Charakterystyka bioprocesyjna, typy, zalety i etapy

A Bioprocess Jest to specyficzna metodologia, która wykorzystuje żywe komórki lub także inne komponenty (między innymi enzymy, organelle) w celu uzyskania pożądanego produktu dla branży lub dla korzyści człowieka. Bioprocess pozwala na uzyskanie znanych produktów, w optymalnych warunkach środowiskowych, z jakością lepszą od sposobu tradycyjnego generowania.

W ten sam sposób bioprocesy umożliwiają organizmy zmodyfikowane genetycznie, które można zastosować w celu poprawy wydajności określonych procesów (enzymów lub białek, które należy stosować w leczeniu medycznych, takich jak insulina) lub być konsumowane bezpośrednio przez bycie człowiekiem.

Źródło: Pixabay.com

Społeczeństwo i technologia mogą wykorzystywać bioprocesy w różnych obszarach, aby prowadzić lepsze i nowe techniki. Ma to zastosowanie do różnych obszarów, takich jak produkcja żywności, indukuje ulepszenia w nich, tworzenie leków, zanieczyszczenie kontroli różnych typów, a także do kontroli globalnego ocieplenia.

Obecnie różne bioprocesy, które branża miała pozytywny wpływ, a inwestycje milionera zostały dokonane w celu promowania ich wzrostu.

[TOC]

Charakterystyka

W naukach biotechnologii, a Bioprocess Jest to proces wykorzystujący określoną jednostkę biologiczną, która generuje jako produkt o wartości dodanej.

To znaczy zastosowanie komórki, mikroorganizmu lub części komórkowej generuje produkt pożądany przez badacza, który może mieć zastosowania w pewnym obszarze.

Ponadto istnieje inżynieria bioprocesowa, która ma na celu zaprojektowanie i opracowanie sprzętu do produkcji szerokiej różnorodności produktów, związanych z rolnictwem, generowaniem żywności i medycyny, tworzenie chemikaliów, oparte na materiałach biologicznych.

Dzięki istnianiu inżynierii bioprocesowej biotechnologia może tłumaczyć korzyści dla społeczeństwa.

Cele bioprocesowe

Biolodzy i inżynierowie, którzy uczestniczą w rozwoju bioprocesów, starają się promować wdrażanie tej technologii, ponieważ pozwala::

-Poprzez bioprocesy można wygenerować chemikalia o ważnej wartości. Jednak ilości, które są ogólnie wytwarzane, są nieco zmniejszone.

-Bioprocess umożliwia syntezę lub modyfikację produktów już uzyskanych przez tradycyjną trasę przy użyciu aktywności wcześniej izolowanych mikroorganizmów. Mogą to być aminokwasy lub inne materiały organiczne, żywność,.

-Transformacja substancji w znaczne tomy, takie jak alkohole. Procedury te zwykle obejmują substancje o niewielkiej wartości.

Może ci służyć: cechy, które odróżniają człowieka od innych gatunków

-Dzięki zastosowaniu organizmów lub ich części, toksyczne odpady i odpady mogą być zdegradowane, aby przekształcić je w łatwe substancje recyklingowe. Procesy te mają również znaczenie w branży wydobywczej, wraz z koncentracją metali i eksploatacją kopalń dziewiczych.

Zalety i wady zastosowania bioprocesowego

-Zalety

Istnienie bioprocesów zapewnia serię atrakcji, w tym oszczędność energii na przetwarzanie substancji, w następujący sposób:

Przyjazne warunki dla pracowników

Większość bioprocesów wykorzystuje enzymy, które są katalizatorami białkami. Działają one w temperaturze, poziomu kwasowości i ciśnienia podobne do tych opierających się organizmom żywych, więc procesy występują w „przyjaznych” warunkach.

W przeciwieństwie do ekstremalnych temperatur i presji, które działają katalizatory chemiczne w tradycyjnych procedurach. Oprócz oszczędzania energii, praca w przyjaznych warunkach dla człowieka sprawia, że ​​procedura jest bezpieczniejsza i ułatwia proces.

Inną konsekwencją tego faktu jest zmniejszenie wpływu na środowisko, ponieważ produkty reakcji enzymatycznych nie są odpadami toksycznymi. W przeciwieństwie do odpadów wytwarzanych przez standardowe metodologie.

Kompleksy produkcyjne są mniejsze, proste i dość elastyczne, więc nie jest konieczne dokonywanie wysokich inwestycji kapitałowych.

-Niedogodności

Chociaż bioprocesy mają wiele zalet, nadal istnieją słabe punkty w stosowanych metodologiach, takich jak:

Zanieczyszczenie

Jednym z najważniejszych jest wewnętrzna konsekwencja pracy z układami biologicznymi: podatność na zanieczyszczenie. Dlatego musi działać w bardzo kontrolowanych warunkach aseptycznych.

W przypadku zanieczyszczenia upraw, mikroorganizmy, katalizatory lub produkty mogą zostać zniszczone lub utraty ich funkcjonalności, powodując znaczne straty w branży.

Wytwarzaj uprawy o dużej skali

Inny problem dotyczy manipulacji agencjami roboczymi. Zasadniczo laboratoria genetyki i biologii molekularnej działają z małymi mikroorganizmami, w których ich kultura i optymalny rozwój jest łatwiejszy.

Jednak ekstrapolacja procesu do masowej uprawy mikroorganizmów jest serią przeszkód.

Metodologicznie, duża w skali produkcja mikroorganizmów jest skomplikowana, a jeśli nie jest wykonane we właściwy sposób, może prowadzić do niestabilności genetycznej systemu i heterogeniczności rosnących organizmów.

Producenci starają się mieć jednorodną plon, aby zmaksymalizować produkcję danej substancji. Jednak kontrolowanie zmienności, którą znajdujemy we wszystkich systemach biologicznych, jest problemem o dużej skali.

Może ci służyć: hipoteza hydrotermalna

Podsumowując, produkcja mikroorganizmów do użytku przemysłowego nie polega tylko na zwiększeniu produkcji przeprowadzonej w laboratorium, ponieważ ta zmiana skali pociąga za sobą szereg niedogodności.

Chłopaki

Zastosowanie mikroorganizmów lub innych podmiotów biologicznych do produkcji substancji zainteresowanych człowiekiem jest bardzo zróżnicowane. W produkcji związki odpadów mikroorganizmu można izolować do oczyszczania i użycia.

W ten sam sposób organizm można zmodyfikować, stosując narzędzia inżyniera genetycznego do bezpośredniej produkcji. Ta metodologia otwiera szereg możliwości produktów, które można uzyskać.

W innych przypadkach mogą to być organizmy zmodyfikowane genetycznie (a nie to, co może się z nim wystąpić), co jest interesujące.

Etapy bioproces

Ponieważ termin „bioproces” obejmuje bardzo heterogeniczną i różnorodną serię technik, trudno jest objąć etapy tego samego.

-Etapy produkcji insuliny

Jeśli pracujesz ze zmodyfikowanymi organizmami w laboratorium, pierwszym krokiem jest modyfikacja. Aby opisać konkretną metodologię, opiszemy produkcję rekombinowanego DNA typowego dla produktu, takiego jak insulina, hormon wzrostu lub jakikolwiek inny wspólny produkt.

Manipulacja genetyczna

Aby wprowadzić produkt do jego marketingu, należy przeprowadzić manipulację genetyczną organizmu gospodarza. W tym przypadku organizm jest zwykle Escherichia coli A sklonowane DNA będzie DNA zwierząt. W tym kontekście „sklonowane” DNA nie oznacza, że ​​chcemy sklonować cały organizm, jest to po prostu fragment genu zainteresowania.

Jeśli chcemy wyprodukować insulinę, musimy zidentyfikować segment DNA, który ma niezbędne informacje do produkcji takiego białka.

Po identyfikacji segment zainteresowania jest wycięty i wkładany do bakterii I. coli. Oznacza to, że bakterie służy jako niewielka fabryka produkcji, a badacz podaje mu „instrukcje” poprzez wkładanie genu.

Jest to etap inżynierii genetycznej, który jest wykonywany na małą skalę i przez biolog molekularny lub specjalistyczny biochemik. Ten krok wymaga podstawowego sprzętu laboratoryjnego, takiego jak mikropipetes, mikrocentrokiery, enzymy ograniczające i sprzęt do wykonywania żeli elektroforezy.

Może ci służyć: białka SSB: charakterystyka, struktura i funkcje

Aby zrozumieć bioprocess, nie jest to wymagane.

Określić ilościowo

Po procesie klonowania następującym krokiem jest pomiar wzrostu i charakterystyki rekombinowanych komórek poprzedniego kroku. Aby go wykonać, musisz mieć umiejętności w zakresie mikrobiologii i kinetyki.

Należy wziąć pod uwagę, że wszystkie zmienne środowiskowe, takie jak temperatura, skład średniej i pH, są optymalne, aby zapewnić maksymalną produkcję. Na tym etapie niektóre parametry, takie jak tempo wzrostu komórek, specyficzna wydajność i produkt, są określone ilościowo.

Wzrost skali

Po ustandaryzowaniu metodologii w celu wytworzenia pożądanej substancji skala produkcyjna jest zwiększona, a 1 lub 2 litrów uprawy przygotowuje się w bioreaktorze.

W tym musisz nadal utrzymywać warunki temperatury i pH. Szczególną uwagę należy zachować na stężenie tlenu, które potrzebują uprawy.

Następnie badacze coraz bardziej zwiększają skalę produkcyjną, wytwarzając do 1.000 litrów (kwota zależy również od pożądanego produktu).

-Etapy fermentacji

Jak wspomnieliśmy, bioprocesy są bardzo szerokie i nie wszystkie obejmują kroki opisane w poprzednim rozdziale. Na przykład fermentacja w betonie i klasycznym przykładzie bioproces. W tym stosuje się mikroorganizmy, takie jak grzyby i bakterie.

Mikroorganizmy rosną w pożywce z węglowodanami, które będą stosować do wzrostu. W ten sposób wytwarzane przez nich produkty odpadowe to te, które mają wartość przemysłową. Wśród nich mamy alkohol, kwas mlekowy, między innymi.

Gdy substancja zainteresowania zostanie wytwarzana przez mikroorganizm, przechodzi ona do jego koncentracji i oczyszczania. Niekończące się jedzenie (chleb, jogurt) i napoje (piwa, wino, między innymi) Cenne do spożycia przez ludzi są wykonane za pomocą tego bioproces.

Bibliografia

1. Cragnolini, a. (1987). Kwestie polityki naukowej i technologicznej: Materiały i sesje drugiego iberoamerykańskiego seminarium Jorge Sabato of Scientific and Technology Policy, Madryt, 2-6 czerwca 1986. Redakcja CSIC-CSIC Press.
2. Duke, J. P. (2010). Biotechnologia. Netbiblo.
3. Doran, s. 1. M. (1995). Zasady inżynierii bioprocesów. Elsevier.
4. National Research Council. (1992). Uruchomienie biotechnologii: Inżynieria bioprocesowa. National Academies Press.
5. Najafpour, g. (2015). Inżynieria biochemiczna i biotechnologia. Elsevier.