Biotecnología básica. Segunda edición. Colin Ratledge University of Hull, UK. Bjørn Kristiansen EU Biotech Consulting, Norway.

Transcripción

1 Biotecnología básica Segunda edición Editado por Colin Ratledge University of Hull, UK Bjørn Kristiansen EU Biotech Consulting, Norway Traducido por: Paloma Liras Padín Catedrática de Microbiología Universidad de León Editorial Acribia, S.A. ZARAGOZA (España)

2 ÍNDICE DE CONTENIDO Colaboradores Prefacio a la segunda edición Prefacio a la tercera edición XIII XVII XIX PARTE PRIMERA FUNDAMENTOS Y PRINCIPIOS BÁSICOS 1 CAPÍTULO 1 PERCEPCIÓN PÚBLICA DE LA BIOTECNOLOGÍA 3 J.E. Smith 1.1 Introducción Percepción pública de la ingeniería genética Requerimiento de directrices reguladoras Establecimiento de normativas Areas de preocupación pública significativa Conclusiones Lecturas adicionales 19 CAPÍTULO 2 BIOQUÍMICA Y FISIOLOGÍA DEL CRECIMIENTO Y DEL METABOLISMO 21 Colin Ratledge 2.1 Introducción Metabolismo Vías catabólicas Gluconeogénesis Producción de energía en microorganismos aerobios Metabolismo anaerobio Biosíntesis Control de los procesos metabólicos Eficiencia del crecimiento microbiano Lecturas adicionales 50 v

3 CAPÍTULO 3 ESTEQUIOMETRÍA Y CINÉTICA DEL CRECIMIENTO MICROBIANO DESDE LA PERSPECTIVA TERMODINÁMICA J.J. Heijnen 3.1 Introducción 3.2 Cálculos estequiométricos 3.3 Predicciones estequiométricas basadas en la disipación de la energía de Gibbs 3.4 Cinética de crecimiento desde un punto de vista termodinâmico 3.5 Lecturas adicionales CAPÍTULO 4 MANEJO Y ANÁLISIS DE GENOMAS: PROCARIOTAS Colin R. Harwood y Anil Wipat Glosario Introducción Cromosomas bacterianos y la transferencia natural de genes Qué es la ingeniería genética y para qué se utiliza? Herramientas básicas de la ingeniería genética Vectores de clonación y genotecas Análisis de genomas y proteomas Análisis de la expresión génica Ingeniería de los genes y optimización de los productos Producción de compuestos heterólogos Análisis in silico de genomas bacterianos Lecturas adicionales CAPÍTULO 5 INGENIERÍA GENÉTICA: LEVADURAS Y HONGOS FILAMENTOSOS David B. Archer, Donald A. MacKenzie y David J. Jeenes Glosario Introducción Introducción de DNA en hongos (transformación de los hongos) Clonaje de genes Estructura, organización y expresión de los genes Otras metodologías Aplicaciones biotecnológicas de los hongos Lecturas adicionales CAPÍTULO 6 CINÉTICA DE LOS PROCESOS MICROBIANOS Jens Nielsen 6.1 Introducción Modelado de la cinética de crecimiento celular Balance de masas para biorreactores ideales Lecturas adicionales VI

4 CAPÍTULO 7 DISEÑO DE BIORREACTORES 161 Yusuf Chisti Nomenclatura Introducción Configuración de los biorreactores Características del diseño de los biorreactores Consideraciones específicas de diseño Lecturas adicionales 180 CAPÍTULO 8 TRANSFERENCIA DE MASAS 181 Henk J. Noorman Nomenclatura Transferencia de masas en biorreactores Etapas de la transferencia de masas Ecuaciones de transferencia de masas Determinación de los coeficientes volumétricos de transferencia de masas Efecto del salto de escala sobre la transferencia de masas Lecturas adicionales 196 CAPÍTULO 9 PROCESAMIENTO DE LOS PRODUCTOS 197 Marcel Ottens, Johannes A. Wesselingh у Luuk A. M. van der Wielen Nomenclatura Introducción Ruptura de las células Clarificación Concentración Purificación Ultrapurificación Secuencia de las etapas Lecturas adicionales 227 CAPÍTULO 10 MEDIDA, SEGUIMIENTO, MODELADO Y CONTROL 229 Bernhard Sonnleitner 10.1 Introducción Terminología Medidas aceptadas generalmente como estándar Técnicas de seguimiento no estandarizadas Control Conclusiones Lecturas adicionales 245 s VII

5 CAPÍTULO 11 ECONOMÍA DE LOS PROCESOS 247 Bjørn Kristiansen 11.1 Introducción Producción global de los procesos Etapas de fermentación Etapas de procesamiento Costes de capital Costes de operación Estudio económico para la inversión Conclusiones Lecturas adicionales 261 PARTE SEGUNDA APLICACIONES PRÁCTICAS 263 CAPÍTULO 12 BÚSQUEDAS DE ALTO PROCESAMIENTO Y OPTIMIZACIÓN DE LOS PROCESOS 265 Steven D. Doig, Frank Baganz y Gary J. Lye 12.1 Introducción Consideraciones generales para el cultivo de células Equipo para el cultivo de células por alto procesamiento Desarrollo del proceso de alto procesamiento Resumen Lecturas adicionales 278 CAPÍTULO 13 EL NEGOCIO DE LA BIOTECNOLOGÍA 279 Jason Rushton y Christopher Evans 13.1 Introducción Para qué se utiliza la biotecnología? Compañías de biotecnología, su cuidado y crecimiento Inversiones en biotecnología Quién necesita gestión? Patentes y biotecnología Conclusión: saltando las barreras Lecturas adicionales 301 CAPÍTULO 14 AMINOÁCIDOS 303 VIII L. Eggeling, W. Pfefferle y H. Sahm 14.1 Introducción Usos comerciales de los aminoácidos Métodos y herramientas de producción L-Glutamato L-Lisina L-Treonina 320

6 14.7 L-Fenilalanina L-Triptófano L-Aspartato Vision general Lecturas adicionales 329 CAPÍTULO 15 ÁCIDOS ORGÁNICOS 331 Christian P. Kubicek y Levente Karaffa 15.1 Introducción Ácido cítrico Acido glucónico Acido láctico Otros ácidos Lecturas adicionales 351 CAPÍTULO 16 POLISACÁRIDOS MICROBIANOS Y ACEITES UNICELULARES 353 James P Wynn y Alistair J. Anderson 16.1 Introducción Polisacáridos microbianos Aceites unicelulares (SCOs) Lecturas adicionales 374 CAPÍTULO 17 APLICACIONES MEDIOAMBIENTALES 375 Philippe Vandevivere y Willy Verstraete 17.1 Introducción Tratamiento de aguas residuales Tratamiento de lodos orgánicos Tratamiento de residuos sólidos Tratamiento de los gases que se emiten Remediación del suelo Tratamiento de las aguas subterráneas Lecturas adicionales 402 CAPÍTULO 18 PRODUCCIÓN DE ANTIBIÓTICOS POR FERMENTACIÓN 403 DerekJ. Hook 18.1 Introducción Aspectos generales de los antibióticos Mejora de cepas Proceso de producción Proceso de fermentación Recuperación y procesamiento posterior Perspectivas futuras para los antibióticos producidos por fermentación Lecturas adicionales 423 IX

7 CAPÍTULO 19 ESTRATEGIAS DE CULTIVO 425 Sven-Olof Enfors Nomenclatura Introducción Ecuaciones de balance de masas de un biorreactor Velocidades volumétrica y específica Cultivo continuo Cultivos discontinuos alimentados Lecturas adicionales 442 CAPÍTULO 20 BIOTECNOLOGÍA DE ENZIMAS 443 Randy M. Berka y Joel R. Cherry 20.1 Introducción Desarrollo de cepas productoras Producción a gran escala, recuperación y formulación Aplicaciones de las enzimas Aspectos legales y de seguridad Lecturas adicionales 461 CAPÍTULO 21 PROTEÍNAS RECOMBINANTES DE ALTO VALOR 463 Georg-B. Kresse 21.1 Aplicaciones de las proteínas de alto valor Enzimas analíticas Proteínas terapéuticas Aspectos legales de las proteínas terapéuticas Visión general del futuro de las terapias de proteínas Lecturas adicionales 482 CAPÍTULO 22 CULTIVOS DE CÉLULAS DE INSECTOS Y MAMÍFEROS 483 C. J. Hewitt, В. Isailovic, N. T. Mukwena y A. W. Nienow 22.1 Introducción Células de mamífero Células de insectos Ciclos celulares en mamíferos e insectos Citometría de flujo Consideraciones sobre la ingeniería de los bioprocesos Lecturas adicionales 504 CAPÍTULO 23 BIOTECNOLOGÍA DE CÉLULAS DE PLANTAS 505 Robert Verpoorte y Hens J. G. ten Hoopen 23.1 Introducción Biotecnología de células de plantas 506 X

8 23.3 Técnicas de cultivo de células de plantas Optimización de la productividad Producción a gran escala Lecturas adicionales 529 CAPÍTULO 24 BIOTRANSFORMACIONES 531 Pedro Fernandes y Joaquim M. S. Cabral 24.1 Introducción Selección del biocatalizador Inmovilización y comportamiento del biocatalizador Síntesis de compuestos químicos Reactores de enzimas inmovilizadas Biocatálisis en medios no convencionales Consideraciones finales Lecturas adicionales 570 CAPÍTULO 25 APLICACIONES INMUNOQUÍMICAS 571 Mike Clark Glosario Introducción Estructura y función de los anticuerpos Fragmentos proteicos de los anticuerpos Afinidad de los anticuerpos Especificidad de los anticuerpos Inmunización y producción de antisueros policlonales Anticuerpos monoclonales Ingeniería de anticuerpos Librerías combinatorias y fagos que presentan anticuerpos Utilización in vitro de anticuerpos recombinantes y monoclonales Utilización in vivo de anticuerpos recombinantes y monoclonales Lecturas adicionales 597 índice alfabético 599 XI