BIOPROCESAI: CHARAKTERISTIKOS, TIPAI, PRANAŠUMAI IR STADIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Bioprocesowa yra specifinė metodika, kuri naudoja gyvų ląstelių, ar taip pat kitus jų komponentai (fermentai, organoidus, be kita ko), kad pasiekti norimą prekę gauti už pramonės arba žmogaus būties teikiamą naudą. Bioprocesas leidžia gauti jau žinomus produktus, esant optimalioms aplinkos sąlygoms, aukštesnės kokybės nei tradicinis jų gamybos būdas.

Tuo pačiu būdu, bioprocesai leidžia gauti genetiškai modifikuotus organizmus, kurie gali būti naudojami siekiant pagerinti specifinių procesų (fermentų ar baltymų, naudojamų medicininiame gydyme, pvz., Insulino) efektyvumą arba tiesiogiai vartoti žmogaus organizme. žmogus.

Šaltinis: pixabay.com

Visuomenė ir technologijos gali naudoti bioprocesus įvairiose srityse, kad būtų sukurti geresni ir nauji metodai. Tai taikoma įvairioms sritims, tokioms kaip maisto gamyba, skatinant tobulinti jas, kuriant vaistus, kontroliuojant įvairių rūšių taršą ir kontroliuojant visuotinį atšilimą.

Šiuo metu įvairūs bioprocesai pramonėje daro teigiamą poveikį ir jų augimui skatinti buvo investuota milijonai dolerių.

charakteristikos

Biotechnologijos moksle bioprocesas yra procesas, kurio metu naudojamas tam tikras biologinis darinys, kuris kaip produktas sukuria tam tikros pridėtinės vertės medžiagą.

Tai yra, naudojant ląstelę, mikroorganizmą ar ląstelės dalį, gaunamas produktas, kurio nori tyrėjas, kuris gali būti pritaikytas tam tikroje srityje.

Be to, yra biologinio perdirbimo inžinerija, kuria siekiama suprojektuoti ir tobulinti įrangą, skirtą gaminti labai įvairius produktus, susijusius su žemės ūkiu, maisto ir vaistų generavimu, chemikalų kūrimu, be kita ko, pradedant biologinėmis medžiagomis.

Dėl to, kad egzistuoja bioprocesų inžinerija, biotechnologijos gali būti naudingos visuomenei.

Bioprocesų tikslai

Biologai ir inžinieriai, kurie dalyvauja kuriant bioprocesus, siekia skatinti šios technologijos įgyvendinimą, nes tai leidžia:

- Per bioprocesus gali būti gaminamos reikšmingos cheminės medžiagos. Tačiau paprastai pagaminami kiekiai yra nedideli.

-Bioprocesai leidžia sintetinti arba modifikuoti produktus, jau gautus tradiciniu būdu, naudojant anksčiau išskirtų mikroorganizmų aktyvumą. Tai gali būti amino rūgštys ar kitos organinės medžiagos, maistas, be kita ko.

- Medžiagų, tokių kaip alkoholiai, transformacija dideliais kiekiais. Šiose procedūrose dažnai naudojamos mažai vertės medžiagos.

- Naudojant organizmus ar jų dalis, likučiai ir toksiškos atliekos gali būti suskaidomi, kad jie taptų medžiagomis, kurias galima lengvai perdirbti. Šie procesai taip pat yra svarbūs kalnakasybos pramonėje, kai koncentruojami metalai ir išnaudojamos pirmosios kasyklos.

Bioprocesų taikymo privalumai ir trūkumai

-Pagalba

Bioprocesų egzistavimas suteikia daugybę išskirtinių pranašumų, įskaitant energijos taupymą perdirbant medžiagas:

Draugiškos sąlygos darbuotojams

Daugelyje bioprocesų gamtoje naudojami fermentai, kurie yra baltymų katalizatoriai. Jie veikia tokioje temperatūroje, rūgštingumo ir slėgio laipsniuose, kokie yra atsparūs gyviesiems organizmams, dėl šios priežasties procesai vyksta „draugiškomis“ sąlygomis.

Priešingai, esant kraštutinei temperatūrai ir slėgiui, kuriame veikia tradiciniuose procesuose naudojami cheminiai katalizatoriai. Be energijos taupymo, darbas žmonėms palankiomis sąlygomis padaro procedūrą saugesnę ir lengvesnę.

Kita šio fakto pasekmė yra sumažėjęs poveikis aplinkai, nes fermentinių reakcijų produktai nėra toksiškos atliekos. Priešingai nei atliekos, gaminamos pagal standartinę metodiką.

Gamybos kompleksai yra mažesni, paprastesni ir gana lankstūs, todėl nereikia didelių kapitalo investicijų.

- Trūkumai

Nors bioprocesai turi daug privalumų, vis dar yra silpnų metodų, tokių kaip:

Užteršimas

Viena iš svarbiausių yra būdingos darbo su biologinėmis sistemomis pasekmės: jautrumas užteršimui. Dėl šios priežasties jis turi būti naudojamas labai kontroliuojamomis aseptinėmis sąlygomis.

Jei pasėliai užteršiami, mikroorganizmai, katalizatoriai ar gauti produktai gali būti sunaikinti arba prarasti savo funkcionalumą, padarydami didelę žalą pramonei.

Sukurkite didelio masto pasėlius

Kita problema yra susijusi su manipuliacijomis darbo organizmais. Paprastai genetikos ir molekulinės biologijos laboratorijos dirba su mikroorganizmais nedideliu mastu, kur lengviau juos auginti ir optimaliai vystyti.

Tačiau ekstrapoliavimas masiniam mikroorganizmų auginimui sukelia daugybę kliūčių.

Metodologiškai kalbant, didelio masto mikroorganizmų gamyba yra sudėtinga, o jei ji nėra atliekama teisingai, tai gali sukelti genetinį sistemos nestabilumą ir augančių organizmų heterogeniškumą.

Gamintojai siekia turėti vienalytę kultūrą, kad maksimaliai padidintų nagrinėjamos medžiagos gamybą. Tačiau kontroliuoti kintamumą, kurį randame visose biologinėse sistemose, yra didelio masto problema.

Apibendrinant galima pasakyti, kad pramoniniam naudojimui skirtų mikroorganizmų gamyba nėra vien tik laboratorijoje vykdomos produkcijos padidinimas, nes šis masto pokytis turi nemažai trūkumų.

Tipai

Mikroorganizmų ar kitų biologinių darinių naudojimas žmonėms įdomių medžiagų gamybai yra labai įvairus. Gaminant atliekas galima išskirti iš valomo ir naudojamo mikroorganizmo.

Taip pat organizmą galima modifikuoti, naudojant genetinės inžinerijos priemones, kad būtų galima tiesiogiai gaminti. Ši metodika atveria gaminių, kuriuos galima įsigyti, galimybes.

Kitais atvejais domina genetiškai modifikuotas organizmas (o ne tai, kas su juo gali būti pagaminta).

Bioproceso etapai

Kadangi terminas „bioprocesas“ apima labai nevienalytę ir įvairialypę metodų seką, sunku apibūdinti jos etapus.

-Statas insulinui gaminti

Jei laboratorijoje dirbate su modifikuotais organizmais, pirmas žingsnis yra modifikacija. Norėdami apibūdinti specifinę metodiką, aprašysime tokio produkto kaip insulino, augimo hormono ar bet kokio kito įprasto rekombinantinio DNR pagaminimą.

Genetinis manipuliavimas

Norėdami pateikti produktą į rinką, organizmą-šeimininką reikia genetiškai manipuliuoti. Tokiu atveju organizmas paprastai yra Escherichia coli, o klonuota DNR bus gyvūno DNR. Šiame kontekste „klonuota“ DNR nereiškia, kad norime klonuoti visą organizmą, tai yra tiesiog dominančio geno fragmentas.

Jei norime gaminti insuliną, turime nustatyti DNR segmentą, kuriame yra reikiama informacija minėtam baltymui gaminti.

Po identifikavimo tiriamas segmentas supjaustomas ir įterpiamas į E. coli bakterijas. T. y., Bakterija tarnauja kaip nedidelė produkcijos gamykla, o tyrėjas pateikia jai „instrukcijas“, įterpdamas geną.

Tai yra genetinės inžinerijos etapas, kurį nedidelio masto vykdo molekulinis biologas arba specializuotas biochemikas. Šiame etape reikalinga pagrindinė laboratorinė įranga, tokia kaip mikropipetės, mikrocentrifugos, restrikcijos fermentai ir įranga elektroforezės geliams gaminti.

Norint suprasti bioprocesą, nebūtina suprasti visas detales, kurias reiškia klonavimas, svarbu suprasti, kad norimo produkto išraiškos lygiai turi būti optimalūs, o produkto stabilumas taip pat turi būti tinkamas.

Kiekybiškai įvertinti

Po klonavimo kitas žingsnis yra išmatuoti rekombinantinių ląstelių augimą ir savybes iš ankstesnio etapo. Norėdami tai padaryti, turite turėti mikrobiologijos ir kinetikos įgūdžių.

Būtina atsižvelgti į tai, kad visi aplinkos kintamieji, tokie kaip temperatūra, terpės sudėtis ir pH, yra optimalūs, kad būtų užtikrinta maksimali produkcija. Šiame etape kiekybiškai nustatomi kai kurie parametrai, tokie kaip ląstelių augimo greitis, specifinis produktyvumas ir produktas.

Masto padidėjimas

Kai standartizuojama norimos medžiagos pagaminimo metodika, padidėja gamybos apimtis ir bioreaktoriuje paruošiama 1 arba 2 litrai kultūros.

Tokiu atveju reikia toliau palaikyti temperatūros ir pH sąlygas. Ypatingas dėmesys turi būti skiriamas deguonies koncentracijai, kurios reikalauja kultūra.

Vėliau tyrėjai vis labiau didina gamybos apimtį ir pasiekia iki 1000 litrų (kiekis taip pat priklauso nuo norimo produkto).

- Fermentacijos savybės

Kaip minėjome, bioprocesai yra labai platūs ir ne visi apima ankstesniame skyriuje aprašytus veiksmus. Pavyzdžiui, fermentacija konkrečiame ir klasikinis biologinio proceso pavyzdys. Šiame procese naudojami mikroorganizmai, tokie kaip grybeliai ir bakterijos.

Mikroorganizmai auga terpėje su angliavandeniais, kuriuos jie naudos savo augimui. Tokiu būdu jų gaminamos atliekos turi pramoninę vertę. Tarp jų yra alkoholis, pieno rūgštis.

Kai mikroorganizmas pagamina jus dominančią medžiagą, ji sukoncentruojama ir išgryninama. Šis bioprocesas yra pagamintas begalinis maistas (duona, jogurtas) ir gėrimai (alus, vynas ir kt.), Naudingi žmonėms vartoti.

Nuorodos

1. Cragnolini, A. (1987). Mokslo ir technologijų politikos klausimai: 1986 m. Birželio 2–6 d. Madride vykusio antrojo Jorge Sabato Ibero-Amerikos mokslinio ir technologinės politikos seminaro medžiaga ir sesijos. Redakcija CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Biotechnologijos Netbiblo.
3. Doranas, PM (1995). Bioprocesų inžinerijos principai. Elsevier.
4. Nacionalinė tyrimų taryba. (1992). Biotechnologijų pritaikymas darbui: bioprocesų inžinerija. Nacionalinė akademijų spauda.
5. Najafpour, G. (2015). Biocheminė inžinerija ir biotechnologijos. Elsevier.