Biotehnologia calea catre viitor Part1

Voi ştiţi ce sunt Biotehnologiile? Ştiti cum o sa ne ajute pe viitor? Mai mult ca sigur că nu.

“Biotehnologie” provine din doi termeni
bio – deriva din grec. bios = viata
tehnologia – studiul al masinilor si uneltelor (termen utilizat inca de Plutarh si
Cicero)
Notiunea a aparut pentru prima data in Danemarca in 1908
Definitie
Biotehnologia este o stiinta inginereasca, pluridisciplinara ce utilizeaza materia vie pentru
degradarea, sinteza si producerea de materiale noi utilizate in activitatile umane.
Foloseste microorganisme, enzime, structuri celulare si subcelulare, biocatalizatori, tehnici de inginerie
genetica etc.


Încă din antichitate erau utilizate, în mod empiric, unele metode biotehnologice cum ar fi
fermentaţiile cu ajutorul microorganismelor, cunoscute cu câteva milenii înainte de era noastră.
Babilonienii cunoaşteau, încă din mileniul VI î.H., modul de preparare a berii precum şi
bioconversia alcoolului etilic în acid acetic (oţet). Mai târziu, în mileniul III î.H., sumerienii cunoşteau
tehnologia fabricării a peste 20 de tipuri de bere. Descoperirile au demonstrat că majoritatea
popoarelor antice utilizau drojdiile pentru fabricarea unor produse alimentare (pâine, vin, bere etc)
precum şi bacteriile pentru obţinerea derivatelor lactate.
Progrese însemnate sunt realizate începând din secolul XVII când olandezul ANTON
VAN LEEUWENHOEK (1632- 1723) a descoperit, în anul 1680, la microscopul ce l-a inventat,
existenţa unei lumi microbiene, necunoscută până atunci. La microscopul său cu putere de mărire de
circa 300 de ori, a observat micile vietăţi pe care le-a numit “animalcule”, cu forme sferice, drepte sau
spiralate, care trăiesc în apa de râu, decoctul de fân, salivă şi mustul de bere. Cercetările sale au făcut
obiectul a 112 comunicări ştiinţifice, prezentate la Royal Society of London.
În secolul XIX, savantul francez LOUIS PASTEUR (1822 - 1895) a demonstrat că în
procesul de fermentaţie alcoolică are loc transformarea glucidelor în alcool etilic, cu degajare de CO2,
proces care furnizează energia necesară celulelor de drojdii ce se dezvoltă chiar în absenţa O2.
Concomitent extinde studiile asupra fermentaţiilor butirică şi lactică.
În timpul primului război mondial, WEIZMANN a descoperit fermentaţia acetonobutanolică
iar produşii derivaţi i-a folosit la sinteza cauciucului sintetic (butadienă) şi a unui exploziv
denumit cordiţă. Cercetările biologului scoţian ALEXANDER FLEMING, iniţiate în anul 1929, au
deschis era microbiologiei industriale moderne, prin elaborarea bazelor de obţinere a penicilinei. A
urmat descoperirea streptomicinei de către colectivul condus de WAKSMAN (1943) şi al
chloramphenicolului creat de SMITH şi WORREL (1953). Până în anul 1959 s-au elaborat peste 4000
de antibiotice, perfecţionându-se tehnicile şi instrumentarul necesar în industria ffarmaceutică
(bioreactoare automatizate).
Ca rezultat al acestor descoperiri, la jumătatea anilor ’60 a apărut, cu o mare forţă de
dezvoltare, biologia industrială, capabilă să producă o schimbare fundamentală a tehnicilor de
fabricare a unui număr mare de produse alimentare, farmaceutice şi chimice. Folosind microorganisme
specifice, implicate în diferite fermentaţii anaerobe, s-au produs proteine alimentare şi furajere,
aminoacizi, aromatizanţi, acizi organici, îndulcitori alimentari, solvenţi organici, enzime, medicamente
precum şi noi surse energetice.

În centrul atenţiei specialiştilor în biotehnologii stă asigurarea necesarului de alimente
pentru populaţia globului, mai ales proteine şi aminoacizi, producerea de medicamente pentru
sănătatea publică, pentru profilaxia şi tratamentul celor 300 de boli ereditare şi a celor două maladii
grave ale sfârşitului de secol (cancerul şi SIDA), precum şi combaterea efectelor nocive ale poluării
mediului de viaţă.
Evolutia populatiei planetei
•240.000 ani – 10.000 locuitori
•4000 iHr. - 30 milioane
•1 dHr. - 210 milioane
•1900 1.650 milioane
•2008 6.7 md.
În fruntea ţărilor care au iniţiat dezvoltarea biotehnologiilor moderne a fost Japonia care,
ca şi alte ţări asiatice, avea o foarte veche tradiţie în domeniul producerii băuturilor şi a alimentelor
fermentate, folosind ca materii prime orezul şi soia.
Pe baza unui imens volum de date experimentale de biochimie microbiană, după cel de-al
doilea război mondial, microbiologia industrială japoneză a devenit rapid unul din principalele
domenii ale cercetărilor ştiinţifice şi tehnologice, mai ales după anul 1953 când s-a creat Institutul de
Microbilogie aplicată din Tokyo.
Creşterea preţului petrolului, după anul 1973, a stimulat industriile nipone să găsească alte
materii prime, în afara celor de natură petrochimică, pentru a păstra avansul tehnologic în unele
sectoare prioritare. În aceste condiţii, Japonia a trecut la industrializarea modernă a fermentaţiior
microbiene, satisfăcând rapid necesarul intern şi devenind exportatorul principal cu produse de
fermentaţie spre ţările asiatice. Până în anul 1980, Japonia a ajuns la o producţie anuală de 50 mil hl
bere, 27 mil.hl sake, 12 mil.hl sos de soia şi 3 mil hl oţet.
Dezvoltând rapid ingineria genetică, orientată spre recombinare ADN din unele suşe de
microorganisme, cercetătorii japonezi şi ulterior americanii, au devenit, încă din anul 1957, posesorii
primelor licenţe de fabricare a aminoacizilor esenţiali ca: acid glutamic (1957), lizină (1957), treonină
(1960), fenilalanină (1961), producând, încă din anul 1980, peste 85.000 tone anual de aminoacizi
proteici, precum şi a licenţelor de fabricare a vitaminei B12 (1959), a unor antibiotice, a interferonului,
a primelor medicamente de luptă împotriva cancerului şi a multor produse alimentare, farmaceutice,
cosmetice şi chimice.
Miracolul japonez în lansarea biotehnologiilor se datoreşte şi investiţiilor de zeci de
miliarde de yeni anual, prin cele 70 de mari companii implicate, sub coordonarea firmei Kyowa Hakko
Kogyo, responsabilă şi cu păstrarea secretului ştiinţific şi tehnologic.
În prezent, microbiologia face parte din cultura cotidiană şi obligatorie a tuturor
universităţilor şi întreprinderilor japoneze. Aici există peste 1.500 de specialişti cu doctorat în
microbiologie.
Biotehnologiile de producere a diferitelor substanţe utile s-au extins rapid şi în alte ţări
dezvoltate sub spect industrial, respectiv S.U.A., ţările vest-europene, China, fosta U.R.S.S.
În S.U.A., activitatea uzinelor biotehnologice s-a concentrat, iniţial, pe producerea
siropului de fructoză prin fermentarea porumbului, realizându-se anual peste 500.000 tone High
Fructose Corn Syrup, cu mari utilizări în industria alimentară şi farmaceutică. De remarcat că fructoza
are o putere de îndulcire superioară zaharozei şi glucozei, fiind unicul glucid acceptat în alimentaţia
diabeticilor. Alte programe naţionale americane au urmărit obţinerea, prin biotehnologii, a necesarului
de medicamente, vaccinuri, acizi organici (citric, acetic, fumaric, lactic), a unor aminoacizi, a
proteinelor macromoleculare şi a drojdiilor de panificaţie. Randamentele ridicate ale biotehnologiilor
americane s-au datorat aplicării în producţie a rezultatelor celor 45 companii de inginerie genetică,
orientate în direcţia recombinării acizilor nucleici din diferite specii vegetale şi a celor circa 700 de
societăţi specializate în biotehnologii (firmele Cetus- 1970, Genentech- 1976, Eli Lilly, Genex,
Genencor, Biogen, Centocor, Immunex, Genzyme, Hybritech, Syntex etc).

În fosta U.R.S.S. existau în anii ’80 peste 100 de uzine biotehnologice dintre care 86
produceau proteine monocelulare pentru consum zootehnic iar celelalte produceau aminoacizi,
hormoni, vitamine, antibiotice, enzime şi lipide. Ca substrat nutritiv pentru microorganisme se
foloseau, cu precădere, deşeuri cu origine forestieră, agricolă şi industrială.
În Europa de Vest programele naţionale de investiţii au stimulat apariţia unor mari uzine
biotehnologice la Braunschweig (Germania), Cambridge, Mill Hill, Porton Down, Slough (Anglia),
Delft (Olanda), Strasbourg, Compiégne, Toulouse, Rhône- Poulenc (Franţa), Pavia (Italia) etc.
În uzinele biotehnologice, bazate pe tehnici moderne de microbiologie industrială, se
folosesc bioreactoare speciale cu factori dirijaţi, cu capacităţi între 10.000- 250.000 litri (cele mai
frecvente de 20.000 litri). Prin perfecţionarea tehnicii de cultivare s-a ajuns la un flux continuu în care
se menţin constante condiţiile de viaţă microbiană (temperatură, pH, oxigenare, nutriţie minerală şi
organică), folosind un sistem modern de programare pe computere.
Coordonarea activităţii uzinelor biotehnologice şi elaborarea programelor naţionale de
investiţii intră în atribuţiile societăţilor specializate care devin, treptat, priorităţi locale şi naţionale,
asigurând legături indispensabile între bioştiinţe şi bioindustrii precum şi transferul de tehnologii
ultramoderne. Dacă în anul 1983 existau, pe plan mondial, 450 societăţi de biotehnologie, în următorii
10 ani s-a ajuns la 1.700 societăţi în S.U.A., Europa şi Asia. O activitate intensă desfăşoară cele peste
60 societăţi biotehnologice din Franţa: Immunotech, Genset, Transgéne- Mérieux, Calliope,
Zymogenetics, Germe, Coletica, Gist- Brocades, Bio- Europe etc .
Bilanţul activităţii acestor societăţi şi uzine specializate a fost prezentat la cel de al VII- lea
Congres European de Biotehnologie, ţinut la Nisa în februarie 1995, la care au participat 70 de
societăţi naţionale, inclusiv din România.
Evaluarea produselor tehnologice obţinute pe plan mondial la nivelul anului 1990 totaliza
cifra de 250 miliarde de dolari din care: 50 miliarde din producerea de etanol, 42,8 miliarde dolari din
produse agroalimentare provenite din porumb, 40,7 miliarde de dolari din antibiotice, 21,3 miliarde
dolari din vaccinuri, 7,5 miliarde dolari din aminoacizi, 6,1 miliarde dolari din hormoni, 4,6 miliarde
de dolari din acizi organici etc .
Extinderea biotehnologiilor în toate ţările dezvoltate şi slab dezvoltate, ar putea conduce nu
numai la rezolvarea unor probleme economice locale ci şi la modificări radicale în structura
industriilor alimentare, chimice şi farmaceutice, cu efecte benefice imediate, pe plan naţional şi
mondial. Alegerea profilului de activitate pentru fiecare uzină biotehnologică, din diferite sau
macrozone populate, merită o atenţie deosebită, urmărindu-se ca grefarea sistemelor tehnologice să
corespundă cu situaţiile economice şi sociale ale populaţiilor respective. Astfel, crearea de cicluri
scurte de producere a proteinelor monocelulare prin biotehnologii poate prezenta avantaje foarte mari
în rezolvarea problemei alimentaţiei umane, în dezvoltarea sectorului zootehnic, protecţia solului,
reducerea ritmului de despădurire şi valorificarea eficientă a forţei de muncă rămasă disponibilă.
Ca o imagine retrospectivă a evoluţiei biotehnologiilor clasice şi moderne se poate sublinia
că „prima revoluţie biotehnologică” lansată prin lucrările savantului LOUIS PASTEUR, a asigurat
difuzarea vaccinurilor şi a primelor antibiotice, având ca efect imediat salvarea multor vieţi omeneşti.
Cea de a „doua revoluţie biotehnologică”, declanşată de şcolile microbiologice japoneze şi americane,
în ultimele 3 decenii, a început să-şi facă simţită contribuţia benefică în asigurarea alimentţiei şi a
dreptului la viaţă a sute de milioane de oameni, mai ales a copiilor din lumea a III- a, care piereau
anual din cauza subnutriţiei cronice.
Progresele imense înregistrate în microbiologia mondială, după cel de al doilea război
mondial, l-au determinat pe ilustrul genetician FRANÇOIS JACOB, laureat al Premiului Nobel, să
scrie: „În câţiva ani, omul a avut surpriza să constate că, fără microorganisme, această lume n-ar fi
fost ceea ce este în prezent”.

BIOTEHNOLOGIILE PENTRU ASIGURAREA SĂNĂTĂŢII
Pentru sectorul de sănătate umană şi animalieră, cercetările de biotehnologie aplicativă
vizează trei câmpuri de activitate: producerea de molecule cu efecte terapeutice, producerea de
vaccinuri şi elaborarea unor metode mai eficiente de diagnosticare a bolilor. Asociaţia fabricanţilor de
produse farmaceutice din Franţa înregistra noi creaţii pe cale biotehnologică (exceptând antibioticile):
- hormoni de creştere 12
- interferoni 13
- interleucine 14
- anticorpi monoclonali 41
- vaccinuri 15
3. PRODUCEREA DE ANTIBIOTICE
Antibioticele sunt substanţe produse de diferite microorganisme care au capacitatea
de a inhiba sau distruge alte microorganisme, unele implicate în declanşarea anumitor maladii
infecţioase.
Istoricul producerii de antibiotice coboară încă în antichitate. Pe un papirus rămas din
timpul celei de a 11- a dinastie egipteană (în urmă cu 4.000 de ani), se descrie utilizarea unor ciuperci
şi mucegaiuri care creşteau pe suprafaţa iazurilor şi erau utilizate în tratamentul rănilor deschise şi
infectate. Tot pentru vindecarea rănilor şi a furunculelor, grecii şi chinezii din antichitate foloseau
sucul de soia şi lutul fierbinte. Venind din vremuri mai apropiate, găsim în ziarul medical „Lancet” că
doctorul MOSSE (1852) propunea tratamentul furunculozelor epidemice cu drojdie de bere
(Saccharomyces cerevisiae) (o linguriţă de 3 ori pe zi), care asigură o vindecare fără recidive.
Baza teoretică a producerii antibioticelor a fost prezentată de savantul român VICTOR
BABEŞ, în anul 1885, care scria că unele microorganisme pot produce substanţe chimice capabile să
inhibe dezvoltarea altora iar „o boală cauzată de unele bacterii va putea fi tratată cu ajutorul altor
bacterii”. La scurt timp după formularea teoretică a lui BABEŞ apare descoperirea, din anul 1888,
când CHARDIN şi GUIGNARD au demonstrat că bacteria Pseudomonas pyocyanea produce un
pigment solubil care este toxic pentru bacteria Bacillus anthracis, fără a cauza hemoliza globulelor
roşii din sângele organismului gazdă. Tot în acel timp, VUILLEMIN propune termenul de antibioză
(contrar simbiozei) care stă la baza acţiunii antibioticelor ce vor fi descoperite ulterior.
După unele experimentări cu rezultate contradictorii (SCHAPIRO- 1908, PORTER- 1924
la actinomicete, PRAT şi BOYLE la mucegaiuri), apare marea descoperire a scoţianului
ALEXANDER FLEMING (1929) care demonstra că o cultură de stafilococ auriu a fost distrusă prin
suprainfectarea cu mucegaiul Penicillium rubrum (notatum).
Era antibioticelor a fost inaugurată prin comunicarea despre penicilină prezentată de
FLEMING la Medical Research Club, în ziua de 13 februarie 1929. Comunicarea a fost primită de
bacteriologi cu multă răceală şi zâmbete de bunăvoinţă. Ulterior, o serie de cercetători s-au ocupat de
perfecţionarea peniciline (LOVELL, RAISTRICK, CLUTERBRUCK). Obiectivul acestei munci a fost
finalizat abia în anul 1939 când australianul FLOREZ şi germanul CHAIN au reuşit purificarea
penicilinei, în stare cristalizată, folosind procedeul liofilizării. Prin infectarea animalelor de experienţă
cu stafilococi, streptococi şi Clostridium, ei au reuşit distrugerea acestora prin tratamente cu
penicilină pură. Pentru această extraordinară realizare, FLEMING, FLOREY şi CHAIN au fost
încununaţi cu premiul Nobel pentru medicină, în anul 1945.
Din aproape 5.500 de antibiotice cunoscute în prezent, circa 1.000 de tipuri sunt produse
de 6 genuri de ciuperci filamentoase, dintre care cele mai importante sunt Penicillium, Streptomyces
şi Cephalosporium. Peste 500 de forme sunt sintetizate de două tipuri de bacterii nefilamentoase, iar
3.000 de forme sunt produse de 3 genuri de actinomicete. Aceste specii de microorganisme sunt mai
eficiente în cazul suşelor ameliorate prin mutaţii, recombinări de ADN şi, eventual, prin inginerie
genetică.
Antibioticile au căpătat o foarte largă utilizare medicală, cu extindere rapidă în ultima
jumătate de secol, cele mai mult comercializate fiind penicilinele (produse de mucegaiul Penicillium
chrysogenum), cefalosporinele (produse de mucegaiul Cephalosporium acremonium),
streptomicinele şi tetraciclinele (produse de bacteriile din genul Streptomyces) la care se adaugă, în
cantităţi mai reduse, anthracidinele, aureomicinele, canamicinele şi neomicinele.

4. PRODUCEREA DE HORMONI
a. Insulina. Este hormonul a cărui absenţă din organismul uman provoacă diabetul, boală
răspândită pe glob la peste 60 milioane de locuitori. Pentru corectarea acestei insuficienţe hormonale,
insulina a fost extrasă, iniţial, din pancreasul de câine (în 1921) şi experimentată, 1922, la un băiat de 9
ani, cu rezultate spectaculoase. Din anul 1923 firma americană Eli Lilly a produs insulina pe cale
industrială, prin extragerea din pancreasul de bovine şi porc, cu un randament de 100g insulină
cristalizată la 100 kg pancreas (0,01 %)
Perfecţionări aduse tehnicilor de preparare au permis obţinerea unor produse cristalizate cu
acţiune lentă şi ultralentă, fiind absorbite în 48 de ore. Această insulină, extrasă din bovine şi porcine,
provoacă unele efecte secundare iar unii diabetici fac intoleranţă la hormonul animal: pentru aceasta a
fost necesară purificarea insulinei animale până la calitatea celei umane, procedeu realizat de firma
daneză Novo Industrie (1981) prin substituirea aminoacidului alanina cu treonină, pe cale enzimatică şi
separare cromatografică.
Ca structură chimică s-a constatat că insulina are două catene polipeptidice (A şi B), lungi
de 21 şi 30 de aminoacizi. Sinteza celor două gene implicate în producerea catenelor polipeptidice a
fost realizată la universitatea din California (în 1979), prin includerea genei mutante într-o plasmidă,
cu rol de vector şi transferul în bacteria Escherichia coli care produce circa 100.000 molecule de
insulină la o celulă bacteriană. Pe această cale microbiologică, firma Eli Lilly a dezvoltat, în anul 1977,
sistemul industrial de producere a proinsulinei şi insulinei identice cu cea umană, fără a provoca
eventuale efecte secundare (tulburări renale şi oculare). La Centrul de microbiologie aplicată din
Porton Down (Anglia), folosind un bioreactor de 1.000 litri mediu de cultură, s-au obţinut 200 g
insulină, echivalentul al cantităţii extrase din 1.600 kg pancreas de bovine sau porcine: Insulina
produsă prin această tehnică de inginerie genetică poartă denumirea de humulină, înlocuind pe cea
extrasă din organismele animale.
b. Somatostatina. Este un hormon produs în organismul uman de glandă hipotalamus,
situată la baza creierului, având rol în eliberarea insulinei şi a unor hormoni de creştere.
Pentru suplinirea carenţei organismului în somatostatină, începând din anul 1977, a fost
sintetizat hormonul respectiv cu ajutorul bacteriilor recombinate genetic. Gena somatostatinei,
sintetizată artificial de ITAKURA (California), este alcătuită din 52 de nucleotide, având la bază 14
aminoacizi. Această genă a fost introdusă într-o plasmidă şi transferată în bacteria Escherichia coli
care poate sintetiza circa 10.000 molecule de somatostatină la o celulă bacteriană. Este posibilă sinteza
a 1 mg hormon la 1 litru de cultură bacteriană, cantitate ce s-ar extrage din 5 milioane creiere de oaie.
Firma Genentech din San Francisco (S.U.A.) a obţinut un randament care poate ajunge la 3%
somatostatină.
c. Somatotropina. Este hormonul uman de creştere (HCU), secretat de celulele lobului
anterior al hipofazei, într-o cantitate foarte redusă (4-6 mg/ hipofiză). În absenţa sa se provoacă
nanismul hipofizar (piticirea), frecvent în lume la 7-10 persoane dintr-un milion de indivizi.
Administrarea de somatotropină prin injecţii intramusculare în doze de 10 mg/ kg corp/ an, fracţionate
în câte 3 infecţii pe săptămână, ar asigura un ritm normal de creştere a copiilor suferinzi de piticire.
Condiţia reuşitei tratamentului este începerea la vârsta de 4-5 ani, cu continuare până la sfârşitul
pubertăţii şi chiar după aceasta.
Extragerea şi purufucarea somatotropinei umane (HCU) a fost realizată de ROSS şi colab.
(1963) din hipofiza cadavrelor, cu un randament foarte redus (4-5 mg hormon dintr-o hipofiză umană).
Societatea de inginerie genetică Genentech (S.U.A.) a reuşit sinteza chimică a genei care
determină formarea acestui hormon, respectiv o proteină complexă alcătuită dintr-o secvenţă de 191
aminoacizi. După clonare în celula bacteriană de Escherichia coli, a rezultat o suşă selecţionată (K-
12) care poate produce circa 100.000 de molecule de somatotropină la o celulă bacteriană. Acest
hormon de creştere, obţinut prin inginerie genetică, este pur din punct de vedere chimic, foarte
omogen, liber de viroze şi cu o metionină în plus faţă de hormonul uman.
Firma Kabi Vitrum din Suedia a preluat suşa americană K-12 şi a produs hormonul pe cale
industrială astfel că 1 litru de cultură bacteriană să realizeze, în 7 ore, o cantitate de hormon egală cu
cea extrasă din 60 hipofize umane şi la un preţ de cost mai redus de 3 ori. Hormonul obţinut prin
biotehnologie poate fi folosit la stimularea creşterii, atât la oameni cât şi la animale domestice.
d. Interferonul. A fost descoperit de ISAACS şi LINDENMANN (1957), în Anglia, sub
forma unei proteine globulară, produsă de leucocitele din celula animală sau umană, având rol de apărare antivirală şi antitumorală, atunci când un virus pătrunde în organism. Interferonul endogen, cât
şi cel administrat prin injecţii, stimulează sistemul imunitar, înhibă înmulţirea celulelor anormale şi
combate bolile de origine virală (gripă, hepatită, zona Zoster).
Întrucât producerea interferonului prin extracţii din celule sanguine şi fibroblaste este
foarte scumpă şi laborioasă, W. GILBERT (1980) din Boston (S.U.A.) a încercat procedeul de sinteză
a secvenţelor de ADN corespunzătoare unor gene modificate, pe care le-a inclus într-o plasmidă şi le-a
transferat în celulele bacteriene de Escherichia coli. Ulterior, în anul 1981, cercetători de la
universitatea Seattle-Washington, în colaborare cu firma Genentech din California, au reuşit să
transfere genele interferonului leucocitar în celulele drojdiei de bere (Saccharomyces cerevisiae) cu
genom modificat. Randamentul a devenit destul de mare în sensul că la 1 litru de mediu nutritiv de
celule de levuri s-au produs 25.000 de unităţi de interferon.
În prezent, interferonul leucocitar şi fibroblastic se produce la un preţ de cost foarte redus,
în urma reuşitei de transfer a genelor în celulele bacteriene de Escherichia coli şi Methylophilus
methylotrophus. Purificarea şi testele chimice şi farmacologice s-au făcut în unităţi de profil din
S.U.A., Japonia, Anglia, Franţa, Suedia şi Israel, urmărindu-se efectele în combaterea cancerului, prin
apărarea limfocitelor capabile să distrugă celulele canceroase. De asemenea s-a testat, cu bune
rezultate, eficacitatea în tratarea altor boli cum ar fi keratita herpetică, papilomul laringian, scleroza în
plăci, guturaiul, gripa, hepatita şi zona Zoster.
Mai recent, firma internaţională de biotehnologie Biogen din S.U.A. a reuşit să
perfecţioneze o tehnologie prin care se produce o cantitate de interferon de 1.000 de ori mai mare decât
cantitatea obţinută prin prelucrarea aceluiaşi volum de sânge uman, produsul fiind utilizat, cu mare
succes, şi în combaterea hepatitei (B, C)
e. Cortizonul- Este un hormon steroidic cu o eficacitate foarte ridicată în tratamentul
reumatismului articular. Sinteza chimică a cortizonului se realizează în 37 de etape. Folosind calea
biotehnologiilor, prin înmulţiea ciupercii Rhizopus arhizus care hidrolizează progesteronul, sinteza
cortizonului s-a redus la numai 11 etape, cu un preţ de cost mai redus de 400 de ori.
f. Hormonii sexuali. Numeroase microorganisme eucariote conţin molecule de tip
hormonal care joacă un mare rol în manifestările sexualităţii, unele dintre ele fiind de natură steroidă.
O mare parte dintre hormonii sexuali sunt sintetizaţi prin metabolismul bacterian dar, în majoritatea
cazurilor, acţiunea microbiană constă dintr-o simplă bioconversie a unui compus natural sau obţinut
printr-o sinteză chimică.
Sterozii sexuali, cu aplicaţii în chimia farmaceutică, sunt transformaţi (bioconvertiţi) prin
procese de oxidare, reducere, hidroliză, condensare şi izomerizare.
Reacţiile de oxidare sunt de 4 tipuri: hidroxilarea, dehidroxilarea, în oxidarea grupărilor
hidroxil şi degradarea oxidativă a catenelor laterale, în urma cărora se obţin corticosteron,
hidroxiprogesteron, homoprogesteron, hidrocortizon etc. La aceste reacţii participă, după caz,
microorganisme din genurile Aspergillus, Curvularia, Fusarium, Flavobacterium, Glomerella,
Mycobacterium, Pellicularia şi Rhizopus.
Reacţiile de reducere se realizează prin hidrogenarea la nivelul grupărilor cetonice sub
acţiunea microorganismelor din speciile Rhodotorula glutinis şi Kloeckera jensenii, implicate în
sinteza unor prostaglandine (sulprostone).
Reacţiile hidrolitice au acţiune asupra esterilor, cu eliberarea grupării OH din steroid sau
asupra eterilor, cu transformarea saponinelor, în prezenţa mucegaiului Penicillium chrysogenum,
activând compuşii cu proprietăţi terapeutice.
5. BIOSINTEZA VITAMINELOR
Încă din anul 1906, HOPKINS a stabilit că în alimentaţia animalelor sunt absolut necesari
“factori accesorii” care se gâsesc în drojdia de bere. Ulterior, CAZIMIR FUNK (1912) a izolat din
drojdie acidul nicotinic şi a dat denumirea de vitamine pentru acest grup de substanţe.
Majoritatea microorganismelor prototrofe sunt capabile să sintetizeze toate vitaminele sau
provitaminele de care au nevoie, uneori în cantităţi mult superioare faţă de necesarul propriu, pentru
procesele de creştere. Astfel bacteria Ashbya gossypii, cultivată pe un mediu agitat şi îmbogăţit în
lipide, sintetizează de 20.000 de ori mai multă riboflavină (vitamina B2) faţă de necesarul propriu, iar
bacteria Pseudomonas denitrificans produce de 50.000 de ori mai multă cianocobalamină (vitamina
B12) decât îi este necesară. De altfel, vitamina B12 are ca sursă unică biosinteza microbiană. De asemenea, beta- carotenul, precursorul vitaminei A, este sintetizat, în cantităţi foarte mari, pe cale
biotehnologică.
În corpul microorganismelor s-a constatat prezenţa provitaminelor A, C şi D precum şi a
vitaminelor B1 (tiamina), B2 (riboflavina), B5 (acidul pantotenic), B12 (cianocobalamina), C (acidul
ascrbic), F (acidul folic), H (biotina), K (acidul para- aminobenzoic), PP (nicotinamida).
Vitamina B1 (tiamina, aneurina) este sintetizată de drojdii (mai ales Endomyces vernalis)
şi de mucegaiuri din genul Aspergillus. Se pare că levurile au şi capacitatea de a concentra vitamina
B1 dispersată în mediul de cultură. Este indicată în numeroase afecţiuni maladive, gastro- intestinale,
renale, hepatice, diabetice, alcoolism, psihopatii, stări de nervozitate, hipertiroidie, pelagră, precum şi
după tratamente prelungite cu sulfamide şi antiobitice. Tiamina este cunoscută şi sub denumirea de
“vitamina performanţei intelectuale” deoarece are efecte pozitive asupra activităţii sistemului nervos,
asigurând creşterea randamentului intelectual.
Vitamina B2 (riboflavina). Este sintetizată de numeroase microorganisme: bacterii
(Aerobacter, Azobacter, Mycobacterium şi, mai ales, Clostridium la care riboflavina este un
subprodus al fermentaţiei acetono- butilice), levuri (mai ales Candida floreri şi Mycocandida
riboflavina) şi mucegaiuri.
S-a constatat că cele mai bune producătoare de riboflavină sunt mucegaiurile (Ashbya
gossypii şi Eremothecium ashbyii) când sunt cultivate într-un mediu agitat, suplimentat cu lipide şi la
temperatura de 300C, metabolizând riboza şi un compus triciclic flavinic. După 5 zile se obţin cantităţi
de riboflavină care ajung la 5.000- 6.000 unităţi / ml mediu de cultură şi se izolează prin cristalizare.
Conform recomandărilor O.M.S., necesarul mediu de vitamină B2 este de 0,6 mg la 1000 kcal şi este
indicată în numeroase afecţiuni maladive ca: stomatite, dermatite, conjuctivite, cataracte, keratoze,
psoriazis etc. Riboflavina are rol determinant în fixarea fierului la nivelul hemoglobinei, în sinteza
proteinelor precum şi în degradarea lipidelor şi glucidelor.
Îmbunătăţeşte vederea prin mărimea sensibilităţii retinei şi contribuie la dezvoltarea fizică
a organismului.
Vitamina B5 (acidul pantotenic). Este produsă prin cultură de Sporobolomyces holsaticus
ca urmare a condensării beta- alaninei şi a acidului pantoic, care derivă din valină. Prin cuplări
fosforilate cu riboza şi adenina intră în structura coenzimei A, produsă de diferite bacterii. Acidul
pantotenic are rol în catabolismul glucidelor şi lipidelor, cu eliberarea energiei necesare proceselor
fiziologice şi în desfăşurarea multor reacţii enzimatice. Favorizează menţinerea structurii normale a
pielii şi stimulează creşterea şi pigmentarea părului.
Vitamina B12 (cianocobolamina). Este cel mai eficient factor de prevenire şi combatere a
anemiei pernicioase. Are un ciclu pseudoporfirinic, legat de un atom de cobalt.
Este produsă intracelular de microorganisme din genul Streptomyces şi din speciile
Bacillus megaterium şi Propionibacterium freundenreichii, începând din anul 1949. Vitamina B12 a
fost izolată prima dată din ficat de către FOLKERS şi SMITH (1948) (din o tonă de ficat au rezultat
numai 28 mg vitamină B12). Cea mai importantă sursă de vitamină B12 este microflora din intestinul
rumegătoarelor sau din cecul şi colonul erbivorelor nerumegătoare. Producerea pe cale fermentativă a
fost realizată, pentru prima dată, de STOKSTAND (1948) prin cultivarea bacteriei Flavobacterium
solare. Ulterior, cercetările au progresat rapid obţinându-se culturi de Propionibacterium shermanii,
P.freundenreichii etc. care sintetizează cantităţi mari de vitamină. Mediul nutritiv este format din
glucoză, extract de drojdie, hidrolizat de caseină, săruri de cobalt etc. Necesarul uman de vitamină B12 ,
recomandat de O.M.S., este de 2μg/ zi. Este cunoscută şi sub denumirea de “vitamina roşie” deoarece
favorizează formarea şi regenerarea globulelor roşii (hematii), prevenind anemia. Intensifică procesul
de creştere în greutate a copiilor, mărind pofta de mâncare. Menţine funcţionalitatea normală a
sistemului nervos, scade iritabilitatea, îmbunătăţeşte capacitatea de concentrare şi memorare la copii,
cu păstrarea echilibrului psihic. Vitamina exercită o acţiune de detoxifiere a ficatului, bazată pe
capacitatea de activare a enzimelor tiolofore. Are şi efecte lipotrofe, prin intensificarea biosintezei
colinei.
Vitamina C (acidul L- ascorbic, vitamina antiscorbutică) este gama- lactona acidului 2,3-
enediol- L- gulonic. A fost descoperită de A. SZENT- GYÖRGYI, în anul 1927, la nivelul cortexului
glandelor suprarenale, iar biochimiştii americani KING şi WANGH (1932) au găsit vitamina C în
sucul citricelor. Acidul ascorbic este obţinut pe cale industrială prin oxidarea substratului nutritiv cu
ajutorul bacteriei Acetobacter suboxidans. D- glucoza din substrat este transformată, prin reducere electrolitică, în D- sorbitol care se oxidează, pe cale microbiană, în L- sorboză. Urmează tratarea cu
actonă şi formarea complexului diacetonă- L- sorboză care este oxidat în acid 2- cetogluconic şi apoi
transformat, prin enolizare, în acid ascorbic.
Un alt procedeu de sinteză a vitaminei C are la bază oxidarea, pe cale bacteriană, a Dglucozei
în acid 5- ceto- D- gluconic, urmată de o altă oxidare a acidului L- idonic în acid 1,2- cetogulonic.
În aceste reacţii intervin mai multe specii din genurile Acetobacter, Aerobacter şi
Pseudomonas.
Rolul fiziologic al vitaminei C este multilateral, cuprinzând majoritatea proceselor
metabolice esenţiale care au loc la nivelul organismelor. Este implicată în procesele de biosinteză a
ADN- ului, respectiv în biosinteza substanţelor proteice din ţesuturile de creştere. Acidul ascorbic
acţionează ca transportor de hidrogen la nivel intracelular. Vitamina C stimulează sistemul imunitar şi
măreşte rezistenţa organismului la bolile infecto-contagioase şi faţă de substanţele cancerigene.
Accelerează vindecarea rănilor, regenerarea ţesuturilor, a cartilagiilor şi a oaselor. Facilitează absorbţia
fierului şi stimulează maturarea hematiilor.
Sucul de lămâie, proaspăt recoltat, serveşte la oprirea hemoragiilor scorbutice (scorbutul),
deoarece conţinutul în acid ascorbic şi bioflavonoide micşorează permiabilitatea şi măresc rezistenţa
capilarelor sanguine.
Vitamina D (calciferol- vitamina antirahitică). Este constituită din substanţe care provin
prin iradierea microsterolilor (ergosterol, zimosterol, escosterol etc). Cel mai cunoscut este
ergosterolul care a fost izolat, prima dată, din Claviceps purpurea şi ulterior din miceliile unor
mucegaiuri ca Penicillium, Fusarium şi Aspergillus. La o cultură de Aspergillus fischerii, pe un
mediu nutritiv cu 10% glucoză, se obţine 1,1% ergosterol, în condiţiile unui raport optim C/N de 20/ 4.
Pe cale biotehnologică, ergosterolul se obţine prin culturi de drojdii sau micelii de
Aspergillus niger şi Penicillium notatum. Urmează operaţia de transformare a ergosterolului în
vitamina D prin iradiere cu lămpi de mercur sau cu sârmă incadescentă de magneziu. Are rol esenţial
în fixarea calciului şi fosforului cu implicaţii directe în formarea sistemului osos şi a dentiţiei,
prevenind rahitismul la copii, osteoporoza şi cariile severe. Ajută la tratarea răcelilor şi a
conjuctivitelor.
Vitamina H (biotina) este sintetizată, pe cale microbiologică, în prezenţa unor
microorganisme ca: Phycomyces blakesleana, Torulopsis utilis, Hansenula anomala şi Aspergillus
niger. Se prezintă sub trei forme: bios I (mezoinozitol), bios II- A (acid pantotenic) şi bios II- B
(biotina). Din mediu de cultură, separarea se face prin filtrare şi absorbţie pe norit. Biotina este
componentă a unor enzime implicate în metabolismul proteic, lipidic şi glucidic. Ameliorează durerile
musculare după oboseală excesivă şi contribuie la menţinerea integrităţii pielii. Împiedică încărunţirea
părului şi previne alopecia (chelia).
Vitamina K (acidul para- aminobenzoic). Derivă din menadion, prin cultura algei Chlorella
sau a anumitor specii din genul Bacillus. În organismul uman contribuie la metabolismul fierului şi la
formarea hematiilor, prevenind sângerările şi emoragiile interne prin coagularea rapidă a sângelui.
Vitamina PP (nicotinamida). Nu este realizată prin culturi de microorganisme ci este
sintetizată numai în plantele superioare. În schimb, niacina, o formă dezaminată a vitaminei PP, poate
fi obţinută prin culturi de bacterii din genul Corynebacterium. Are rol în prevenirea pelagrei şi a
dermatitelor severe, intensifică circulaţia sangvină, reduce tensiunea arterială şi atenuează tulburările
gastro-intestinale, menţinând starea de sănătate a aparatului digestiv, a creierului şi a sistemului
nervos. Este o vitamină esenţială în sinteza hormonilor sexuali (estrogeni, progesteron, testosteron, a
cortizonului şi insulinei).
Provitamina A (carotenul). Este un pigment carotenoidic de natură terpenică, sintetizat din
izo- pentil- pirofosfat. Se găseşte în anumite alge, în Mucoraceae şi în mucegaiul Choanephora.
Beta- carotenul protejează mucoasa nazală, bucală, faringiană, laringiană, traheală şi pulmonară,
constituind un bun remediu în tratamentul infecţiilor respiratorii şi emfizemului pulmonar. Are rol
profilactic în bolile maligne (cancer gastric şi esofagian, cancer de prostată), transformând metaboliţii
cancerigeni în substanţe mai solubile şi mai puţin nocive. Vitamina A contribuie la profilaxia
tulburărilor de vedere, este un factor în menţinerea sănătăţii pielii, părului, danturii şi gingiilor.
Totodată stimulează activitatea sistemului imunitar şi previne pigmentările cauzate de bolile ficatului
sau de bătrâneţe.

Tot prin culturi microbiene pot fi produse: vitamina B6 (piridoxina), vitamina F (acidul
folic) şi acidul lipoic, fără a prezenta o mare importanţă pentru producţia industrială şi farmacologică.
Biosinteza multor vitamine pe cale biotehnologică poate fi realizată prin anumite
intervenţii genetice (mutaţii) sau prin reglarea proceselor metabolice din celulele diferitelor
microorganisme.
6. PRODUCEREA DE VACCINURI SI SUBSTANTE IMUNOGENE
Primul caz – L.Pasteur – a salvat un copil muscat de un caine turbat. In 3 ani, a tratat 5374
persoane (sub 1% mortalitate)
Vaccinuri pentru diferite maladii:
- Hepatita B, rujeola, turbarea, poliomelita, holera, lepra, malaria, pseudopesta aviara,
pseudoturbarea, pesta porcina, leucemia felina etc.
7. BIOTEHNOLOGIILE IN PERSPECTIVĂ
1992 s-a infiintat EUREKA – 20 de tari afiliate
85 md Euro – 40 md agricultura si alimentatie
-24 md sanatate
-15 md chimie
-3 md echipamente
- 2 md protectia mediului
In urmatorii ani – specii de plante fixatoare de azot;
- interventie
- terapii genice pentru cancere si SIDA