Biotech kérdések 335 db PDF

Preview

Summary

1. Fermentor batch, folyamatos. 2. A fermentor hogyan Mindent egyszerre beleraknak mikroba) a fermentorba, dolgozni. Minden a fermentorban marad a ill. Pl. alkohol A rendszernek egy amibe a a mikroorganizmusok mindent a termeltetett anyagot. a folyamat indul az de gyorsan a Valamint a a stacioner (l...

Description

1. Fermentor működési típusok: batch, fed-batch, folyamatos. 2. A “batch” fermentor hogyan működik? Mindent egyszerre beleraknak (szubsztrát, tápanyag, mikroba) a fermentorba, lezárják és hagyják dolgozni. Minden termék a fermentorban marad (megölheti a termelő baktériumot), felléphet szubsztrát, ill. termék gátlás. Egyszerű, olcsó. Pl. alkohol fermentáció. Más forrás: A legegyszerűbb típus. Zárt rendszernek tekinthető. Tulajdonképpen egy zárt edény, amibe először a tápanyagot és a mikroorganizmusok kerülnek. Később ebből mindent eltávolítunk, és kinyerjük a termeltetett anyagot. Kitisztítás után a folyamat indul az elejéről. Kezelése egyszerű, de gyorsan felléphet a szubsztrát és termékgátlás. Valamint általában a mikrobáknál a stacioner fázisban (lag – gyorsuló – exponenciális – lassuló – stacioner – pusztuló fázisok) termeltetnek anyagokat (ekkor van a másodlagos anyagcsere), így a cél ennek megnyújtása lenne, amire ez a módszer szintén nem alkalmas. 3. A “fed-batch” fermentor hogyan működik? Nem egyben rakunk be mindent, a tápanyag folyamatos adagolása a fermentáció során, míg a fermentor meg nem telik, így nincs szubsztrát gátlás (plussz stacioner fázis megnyújtva – itt termelnek legjobban a mikrobák). Más forrás: Hasonló az előzőhöz, csak itt a táplálást folymatosan végezzük (ezzel konstans növekedési sebességet érhetünk el), de anyagelvételt nem végzünk, csak a legvégén, amikor szintén mindent ki kell szedni és lehet újraindítani. E technika célja a stacioner fázis megnyújtása. 4. A “folyamatos” fermentor hogyan működik? Időszakonként adnak szubsztrátot és elvesznek terméket (állandó konstans körülmény a táplálékban). A fermentorba szakaszosan, meghatározott időközönként, kis mennyiségben bekerülő friss szubsztrátummal megegyező mennyiségű, már kierjesztett anyag hagyja el a rothasztó teret. Jól ellenőrizhető és szabályozható, de csak nagy térfogatban működik. Sok figyelmet igényel. Más forrás: ez egy nyitott rendszer, amelybe folyamatosan táplálunk és folyamatosan ki is vesszük a terméket, így sokáig szinten tartható. Jól ellenőrizhető és szabályozható, de csak nagy térfogatban működik. Valamint sok figyelmet igényel. 5. A “félfolyamatos” fermentor hogyan működik? Tápanyagadás folyamatos, de időnként teljesen kiürítik, hogy kinyerjék a terméket. A folyamatos fermentáció megszaladhat, melynek egyik oka a reagensek felhalmozódása lehet. Ennek a hibának a kiküszöbölésére alkalmazzák a félfolyamatos fermentort: a reakció szabályozását egy (a problémát okozó) „szabályozó” reagens fokozatos adagolásával végzik. 6. Milyen stratégiákat használnak a mikrobiális biomassza növekedésének ellenőrzésére? - számlálás (mikroszkóp, lemezelés, Coulter counter, flow citometria, FACS – fluorescence activated cell sorting), - sejttömeg mérés (száraz súly, nedves súly, turbiditás, image analízis), - metabolikus aktiitás (fermentációs aktivitás, elektromos paraméterek, fluoreszcencia). 7. Mikroszkóppal hogyan lehet mérni a mikrobiális biomassza növekedését? Bürker kamrával. Egy adott területnek adott térfogata van, és több területen megszámolják a sejteket, majd átlagolják ezeket. Hátránya, hogy az élő és halott sejtek megkülönböztetése nehéz. 8. Mi a CFU és hogyan mérik? CFU = Colony-forming unit (kolóniákat alkotó egység). Ez egy lemezeléses sejtszámlálási technika. Adott térfogatot leoltanak agar lemezre, és megszámolják, hogy hány telep nő ki. Ez élő sejtszámot ad meg, azonban nagy odafigyelést igényel. 9. Lemezeléssel hogyan lehet mérni a mikrobiális biomassza növekedését? Adott térfogatot leoltanak agar lemezre, és megszámolják, hogy hány telep nő ki. Ez élő sejtszámot ad meg, azonban nagy odafigyelést igényel. 10. Milyen mikróba számlálási eljárásokat ismer? Mikroszkóp, lemezelés, Coulter counter, flow citometria, FACS – fluorescence activated cell sorting. 11. Ki volt Coulter és mit talált fel? A Beckman Coulter céget alapították a Coulter testvérek és Beckman. Sejtszámlálási módszert talált fel, a Coulter counter-t, ami folyamatos üzemmódban is automatizálható. Két elektród van egy külső és egy belső térrészben (belső egy cső). Egy kis lyukon a sejtek bejutnak a csőbe, az érzékelő terület a lyuknál van → megváltozik a vezetőképesség és a feszültség, s lézerfénnyel a fényszórás is mérhető. 12. Hogyan működik a Coulter számláló? Két elektród van egy külső és egy belső térrészben (belső egy cső). Egy kis lyukon a sejtek bejutnak a csőbe, az érzékelő terület a lyuknál van, ahol a sejtek miatt megváltozik a vezetőképesség és a feszültség, s lézerfénnyel a fényszórás is mérhető. 13. Flow citometriával hogyan lehet mérni a mikrobiális biomassza növekedését? A sejtek egy kapillárison folynak át, s a végén kicsepegnek – egy csepp egy sejt. Detektorok veszik körbe, fényszórást, fluoreszcenciát, abszorpció változást mérnek. 14. FACS-al hogyan lehet mérni a mikrobiális biomassza növekedését? FACS = fluorescence activated cell sorting. A flow

citometria továbbfejlesztése (a sejtek kapillárison folynak át, s a végén kicsepegnek – egy csepp egy sejt; detektorok veszik körbe), itt fluoreszcenciát mérnek. Elektromos térben eltérítik a sejteket és így szortírozzák őket töltés szerint. 15. Mi a FACS és hogyan működik? FACS = fluorescence activated cell sorting. A flow citometria továbbfejlesztése (a sejtek kapillárison folynak át, s a végén kicsepegnek – egy csepp egy sejt; detektorok veszik körbe), itt fluoreszcenciát mérnek és bizonyos természetes tulajdonság alapján szétválogatják. Pl. elektromos térben eltérítik a sejteket és így szortírozzák őket tölts szerint. Általában fototróf élőlényeknél alkalmazzák. 16. Milyen eljárásokat ismer a mikrobiális biomassza tömegének mérésére? Száraz súly mérése szárítószekrényben, nedves súly centrifugával, turbiditás spektrofotométerben, image analízis CCD kamerával. 17. Hogyan méri a biomassza száraz és nedves súlyát? Száraz súly mérése szárítószekrényben kiszárítva, s a visszamaradt szerves anyagot mérjük. Nedves súly centrifugával, biomassza kiülepítés. 18. Milyen hibalehetőségekkel kell számolni a biomassza száraz és nedves súlyának mérésekor? Száraz: pontatlan lesz, mert nem lehet mindig egyformán kiszárítani, és az illékony termékek elvesznek. Nedves: az eredmény centrifugafüggő – összehasonlításhoz ugyanazt kell használni, mert nem mindegy, mennyi víz marad a mintában. Mindkettő már élő és halott sejteket, spórákat. 19. Mi a turbidométer és hogyan működik? Spektrofotométer, zavarosságot mér. A mintán átmenő fény szóródása arányos a mikrobaszámmal. Elve: a mikroba átlagos mérete a látható fény hullámhosszától nem esik messze, ezért szórja a fényt. Gyors, automatizálható (folyamatos üzemmód), de nem igazán szelektív (a halott sejt is látszik). 20. Milyen hibalehetőségekkel kell számolni a turbidométer használatakor? A halott sejteket is beleszámoljuk. 21. Mi az image analízis lényege? Megfestik külön a sejtmagokat és CCD kamerával megnézik. A képalkotó rendszer töltéselválasztás formájában analóg jelet rögzít. Kamerában félvezető chip, digitális fotoelektromos jelet regisztrál, és software illeszti a képeket. 22. Milyen eljárásokat ismer a mikrobiális biomassza növekedésének mérésére a metabolitikus aktivitás alapján? Mikroorganizmus tevékenysége folytán változó paraméter mérése: fermentációs aktivitás (keletkező hő mérése), elektromos paraméterek (vezetőképesség), saját belső fluoreszcencia koenzimek miatt (sejt kora is látszik). 23. Milyen eljárásokkal mérik az iparban a hőmérsékletváltozást? Higanyos hőmérővel (nem jó, mert eltörhet), termisztorral (két fémdarab, különböző hővezetési képességgel. A hőre különbözőképpen hajlik a két fémdarab, ezáltal fizikai elmozdulás figyelhető meg, amelynek mértéke a hőmérséklettel arányos). 24. Hogyan működik egy termisztor? Két fémdarab, különböző hővezetési képességgel. A hőre különbözőképpen hajlik a két fémdarab, ezáltal fizikai elmozdulás figyelhető meg, amelynek mértéke a hőmérséklettel arányos. 25. Hogyan működik a pH elektród? Úgy működik, mint egy galvánelem. Ionszelektív üvegmembránnal van a két elektród a térben elválasztva, s a köztük levő feszültségkülönbséget méri, ami attól jön létre, hogy az ionok szelektíven beáramlanak a térrészbe. 26. Hogyan működik a HPLC? HPLC = High performance liquid chromatography. Pumpákkal nagy nyomáson áramoltatják át az oldott mintát a szilárd fázist tartalmazó oszlopon. Az oszlop mérete fontos az elválasztásban, lehet ioncserés elválasztás; normál fázisú apoláris oldószerrel vagy reverz fázisú poláris oldószerrel. Többféle detektor lehet: UV -VIS, törésmutató, vezetőképesség, fluoreszcencia mérő. Előnye: gyorsabb, éles csúcsok, nem kenődnek el, tiszta szétválasztás, jó felbontóképesség, nagy érzékenység és hatékonyság. Hátránya: a nagy nyomás a makromolekuláknak nem jó, csak kismolekulájú terméket lehet vele mérni, gyakori oszlopeltömődés, túl speciális eszközök. 27. A HPLC előnyei, hátrányai. Előnye: gyorsabb, éles csúcsok, nem kenődnek el, tiszta szétválasztás, jó felbontóképesség, nagy érzékenység és hatékonyság. Hátránya: a nagy nyomás a makromolekuláknak nem jó, csak kismolekulájú terméket lehet vele mérni, gyakori oszlopeltömődés, túl speciális eszközök. 28. Hogyan működik a GC-MS? Gas chromatograph – mass spectrometry. Gázkromatográfia és tömegspektrometria kombinálása. GC: vivőgáz sodorja a mintát az oszlopon, ahol a komponensek szétválnak. Detektor: TCD (thermal conductivity detector – hővezető detektor. Állandóan fűtött platinadrót, amit a vivőgáz egy konstans értékkel hűt. A gázban lévő részecske plusz hűtést ad a drótnak, ezért több árammal kell a konstans értékre felfűteni - a detektor ezt érzékeli) vagy FID (flame ionization detector – láng ionizációs detektor; a gáz a lángba kerül és ionizálódik a benne lévő molekulákkal együtt. Az ionok elektródához jutnak, ionáram mérése). MS: tömegspektrometria. Ionizáló forrás a mintára – összetöri és ionizálja a darabokat, az elektromos térben felgyorsulnak, a mágneses térben eltérülnek. Az eltérülés mértéke arányos az ionizált molekula tömegével. 29. Mi a TCD? TCD = thermal conductivity detector – hővezető detektor. Állandóan fűtött platinadrót, amit a vivőgáz egy konstans

értékkel hűt. A gázban lévő részecske plusz hűtést ad a drótnak, ezért több árammal kell a konstans értékre felfűteni - a detektor ezt érzékeli. 30. Mi a FID? FID = flame ionization detector – láng ionizációs detektor; a gáz a lángba kerül és ionizálódik a benne lévő molekulákkal együtt. Az ionok elektródához jutnak, ionáram mérése. 31. Mi az MS? Tömeg spektrometria. Ionizáló forrás a mintára – összetöri és ionizálja a darabokat, az elektromos térben felgyorsulnak, a mágneses térben eltérülnek. Az eltérülés mértéke arányos az ionizált molekula tömegével. Az ionok méretéből később lehet rekonstruálni az eredeti molekulát. 32. On line gázáramlás mérési technikák. Rotaméter: üvegcsőben súlyok, kisebb átmérővel, mint az üvegcsőé; az áramló gáz megemeli, s az elmozdulás az üvegcső skáláján mutatja a sebességet, Az áramlási sebesség hőmérséklet és nyomás függő. TMFM: thermal mass flow monitor – termisztor a gázáramban, áramlás miatti hőt méri és arra vezeti vissza a sebességet. Nem függ a hőmérséklettől és a nyomástól. 33. Milyen gázösszetétel kimutatási eljárásokat alkalmaznak az iparban? O2, CO2: égés, légzés (pl. fermentációkor keletkező CO2 miatt a gyertya kialszik) 34. Milyen gázösszetétel mérési eljárásokat alkalmaznak az iparban? GC, GC-MS Infravörös abszorpció: monoatomosra nem jó, mert a heteroatomos molekulák verik vissza. Mágneses szuszceptibilitás (mágnesezhetőség). Pl. O 2: 80°C alatt paramágneses, felette diamágneses. 35. Hogyan mérne oxigént ipari körülmények között? Mágneses szuszceptibilitás (mágnesezhetőség) technikájával. 80°C alatt paramágneses, felette diamágneses. 36. Hogyan mérne széndioxidot ipari körülmények között? Infravörös abszorpcióval. 37. Bioszenzor működési elve. A bioszenzorok olyan mikrométeres kivitelű elektrokémiai, optikai vagy egyéb érzékelők, melyek felületére biológiailag aktív anyagok kötnek, amely biológiai kölcsönhatás során valamilyen jól detektálható (sokszor mennyiséggel arányos) jelet ad. A bioszenzorok (biológiai szenzorok) a kémiai szenzorok alcsoportját alkotják, amelyeknél a felismerő anyag biológiai eredetű, és a szelektív felismerési lépés biológiai folyamatra épül, így lehet enzim-szubsztrát, antigén-antitest, receptoragonista kölcsönhatás vagy nukleinsav hibridizáció. A különböző biológiai anyagok közül legáltalánosabban az enzimeket használják. A jelátvitel lehet elektrokémiai (amperometriás, potenciometriás), optikai, vagy rakcióhő mérésén alapuló. 38. Milyen részekből épül fel egy bioszenzor? Felépítése: biológiai érzékelő, jelátalakító, mérőműszer. Receptor: szelektíven reagál a mérendő anyaggal. Transzducer: információt hordozó jelet generál. 39. A bioszenzorok előnyei és hátrányai. Előnyök: specifikus, érzékeny, nem igényel minta előkészítést, gyors, kis mennyiségű minta is elég. Hátránya: a biológiai komponens érzékeny, instabil, mérőműszer érzéketlen. 40. Milyen bioszenzort használtak bányában és miért? Kanári madarat, mert gyors anyagcseréjű, érzékeny a környezetre, alacony koncentrációjú CH4-t és CO-t is kimutat (meghal). 41. Mi a BOI és KOI és miben különböznek/hasonlítanak egymásra? BOI = biológiai oxigén igény; KOI = kémiai oxigén igény. Hasonlóság: az elfogyasztott oxigén mennyiségét méri. Különbség: KOI a minta kálium-permanganáttal vagy kálium-dikromáttal történő forralása során elhasználódott vegyszerrel egyenértékű oxigénfogyasztást adja meg, míg a BOI a biomassza lebontása során történő oxigén fogyást. 42. Hogyan működik a BOI mérő? A fedelében lévő NaOH megköti a biomassza fogyása során keletkező CO 2-t, ami a fogyott O2nel arányos, gáznyomást mér. 43. Milyen hibalehetőségekkel kell számolni BOI méréskor? Nitrifikáció, toxikus anyagok gátolják az oxigén fogyasztást, sok nehézfém jelenléte is hibás eredményt ad. 44. Hogyan működik egy elektrokémiai bioszenzor? Valamilyen redox folyamat során keletkező terméket mér, pl. redox festék abszorpciót, redukált koenzim fluoreszcenciát. 45. Hogyan és mit mér a glükóz bioszenzor? A glükóz mennyiségét méri, alapja a glükóz oxidáz által végzett glükóz → glükonsav átalakulás. Mérhető a folyamat során redukálódó koenzim (FADH 2) fluoreszcenciája, az oxidált mediátor (redox festék) abszorpció változása, vagy a keletkező H 2O2. A glükóz molekulákat a hidrogél gyűjtőkorongok gyűjtik össze, amelyek gélbe ágyazva

tartalmazzák az immobilizált glükóz oxidáz enzimet. Amint a glükóz molekulák bekerülnek a gyüjtőkorongokba, reakcióba lépnek az abban lévő oxidázzal és a reakció egyik termékeként hidrogén-peroxid keletkezik. A transzducer egység – amely tartalmaz egy elektródrendszert és mindkét gyűjtőkoronggal kapcsolatban van – érzékeli a felszabaduló hidrogén-peroxidot, és annak mennyiségével arányos elektromos jelet állít elő. 46. Miért használják a glükóz oxidázt bioszenzorokban? Mert a glükóz oxidáz a glükózzal sztöchiometrikus mennyiségű hidrogénperoxid képződését indukálja, Redukáló festékkel specifikusan mérhető. 47. Hogyan működik egy immunológiai bioszenzor? Antigén és specifikus ellenanyag kölcsönhatásán alapul, a megkötött antigén másodlagos ellenanyaggal és marker enzimmel kimutatható. 48. Mi a hCG, miért, mikor és hogyan mérjük? hCG = human Chorion Gonadotropin – a terhesség korai szakaszában nagy mennyiségben termelődik, vizeletből terhességi teszttel (bioszenzor) kimutatható immunológia módszerrel. 49. Hogyan működik a terhességi teszt? Immobilizált és szabadon mozgó hCG elleni ellenanyaggal, valamint anti-hCG elleni ellenanyaggal működik. A tesztcsík egyik végén van a mintafelvivő hely, majd a mobilis hCG ellenanyagok, amik a rácsöppentett vizelettel vándorolnak felfelé a csíkon. Ha az antitest kötött hCG, akkor a pozitív ablakban lévő immobilizált szintén hCG elleni ellenanyagok megkötik, és színreakciót mutatnak. A negatív ablakban lévő immobilizált, szintén anti-hCG ellenanyagok a szabad ellenanyagokat kötik meg és adnak jelet, mutatva, hogy a teszt működik. Ha a hCG ellenanyag nem köt hCG (mert nincs a mintában), akkor csak a negatív ablakban kapunk jelet. 50. Hányféle ellenanyagot és antigént használnak a terhességi tesztben és miért? Immobilizált (a) és szabadon mozgó (b) hCG elleni ellenanyagot, valamint immobilizált anti-hCG elleni ellenanyagot (c). a) - a pozitív ablakban a hCG-t köti; b) - a mintából köti meg a hCG-t; c) - a negatív ablakban anti-hCG kötéssel mutatja a teszt hitelességét. 51. Mi az ELISA és hogyan működik? ELISA = Enzyme linked immunosorbent assay = enzimhez kötött ellenanyag-vizsgálat. Általános ellenanyag kikötve szilárd fázisra, hozzá az antigén kötődik, majd az antigénre specifikus, antigén elleni ellenanyag kötődik, végül anti-antigén másodlagos ellenanyag marker enzimmel (HRPO, Biotin-avidin, fluoreszcens festék jelölt, igG -t ismeri fel) kötődik és az antigén mennyiségének megfelelő arányú színreakciót mérhetünk az enzim szubsztrátjának hozzáadásával. 52. Hányféle ellenanyagot és antigént használnak az ELISA -ban és miért? 3-félét: antigén elleni általános (az antigén kikötése) és specifikus (az antigén spec. Felismerése), ill. egy anti-antigén elleni (kimutatás markerral). 53. Mi a plazmon felületi rezonancia, hogyan és mit mérünk vele? PSR: a fémréteg két oldaláról visszavert fehér fény (belső és külső felület) erősítik vagy kioltják egymást, a rezonancia függ a rétegvastagságtól. Ha a fémre kikötött ellenanyag megköt valamit, rétegvastagság nő – hullámhossz és görbe eltolódásból mérjük a makromolekulák közötti kölcsönhatást. 54. Mi a QCM, hogyan és mit mérünk vele? QCM = kvarc kristály mikromérleg: piezoelektromos kvarckristály (mechanikai vibrációra áramot termel és fordítva) – nagyon érzékeny a felületi lerakódásokra, biológiai minta kis változását méri. Ha a kristályra ellenanyagot immobilizálunk és az antigént köt, akkor a kristályra jellemző jelfrekvencia eltolódik, kiszélesedik. Hasonló pl. a kábítószer kimutatásra használt BIOSENS (ellenanyag versengés elvén alapul, a kristályra olyan antigén van kötve, amihez gyengén kötődik a kábítószert felismerő antitest. Ha kábítószert tartalmaz a vizsgálandó minta, akkor az antitestek a mobilis, mintában lévő antigénekhez kötődnek, ezzel változik a rezgés. 55. Az immunológiai alapon működő QCM technika előnyei és hátrányai. Előnye: nagyon kis mintát is kimutat, gyors, kvantitatív. Hátránya: drága. 56. Hogyan működik a DNS-chip és mit mérünk vele? Teljes genom expressziót vizsgál, hordozóra a „próba”, ezzel hibridizál a jelölt „target”. Egydimenziós: a target egyszer jelölt pl. radioaktívan. Kétdimenziós: eltérő színű jelölések → expressziós mintázat, diagnosztikai értékű. 57. Mi a különbség az egy- és kétdimenziós DNS-chipek között? Egydimenziós: a target egyszer jelölt pl. radioaktívan. Kétdimenziós: eltérő színű jelölések. 58. Mit vizsgál a proteomika és hogyan? Teljes fehérje populációváltozást mutat, komplex minták analízise lehetséges, poszttranszlációs modifikációk követhetők, különbségek vad és mutáns törzs között láthatók. Más forrás: A proteomika meg kívánja ismerni a fehérjék szerkezetét, biológiai funkcióját és ezek térbeli és időbeli változását. Nemcsak úgy tekinti a fehérjét, mint izolált molekulát, hanem figyelembe veszi a fehérje és környezete közötti kölcsönhatást. Vizsgálódási körébe tartozik a fehérje eredetének meghatározása, rendszertani besorolása, a különböző forrásból származó, de azonos biológiai funkciót ellátó proteinek szerkezetének összehasonlítása, a fehérje jelenlétének vagy hiányának igazolása egészséges, illetve patológiás körülmények között. Célja az igen kis mennyiségben, ill. koncentrációban jelen lévő fehérjék kimutatása, azonosítása,

szerkezetük meghatározása; a fehérjékkel kapcsolatos ismeretek taxonómiai, szerkezeti vagy funkcionális rendszerezése, a kísérleti adatok megerősítése (validálás), valamint az így képződő adatbázisok információtartalmának elemzése. 59. Milyen lépéseket kell elvégezni egy proteomikai vizsgálat során?  sejtfeltárás és fehérjék kinyerése, majd kétdimenziós elválasztás;  izoelektromos fókuszálás izoelektromos pont alapján, majd az ebből nyert frakciókkal SDS PAGE → össztöltés megszüntetése SDS-sel, így csak méret szerint választ el → egyedi fehérjéket kapunk;  gélből való kinyerés és tripszines emésztés (nem specifikus proteáz → fragmenteket kapunk);  tömegspektrométer: peptidtömeg eloszlás → azonosítás - a fehérje fragmenteket hordozóba ágyaz...