BIOPROCESSER: EGENSKABER, TYPER, FORDELE OG STADIER - BIOLOGI - 2025

En bioproces er en specifik metode, der bruger levende celler, eller også andre komponenter deraf (enzymer, organeller, blandt andre), for at opnå opnåelse af et ønsket produkt til industrien eller til fordel for mennesket. Bioprocessen tillader opnåelse af allerede kendte produkter under optimale miljøforhold med en højere kvalitet end den traditionelle måde at generere det på.

På samme måde tillader bioprocesser opnåelse af genetisk modificerede organismer, der kan bruges til at forbedre effektiviteten af ​​specifikke processer (enzymer eller proteiner, der skal bruges til medicinsk behandling, såsom insulin) eller konsumeres direkte af mennesket. human.

Kilde: pixabay.com

Samfund og teknologi kan bruge bioprocesser på forskellige områder for at føre til bedre og nye teknikker. Det gælder for forskellige områder såsom fødevareproduktion, fremkalde forbedringer i disse, skabe medicin, kontrollere forurening af forskellige typer og også kontrollere den globale opvarmning.

I øjeblikket har de forskellige bioprocesser i branchen haft en positiv indvirkning, og der er foretaget millioner af dollars i investeringer for at fremme deres vækst.

egenskaber

I bioteknologiens videnskaber er en bioproces en proces, der bruger en bestemt biologisk enhed, der som et produkt genererer et stof med en bestemt merværdi.

Det vil sige, anvendelsen af ​​en celle, mikroorganisme eller celledel genererer et produkt, som forskeren ønsker, som kan have anvendelser i et eller andet område.

Derudover er der bioforarbejdningsteknik, der søger at designe og udvikle udstyr til fremstilling af en lang række produkter, relateret til landbrug, produktion af fødevarer og medicin, skabelse af kemikalier, blandt andet fra biologiske materialer.

Takket være eksistensen af ​​bioprocesssteknik kan bioteknologi omsættes til fordele for samfundet.

Mål for bioprocesser

Biologer og ingeniører, der deltager i udviklingen af ​​bioprocesser, søger at fremme implementeringen af ​​denne teknologi, da den tillader:

-Gennem bioprocesser kan der genereres kemikalier af betydelig værdi. De mængder, der generelt produceres, er imidlertid noget små.

-Bioprocesser tillader syntese eller modificering af produkter, der allerede er opnået ved den traditionelle vej ved anvendelse af aktiviteten fra tidligere isolerede mikroorganismer. Disse kan være aminosyrer eller andre organiske materialer, mad, blandt andre.

-Transformation af stoffer i betydelige mængder, såsom alkoholer. Disse procedurer involverer ofte stoffer med ringe værdi.

-Gennem brug af organismer eller dele heraf kan rester og giftigt affald nedbrydes for at omdanne dem til stoffer, der let kan genanvendes. Disse processer er også relevante i minedriften med koncentrationen af ​​metaller og udnyttelsen af ​​jomfruelige miner.

Fordele og ulemper ved anvendelse af bioprocesser

-Fordel

Eksistensen af ​​bioprocesser giver en række enestående fordele, herunder energibesparelser til forarbejdning af stoffer, som følger:

Venlige forhold for arbejdstagere

De fleste bioprocesser bruger enzymer, som er proteinkatalysatorer i naturen. De arbejder ved en temperatur, surhedsgrad og tryk svarende til dem, som levende organismer modstår, og derfor opstår processerne under "venlige" forhold.

I modsætning hertil fungerer de ekstreme temperaturer og tryk, hvormed de kemiske katalysatorer, der bruges i traditionelle processer, fungerer. Ud over at spare energi, gør arbejdet under mennesker-venlige forhold proceduren mere sikker og gør processen lettere.

En anden konsekvens af dette faktum er reduktion af miljøpåvirkningen, da produkterne fra de enzymatiske reaktioner ikke er giftigt affald. I modsætning til affald produceret ved standardmetoder.

Produktionskomplekser er mindre, enklere og temmelig fleksible, så der er ikke behov for en stor kapitalinvestering.

-Disadvantages

Selvom bioprocesser har mange fordele, er der stadig svage punkter inden for de anvendte metoder, såsom:

Forurening

En af de vigtigste er en iboende konsekvens af at arbejde med biologiske systemer: modtagelighed for kontaminering. Af denne grund skal det arbejdes under meget kontrollerede aseptiske forhold.

I tilfælde af, at afgrøderne forurenes, kan mikroorganismerne, katalysatorerne eller de opnåede produkter blive ødelagt eller miste deres funktionalitet, hvilket kan forårsage betydelige tab for industrien.

Generer afgrøder i stor skala

Et andet problem er relateret til manipulation af arbejdsorganismer. Generelt arbejder genetik og molekylærbiologilaboratorier med mikroorganismer i lille skala, hvor deres dyrkning og optimale udvikling er lettere.

Ekstrapolering af processen til massedyrkning af mikroorganismer udgør en række hindringer.

Metodologisk set er storstilet produktion af mikroorganismer kompliceret, og hvis det ikke sker på den rigtige måde, kan det føre til systemets genetiske ustabilitet og heterogenitet af de voksende organismer.

Producenter søger at have en homogen afgrøde for at maksimere produktionen af ​​det pågældende stof. At kontrollere variationen, som vi finder i alle biologiske systemer, er imidlertid et storstilet problem.

Som konklusion er produktionen af ​​mikroorganismer til industriel anvendelse ikke blot at øge produktionen, der udføres i laboratoriet, da denne ændring i skala har en række ulemper.

typer

Brugen af ​​mikroorganismer eller andre biologiske enheder til produktion af stoffer af interesse for mennesker er meget varieret. Ved produktion kan affaldsforbindelser isoleres fra mikroorganismen, der skal renses og anvendes.

Ligeledes kan organismen modificeres ved at anvende gentekniske værktøjer til direkte produktion. Denne metode åbner en række muligheder for de produkter, der kan fås.

I andre tilfælde kan det være den genetisk modificerede organisme (og ikke hvad der kan produceres med den) der er af interesse.

Etaper i en bioproces

Da udtrykket "bioproces" omfatter en meget heterogen og mangfoldig række teknikker, er det vanskeligt at omfatte dets stadier.

-Fase til produktion af insulin

Hvis du arbejder med modificerede organismer i laboratoriet, er det første trin modifikation. For at beskrive en specifik metode, vil vi beskrive fremstillingen af ​​et typisk rekombinant DNA af et produkt, såsom insulin, væksthormon eller et hvilket som helst andet almindeligt produkt.

Genetisk manipulation

For at bringe produktet på markedet skal værtsorganismen manipuleres genetisk. I dette tilfælde er organismen sædvanligvis Escherichia coli, og det klonede DNA vil være animalsk DNA. I denne sammenhæng betyder "klonet" DNA ikke, at vi ønsker at klone en hel organisme, det er simpelthen fragmentet af genet af interesse.

Hvis vi ønsker at producere insulin, skal vi identificere det segment af DNA, der har den nødvendige information til produktionen af ​​nævnte protein.

Efter identifikation skæres segmentet af interesse og indsættes i E. coli-bakterierne. Det vil sige, at bakterien fungerer som en lille produktionsfabrik, og forskeren giver den "instruktionerne" ved at indsætte genet.

Dette er stadiet i genteknologi, der udføres i lille skala og af en molekylærbiolog eller en specialiseret biokemiker. I dette trin kræves grundlæggende laboratorieudstyr, såsom mikropipetter, mikrocentrifuger, restriktionsenzymer og udstyr til fremstilling af elektroforesegeler.

For at forstå bioprocessen er det ikke et krav at forstå alle de detaljer, som kloning indebærer, det vigtige er at forstå, at ekspressionsniveauerne for det ønskede produkt skal være optimale, og produktets stabilitet skal også være tilstrækkelig.

Kvantificere

Efter kloningsprocessen er det næste trin at måle væksten og karakteristika for de rekombinante celler fra det foregående trin. For at gøre dette skal du have færdigheder inden for mikrobiologi og kinetik.

Det skal tages i betragtning, at alle miljøvariabler såsom temperatur, sammensætning af mediet og pH er optimale for at sikre maksimal produktion. I dette trin kvantificeres nogle parametre, såsom cellevæksthastighed, specifik produktivitet og produktet.

Stigning i skala

Efter at metodologien til fremstilling af det ønskede stof er standardiseret, forøges produktionsskalaen, og 1 eller 2 liter af kulturen fremstilles i en bioreaktor.

I dette skal temperatur- og pH-betingelserne fortsat opretholdes. Man skal være særlig opmærksom på den iltkoncentration, som kulturen kræver.

Derefter øger forskerne i stigende grad omfanget af produktionen og når op til 1.000 liter (mængden afhænger også af det ønskede produkt).

-Fermenteringsstadier

Som vi nævnte, bioprocesser er meget brede og involverer ikke alle de trin, der er beskrevet i det foregående afsnit. F.eks. Gæring i det konkrete og klassiske eksempel på en bioproces. I denne mikroorganismer anvendes fx svampe og bakterier.

Mikroorganismerne vokser i et medium med kulhydrater, som de vil bruge til deres vækst. På denne måde er det affaldsprodukt, de producerer, det, der har industriel værdi. Blandt disse har vi blandt andet alkohol, mælkesyre.

Når først stoffet af interesse er produceret af mikroorganismen, koncentreres det og renses. Uendelige fødevarer (brød, yoghurt) og drikkevarer (øl, vin, blandt andet), der er værdifulde til konsum, fremstilles ved hjælp af denne bioproces.

Referencer

1. Cragnolini, A. (1987). Videnskabelige og teknologiske politiske spørgsmål: materialer og sessioner i det andet Jorge Sabato Ibero-American Seminar om videnskabelig og teknologisk politik, Madrid 2-6 juni 1986. Redaktionel CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Bioteknologi Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Bioprocess engineering principper. Elsevier.
4. National Research Council. (1992). Sætter bioteknologi til at fungere: bioprocesssteknik. National Academies Press.
5. Najafpour, G. (2015). Biokemisk teknik og bioteknologi. Elsevier.