БИОПРОЦЕСИ: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ВРСТЕ, ПРЕДНОСТИ И СТАДИЈУМИ - БИОЛОГИЈА - 2024

Биопроцесно је посебна методологија која користи живе ћелије или и друге њихове припадајуће делове (ензими, органеле, између осталог), да би се постигла добијање жељеног производа за индустрију или предностима људског бића. Биопроцес омогућава добијање већ познатих производа у оптималним условима животне средине, вишег квалитета од традиционалног начина производње.

На исти начин, биопроцеси омогућавају добијање генетски модификованих организама који се могу користити у циљу побољшања ефикасности специфичних процеса (ензими или протеини који ће се користити у медицинским третманима, као што је инзулин) или их човек директно конзумира. људски.

Извор: пикабаи.цом

Друштво и технологија могу користити биопроцесе у различитим областима како би довели до бољих и нових техника. Примењив је у различитим областима као што је производња хране, подстичући побољшања у њима, креирање лекова, контролу загађења различитих врста и контролу глобалног загревања.

Тренутно су различити биопроцеси у индустрији имали позитиван утицај и милиони долара улагања су уложени у промоцију њиховог раста.

карактеристике

У науци о биотехнологији, биопроцес је процес који користи одређени биолошки ентитет који ствара као производ неку супстанцу одређене додате вредности.

То јест, употреба ћелије, микроорганизма или дела ћелије ствара производ који жели истраживач, а који може имати примену у некој области.

Поред тога, постоји инжењеринг за биопроцесу, који тежи дизајнирању и развоју опреме за производњу широког спектра производа, који се односе на пољопривреду, производњу хране и лекова, креирање хемикалија, између осталог, почевши од биолошких материјала.

Захваљујући постојању инжењерства биопроцеса, биотехнологија може превести у корист за друштво.

Циљеви биопроцеса

Биолози и инжењери који учествују у развоју биопроцеса желе да промовишу примену ове технологије, јер она омогућава:

-Кроз биопроцесе могу се створити хемикалије значајне вредности. Међутим, количине које се углавном производе су нешто мале.

-Биопроцеси омогућавају синтезу или модификацију производа који су већ добијени традиционалним путем користећи активност претходно изолованих микроорганизама. То могу бити аминокиселине или други органски материјали, храна, између осталог.

-Трансформација супстанци у значајним количинама, попут алкохола. Ови поступци често укључују супстанце са мало вредности.

-Кроз употребу организама или њихових делова, остаци и токсични отпад могу се разградити да би их претворили у супстанце које се могу лако рециклирати. Ови процеси су такође релевантни у рударској индустрији, са концентрацијом метала и експлоатацијом минских рудника.

Предности и недостаци примене биопроцеса

-Предност

Постојање биопроцеса пружа низ изванредних предности, укључујући уштеду енергије за прерадбу супстанци, како следи:

Пријатељски услови за раднике

Већина биопроцеса користи ензиме који су у природи протеински катализатори. Они раде на температури, нивоу киселости и притиску сличном онима којима живе организми пружају отпор, због чега се процеси одвијају у "пријатељским" условима.

Супротно томе, с екстремним температурама и притисцима на којима делују хемијски катализатори коришћени у традиционалним процесима. Поред уштеде енергије, рад у условима погодним за људе чини поступак сигурнијим и олакшава поступак.

Друга последица ове чињенице је смањење утицаја на животну средину, јер производи ензимских реакција нису токсични отпад. За разлику од отпада произведеног стандардним методологијама.

Производни комплекси су мањи, једноставнији и прилично флексибилни, тако да нису потребне велике капиталне инвестиције.

-Постаци

Иако биопроцеси имају много предности, још увек постоје слабе тачке унутар примењених методологија, као што су:

Контаминација

Једна од најважнијих је суштинска последица рада са биолошким системима: осетљивост на контаминацију. Из тог разлога, мора се радити у веома контролисаним асептичким условима.

У случају да усјеви постану контаминирани, микроорганизми, катализатори или добивени производи могу се уништити или изгубити своју функционалност, узрокујући знатне губитке индустрији.

Направите велике усјеве

Други проблем је везан за манипулацију радним организмима. Генерално, лабораторији за генетику и молекуларну биологију раде са микроорганизмима у малом обиму, где је њихова култивација и оптималан развој лакши.

Међутим, екстраполирање процеса на масовно узгој микроорганизама представља низ препрека.

Методолошки гледано, производња микроорганизама у великом обиму је компликована и ако се не изведе на правилан начин, то може довести до генетске нестабилности система и хетерогености растућих организама.

Произвођачи желе да имају хомогени усев како би максимизирали производњу дотичне материје. Међутим, контрола променљивости која налазимо у свим биолошким системима је проблем великих размера.

Закључно, производња микроорганизама за индустријску употребу није само повећавање производње која се обавља у лабораторији, јер ова промена размере повлачи за собом низ недостатака.

Врсте

Употреба микроорганизама или других биолошких ентитета за производњу супстанци које су занимљиве за људе веома је разнолика. У производњи се отпадна једињења могу изоловати из микроорганизма који се пречишћавају и користе.

Слично томе, организам се може модификовати применом алата генетског инжењеринга за усмеравање производње. Ова методологија отвара низ могућности производа који се могу добити.

У другим случајевима, може бити од интереса генетски модификован организам (а не оно што се може произвести са њим).

Фазе биопроцеса

Како израз „биопроцес“ обухвата веома хетероген и разноврстан низ техника, тешко је обухватити његове фазе.

-Производња инсулина

Ако у лабораторији радите са модификованим организмима, први корак је модификација. Да бисмо описали одређену методологију, описаћемо производњу типичне рекомбинантне ДНК производа као што су инсулин, хормон раста или било који други уобичајени производ.

Генетска манипулација

Да би се производ пласирао на тржиште, организмом домаћина мора се генетски манипулирати. У овом случају, организам је обично Есцхерицхиа цоли и клонирана ДНК биће животињска ДНК. У том контексту, „клонирана“ ДНК не значи да желимо клонирати читав организам, то је једноставно фрагмент гена који нас занима.

Ако желимо да производимо инсулин, морамо да идентификујемо сегмент ДНК који има потребне информације за производњу поменутог протеина.

Након идентификације, интересни сегмент се реже и убацује у бактерију Е. цоли. Односно, бактерија служи као мала фабрика за производњу, а истраживач јој даје "упутства" убацивањем гена.

Ово је фаза генетског инжењеринга, коју у малом обиму спроводи молекуларни биолог или специјализовани биохемичар. У овом кораку потребна је основна лабораторијска опрема, као што су микропипете, микроцентрифуге, рестрикциони ензими и опрема за прављење гела за електрофорезу.

Да бисте разумели биопроцес, није захтев да се разумеју сви детаљи које клонирање подразумева, важно је разумети да нивои експресије жељеног производа морају бити оптимални и стабилност производа такође мора бити адекватна.

Квантификујте

После процеса клонирања, следећи корак је мерење раста и карактеристика рекомбинантних ћелија из претходног корака. Да бисте то учинили, морате имати вештине из микробиологије и кинетике.

Мора се узети у обзир да су све променљиве животне средине, попут температуре, састава медијума и пХ оптималне, како би се осигурала максимална производња. У овом су кораку квантифицирани неки параметри попут брзине раста ћелије, специфичне продуктивности и производа.

Повећање обима

Након што је методологија за производњу жељене супстанце стандардизована, ниво производње се повећава, а 1 или 2 литра културе се припрема у биореактору.

При томе се морају и даље одржавати услови температуре и пХ. Посебна пажња мора се обратити на концентрацију кисеоника коју култура захтева.

Након тога, истраживачи све више повећавају обим производње, достижући и до 1.000 литара (количина такође зависи од жељеног производа).

-Постаци ферментације

Као што смо споменули, биопроцеси су врло широки и не укључују све кораке описане у претходном одељку. На пример, ферментација у конкретном и класични пример биопроцеса. У овом се користе микроорганизми, попут гљивица и бактерија.

Микроорганизми расту у медијуму са угљеним хидратима које ће користити за свој раст. На овај начин, отпадни производ који производи је онај који има индустријску вредност. Међу њима имамо алкохол, млечну киселину, између осталих.

Једном када микроорганизам производи супстанцу коју занима, концентрује се и пречишћава. Помоћу овог биопроцеса производи се бесконачна храна (хлеб, јогурт) и пића (пиво, вино, између осталог) драгоцени за људску исхрану.

Референце

1. Црагнолини, А. (1987). Питања научне и технолошке политике: материјали и сесије другог Јоргеа Сабато Иберо-америчког семинара о научној и технолошкој политици, Мадрид, 2. до 6. јуна 1986. Редакција ЦСИЦ-ЦСИЦ Пресс.
2. Дукуе, ЈП (2010). Биотехнологија Нетбибло.
3. Доран, ПМ (1995). Принципи биопроцесијског инжењеринга. Елсевиер.
4. Национални савет за истраживање. (1992). Постављање биотехнологије на посао: инжењеринг биопроцеса. Натионал Ацадемиес Пресс.
5. Најафпоур, Г. (2015). Биохемијско инжењерство и биотехнологија. Елсевиер.