BIOPROCESSER: EGENSKAPER, TYPER, FÖRDELAR OCH STADIER - BIOLOGI - 2025

En bioprocess är en specifik metod som använder levande celler, eller även andra komponenter därav (enzymer, organeller, bland andra), för att uppnå erhållande av en önskad produkt för industrin eller för människans fördelar. Bioprocessen möjliggör erhållande av redan kända produkter, under optimala miljöförhållanden, med en högre kvalitet än det traditionella sättet att producera det.

På samma sätt tillåter bioprocesser att få genetiskt modifierade organismer som kan användas för att förbättra effektiviteten hos specifika processer (enzymer eller proteiner som kan användas i medicinska behandlingar, såsom insulin) eller konsumeras direkt av människan. mänsklig.

Källa: pixabay.com

Samhälle och teknik kan använda bioprocesser inom olika områden för att leda till bättre och nya tekniker. Det är tillämpligt på olika områden som livsmedelstillverkning, framkallande av förbättringar i dessa, skapande av läkemedel, kontroll av föroreningar av olika typer och även kontroll av den globala uppvärmningen.

För närvarande har de olika bioprocesserna i branschen haft en positiv inverkan och miljoner dollar i investeringar har gjorts för att främja deras tillväxt.

egenskaper

Inom bioteknikens vetenskaper är en bioprocess en process som använder en viss biologisk enhet som genererar som en produkt av ett ämne med ett visst mervärde.

Det vill säga att användningen av en cell, mikroorganism eller celldel genererar en produkt som önskas av forskaren, som kan ha applikationer inom något område.

Dessutom finns biobearbetningsteknik, som syftar till att designa och utveckla utrustning för tillverkning av en mängd olika produkter, relaterade till jordbruk, produktion av livsmedel och medicin, skapande av kemikalier, bland annat från biologiska material.

Tack vare förekomsten av bioprocessteknik kan bioteknik översätta till fördelar för samhället.

Mål för bioprocesser

Biologer och ingenjörer som deltar i utvecklingen av bioprocesser försöker främja implementeringen av denna teknik, eftersom den tillåter:

-Genom bioprocesser kan kemikalier av betydande värde genereras. De kvantiteter som generellt produceras är dock något små.

-Bioprocesser tillåter syntes eller modifiering av produkter som redan erhållits på traditionell väg med användning av tidigare isolerade mikroorganismer. Dessa kan vara aminosyror eller andra organiska material, livsmedel, bland andra.

-Transformation av ämnen i betydande volymer, till exempel alkoholer. Dessa procedurer involverar ofta ämnen med lite värde.

- Genom användning av organismer eller delar av dessa kan rester och giftigt avfall brytas ned för att omvandla dem till ämnen som lätt kan återvinnas. Dessa processer är också relevanta inom gruvindustrin, med koncentration av metaller och utnyttjande av oskuldliga gruvor.

Fördelar och nackdelar med tillämpningen av bioprocesser

-Fördel

Förekomsten av bioprocesser ger en rad utmärkta fördelar, inklusive energibesparingar för bearbetning av ämnen, enligt följande:

Vänliga villkor för arbetare

De flesta bioprocesser använder enzymer, som är proteinkatalysatorer i naturen. Dessa arbetar vid en temperatur, surhetsnivå och tryck som liknar de som levande organismer motstår, av detta skäl sker processerna under "vänliga" förhållanden.

Däremot med de extrema temperaturer och tryck som de kemiska katalysatorerna som används i traditionella processer fungerar. Förutom att spara energi gör arbetet under människovänliga förhållanden proceduren säkrare och underlättar processen.

En annan konsekvens av detta faktum är minskningen av miljöpåverkan, eftersom produkterna från de enzymatiska reaktionerna inte är giftigt avfall. Till skillnad från avfallet som produceras med standardmetoder.

Tillverkningskomplex är mindre, enklare och ganska flexibla, så det finns inget behov av en stor kapitalinvestering.

-Disadvantages

Även om bioprocesser har många fördelar finns det fortfarande svaga punkter inom de tillämpade metoderna, såsom:

Förorening

En av de viktigaste är en egen konsekvens av att arbeta med biologiska system: mottaglighet för kontaminering. Av detta skäl måste det arbetas under mycket kontrollerade aseptiska förhållanden.

I händelse av att grödorna förorenas kan mikroorganismerna, katalysatorerna eller de erhållna produkterna förstöras eller förlora sin funktionalitet, vilket kan orsaka betydande förluster för industrin.

Generera storskaliga grödor

Ett annat problem är relaterat till manipulation av arbetsorganismer. Generellt arbetar laboratorier för genetik och molekylärbiologi med mikroorganismer i liten skala, där deras odling och optimal utveckling är enklare.

Att extrapolera processen till massodling av mikroorganismer innebär emellertid en serie hinder.

Metodiskt sett är storskalig produktion av mikroorganismer komplicerad och om det inte görs på rätt sätt kan det leda till genetisk instabilitet i systemet och heterogenitet hos växande organismer.

Producenterna försöker ha en homogen gröda för att maximera produktionen av ämnet i fråga. Att kontrollera variationen som vi finner i alla biologiska system är emellertid ett storskaligt problem.

Sammanfattningsvis är produktionen av mikroorganismer för industriell användning inte bara att öka produktionen som utförs i laboratoriet, eftersom denna skalförändring medför en rad nackdelar.

typer

Användningen av mikroorganismer eller andra biologiska enheter för produktion av ämnen av intresse för människor är mycket varierande. Vid produktion kan avfallsföreningar isoleras från mikroorganismen som ska renas och användas.

På samma sätt kan organismen modifieras genom att använda gentekniska verktyg för direkt produktion. Denna metod öppnar en rad möjligheter för de produkter som kan erhållas.

I andra fall kan det vara den genetiskt modifierade organismen (och inte vad som kan produceras med den) som är av intresse.

Stadier av en bioprocess

Eftersom termen "bioprocess" omfattar en mycket heterogen och mångfaldig serie tekniker är det svårt att omfatta dess stadier.

-Scenen att producera insulin

Om du arbetar med modifierade organismer i laboratoriet är det första steget modifiering. För att beskriva en specifik metod, kommer vi att beskriva tillverkningen av ett typiskt rekombinant DNA från en produkt såsom insulin, tillväxthormon eller någon annan vanlig produkt.

Genmanipulation

För att bringa produkten på marknaden måste värdorganismen manipuleras genetiskt. I detta fall är organismen vanligtvis Escherichia coli och det klonade DNA kommer att vara djur-DNA. I detta sammanhang betyder "klonat" DNA inte att vi vill klona en hel organisme, det är helt enkelt fragmentet av genen av intresse.

Om vi ​​vill producera insulin måste vi identifiera det segment av DNA som har den nödvändiga informationen för produktion av nämnda protein.

Efter identifiering skärs intressegmentet in och infogas i E. coli-bakterierna. Det vill säga, bakterien fungerar som en liten produktionsfabrik, och forskaren ger den "instruktionerna" genom att infoga genen.

Detta är stadiet i genteknik som genomförs i liten skala och av en molekylärbiolog eller en specialiserad biokemist. I detta steg krävs grundläggande laboratorieutrustning, såsom mikropipetter, mikrocentrifuger, restriktionsenzymer och utrustning för att framställa elektroforesgeler.

För att förstå bioprocessen är det inte ett krav att förstå alla detaljer som kloning innebär, det viktiga är att förstå att uttryckningsnivåerna för den önskade produkten måste vara optimala och produktens stabilitet måste också vara tillräcklig.

Kvantifiera

Efter kloningsprocessen är nästa steg att mäta tillväxten och egenskaperna hos de rekombinanta cellerna från föregående steg. För att göra detta måste du ha färdigheter i mikrobiologi och kinetik.

Det måste beaktas att alla miljövariabler som temperatur, mediets sammansättning och pH är optimala för att säkerställa maximal produktion. I detta steg kvantifieras vissa parametrar såsom celltillväxthastighet, specifik produktivitet och produkten.

Ökning i skala

Efter att metodologin för att framställa den önskade substansen har standardiserats ökas produktionsskalan och 1 eller 2 liter av kulturen bereds i en bioreaktor.

I detta måste temperatur- och pH-förhållandena fortsätta att upprätthållas. Särskild uppmärksamhet måste ägnas åt den syrekoncentration som kulturen kräver.

Därefter ökar forskarna i allt högre grad produktionen och når upp till 1 000 liter (mängden beror också på den önskade produkten).

-Jäsningssteg

Som vi nämnde är bioprocesser mycket breda och inte alla involverar stegen som beskrivs i föregående avsnitt. Till exempel jäsning i betong och klassiskt exempel på en bioprocess. I denna används mikroorganismer, såsom svampar och bakterier.

Mikroorganismerna växer i ett medium med kolhydrater som de kommer att använda för sin tillväxt. På detta sätt är avfallsprodukten som de producerar de som har industriellt värde. Bland dessa har vi bland annat alkohol, mjölksyra.

När ämnet av intresse produceras av mikroorganismen koncentreras och renas det. Ändlösa livsmedel (bröd, yoghurt) och drycker (bland annat öl, vin) som är värdefulla för livsmedel görs med denna bioprocess.

referenser

1. Cragnolini, A. (1987). Vetenskapliga och tekniska politiska frågor: material och sessioner i det andra Jorge Sabato Ibero-American Seminar om vetenskaplig och teknologisk politik, Madrid 2-6 juni 1986. Redaktionell CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Bioteknik Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Bioprocess engineering principer. Elsevier.
4. Nationella forskningsrådet. (1992). Sätta bioteknik i arbete: bioprocess engineering. National Academies Press.
5. Najafpour, G. (2015). Biokemisk teknik och bioteknik. Elsevier.