BIOPROCESELE: CARACTERISTICI, TIPURI, AVANTAJE ȘI ETAPE - BIOLOGIE - 2025

Un bioproces este o metodologie specifică care folosește celulele vii sau alte componente ale acestora (enzime, organele, printre altele), pentru a obține un produs dorit pentru industrie sau pentru beneficiile ființei umane. Bioprocesul permite obținerea de produse deja cunoscute, în condiții optime de mediu, cu o calitate mai mare decât modul tradițional de generare a acestuia.

În același mod, bioprocesele permit obținerea de organisme modificate genetic care pot fi utilizate pentru a îmbunătăți eficiența proceselor specifice (enzime sau proteine ​​care urmează să fie utilizate în tratamente medicale, cum ar fi insulina) sau să fie consumate direct de ființa umană. uman.

Sursa: pixabay.com

Societatea și tehnologia pot utiliza bioprocesele în diferite domenii pentru a duce la tehnici mai bune și noi. Se aplică în diferite domenii, cum ar fi producția de alimente, inducând îmbunătățiri ale acestora, creând medicamente, controlând poluarea de diferite tipuri și, de asemenea, controlul încălzirii globale.

În prezent, diferitele bioprocese din industrie au avut un impact pozitiv și s-au făcut milioane de dolari în investiții pentru a promova creșterea acestora.

caracteristici

În științele biotehnologiei, un bioproces este un proces care folosește o anumită entitate biologică care generează ca produs o anumită substanță cu o anumită valoare adăugată.

Adică, utilizarea unei celule, microorganisme sau porțiuni celulare generează un produs dorit de cercetător, care poate avea aplicații într-o anumită zonă.

În plus, există o inginerie de bioprocesare, care încearcă să proiecteze și să dezvolte echipamente pentru fabricarea unei mari varietăți de produse, legate de agricultură, generarea de alimente și medicamente, crearea de substanțe chimice, printre altele, pornind de la materiale biologice.

Datorită existenței ingineriei bioproceselor, biotehnologia se poate traduce în beneficii pentru societate.

Obiectivele bioproceselor

Biologii și inginerii care participă la dezvoltarea bioproceselor încearcă să promoveze implementarea acestei tehnologii, deoarece permite:

-Peste bioprocese pot fi generate substanțe chimice cu valoare semnificativă. Cu toate acestea, cantitățile care sunt produse în general sunt oarecum mici.

-Bioprocesele permit sinteza sau modificarea produselor deja obținute pe calea tradițională folosind activitatea microorganismelor izolate anterior. Acestea pot fi aminoacizi sau alte materiale organice, alimente, printre altele.

-Transformarea substanțelor în volume considerabile, cum ar fi alcooli. Aceste proceduri implică adesea substanțe cu valoare mică.

-Prin utilizarea organismelor sau a unor părți din acestea, reziduurile și deșeurile toxice pot fi degradate pentru a le transforma în substanțe care pot fi ușor reciclate. Aceste procese sunt relevante și în industria minieră, cu concentrarea metalelor și exploatarea minelor virgine.

Avantajele și dezavantajele aplicării bioproceselor

-Avantaj

Existența bioproceselor oferă o serie de avantaje deosebite, inclusiv economii de energie pentru procesarea substanțelor, după cum urmează:

Condiții prietenoase pentru lucrători

Majoritatea bioproceselor folosesc enzime, care sunt catalizatori proteici în natură. Acestea funcționează la o temperatură, nivel de aciditate și presiune similare cu cele la care organismele vii rezistă, din acest motiv procesele apar în condiții „prietenoase”.

În schimb, cu temperaturile și presiunile extreme la care funcționează catalizatorii chimici folosiți în procesele tradiționale. În plus față de economisirea energiei, lucrul în condiții prietenoase pentru om facilitează procedura mai sigură și facilitează procesul.

O altă consecință a acestui fapt este reducerea impactului asupra mediului, deoarece produsele reacțiilor enzimatice nu sunt deșeuri toxice. Spre deosebire de deșeurile produse de metodologiile standard.

Complexele de fabricație sunt mai mici, mai simple și destul de flexibile, astfel încât nu este necesară o investiție de capital mare.

-Dezavantaje

Deși bioprocesele prezintă multe avantaje, există încă puncte slabe în cadrul metodologiilor aplicate, cum ar fi:

Contaminare

Una dintre cele mai importante este o consecință intrinsecă a colaborării cu sisteme biologice: susceptibilitatea la contaminare. Din acest motiv, trebuie lucrat în condiții aseptice foarte controlate.

În cazul în care culturile sunt contaminate, microorganismele, catalizatorii sau produsele obținute pot fi distruse sau își pot pierde funcționalitatea, provocând pierderi considerabile industriei.

Generați culturi la scară largă

O altă problemă este legată de manipularea organismelor de muncă. În general, laboratoarele de genetică și biologie moleculară lucrează cu microorganisme la scară mică, unde cultivarea și dezvoltarea lor optimă sunt mai ușoare.

Cu toate acestea, extrapolarea procesului la cultivarea în masă a microorganismelor prezintă o serie de obstacole.

Metodologic vorbind, producția pe scară largă de microorganisme este complicată și dacă nu se face în mod corect, poate duce la instabilitatea genetică a sistemului și la eterogenitatea organismelor în creștere.

Producătorii încearcă să aibă o cultură omogenă pentru a maximiza producția substanței în cauză. Cu toate acestea, controlul variabilității pe care îl găsim în toate sistemele biologice este o problemă la scară largă.

În concluzie, producția de microorganisme destinate utilizării industriale nu înseamnă doar creșterea producției efectuate în laborator, deoarece această modificare a scării are o serie de dezavantaje.

Tipuri

Utilizarea microorganismelor sau a altor entități biologice pentru producerea de substanțe de interes pentru om este foarte variată. În producție, compușii deșeuri pot fi izolați de microorganism pentru a fi purificați și utilizați.

De asemenea, organismul poate fi modificat prin aplicarea unor instrumente de inginerie genetică pentru producția directă. Această metodologie deschide o serie de posibilități ale produselor care pot fi obținute.

În alte cazuri, este interesant organismul modificat genetic (și nu ceea ce poate fi produs cu acesta).

Etapele unui bioproces

Deoarece termenul de „bioproces” cuprinde o serie de tehnici foarte eterogene și diverse, este dificil să-i cuprindă etapele.

-Stadiu pentru a produce insulină

Dacă lucrați cu organisme modificate în laborator, primul pas este modificarea. Pentru a descrie o metodologie specifică, vom descrie fabricarea unui ADN recombinant tipic al unui produs precum insulina, hormonul de creștere sau orice alt produs comun.

Manipulare genetică

Pentru a aduce produsul pe piață, organismul gazdă trebuie manipulat genetic. În acest caz, organismul este de obicei Escherichia coli, iar ADN-ul clonat va fi ADN animal. În acest context, ADN „clonat” nu înseamnă că vrem să clonăm un întreg organism, ci este doar fragmentul genei de interes.

Dacă dorim să producem insulină, trebuie să identificăm segmentul de ADN care are informațiile necesare pentru producerea proteinei menționate.

După identificare, segmentul de interes este tăiat și introdus în bacteriile E. coli. Adică, bacteria servește ca o mică fabrică de producție, iar cercetătorul îi oferă „instrucțiunile” prin introducerea genei.

Aceasta este etapa ingineriei genetice, care este realizată la scară mică și de un biolog molecular sau un biochimist specializat. În această etapă, este necesar un echipament de laborator de bază, cum ar fi micropipete, microcentrifuge, enzime de restricție și echipamente pentru a face geluri de electroforeză.

Pentru a înțelege bioprocesul, nu este o cerință să înțelegeți toate detaliile pe care le implică donarea, important este să înțelegeți că nivelurile de expresie ale produsului dorit trebuie să fie optime, iar stabilitatea produsului trebuie să fie adecvată.

cuantifice

După procesul de donare, următorul pas este măsurarea creșterii și caracteristicilor celulelor recombinate din etapa anterioară. Pentru a face acest lucru, trebuie să aveți abilități în microbiologie și cinetică.

Trebuie avut în vedere faptul că toate variabilele de mediu, cum ar fi temperatura, compoziția mediului și pH-ul sunt optime, pentru a asigura o producție maximă. În această etapă, sunt parametrizați câțiva parametri precum rata de creștere a celulelor, productivitatea specifică și produsul.

Creșterea scării

După ce metodologia de producere a substanței dorite a fost standardizată, scala de producție este crescută și 1 sau 2 litri de cultură sunt preparați într-un bioreactor.

În acest sens, trebuie menținute în continuare condițiile de temperatură și pH. O atenție deosebită trebuie acordată concentrației de oxigen necesară culturii.

Ulterior, cercetătorii cresc din ce în ce mai mult scala de producție, ajungând până la 1.000 de litri (cantitatea depinde și de produsul dorit).

-Stadiile de fermentare

După cum am menționat, bioprocesele sunt foarte ample și nu toate implică etapele descrise în secțiunea anterioară. De exemplu, fermentația în exemplul concret și clasic al unui bioproces. În acest microorganisme sunt utilizate, cum ar fi ciuperci și bacterii.

Microorganismele cresc într-un mediu cu carbohidrați pe care îi vor folosi pentru creșterea lor. În acest fel, deșeurile pe care le produc sunt cele care au valoare industrială. Printre acestea avem alcool, acid lactic, printre altele.

Odată ce substanța de interes este produsă de microorganism, aceasta este concentrată și purificată. Alimentele interminabile (pâine, iaurt) și băuturi (beri, vin, printre altele) valoroase pentru consumul uman sunt obținute folosind acest bioproces.

Referințe

1. Cragnolini, A. (1987). Probleme de politică științifică și tehnologică: materiale și sesiuni ale celui de-al doilea Seminar Ibero-American Jorge Sabato de Politică Științifică și Tehnologică, Madrid, 2-6 iunie 1986. Editorial CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Biotehnologie Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Principiile ingineriei bioproceselor. Elsevier.
4. Consiliul national de cercetare. (1992). Punerea în funcțiune a Biotehnologiei: inginerie bioproces. Presa Academiilor Naționale.
5. Najafpour, G. (2015). Inginerie biochimică și biotehnologie. Elsevier.