BIOPROCESI: KARAKTERISTIKE, VRSTE, PREDNOSTI I FAZE - BIOLOGIJA - 2026

Bioproces je specifična metodologija koje koristi žive stanice, ili i druge dijelove istih (enzimi, organele, među ostalima), kako bi se postigla dobivanje željenog proizvoda za industriju ili za dobrobit ljudskog bića. Bioproces omogućava dobivanje već poznatih proizvoda u optimalnim okolišnim uvjetima, veće kvalitete od tradicionalnog načina proizvodnje.

Na isti način, bioprocesi omogućuju dobivanje genetski modificiranih organizama koji se mogu upotrijebiti za poboljšanje učinkovitosti specifičnih procesa (enzimi ili proteini koji se koriste u medicinskim tretmanima, kao što je inzulin) ili ih čovjek treba konzumirati izravno. ljudski.

Izvor: pixabay.com

Društvo i tehnologija mogu koristiti bioprocese u različitim područjima kako bi doveli do boljih i novih tehnika. Primjenjiv je na različita područja poput proizvodnje hrane, potičući poboljšanja u njima, stvarajući lijekove, kontrolirajući onečišćenja različitih vrsta i kontrolirajući globalno zagrijavanje.

Trenutno su razni bioprocesi u industriji imali pozitivan utjecaj te su uloženi milijuni dolara za promicanje njihovog rasta.

karakteristike

U znanosti o biotehnologiji, bioproces je proces koji koristi neki određeni biološki subjekt koji stvara kao proizvod neku tvar određene dodane vrijednosti.

To jest, upotreba stanice, mikroorganizma ili dijela stanice stvara proizvod koji želi istraživač, a koji može imati primjenu u nekom području.

Osim toga, postoji inženjering za bioprocesu, koji nastoji osmisliti i razviti opremu za proizvodnju širokog spektra proizvoda, koji se odnose na poljoprivredu, proizvodnju hrane i lijekova, stvaranje kemikalija, između ostalog, počevši od bioloških materijala.

Zahvaljujući postojanju inženjerstva za bioprocesu, biotehnologija može biti korisna za društvo.

Ciljevi bioprocesa

Biolozi i inženjeri koji sudjeluju u razvoju bioprocesa žele promicati implementaciju ove tehnologije jer omogućuje:

-Kroz bioprocese mogu se stvoriti kemikalije značajne vrijednosti. Međutim, količine koje se uglavnom proizvode su nešto male.

-Bioprocesi omogućuju sintezu ili modifikaciju proizvoda koji su već dobiveni tradicionalnim putem korištenjem aktivnosti prethodno izoliranih mikroorganizama. To mogu biti aminokiseline ili drugi organski materijali, hrana, među ostalim.

-Transformacija tvari u većim količinama, poput alkohola. Ovi postupci često uključuju tvari male vrijednosti.

-Kroz uporabu organizama ili njihovih dijelova, ostaci i otrovni otpad mogu se razgraditi da bi ih pretvorili u tvari koje se lako mogu reciklirati. Ovi su procesi relevantni i u rudarskoj industriji, s koncentracijom metala i iskorištavanjem rudničkih rudnika.

Prednosti i nedostaci primjene bioprocesa

-Prednost

Postojanje bioprocesa daje niz izvanrednih prednosti, uključujući uštedu energije za obradu tvari, kako slijedi:

Prijateljski uvjeti za radnike

Većina bioprocesa koristi enzime koji su u prirodi proteinski katalizatori. Oni djeluju na temperaturi, razini kiselosti i tlaku sličnom onima kojima žive organizmi pružaju otpor, zbog čega se procesi odvijaju u "prijateljskim" uvjetima.

Suprotno tome, s ekstremnim temperaturama i pritiscima na kojima djeluju kemijski katalizatori korišteni u tradicionalnim procesima. Osim uštede energije, rad u uvjetima prilagođenim ljudima čini postupak sigurnijim i pojednostavljuje postupak.

Druga posljedica ove činjenice je smanjenje utjecaja na okoliš, jer proizvodi enzimskih reakcija nisu otrovni otpad. Za razliku od otpada proizvedenog standardnim metodologijama.

Proizvodni kompleksi su manji, jednostavniji i prilično fleksibilni, tako da ne treba velika investicija.

-Disadvantages

Iako bioprocesi imaju brojne prednosti, postoje još uvijek slabe točke unutar primijenjenih metodologija kao što su:

kontaminacija

Jedna od najvažnijih je unutarnja posljedica rada s biološkim sustavima: osjetljivost na onečišćenje. Iz tog razloga, mora se raditi u vrlo kontroliranim aseptičnim uvjetima.

U slučaju da usjevi postanu kontaminirani, mikroorganizmi, katalizatori ili dobiveni proizvodi mogu se uništiti ili izgubiti svoju funkcionalnost, što uzrokuje znatne gubitke u industriji.

Napravite velike usjeve

Drugi je problem povezan s manipulacijom radnim organizmima. Općenito, laboratoriji za genetiku i molekularnu biologiju rade s mikroorganizmima u malom obimu, gdje je njihova kultivacija i optimalan razvoj lakši.

Međutim, ekstrapoliranje procesa na masovno uzgoj mikroorganizama predstavlja niz prepreka.

Metodološki gledano, proizvodnja mikroorganizama u velikom obimu je komplicirana i ako se ne provede na ispravan način, to može dovesti do genetske nestabilnosti sustava i heterogenosti rastućih organizama.

Proizvođači nastoje dobiti homogeni usjev kako bi maksimizirali proizvodnju dotične tvari. Međutim, kontrola varijabilnosti koju nalazimo u svim biološkim sustavima je problem velikih razmjera.

Zaključno, proizvodnja mikroorganizama za industrijsku upotrebu nije samo povećavanje proizvodnje koja se provodi u laboratoriju, jer ova promjena razmjera povlači za sobom niz nedostataka.

vrste

Upotreba mikroorganizama ili drugih bioloških entiteta za proizvodnju tvari zanimljivih za ljude vrlo je raznolika. U proizvodnji se otpadni spojevi mogu izolirati iz mikroorganizma koji se pročišćava i koristi.

Isto tako se organizam može modificirati primjenom alata za genetsko inženjerstvo na izravnu proizvodnju. Ova metodologija otvara niz mogućnosti proizvoda koji se mogu dobiti.

U drugim slučajevima, može biti zanimljiv genetski modificirani organizam (a ne ono što se s njim može proizvesti).

Faze bioprocesa

Kako izraz „bioproces“ obuhvaća vrlo raznoliku i raznoliku seriju tehnika, teško je obuhvatiti njegove faze.

-Stanka za proizvodnju inzulina

Ako radite s modificiranim organizmima u laboratoriju, prvi korak je izmjena. Da bismo opisali određenu metodologiju, opisat ćemo proizvodnju tipične rekombinantne DNA proizvoda poput inzulina, hormona rasta ili bilo kojeg drugog uobičajenog proizvoda.

Genetska manipulacija

Da bi se proizvod plasirao na tržište, organizmom domaćina mora se genetski manipulirati. U ovom slučaju, organizam je obično Escherichia coli i klonirana DNA bit će životinjska DNA. U tom kontekstu, "klonirana" DNK ne znači da želimo klonirati čitav organizam, to je jednostavno fragment gena koji nas zanima.

Ako želimo proizvesti inzulin, moramo identificirati segment DNA koji ima potrebne informacije za proizvodnju navedenog proteina.

Nakon identifikacije, interesni segment se reže i ubacuje u bakteriju E. coli. Odnosno, bakterija služi kao mala tvornica za proizvodnju, a istraživač joj daje "upute" umetanjem gena.

To je faza genetskog inženjeringa, koju u maloj mjeri provodi molekularni biolog ili specijalizirani biokemičar. U ovom je koraku potrebna osnovna laboratorijska oprema, poput mikropipeta, mikrocentrifuga, restrikcijskih enzima i opreme za izradu gela za elektroforezu.

Da biste razumjeli bioproces, nije zahtjev da se razumiju svi detalji koje kloniranje podrazumijeva, važno je razumjeti da nivoi ekspresije željenog proizvoda moraju biti optimalni, a stabilnost proizvoda također mora biti odgovarajuća.

Kvantificirati

Nakon postupka kloniranja, sljedeći korak je mjerenje rasta i karakteristika rekombinantnih stanica iz prethodnog koraka. Da biste to učinili, morate imati vještine iz mikrobiologije i kinetike.

Mora se uzeti u obzir da su sve varijable u okolišu poput temperature, sastava medija i pH optimalne kako bi se osigurala maksimalna proizvodnja. U ovom su koraku kvantificirani neki parametri poput brzine rasta stanica, specifične produktivnosti i proizvoda.

Povećanje razmjera

Nakon što se standardizira metodologija za proizvodnju željene tvari, povećava se ljestvica proizvodnje, a 1 ili 2 litre kulture pripremaju se u bioreaktoru.

Pri tome se moraju i dalje održavati temperaturni i pH uvjeti. Posebna pažnja mora se obratiti na koncentraciju kisika koju kultura zahtijeva.

Nakon toga, istraživači sve više povećavaju razmjere proizvodnje, dostižući i do 1.000 litara (količina ovisi i o željenom proizvodu).

-Postaci fermentacije

Kao što smo spomenuli, bioprocesi su vrlo široki i ne uključuju sve korake opisane u prethodnom odjeljku. Na primjer, fermentacija u konkretnom i klasični primjer bioprocesa. U ovom se koriste mikroorganizmi, poput gljiva i bakterija.

Mikroorganizmi rastu u mediju s ugljikohidratima koje će koristiti za svoj rast. Na ovaj način, otpadni proizvod koji proizvodi je onaj koji ima industrijsku vrijednost. Među njima imamo alkohola, mliječne kiseline, među ostalim.

Jednom kada mikroorganizam proizvede zanimljivu tvar, ona se koncentrira i pročišćava. Pomoću ovog bioprocesa proizvodi se beskonačna hrana (kruh, jogurt) i pića (pivo, vino, među ostalim) vrijedna za ljudsku prehranu.

Reference

1. Cragnolini, A. (1987). Pitanja znanstvene i tehnološke politike: materijali i zasjedanja o drugom američkom seminaru o znanstvenoj i tehnološkoj politici Jorge Sabato Ibero, Madrid, 2. do 6. lipnja 1986. Uredništvo CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Biotehnologija Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Principi bioprocesijskog inženjeringa. Elsevier.
4. Nacionalno vijeće za istraživanje. (1992). Pokretanje rada biotehnologije: inženjering bioprocesa. Nacionalne akademije Press.
5. Najafpour, G. (2015). Biokemijsko inženjerstvo i biotehnologija. Elsevier.