1. PROCEDIMIENTOS PARA LA
SOBREPRODUCCIÓN
MICROBIANA DE METABOLITOS

2. POTENCIAL GENÉTICO
La información genética de los organismos les da a
éstos las características de lo que son (fenotipo) y
pueden ser (genotipo). Esta información va codificada
en el ADN en prácticamente todos los organismos, a
excepción de algunos virus y viroides que la portan en
el ARN.
En los procariotes (bacterias y arqueas), el ADN se
ubica en un cromosoma en el citoplasma celular, y
muchos veces también existe ADN extracromosomal
(PLÁSMIDO).

3. POTENCIAL GENÉTICO
En general, los microorganismos aislados de la
naturaleza producen metabolitos de interés industrial
en bajas concentraciones, por lo tanto se hace
necesario incrementar estos rendimientos para lograr
una mayor rentabilidad de los procesos.
Formas de mejorar el rendimiento:
•Optimización del medio de cultivo y condiciones de
operación, limitada por la capacidad de síntesis
máxima del producto deseado que tiene el organismo.
•Mejoramiento genético de la cepa.

4. POTENCIAL GENÉTICO
Con el organismo mejorado, se reexaminan las
condiciones del cultivo para lograr nuevamente la
máxima productividad.
Programas de desarrollo involucran una continua
modificación genética del microorganismo, seguida
por una readaptación del medio de cultivo a los nuevos
requerimientos, mejoras de las condiciones de
operación y de los procesos de purificación.

5. MEJORAMIENTO GENÉTICO
Obtención de cepas modificadas genéticamente:
• Selección natural de variantes
• Mutación inducida
• Recombinación genética.

6. SELECCIÓN NATURAL
• En una gran masa celular la población es
heterogénea (cambios al momento de reproducirse)
• Puede presentar problemas de rendimientos (las
variantes con menor nivel de producción que la
población parental)
• Cambios definitivos (mutaciones) diferente a las
variaciones fenotípicas (condiciones ambientales y
afectan a toda la población). Son estables y
hereditarios, con una frecuencia estadísticamente
medible (tasa de mutación).

7. MUTACION ESPONTÁNEA
Cambio ocurrido en la secuencia de las bases del
genoma y que se transmite a su descendencia.
• La frecuencia de mutaciones espontáneas varía
entre 10-6 a 10-9 mutaciones por genoma y por
generación.
• Para un valor medio de 10-7 se deberán estudiar un
gran número de organismos (> 107 ) en la búsqueda
del tipo deseado.
• Útil observar las características morfológicas de las
colonias, para seleccionar y estudiar los clones.
• Selección de cepas: medios de cultivo para cepas
mutantes resistentes a drogas, metales, etc.

8. MUTACION INDUCIDA
Se emplea un agente mutágeno para generar
mutaciones en una población de microorganismos.
Empíricamente el empleo de diferentes agentes resulta
en el aislamiento de distintos "espectros" de
mutantes.
El incremento de su productividad puede ser el
resultado de una modificación en los mecanismos
de control que limitan el nivel de producción y/o de
una variación en los precursores que llevan al
producto (Aconsejable conocer las rutas y
mecanismos de control de la biosíntesis del

9. AGENTES MUTAGÉNICOS
Físicos: luz ultravioleta (λ de 200 a 300 nm y exposición entre
0.5 y 20 minutos), tratando de lograr un porcentaje de
muerte entre el 90 y 99.9%.
2) Químicos: Concentraciones del orden de 0.05 M con
exposiciones de 0.5 a 12 horas.
Acido nitroso (transiciones A-T o G-C) y/o deleciones por
uniones cruzadas en el interior de la cadena.
N-metil-N'-nitro-N-nitrosoguanidina (NTG), potente, produce
alta tasa de mutación con bajo porcentaje de mortandad.
Análogos de base. Producen transiciones, como el 5-
bromuracilo y la 2-aminopurina.
Mutágenos estructurales, como la proflavina o naranja acridina
que actuán como agentes de intercalado en la estructura,
promoviendo adiciones o deleciones simples durante la
síntesis

10. MUTACION INDUCIDA
Mutantes con niveles mejorados de metabolitos
primarios
• Inhibición por producto final, al evitar su síntesis se
elimina el control de la ruta metabólica.
Productos esenciales para el crecimiento, adicionar para
cubrir solo el desarrollo celular evitando la inhibición o
represión.
MUTANTES AUXOTRÓFICOS candidatos a cepas
altamente productoras, si la mutación ocurre en el sitio
correcto.
Selección de auxótrofos por técnicas de enriquecimiento o
mediante la identificación visual de mutantes.
• Mutantes con la permeabilidad alterada. Mutante de
Corynebacterium glutamicum, con bajas concentraciones de
biotina (5 mg/L) puede excretar glutamato (50 g/L) Sugiere

11. MUTACION INDUCIDA
Mutantes con niveles mejorados de metabolitos primarios
• Mutantes productores de enzimas de interés industrial.
Mutantes productoras de enzimas en ausencia de inductor y aún
en presencia de represores.
Las mutaciones pueden tener lugar en un gen regulador,
eliminando la producción de un represor activo, o si se
producen en el operador, se podría evitar la unión del
represor.
Los mutantes que producen enzimas inducibles en ausencia de
inductor se denominan mutantes constitutivos.
¿Cómo aislarlos?

12. MUTACION INDUCIDA
Mutantes con mejores rendimientos de metabolitos
secundarios
Represión catabólica por glucosa y/o la fuente de nitrógeno (en
especial amonio). La producción de cefalosporinas por
Streptomyces clavuligerus se reprime por amonio.
Síntesis de metabolitos secundarios regulada por mecanismos de
control genéticamente, las mutaciones pueden tener efectos
importantes en el mejoramiento de cepas.
Los programas iniciales en la industria de antibióticos inducían
mutaciones con éxito. Caso de la penicilina, primeras cepas
de Penicillum chrysogenum producían alrededor de 20
unidades/mL, en 1980 se tienen concentraciones cercanas a
60.000 U/mL (35 mg/mL ).

13. RECOMBINACIÓN GENÉTICA
Programa de mejoramiento reagrupando las potencialidades de
distintas variantes con el objeto de seleccionar la mejor
combinación de genes responsables de codificar la
producción de determinado metabolito.
Recombinación genética, proceso que genere nuevas
combinaciones de genes los cuales estaban originalmente en
individuos diferentes.
El intercambio de material genético entre diferentes especies
puede también ser alcanzado por fusión celular. Ejemplo,
obtención de hibridomas por fusión de linfocitos con células
de mieloma (cáncer de piel) de ratón u otro animal.

14. RECOMBINACIÓN GENÉTICA
Obtención de nuevas cepas por Ingeniería Genética.
La década de 1970 marca el comienzo de la unión entre las
técnicas bioquímicas para manipular el ADN in vitro con las
técnicas genéticas para transferir el ADN de una célula a
otra. La nueva metodología resultante conocida con el
nombre de Ingeniería Genética ha revolucionado el campo
específico de la Biotecnología.
A través del procedimiento de clonado de ADN, genes de
cualquier tipo pueden ser tomados de su ambiente natural,
analizados, alterados y reinsertados en el mismo tipo de
organismo o en otro diferente.

15. TRANSFERENCIA DE
MATERIAL GENÉTICO

17. PROCARIOTAS
GEN ESTRUCTURAL
DNA
TRANSCRIPCION
mRNA
TRADUCCION
PROTEINA
EUCARIOTAS I1 E1 I2 I3 E2 E3 I4 E5 I6 E6 I7
DNA
TRANSCRIPCION
mRNA primario
PROCESAMIENTO
E1 E2 E3 E4 E5 E6
MENSAJERO
FUNCIONAL
TRADUCCION
PROTEINA

18. ¿Porqué utilizar bacterias?
Las bacterias tienen cuatro ventajas importantes
para los “experimentos de genética de tipo
tradicional“:
1. Son haploides (no hay enmascaramiento)
2. Cada 20 minutos se produce una nueva
generación
3. Fácil para crecer en ENORMES
CANTIDADES
4. Los individuos de estas grandes
poblaciones son GENETICAMENTE
IDENTICAS.

19. El cromosoma de Escherichia coli
es único, circular y contiene cerca
de 4.7 millones de pares de bases.
Tiene cerca de 1 mm de longitud
pero solo 2 nm de ancho.

20. Cromosoma de
Escherichia coli

22. PLASMIDO. Material
genético extracromosomal
Escherichia coli
ADN CROMOSOMAL

23. Hay TRES TIPOS PRINCIPALES de
transferencia genética en bacterias:
1. Transformación – la bacteria toma ADN
externo.
2. Conjugación – el ADN es transferido de
una célula bacteriana a otra, vía “pili sexual".
3. Transducción – el ADN se introduce a la
bacteria mediante un bacteriofago.

24. Transformación
Es el proceso donde la bacteria controla la
toma de una parte de un ADN. Usualmente,
este proceso es utilizado en el laboratorio
para introducir una pieza pequeña de ADN
(como un PLASMIDO) dentro de una célula
bacteriana.

25. Proceso de
transformación

26. Conjugación bacteriana
Es el poceso donde el
ADN es transferido de
una célula bacteriana
donadora a una célula
receptora por contacto
célula – célula.
Se ha observado en
muchas especies
bacterianas y es bien
entendido en Escherichia
coli (descubierto por
Joshua Lederberg in
1951).

28. “Generando un mapa genético“
A través del proceso de conjugación, al hacer
experimentos con diferentes tiempos de
duración, es posible generar un mapa genético de
de E. coli!

29. azi – azida de sodio; ton – fago T1

30. Transducción

33. El genoma del fago se integra en el cromosoma bacteriano en un sitio específico.