BIOPROSESSER: EGENSKAPER, TYPER, FORDELER OG STADIER - BIOLOGI - 2026

En bioprosess er en spesifikk metodikk som bruker levende celler, eller også andre komponenter derav (enzymer, organeller, blant andre), for å oppnå oppnåelse av et ønsket produkt for industrien eller til fordel for mennesket. Bioprosessen tillater oppnåelse av allerede kjente produkter, under optimale miljøforhold, med en høyere kvalitet enn den tradisjonelle måten å generere den på.

På samme måte tillater bioprosesser oppnåelse av genmodifiserte organismer som kan brukes for å forbedre effektiviteten til spesifikke prosesser (enzymer eller proteiner som skal brukes i medisinsk behandling, for eksempel insulin) eller konsumeres direkte av mennesket. menneskelig.

Kilde: pixabay.com

Samfunn og teknologi kan bruke bioprosesser på forskjellige områder for å føre til bedre og nye teknikker. Det er anvendelig på forskjellige områder som matproduksjon, fremkalle forbedringer i disse, lage medisiner, kontrollere forurensning av forskjellige typer og også kontrollere global oppvarming.

For øyeblikket har de forskjellige bioprosessene i industrien hatt en positiv innvirkning, og millioner av dollar i investeringer er gjort for å fremme veksten.

kjennetegn

I bioteknologiens vitenskaper er en bioprosess en prosess som bruker en bestemt biologisk enhet som genererer som et produkt av et stoff med en viss merverdi.

Det vil si at bruken av en celle, mikroorganisme eller celledel genererer et produkt ønsket av forskeren, som kan ha anvendelser i et eller annet område.

I tillegg er det bioprosesseringsteknikk, som søker å designe og utvikle utstyr for produksjon av et bredt utvalg av produkter, relatert til landbruk, generering av mat og medisin, tilveiebringelse av kjemikalier, blant andre, fra biologiske materialer.

Takket være eksistensen av bioprosessteknologi, kan bioteknologi oversette til fordeler for samfunnet.

Mål for bioprosesser

Biologer og ingeniører som deltar i utviklingen av bioprosesser søker å fremme implementeringen av denne teknologien, siden den tillater:

-Gjennom bioprosesser kan kjemikalier av betydelig verdi genereres. Mengdene som vanligvis produseres er imidlertid noe små.

-Bioprosesser tillater syntese eller modifisering av produkter som allerede er oppnådd på tradisjonell måte ved å bruke aktiviteten til tidligere isolerte mikroorganismer. Disse kan være aminosyrer eller andre organiske materialer, blant annet mat.

-Transformasjon av stoffer i betydelige volumer, for eksempel alkoholer. Disse prosedyrene involverer ofte stoffer med liten verdi.

-Gjennom bruk av organismer eller deler av disse, kan rester og giftig avfall brytes ned for å omdanne dem til stoffer som lett kan gjenvinnes. Disse prosessene er også relevante i gruveindustrien, med konsentrasjon av metaller og utnyttelse av jomfruelige miner.

Fordeler og ulemper ved anvendelse av bioprosesser

-Fordel

Eksistensen av bioprosesser gir en rekke enestående fordeler, inkludert energibesparelser for prosessering av stoffer, som følger:

Vennlige forhold for arbeidere

De fleste bioprosesser bruker enzymer, som er proteinkatalysatorer i naturen. De arbeider ved en temperatur, surhetsnivå og trykk som ligner de som levende organismer motstår, av denne grunn skjer prosessene under "vennlige" forhold.

I motsetning til de ekstreme temperaturer og trykk som de kjemiske katalysatorene som brukes i tradisjonelle prosesser fungerer. I tillegg til å spare energi, gjør arbeid under menneskevennlige forhold prosedyren tryggere og gjør prosessen enklere.

En annen konsekvens av dette faktum er reduksjon av miljøpåvirkningen, siden produktene fra de enzymatiske reaksjonene ikke er giftig avfall. I motsetning til avfallet produsert av standardmetodologier.

Produksjonskomplekser er mindre, enklere og ganske fleksible, så det er ikke behov for en stor kapitalinvestering.

-Disadvantages

Selv om bioprosesser har mange fordeler, er det fremdeles svake punkter innenfor de anvendte metodene, for eksempel:

Forurensning

Noe av det viktigste er en egen konsekvens av arbeid med biologiske systemer: mottakelighet for forurensning. Av denne grunn må det arbeides under meget kontrollerte aseptiske forhold.

I tilfelle avlingene blir forurenset, kan mikroorganismer, katalysatorer eller oppnådde produkter bli ødelagt eller miste sin funksjonalitet, forårsake betydelige tap for industrien.

Generer avlinger i stor skala

Et annet problem er relatert til manipulering av arbeidsorganismer. Generelt jobber genetikk og molekylærbiologilaboratorier med mikroorganismer i liten skala, der deres dyrking og optimal utvikling er enklere.

Ekstrapolering av prosessen til massedyrking av mikroorganismer utgjør imidlertid en rekke hindringer.

Metodologisk sett er storstilt produksjon av mikroorganismer komplisert, og hvis det ikke gjøres på riktig måte, kan det føre til den genetiske ustabiliteten til systemet og heterogeniteten til de voksende organismer.

Produsenter søker å ha en homogen avling for å maksimere produksjonen av det aktuelle stoffet. Å kontrollere variabiliteten som vi finner i alle biologiske systemer er imidlertid et storstilt problem.

Avslutningsvis er produksjonen av mikroorganismer til industriell bruk ikke bare for å øke produksjonen som blir utført i laboratoriet, siden denne endringen i skala har en rekke ulemper.

typer

Bruken av mikroorganismer eller andre biologiske enheter for produksjon av stoffer av interesse for mennesker er veldig variert. I produksjonen kan avfallsforbindelser isoleres fra mikroorganismen som skal renses og brukes.

På samme måte kan organismen modifiseres ved å bruke genteknologiske verktøy for direkte produksjon. Denne metodikken åpner en rekke muligheter for produktene som kan fås.

I andre tilfeller kan det være den genmodifiserte organismen (og ikke det som kan produseres med den) som er av interesse.

Stadier av en bioprosess

Siden begrepet “bioprosess” omfatter en veldig heterogen og mangfoldig serie teknikker, er det vanskelig å omfatte stadiene.

-Fase for å produsere insulin

Hvis du jobber med modifiserte organismer i laboratoriet, er det første trinnet modifisering. For å beskrive en spesifikk metodikk, vil vi beskrive produksjonen av et typisk rekombinant DNA av et produkt som insulin, veksthormon eller et hvilket som helst annet vanlig produkt.

Genetisk manipulasjon

For å bringe produktet på markedet, må vertsorganismen manipuleres genetisk. I dette tilfellet er organismen vanligvis Escherichia coli og klonet DNA vil være animalsk DNA. I denne sammenhengen betyr ikke "klonet" DNA at vi ønsker å klone en hel organisme, det er ganske enkelt fragmentet av genet av interesse.

Hvis vi ønsker å produsere insulin, må vi identifisere det segmentet av DNA som har den nødvendige informasjonen for produksjon av nevnte protein.

Etter identifisering kuttes segmentet av interesse og settes inn i E. coli-bakteriene. Det vil si at bakterien fungerer som en liten produksjonsfabrikk, og forskeren gir den "instruksjonene" ved å sette inn genet.

Dette er stadiet i genteknologi, som utføres i liten skala og av en molekylærbiolog eller en spesialisert biokjemiker. I dette trinnet er grunnleggende laboratorieutstyr nødvendig, så som mikropipetter, mikrosentrifuger, restriksjonsenzymer og utstyr for å lage elektroforesegeler.

For å forstå bioprosessen er det ikke et krav å forstå alle detaljene som kloning innebærer, det viktige er å forstå at uttrykksnivåene til det ønskede produktet må være optimale og stabiliteten til produktet må også være tilstrekkelig.

Quantify

Etter kloningsprosessen er neste trinn å måle veksten og egenskapene til de rekombinante celler fra forrige trinn. For å gjøre dette må du ha ferdigheter innen mikrobiologi og kinetikk.

Det må tas med i betraktningen at alle miljøvariabler som temperatur, sammensetning av mediet og pH er optimale for å sikre maksimal produksjon. I dette trinnet kvantifiseres noen parametere som celleveksthastighet, spesifikk produktivitet og produktet.

Skalaøkning

Etter at metodikken for å fremstille det ønskede stoffet er standardisert, økes produksjonsskalaen, og 1 eller 2 liter av kulturen blir fremstilt i en bioreaktor.

I dette må temperatur- og pH-betingelsene fortsette å opprettholdes. Spesiell oppmerksomhet må rettes mot oksygenkonsentrasjonen som kulturen krever.

Deretter øker forskerne i økende grad omfanget av produksjonen og når opp til 1000 liter (mengden avhenger også av ønsket produkt).

-Fermenteringsstadier

Som vi nevnte, bioprosesser er veldig brede og ikke alle involverer trinnene beskrevet i forrige avsnitt. For eksempel gjæring i betong og klassisk eksempel på en bioprosess. I denne brukes mikroorganismer, for eksempel sopp og bakterier.

Mikroorganismene vokser i et medium med karbohydrater som de vil bruke til veksten. På denne måten er avfallsproduktet de produserer de som har industriell verdi. Blant disse har vi blant annet alkohol, melkesyre.

Når stoffet av interesse er produsert av mikroorganismen, blir det konsentrert og renset. Uendelige matvarer (brød, yoghurt) og drikkevarer (blant annet øl, vin) som er verdifulle å konsumere, lages ved hjelp av denne bioprosessen.

referanser

1. Cragnolini, A. (1987). Vitenskapelige og teknologiske politiske spørsmål: materialer og økter i det andre Jorge Sabato Ibero-American Seminar on Scientific and Technological Policy, Madrid 2-6 juni 1986. Redaksjonell CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). bioteknologi Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Bioprosessstekniske prinsipper. Elsevier.
4. Nasjonalt forskningsråd. (1992). Sette bioteknologi til å fungere: bioprosess engineering. National Academies Press.
5. Najafpour, G. (2015). Biokjemiteknikk og bioteknologi. Elsevier.