UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO

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1 UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO Facultad de Química Químico Materia: Bioprocesos: Fermentaciones Industriales Clave: BIO Hora-semana-semestre: 4 Prerrequisitos:BIO (2), BIO (2) Créditos: 8 Objetivo (s): Proporcionar al estudiante la información suficiente para que conozca los desarrollos tecnológicos actuales y pueda tanto analizar como evaluar algunos de los problemas de mayor importancia en la biosíntesis de metabolitos a escala industrial, dentro del marco del desarrollo biotecnológico mundial. Temas Generales: TEMA I. INTRODUCCIÓN A LA BIOTECNOLOGÍA 1. Antecedentes e importancia de la Biotecnología 2. Relación de la Biotecnología con otras áreas 3. Desarrollo de la Biotecnología en México. TEMA II.- HORIZONTES DE LA BIOTECNOLOGÍA. 1. Terapéutica Humana 2. Agricultura 3. Tratamiento de desechos 4. Visiones del futuro TEMA III. MICROORGANISMOS DE IMPORTANCIA INDUSTRIAL. 1. Métodos de aislamiento y selección de cepas 2. Criterios generales de selección Selección primaria Selección secundaria. 3. Mantenimiento de cepas Métodos de almacenamiento TEMA IV. OBTENCIÓN E IDENTIFICACIÓN DE MUTANTES DE INTERÉS INDUSTRIAL 1. Clasificación de las mutaciones Macrolesiones y microlesiones Mutantes auxotróficas Mutantes O c. Mutantes I - TEMA V. COORDINACIÓN DEL METABOLISMO 1. Sistemas constitutivos 2. Sistemas desreprimibles 3. Curvas diaúxicas 4. Represión catabólica 5. Regulación metabólica por producto final

2 Retrorepresión Retroinhibición a.- Isoenzimas b.- Acumulativa c.- Concertada Mutantes sobreproductoras de metabolitos Cepas mejoradas por Ingeniería genética. 6. Caso de estudio: Sobreproducción de lisina. PRIMERA EVALUACIÓN. Preguntas de aseveración y problemas de aplicación TEMA VI. MICROORGANISMOS: FÁBRICAS VIVIENTES DE MACROMOLÉCULAS. PRODUCCIÓN Y SOBREPRODUCCIÓN DE METABOLITOS 1. Proteínas por expresión heteróloga Bacterias Levaduras 2. Vacunas sintéticas y Recombinantes Impacto de la biotecnología en el desarrollo de vacunas 3. Insecticidas microbianos Bacillus turingensis, B. sphaericus, B. popilliae. Baculovirus 4. Enzimas microbianas Producción, procesos de fermentación. Aplicaciones a gran escala. a.- Procesamiento de almidones b.- Textiles c.- Fabricación de queso d.- Utilización en detergentes 5. Polisacáridos y poliésteres microbianos Polisacáridos bacterianos. Goma Xantana a.- Xanthomonas, un patógeno de plantas. b.- Biosíntesis de las xantanas. Poliesteres. a.- Biosíntesis de copoliesteres b.- Ingeniería genética de microorganismos y plantas para la síntesis de poliésteres. 6. Aminoácidos Con mutantes auxotróficas Con mutantes regulatorias a.- Rutas no ramificadas b.- Rutas ramificadas Con cepas silvestres

3 Con tecnología de DNA recombinante Producción con enzima. TEMA VII. BIOSÍNTESIS DE PRODUCTOS MICROBIANOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA. 1. Agentes antibacterianos β-lactamas Macrólidos Ansamicinas 2. Agentes antifúngicos Antibioticos antitumorales Metabolitos con actividades farmacologicas a.- Filipina b.- Davnomicina c.- Adriamicina d.- Dactinomicina 3. Búsqueda de nuevos antibióticos Segunda evaluación. Preguntas de aseveración y problemas de aplicación. TEMA VIII.- TIPOS Y CLASIFICACIÓN DE LOS FERMENTADORES 1. Sistemas cerrados, bioprocesos intermitentes. 2. Sistemas abiertos bioprocesos contínuos 3. Fermentadores de torre 4. Fermentadores Airlifth 5. Digestores Anaeróbios Aeróbios TEMA IX.- DISEÑO Y FORMULACIÓN DE MEDIOS DE CULTIVO 1. Fuentes y disponibilidad de materias primas 2. Criterios de selección de materias primas para los procesos 3. Fuentes potenciales de materia prima no convencionales. 4. Formulación por balance químico elemental. Criterios de diseño Dostalek, Aiba y Johnson. 5. Esterilización de medios de cultivo Continua Discontinua 6. Optimación de medios de cultivo. Desarrollo estadístico por diseño factorial con 4 variables a dos niveles TEMA X. CINÉTICA DE CRECIMIENTO Y PROPAGACIÓN DE MICROORGANISMOS 1. Cultivos estacionarios 2. Cultivos sólidos

4 3. Cultivos sumergidos 4. Análisis matemático del desarrollo microbiano. Sistemas de fermentación discontinuos Sistemas de fermentación continuos de etapa sencilla a.- Sistemas alimentados b.- Sistemas con recirculación Sistemas de fermentación de etapa múltiple TEMA XI. FERMENTACIÓN Y CINÉTICA DE FERMENTACIÓN 1. Criterios de clasificación de las fermentaciones. Maxon Gaden y Deindoerfer. 2. Registro e interpretación de resultados Curvas de diagnóstico. Ejemplos de bioprocesos (SCP, Antibioticos, Aminoácidos etc.) 3. Cálculo de rendimientos y productividad Yx/s, Yp/s 4. Balances de fermentación. Formación de producto. Desaparición de sustrato TEMA XII. BIOMASA. 1. Hongos, levaduras, bacterias, algas y proteina foliar. 2. Substratos utilizados, convencionales y no convencionales Procesos de producción. Propagación de microorganismos Factores que afectan la producción Características que debe reunir la proteína para su uso en la dieta humana y/o como complemento forrajero TEMA XIII. INTERACCIONES PLANTAS-MICROBIOS. 1. Uso de simbiontes y patógenos 2. Producción de plantas transgénicas Agrobacterium tumefaciens Introducción directa del DNA TEMA XIV. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA E INDUSTRIAS BASADAS EN ESTA FERMENTACIÓN 1. Bioquímica de la fermentación. Efecto Pasteur y Reacciones de Neuberg 2. Producción y clasificación de Bebidas alcoholicas. No destilados. a.- Vinos -Aperitivo -Mesa -Postre -Vinos espumosos Destilados. Aguardientes a.- Brandy, Whiskey, Ginebra, Ron, Vodka, Tequila, etc.

5 Producción de cerveza Bebidas locales El culto al vino. a.- El trabajo de Somelier TEMA XV. PRODUCTOS LÁCTEOS FERMENTADOS Producción de leches fermentadas. Yogurt, Koumiss, Kefir, Taete Elaboración y clasificación de quesos Tercera evaluación. Preguntas de aseveración y opción múltiple, problemas de aplicación. Bibliografía básica: *Glazer, N. A. y H. Nikaido. Microbial Biotechnology. W. H. Freeman and Co. N. Y Bunders, J., B. Haverkort y W Hiemstra. Biotechnology; Building on farmers' knowlwdge. MacMillan Education LTD Kove, D. y E. Russo. Genetic Engineering; dreams and nightmares. Freeman / Spektrum *Aiba, S., A. Humpherey y N. F. Mills. Biochemical engineering. Academic Press G. L. Solomons. Materials and methods in fermentation.academic Press Bibliografía complementaria Peppler, H. J. Y D. Perlman. Microbial Technology. Microbial Processes. Vol, 1 Academic Press. 2ª. Ed. Peppler, H. J. y D. Perlman. Microbial Technology. Fermentation technology. Vol. 2 Academic Press. 2ª. Ed. Casida; L. E. Jr. Industrial Microbiology. John Wiley and Sons, Inc Miller, Brinton, M. y W. Litsky. Industrial Microbiology. Mc Graw Hill Book Company Rohdes y Fletcher. Principios de Microbiología Industrial. Acribia James A. Kent. Quimica Industrial. Grijalvo Otras fuentes de información Current opinión in Biotechnology. Internet