = goedkoop en vloeibaar medium, gebruik afvalstromen

- Productie output = snelle oplevering, geen ongewenste waste (toxisch), enkel target

- Genetica = stabiele genen en fenotypes, voorspelbaarheid, mutatierisico is duur

- Genetische manipulatie = actief ingrijpen in DNA om output te verbeteren = mutatie: natuurlijk proces DNA aanpassing, weinig regels = recombinatie: zwaar gereguleerd, bio-safety

- Bio safety = regulering vanuit overwegingen: geen pathogenen, GRAS, goedkeuring nodig voor nieuwe organismen, besmetting tegengaan, afvalstromen checken

- Strain verbetering = stock aanleggen van originele MO om hiernaar terug te keren, bewaarcondities van MO volgen om te kunnen behouden

- Plasmid transformed strains = ipv. virussen gebruiken om kenmerken (DNA) binnen te brengen in bestaand DNA (werkt in labo maar niet in industrie) —> DNA manipuleren zodat het nieuw MO zo blijft en hiermee verder werken

�16

zaterdag 13 mei 2017

4.3 Upstream processing - Content = fermentatie methode en systemen, reiniging en sterilisatie

- Fermentatie = groei van micro-organismen op voedsel = het biochemisch omzetten van biologische materialen (substraat) in afwezigheid van zuurstof (anaeroob). Het is een energie producerende anaërobe vertering van nutriënten zoals glucose, zonder oxidatie (geen zuurstof nodig). Tijdens de fermentatie worden organische koolstoffen omgezet tot producten zoals melkzuur, azijnzuur en ethylalcohol. Bacteriën, gisten of schimmels staan bekend om hun fermentatie, al vindt het ook in sommige dierlijke cellen plaats.

1) FERMENTATIE MEDIA

- Formulering media = C + N + O2 —> biomassa + output + CO2 + H2O + warmte Ieder medium moet voldoen aan elementaire vereisten van biomassa en metabolieten en aan energetische vereisten van de bio-synthetische reactie

- Up-scaling = schaalvergroting van laboratorium naar piot naar industriële schaal, vereist onderzoek naar ideaal medium op schaal, niet altijd zelfde als labo omgeving, vaak afvalstromen als medium om kosten te drukken

- Medium vereisten voor groei = ieder MO behoeft een specifiek medium, de groei is gelimiteerd tot het beperkend nutriënt. ideaal medium zorgt voor optimale productie (max concentratie, max productie tov. substraat consumptie, max opbrengst tov. output), consistente kwaliteit, directe beschikbaarheid, zonder operationele problemen (geen ongewenste producten, geen problemen bij sterilisatie, geen afval behandeling) —> tijd, kapitaalskost, cultuur onderhoudskost, afval verwerkingskost, zuiveringskost

- Niet-groeigerelateerde productie = proces heeft groei- en productiefase die verschillende media vereisen

- Sterilisatie effect = Steriliseren is het opzettelijk doden van micro-organismen, zoals bacteriën, virussen, schimmels en sporen op of in allerlei materialen of stoffen, om besmetting te voorkomen. Probleem: warmte of filters resulteren in inactivatie, ongewenste reacties, absorptie etc.

- Microbiële fermentatie = Bij fermentatie voeren we microbiële omzettingen uit in een bioreactor, onder gecontroleerde omstandigheden. Na input van verschillende biomassa bronnen produceren micro-organismen diverse biomoleculen, o.a. metabolieten, biopolymeren en eiwitten. Deze biomoleculen gebruiken we in het fermentatieproces om microbiële producten te maken.

- Nodige media = macronutriënten (C, N, vitamines) en micronutriënten (mineralen), , voedingssupplementen (vitamines, groeifactoren), zuurstof indien aeroob, energiebron

�17

zaterdag 13 mei 2017(licht of energierijke C verbinding), water (vaak vloeibaar milieu, bevat mineralen, consistente samenstelling nodig, eerst behandelen, proberen recycleren)

- Koolstofbron = keuze hangt af van metabolisme MO (vorming output), eindproduct (productiekost tov. waarde output), groeisnelheid (snelle suikers snelle groei), zuiverheid, medium voorbereiding (steriel?), regulering (verplichte media om product bepaald etiket te mogen geven)= dierlijk vet, plantaardige olie, alcohol, zetmeel, melasse, malt… of mengeling

- Koolstof opbrengst coëfficiënt = biomassa productie tov. consumptie koolstof substraat: bepaalt set omgevingsfactoren voor optimaal proces m.b.v. koolstofbalans

2) FERMENTATIE SYSTEEM

- Bioreactor = systeem/apparaat om een biologisch actieve omgeving te ondersteunen = vat waarin biochemische processen plaatsvinden met levende micro-organismen = systeem om cellen of weefsels in te laten groeien bij celkweek = micro-organismen in vloeibaar medium of gehecht aan het oppervlak van een vast medium= geschikt en gecontroleerd milieu (pH, T, O2) in stand houden opdat doelproduct efficiënt geproduceerd wordt

- Aseptisch = vrij van besmetting (door slechte bacteriën, virussen of andere MO) vb. vitaminen, vaccins, antibiotica, giftige stoffen, melkzuur, …

- Septisch = besmet, potentiële medisch infecterend, niet vrij van microben vb. Alcohol, zuivel-producten, waterzuivering, kaasrijping, ..

- Controle van chemische en fysische condities = door afsluiting van de interne omgeving van de externe omgeving door grenzen = balans opbouw van energie en massa door opvolgen van input en output= door computermodellen o.b.v. monitoring kan men automatiseren in toekomst

- Agitatie = homogeen mixen van de kweekbulk = roeren (mechanisch, pneumatisch, hydrodynamische pomp) om homogene mix te krijgen waardoor voeding, gassen en warmte kan (belang voor O2 transfer in aeroob)—> warmte overdracht, massa overdracht, beluchting, zuurstof overdracht

- Reologisch gedrag = reactie van het medium op schuifspanning wordt bepaald door zijn viscositeit (resistentie ertegen) en permanentie van veranderde viscositeit: newtoniaans (v constant), pseudoplastisch (v daalt met stress, ijs), dilatant (v stijgt met stress, oplossing), thixotropisch (v daalt tijdens stress, yoghurt), kelvin (v stijgt tijdens stress, slagroom)

- Warmte overdracht = T controle bij steriele processen (MO en agitatie levert warmte)koelvloeistof (water) in omgevende tank of steriele stoom, geautomatiseerd

�18

zaterdag 13 mei 2017- Massa overdracht = netto beweging van massa: nutriënten en zuurstof

- Aeratie = beluchting, levert operationele problemen: geperste lucht kan besmet zijn, bellenblazer systeem vlakbij agitatie systeem, grote luchtbellen slechte beluchting

- OTR = oxygen transfer rate: tempo waaraan zuurstof toegeleverd kan worden = belang in aerobe fermentatie: max. productiviteit bij optimale zuurstofconcentraties

- COD = critical oxygen demand: tempo waaraan MO zuurstof verbruiken = groei wordt beperkt als hieraan niet voldaan wordt

- Ontwerp en opbouw bioreactor = open of gesloten vat; laboratoir of industrieel; op maat of standaard: veel verschillende afmetingen en instellingen —> waarde eindproduct, gebruikt MO, schaal en milieucondities bepalen ontwerp —> lage waarde, groot volume (eenvoudige processen)—> hoge waarde, klein volume (strenge condities)

- Classificatie bioreactoren = o.b.v. roer vereiste en beluchting = o.b.v. werkmodus: batch, continu, fed-batch = o.b.v. celgroei: opgelost of vastgehecht (immobilised or suspended)= o.b.v. microbiologsche operator: levende cellen of enzymen = o.b.v. procesvereisten: (an)aerobisch —> steriele lucht nodig? = o.b.v. gecombineerde chemische kenmerken (flow, stock, stirring)

- Erlenmeyer = zonder roeren, zonder beluchting (stilstaande culturen)Shaker = met roeren, zonder beluchting (celkweek kleine schaal Airlift bioreactor = zonder roeren, met beluchting (steriele lucht toevoer in bellen)Stirred Tank Reactor = met roeren, met beluchting (mechanische draaiing en bellen)

- Mogelijke types = stirred batch/tank reactor, fed batch reactor, continuos stirred tank reactor, flow reactor

- Batch = medium en cellen gaan in de reactor, proces draait tot bepaald punt (V ct.)Fed batch = batch, medium wordt aangelengd na bepaalde tijd of niveau (V stijgt)Continu = flow aan input medium en output product (V ct.)

- Stirred tank reactor = STR. glas/staal, draaiwiel en poken onderaan of bovenaan (neemt ruimte in en veel energie nodig)om te mixen, cilindrisch, probleem van schuim, lage kosten, goed voor batch processen van bulk massa, standaard ISO afmetingen —> isolatie, koelwater, stoom, sensoren, beluchting systeem, voedingstoevoer, filter

�19

zaterdag 13 mei 2017

4.4 Downstream processing - Content = cellen oogsten, producten recupereren, concentreren, zuiveren, formuleren

- Downstream proces = fase na upstream proces van biochemische reacties, gericht op maximale opbrengst en minimale kosten creatie 1. afscheiden van het product (oogsten van cellen)2. doelproduct efficiënt en veilig recupereren/concentreren/zuiveren 3. product in zijn vereiste vorm verpakken en formuleren naar het publiek toe + afvalstroom controleren

- Procedures = product uit de bioreactor halen —> behandeling na kweek (steriliseren)—> afscheiden (algemeen, robuust vb. centrifugeren of filteren)—> zuiveren (specifiek, complex, vb. chromatografie) —> isoleren/formuleren (uitdrogen, tabletten)

- Upstream afhankelijkheid = geheel proces optimaliseren, niet afzonderlijk te behandelen, downstream procedures direct afhankelijk van keuzen bij upstream

- Uitdagingen van product recovery = bij bulk is groot % gewoon water= intracellulair product —> cel verwerken met extractie = extracellulair product —> complex medium verwerken = verontreinigende componenten verwerken? = efficiëntie MO t.o.v. koolstofbron (nutriënten) —> bepaalt kosten en dus rendement= puurheid, zuiverheid: gewenste product massa t.o.v. andere biologische systemen

- Procedures bepalende factoren = dierlijke cellen zijn substraat afhankelijk voor groei, upstream fase niet volledig te kiezen, stel dat cellen gehecht zijn aan micro-carriers, eerst losmaken met enzymbehandeling, dan losmaken van substraat (aard van cellen dus onmiddellijke impact op complexiteit van downstream procedures)= stabiliteit in upstream fase bepaalt vereiste tot behandeling om bio-degradatie te voorkomen: balans zoeken tussen stabiliteit product en het tempo van downstream handelingen om enzym activiteit te stoppen

- Cellulaire eigenschappen impact = niet-regulier, sferisch, draadjes, … = uitzicht (morfologie) van MO bepaalt oogst manier= hoe kleiner de MO, hoe moeilijker te opzuiveren, hoe hoger de kosten = hoe complexer de cel compositie, hoe meer componenten, hoe meer operationele problemen (blockage, viscositeit bij stirring, absorptie van medium gebeurt niet onder alle omstandigheden), hoe meer zuiveringsproblemen (chemisch weinig gedefinieerd, niet stabiel, niet homogeen samengesteld, besmetting)

- Concentratie impact = groei stijgt exponentieel tot bepaalde draagkracht aan concentratie bereikt is, waarbij de groei stagneert en daarna het afsterven exponentieel verloopt van levende cellen (vergiftiging MO door eindproduct: fed batch)

�20

zaterdag 13 mei 2017- Producteigenschappen impact = directe of indirecte synthese (enzymen verkrijgen

als eindproduct of voor volgende transformatie tot producten)= micro- of macromoleculen: zuiveren door standaard of geavanceerde technieken = intracellulaire of extracellulaire enzymen werking

- Medium impact = operationele kost, investeringskost, verkoopkost (concentratie-afhankelijk), schaal van het proces (bulk tov. Genetisch), samenstelling (bijproducten, onzuiverheden, schuim), geologie (geen volledig vloeibare massa, filtering en centrifugatie wordt hierdoor beïnvloedt)

- Economische impact = hoe hoger de concentratie voor zuivering, hoe beter

�21