1W I S S E N T E C H N I K L E I D E N S C H A F T

www.tugraz.at

MOL.911   Molecular Biotechnology I

2

Engineering of Biosystems

Cell‐EngineeringPathway EngineeringSynthetic Biology

Protein‐Engineering

Engineering of Production Processes

Process DevelopmentProcess MonitoringReaction Engineering

Up‐ and Downstream Processing

BIOTECHNOLOGY

Integrated Technology Development

MOL.911 Molecular Biotechnology I

3

http://slideplayer.com/slide/5726826/

MOL.911 Molecular Biotechnology I

4

Molecular BiotechnologyIndustrial Biotechnology ‐ Biocatalysis

MolecularBio‐

technology

Bio‐process‐

technology

Fermentation Technology

Enzyme Technology

Processing Technology

Chemical Engineering

Biodiversity ‐ GenomicsBiology

MolecularBiology

BiochemistryEnzymology

StructuralBiology

Catalysis

Kinetics

Org. Synthesis

Chemistryand

Chemical Technology

MOL.911 Molecular Biotechnology I

5

Recent Years

Recombinant Antibodies

High Throughput Sequencing

„Omics“

Systems Bio/techno/logy

Synthetic Bio(techno)logy

MOL.911 Molecular Biotechnology I

6

Targeted Engineering of Biosystems

Planning in line with engineering practiceExact execution according to construction plans

MolecularBiotechnology

MOL.911 Molecular Biotechnology I

7

Engineering of Biosystems

Selection of natural variants

Mutation ‐ random genetic changesrandomly induced mutagenesis 

Crosses – genetic RecombinationSexual crossesInduced cell fusionparasexual systems (conjugation, transduction, transformation)

(Targeted) Gene manipulations – Recombinant DNAin vitro Recombination of DNAin vitro site‐specific mutagenesis„designed evolution“

natural diversity

Induced evolution

directed evolution

Synthetic Biology De novo design and construction  of complex biosystems/cells

Systems Biotechnology Integrated understanding / modeling / ratio‐based construction of biosystems/cells

Designed biosystems

MOL.911 Molecular Biotechnology I

8 Engineering of Proteins

EnzymesFunctional Proteins – Biopharmaceuticals

Improvement of the Traits of Enzymes and Proteins byRational Design or Directed Evolution 

Stability (T., pH, Solvents …)Activity (vmax , Km …)Substrate specificitySelectivity (Enantioselectivity, position specificity ..)Affinity…. etc.

MOL.911 Molecular Biotechnology I

9

Important Cell Functions

Metabolism

Transport

Specialised Compartments‐ Protein clusters‐ Membranes‐ Organelles‐ Cytosceleton

Communication

MOL.911 Molecular Biotechnology I

10

GENOME

METABOLOME

PROTEOME

ORGANISMS

TRANSCRIPTOME

MOL.911 Molecular Biotechnology I

11

AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAGAGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG CTAGCTAGCT AGCTAGCTAG

1 Gene: 1 page with 2000 letters

Bacterium. 1 book with 2300 pages (4,6 x 106 nucleotides)

Human: 1 library with 717 volumes à 2300 pages (3,3 x 109 nucleotides)

Gene: Amount of Information

MOL.911 Molecular Biotechnology I