BIOPROCESY: VLASTNOSTI, TYPY, VÝHODY A ŠTÁDIÁ - BIOLÓGIE - 2026

Bioprocesmi je špecifická metóda, ktorá používa živé bunky, alebo aj iné ich zložky (enzýmy, organely, okrem iného), aby sa dosiahlo získanie požadovaného produktu pre priemysel alebo pre výhody ľudskej bytosti. Bioproces umožňuje získanie už známych výrobkov za optimálnych podmienok prostredia s vyššou kvalitou ako tradičný spôsob ich výroby.

Rovnakým spôsobom bioprocesy umožňujú získavanie geneticky modifikovaných organizmov, ktoré sa môžu použiť na zlepšenie účinnosti špecifických procesov (enzýmov alebo proteínov, ktoré sa majú používať pri lekárskych ošetreniach, ako je napríklad inzulín) alebo ktoré môžu byť konzumované priamo človekom. človek.

Zdroj: pixabay.com

Spoločnosť a technológia môžu využívať bioprocesy v rôznych oblastiach, aby viedli k lepším a novým technikám. Uplatňuje sa v rôznych oblastiach, ako je napríklad výroba potravín, indukcia zlepšenia v týchto oblastiach, vytváranie liekov, kontrola znečistenia rôznych typov a tiež kontrola globálneho otepľovania.

V súčasnosti majú rôzne bioprocesy v priemysle pozitívny vplyv a investovali sa milióny dolárov na podporu ich rastu.

vlastnosti

V biotechnologických vedách je bioproces proces, ktorý využíva určitú konkrétnu biologickú entitu, ktorá vytvára ako produkt nejakú látku určitej pridanej hodnoty.

To znamená, že použitie bunky, mikroorganizmu alebo bunkovej časti vytvára produkt požadovaný výskumníkom, ktorý môže mať uplatnenie v určitej oblasti.

Okrem toho existuje inžinierstvo bioprocesu, ktorého cieľom je navrhnúť a vyvinúť zariadenia na výrobu širokého spektra výrobkov, ktoré sa týkajú poľnohospodárstva, výroby potravín a liekov, výroby chemických látok, okrem iného, ​​od biologických materiálov.

Vďaka existencii bioprocesového inžinierstva sa biotechnológia môže premietnuť do výhod pre spoločnosť.

Ciele bioprocesov

Biológovia a inžinieri, ktorí sa podieľajú na vývoji bioprocesov, sa snažia podporovať implementáciu tejto technológie, pretože to umožňuje:

- Prostredníctvom bioprocesov sa môžu vytvárať chemikálie významnej hodnoty. Množstvá, ktoré sa zvyčajne vyrábajú, sú však trochu malé.

-Bioprocesy umožňujú syntézu alebo modifikáciu produktov, ktoré už boli získané tradičnou cestou, pomocou aktivity predtým izolovaných mikroorganizmov. Môžu to byť okrem iného aminokyseliny alebo iné organické materiály, potraviny.

- Transformácia látok vo veľkých objemoch, ako sú napríklad alkoholy. Tieto postupy často zahŕňajú látky s nízkou hodnotou.

- Napriek použitiu organizmov alebo ich častí sa zvyšky a toxický odpad môžu degradovať a transformovať ich na látky, ktoré sa dajú ľahko recyklovať. Tieto procesy sú relevantné aj v ťažobnom priemysle, kde sa sústreďujú kovy a ťažba panenských baní.

Výhody a nevýhody aplikácie bioprocesov

-Advantage

Existencia bioprocesov poskytuje rad vynikajúcich výhod vrátane úspor energie pri spracovaní látok:

Priateľské podmienky pre pracovníkov

Väčšina bioprocesov používa enzýmy, ktoré sú v prírode proteínovými katalyzátormi. Pracujú pri teplote, úrovni kyslosti a tlaku podobnom tým, ktorým živé organizmy odolávajú, a preto sa procesy vyskytujú za „priateľských“ podmienok.

Na rozdiel od toho, s extrémnymi teplotami a tlakmi, pri ktorých pracujú chemické katalyzátory používané v tradičných procesoch. Práca v podmienkach priaznivých pre človeka umožňuje okrem šetrenia energie aj bezpečnejší postup a uľahčuje postup.

Ďalším dôsledkom tejto skutočnosti je zníženie vplyvu na životné prostredie, pretože produkty enzymatických reakcií nie sú toxickým odpadom. Na rozdiel od odpadu produkovaného štandardnými metodikami.

Výrobné komplexy sú menšie, jednoduchšie a pomerne flexibilné, takže nie je potrebné veľké kapitálové investície.

-Disadvantages

Aj keď bioprocesy majú mnoho výhod, v rámci použitých metodík sú stále slabé miesta, ako napríklad:

Kontaminácia

Jedným z najdôležitejších je prirodzený dôsledok práce s biologickými systémami: náchylnosť ku kontaminácii. Z tohto dôvodu sa musí pracovať za veľmi kontrolovaných aseptických podmienok.

V prípade kontaminácie plodín sa môžu mikroorganizmy, katalyzátory alebo získané produkty zničiť alebo stratiť svoju funkčnosť, čo v priemysle spôsobuje značné straty.

Vytvárajte veľké plodiny

Ďalší problém súvisí s manipuláciou pracovných organizmov. Laboratóriá genetiky a molekulárnej biológie vo všeobecnosti pracujú s mikroorganizmami v malom meradle, kde je jednoduchšia ich kultivácia a optimálny vývoj.

Avšak extrapolácia procesu na hromadné pestovanie mikroorganizmov predstavuje množstvo prekážok.

Metodicky povedané, rozsiahla produkcia mikroorganizmov je komplikovaná a ak sa neuskutočňuje správne, môže viesť k genetickej nestabilite systému a heterogenite rastúcich organizmov.

Výrobcovia sa usilujú získať homogénnu plodinu, aby sa maximalizovala výroba príslušnej látky. Kontrola variability, ktorú nachádzame vo všetkých biologických systémoch, je však veľkým problémom.

Záverom, produkcia mikroorganizmov na priemyselné použitie nie je iba na zvýšenie produkcie vykonávanej v laboratóriu, pretože táto zmena rozsahu má rad nevýhod.

druhy

Použitie mikroorganizmov alebo iných biologických jednotiek na výrobu látok zaujímavých pre ľudí je veľmi rôznorodé. Pri výrobe sa môžu odpadové zlúčeniny izolovať z mikroorganizmu, ktorý sa má vyčistiť a použiť.

Podobne sa môže organizmus modifikovať použitím nástrojov genetického inžinierstva na priamu produkciu. Táto metodika otvára celý rad možností produktov, ktoré je možné získať.

V iných prípadoch to môže byť geneticky modifikovaný organizmus (a nie to, čo s ním môže byť vyrobený).

Etapy bioprocesu

Keďže pojem „bioproces“ zahŕňa veľmi heterogénnu a rôznorodú sériu techník, je ťažké zahrnúť jeho štádiá.

- Napätie na produkciu inzulínu

Ak pracujete s modifikovanými organizmami v laboratóriu, prvým krokom je modifikácia. Aby sme opísali špecifickú metodológiu, opíšeme výrobu typickej rekombinantnej DNA produktu, ako je inzulín, rastový hormón alebo akýkoľvek iný bežný produkt.

Genetická manipulácia

Na uvedenie produktu na trh je potrebné geneticky manipulovať s hostiteľským organizmom. V tomto prípade je organizmom obvykle Escherichia coli a klonovanou DNA bude živočíšna DNA. V tomto kontexte „klonovaná“ DNA neznamená, že chceme klonovať celý organizmus, je to jednoducho fragment požadovaného génu.

Ak chceme produkovať inzulín, musíme identifikovať segment DNA, ktorý má potrebné informácie na výrobu uvedeného proteínu.

Po identifikácii je požadovaný segment nastrihaný a vložený do baktérií E. coli. To znamená, že baktéria slúži ako malá výrobná továreň a vedec jej dáva „pokyny“ vložením génu.

Toto je štádium genetického inžinierstva, ktoré sa vykonáva v malom rozsahu a molekulárnym biológom alebo špecializovaným biochemikom. V tomto kroku je potrebné základné laboratórne vybavenie, ako sú mikropipety, mikrocentrifugy, reštrikčné enzýmy a zariadenie na výrobu gélov elektroforézy.

Na pochopenie bioprocesu nie je potrebné chápať všetky podrobnosti, ktoré klonovanie znamená, dôležité je pochopiť, že úrovne expresie požadovaného produktu musia byť optimálne a stabilita produktu musí byť tiež primeraná.

kvantifikujte

Po procese klonovania je ďalším krokom meranie rastu a charakteristík rekombinantných buniek z predchádzajúceho kroku. Aby ste to dosiahli, musíte mať zručnosti v mikrobiológii a kinetike.

Musí sa vziať do úvahy, že všetky premenné prostredia, ako sú teplota, zloženie média a pH, sú optimálne, aby sa zabezpečila maximálna produkcia. V tomto kroku sú kvantifikované niektoré parametre, ako je rýchlosť rastu buniek, špecifická produktivita a produkt.

Zvýšenie rozsahu

Po štandardizácii metodológie výroby požadovanej látky sa zvýši produkčná škála a v bioreaktore sa pripraví 1 alebo 2 litre kultúry.

Pritom sa musia naďalej udržiavať teplota a pH. Osobitná pozornosť sa musí venovať koncentrácii kyslíka požadovanej v kultúre.

Následne vedci stále viac rozširujú rozsah výroby a dosahujú až 1 000 litrov (množstvo závisí aj od požadovaného produktu).

- Etapy kvasenia

Ako sme už spomenuli, bioprocesy sú veľmi široké a nie všetky zahŕňajú kroky opísané v predchádzajúcej časti. Napríklad fermentácia v konkrétnom a klasickom príklade bioprocesu. V tomto mikroorganizme sa používajú napríklad huby a baktérie.

Mikroorganizmy rastú v médiu so sacharidmi, ktoré použijú na svoj rast. Týmto spôsobom sú odpadové produkty, ktoré vyrábajú, také, ktoré majú priemyselnú hodnotu. Medzi nimi máme okrem iného alkohol, kyselinu mliečnu.

Akonáhle je predmetná látka produkovaná mikroorganizmom, je skoncentrovaná a vyčistená. Týmto bioprocesom sa vyrábajú nekonečné potraviny (chlieb, jogurt) a nápoje (okrem iného pivo, víno), ktoré sú cenné pre ľudskú spotrebu.

Referencie

1. Cragnolini, A. (1987). Otázky vedeckej a technologickej politiky: materiály a zasadnutia druhého seminára Jorge Sabato Iberoameričana o vedeckej a technologickej politike, Madrid, 2. - 6. júna 1986. Redakčná tlač CSIC-CSIC.
2. Duque, JP (2010). biotechnológie Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Princípy biologického spracovania. Elsevier.
4. Národná rada pre výskum. (1992). Uvedenie biotechnológie do praxe: bioprocesové inžinierstvo. National Academies Press.
5. Najafpour, G. (2015). Biochemické inžinierstvo a biotechnológia. Elsevier.