- Revisió dels aspectes tecnològics emprats en les fermentacions industrials. Problemes derivats de les tècniques d’obtenció dels productes desitjats.

- Relació entre les tècniques utilitzades en biologia molecular i la seva aplicació a la biotecnologia.

- Utilització de microorganismes en el tractament de residus. Revisió de les reaccions catalitzades per les poblacions bacterianes en el tractament secundari de les aigües residuals, tant urbanes com industrials.

- Sensibilitzar l'alumne en els aspectes positius de la utilització dels microorganismes per complementar la visió de la tècnica microbiològica com a eina útil en altres camps tecnològics i científics.

-Microbiologia General

-Bioquímica

El contingut de l'assignatura s'aprofita més bé si s'ha cursat Anàlisis Microbiològiques

1.Microbiologia aplicada. Concepte. Història i desenvolupament. Biotecnologia: utilització dels microorganismes per l'home. La revolució de la biologia molecular.

I. TECNOLOGIA MICROBIANA

2. Obtenció de soques microbianes y millora genètica.

Microorganismes útils en Biotecnologia. Bases per a la millora de soques: screening, mutació-selecció, enginyeria genètica. Recombinació en eucariotes i procariotes. Manteniment i estabilitat de les soques modificades.

3. Models i tipus de fermentació I.

Fermentació industrial i fermentació metabòlica. Cinètica dels processos microbiològics. Expressió matemàtica del creixement, ús de substrats, i producció de productes.

4. Models i tipus de fermentació II.

Models de fermentadors: discontinus, continus i alimentats. Fermentadors amb biomassa lliure i fixada. Productivitat i velocitat de producció. Sistemes de agitació i aireació.

5. Materials usats com a substrats.

Fonts de nitrogen i carboni. Ús de subproductes. Mètodes racionals d'optimització de substrats. Mètode Plackett-Burman de disseny de medis de cultiu.

6. Recuperació de productes.

Mètodes de recuperació en funció de la mida i de les característiques químiques. Separació de partícules. Extracció de productes intracel.lulars.

7. Esterilització i escalat dels processos industrials.

Esterilització de fermentadors industrials: mètodes continus i discontinus. Criteris de esterilització i de qualitat. Inoculació de fermentadors industrials. Escalat del inòcul.

II. MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL

8. Producció microbiana de productes d'interès comercial (I).

Alcohols i disolvents. Àcids orgànics. Aminoàcids i nucleòtids. Producció a gran escala de proteïnes i enzims a partir de microorganismes recombinants. Proteïnes terapèutiques: interferons humans i hormones de creixement. Endonucleases de restricció.

9. Producció de productes d’interès comercial (II).

Síntesi d'antibiòtics, clonatge dels gens de biosíntesi d'antibiòtics, millora de la producció d'antibiòtics. Biopolímers: goma de xantà, síntesi de biopolímers adhesius i vegetals. Producció de proteïnes d'origen unicel.lular (SCP).

10. Noves aplicacions en microbiologia.

Sensors microbians. Nous productes terapèutics. Producció microbiana de sabors i fragancies. Precipitació i adsorció de metalls. Aplicacions de microorganismes amb metabolismes específics.

III. MICROBIOLOGIA D'ALIMENTS

11. Microorganismes i descomposició dels aliments.

Introducció al mecanismes de deteriorament dels aliments: factors interns i externs. Condicions ambientals que afecten el creixement dels microorganismes. Infexions e intoxicacions de origen alimentari: microorganismes implicats i detecció. Mêtodes de conservació d'aliments.

12. Producció d'aliments per fermentació.

Tipus de producte. Microorganismes implicats i característiques del procés d'el.laboració. Producció de begudes alcohòliques, productes lactis, càrnics, fermentació de productes d'origen vegetal. Preparació de cultius iniciadors. Probiòtica, ús de microorganismes vius com a agents terapèutics. Ús de microorganismes modificats genèticament.

IV. MICROBIOLOGIA AMBIENTAL

13. El tractament biològic d'aigües residuals.

Depuració biològica d'aigües residuals. Processos aeròbics i anaeròbics en el tractament de les aigües. Biofilms, "trickling filters", llacunatge i fangs actius. Els protozous en el tractament aeròbic d’aigües residuals. Eliminació de microorganismes patògens. Espessament, estabilització, condicionament, desinfecció i deshidratació dels fangs.

14. Tractament terciari i Bioremediació.

Sistemes de eliminació biològica de nutrients: nitrogen i fòsfor. Factors ambientals que afavoreixen la eliminació, microorganismes implicats i sistemes específics. Degradació específica de compostos xenobiòtics i recalcitrants. Ús de microorganismes modificats genèticament en el tractament de residus.

15. Tractament biològic de residus sòlids.

Sistemes i condicions del procés: temperatura, pH, aireació, humitat, sistemes oberts i tancats. Productes que es poden descomposar. Evolució dels paràmetres físics, químics i orgànics durant el procés de degradació. Principals grups bacterians i interaccions entre ells. Compostatge.

16. Utilització de microorganismes en l'agricultura.

Bacteris promotors del creixement vegetal. Agents de nodulació. Producció de fitohormones. Activitat bioinsecticida: Toxines de Bacillus thuringiensis. Control microbiològic de plagues i enfermetats. Alternatives a l'ús de pesticides convencionals.

Objectius

Les pràctiques de l'assignatura de Microbiologia Aplicada estan enfocades a experimentar aspectes propis de la microbiologia industrial a escala de laboratori. A partir del estudi d'un procés suficientment conegut per a tothom, com és la producció d'antibiòtics o la fermentació de la llet, es pretén:

- Utilitzar els microorganismes com a productors de substàncies útils. Estudiar els processos fisiològics que donen lloc a la producció d'aquests productes.

- Realitzar senzills protocols de purificació i evaluar, mitjançant proves experimentals la utilitat dels productes obtinguts.

- Incidir sobre la importància de l'evaluació dels rendiments obtinguts en els processos de producció en funció de les despeses.

Pràctiques

Les pràctiques seran intensives en un període de 1 setmana amb grups reduïts de 2 a 3 alumnes

Cada grup de pràctiques realitzarà dos experiments, que desenvoluparà des del inici amb el plantejament de uns objectius, el disseny dels experiments per a aconseguir els objectius proposats, la preparació del material necessari, la realització de l'experiment i la recollida i anàlisi de les dades.

Les pràctiques a realitzar són tres:

- Estudi de les diferències fisiològiques que indueixen la producció d'antibiòtics en fongs i bacteris. Efecte de les condicions ambientals, concentració d'oxigen i de nutrients (N i C). Evaluació experimental dels rendiments obtinguts en cada cas.

- Estudi de l'efecte del procés de la fermentació en la producció de iogurt sobre la viabilitat de microorganismes patògens i/o indicadors.

- Aïllament i selecció de microorganismes mutants amb capacitat de degradació de compostos fenòlics.

Les pràctiques s'avaluaran amb la realització d'un informe de pràctiques, i mitjançant un examen de preguntes aplicades sobre el treball experimental realitzat.

La bibliografia a la biblioteca

Bitton, G. (1994) Wastewater Microbiology. J. Wiley and Sons.

Bu’lock, J. & Kristiansen, B. (1987) Basic Biotechnology. Academic Press

Crueger, W & A. Crueger (1989). Biotecnologia: Manual de microbiologia industrial. Acribia S A Ed.

Demain, A.L., J.E. Davies & R.M. Atlas (1999) Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology. ASM Press.

Dunn, I.J., E. Heinzle, J. Ingham & J.E. Prenosil (1992). Biological reaction engineering. VCH.

Durieux, A. & J.P. Simon (2001) Applied Microbiology. Focus on Biotechnology (Vol II). Kluwer Acad. Publ.

Frazier, W.C. & D.C. Westhoff (1988). Food Microbiology (4th ed.). McGraw-Hill Inc.

Glick, B.R. & Pasternak, J.J. (1994). Molecular Biotechnology. Principles and applications of recombinant DNA. American Society for Microbiology.

Mc Neil, B. & Harvey, L.M. (eds.)(1990). Fermentation a practical approach. IRL Press

Metcalf & Eddy (1979). Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, Reuse. McGraw-Hill Inc.

Ray, B. (1996). Fundamental Food Microbiology.CRC Press.

Salminen, S. & A. von Wright (1998). Lactic Acid Bacteria. Microbiology and Functional Aspects 2nd ed. Marcel Dekker Inc.

Waites, M. et al. (2001). Industrial Microbiology. An Introduction. Blackwell science.
Revistes

Applied and Environmental Microbiology. American Society for Microbiology

Annual Review of Microbiology. Annual Reviews Inc.

Trends in Biotechnology. Elsevier Sciences Publisher

- Examen teòric 55 %

- Treball/examen de pràctiques 30 %

- Comentari d'article 15 %

L'examen teòric constarà de 10 a 15 preguntes d'aplicació dels continguts treballats durant el curs.

El treball pràctic constarà de dues parts. En primer lloc la confecció d'una petita memòria dels resultats obtinguts incloent un apartat adicional de discussió. En segon lloc, unes preguntes curtes (de 5 a 10) en les que s'exigirà el comentari dels resultats o la seva presentació gràfica.

Es valorarà molt positivament (fins a 15 % del valor total de l'assignatura) la realització d'un seminari o comentari d'article i la seva exposició a classe.