BIOPROCESI: ZNAČILNOSTI, VRSTE, PREDNOSTI IN STOPNJE - BIOLOGIJA - 2025

Biološki proces je posebna metodologija, ki uporablja žive celice ali tudi druge sestavine le-teh (encimi, organeli, med drugim), da se doseže pridobitvijo želenega produkta za industrijo ali za koristi človeka. Bioproces omogoča pridobivanje že znanih izdelkov v optimalnih okoljskih pogojih z višjo kakovostjo kot tradicionalni način pridobivanja.

Na enak način bioprocesi omogočajo pridobivanje gensko spremenjenih organizmov, ki jih je mogoče uporabiti za izboljšanje učinkovitosti specifičnih procesov (encimov ali beljakovin, ki se uporabljajo v medicinskih postopkih, kot je inzulin) ali jih človek zaužije neposredno. človek.

Vir: pixabay.com

Družba in tehnologija lahko uporabljata bioprocese na različnih področjih, da privedejo do boljših in novih tehnik. Uporablja se na različnih področjih, kot je na primer proizvodnja hrane, kar spodbuja njihovo izboljšanje, ustvarjanje zdravil, nadzor onesnaževanja različnih vrst in tudi nadzor globalnega segrevanja.

Trenutno imajo različni bioprocesi v industriji pozitiven vpliv in vložki v milijone dolarjev so namenjeni spodbujanju njihove rasti.

značilnosti

V znanosti o biotehnologiji je bioproces proces, ki uporablja določeno biološko bitje, ki kot izdelek ustvari neko snov z določeno dodano vrednostjo.

To pomeni, da uporaba celice, mikroorganizma ali celičnega dela ustvari izdelek, ki ga želi raziskovalec, ki ima lahko uporabo na nekem področju.

Poleg tega obstaja biotehnični inženiring, ki želi oblikovati in razvijati opremo za proizvodnjo najrazličnejših izdelkov, povezanih s kmetijstvom, proizvodnjo hrane in zdravil, ustvarjanjem kemikalij, med drugim, začenši z biološkimi materiali.

Zahvaljujoč obstoju bioprocesnega inženiringa lahko biotehnologija pomeni koristi za družbo.

Cilji bioprocesov

Biologi in inženirji, ki sodelujejo pri razvoju bioprocesov, si prizadevajo za spodbujanje izvajanja te tehnologije, saj omogoča:

- S pomočjo bioprocesov lahko nastanejo pomembne kemikalije. Količine, ki se običajno proizvedejo, so nekoliko majhne.

-Bioprocesi omogočajo sintezo ali modifikacijo produktov, ki so že pridobljeni na tradicionalen način z uporabo aktivnosti prej izoliranih mikroorganizmov. To so med drugim lahko aminokisline ali drugi organski materiali, hrana.

-Preobrazba snovi v velikih količinah, kot so alkoholi. Ti postopki pogosto vključujejo snovi z malo vrednosti.

-Z uporabo organizmov ali njihovih delov lahko ostanke in strupene odpadke razgradimo, da jih pretvorimo v snovi, ki jih je mogoče enostavno reciklirati. Ti procesi so pomembni tudi v rudarski industriji, s koncentracijo kovin in izkoriščanjem nedolžnih rudnikov.

Prednosti in slabosti uporabe bioprocesov

-Prednost

Obstoj bioprocesov zagotavlja vrsto izjemnih prednosti, vključno z naslednjimi prihranki energije za predelavo snovi:

Prijazni pogoji za delavce

Večina bioprocesov uporablja encime, ki so v naravi beljakovinski katalizatorji. Ti delujejo pri temperaturi, ravni kislosti in tlaku, podobnim tistim, ki se jim živi organizmi upirajo, zato se procesi odvijajo pod "prijaznimi" pogoji.

V nasprotju z ekstremnimi temperaturami in pritiski, pri katerih delujejo kemični katalizatorji, ki se uporabljajo v tradicionalnih procesih. Poleg varčevanja z energijo delo v človeku prijaznih pogojih postopek varneje in olajša postopek.

Druga posledica tega dejstva je zmanjšanje vpliva na okolje, saj produkti encimskih reakcij niso strupeni odpadki. V nasprotju z odpadki, ki jih proizvajajo standardne metodologije.

Proizvodni kompleksi so manjši, enostavnejši in dokaj prilagodljivi, zato ni potrebe po velikih kapitalskih naložbah.

-Pomanjkljivosti

Čeprav imajo bioprocesi številne prednosti, še vedno obstajajo šibke točke v uporabljenih metodologijah, kot so:

Kontaminacija

Ena najpomembnejših je bistvena posledica dela z biološkimi sistemi: dovzetnost za kontaminacijo. Zaradi tega ga je treba delati v zelo nadzorovanih aseptičnih pogojih.

V primeru onesnaženja pridelkov se lahko mikroorganizmi, katalizatorji ali dobljeni proizvodi uničijo ali izgubijo svojo funkcionalnost, kar industriji povzroči znatne izgube.

Pridelite obsežne pridelke

Druga težava je povezana z manipulacijo z delovnimi organizmi. Na splošno laboratoriji za genetiko in molekularno biologijo delujejo z mikroorganizmi v majhnem obsegu, kjer je njihova gojenje in optimalen razvoj lažji.

Vendar pa ekstrapoliranje procesa na množično gojenje mikroorganizmov predstavlja vrsto ovir.

Metodološko gledano je obsežna proizvodnja mikroorganizmov zapletena in če se ne opravi pravilno, lahko privede do genetske nestabilnosti sistema in heterogenosti rastočih organizmov.

Proizvajalci si prizadevajo za homogen pridelek, da bi čim bolj povečali proizvodnjo zadevne snovi. Vendar je nadzor nad spremenljivostjo, ki jo najdemo v vseh bioloških sistemih, velik problem.

Na koncu zaključimo, da proizvodnja mikroorganizmov za industrijsko uporabo ne pomeni zgolj povečanja proizvodnje v laboratoriju, saj ta sprememba obsega povzroči vrsto pomanjkljivosti.

Vrste

Uporaba mikroorganizmov ali drugih bioloških subjektov za proizvodnjo snovi, ki so zanimive za ljudi, je zelo raznolika. V proizvodnji lahko odpadne spojine izoliramo iz mikroorganizma, ki ga je treba očistiti in uporabiti.

Prav tako se lahko organizem spremeni z uporabo orodij genskega inženiringa za neposredno proizvodnjo. Ta metodologija odpira vrsto možnosti izdelkov, ki jih je mogoče dobiti.

V drugih primerih je morda zanimiv gensko spremenjeni organizem (in ne tisto, kar se lahko z njim proizvede).

Faze bioprocesa

Ker izraz "bioproces" vključuje zelo raznoliko in raznoliko vrsto tehnik, je težko zajeti njegove faze.

-Stanka za proizvodnjo inzulina

Če delate z modificiranimi organizmi v laboratoriju, je prvi korak modifikacija. Da bi opisali določeno metodologijo, bomo opisali izdelavo značilne rekombinantne DNA izdelka, kot so insulin, rastni hormon ali kateri koli drug skupni izdelek.

Genetska manipulacija

Za dajanje izdelka na trg mora biti gostiteljski organizem genetsko manipuliran. V tem primeru je organizem običajno Escherichia coli in klonirana DNK bo živalska DNK. V tem kontekstu "klonirana" DNK ne pomeni, da želimo klonirati celoten organizem, temveč je le drobec zanimivega gena.

Če želimo proizvajati inzulin, moramo identificirati segment DNK, ki ima potrebne informacije za proizvodnjo omenjenega proteina.

Po identifikaciji razrežemo segment, ki ga zanima, in ga vstavimo v bakterijo E. coli. Se pravi, da bakterija služi kot majhna proizvodna tovarna, raziskovalec pa ji z vstavitvijo gena daje "navodila".

To je faza genskega inženiringa, ki jo v majhnem obsegu izvaja molekularni biolog ali specializirani biokemik. V tem koraku je potrebna osnovna laboratorijska oprema, kot so mikropipete, mikrocentrifuge, restrikcijski encimi in oprema za izdelavo gelov za elektroforezo.

Da bi razumeli bioproces, ni treba razumeti vseh podrobnosti, ki jih kloniranje navaja, pomembno je razumeti, da morajo biti ravni izražanja želenega izdelka optimalne in stabilnost izdelka mora biti tudi ustrezna.

Količinsko določite

Po postopku kloniranja je naslednji korak merjenje rasti in značilnosti rekombinantnih celic iz prejšnjega koraka. Če želite to narediti, morate imeti znanje iz mikrobiologije in kinetike.

Upoštevati je treba, da so vse spremenljivke okolja, kot so temperatura, sestava gojišča in pH optimalne, da se zagotovi največja proizvodnja. V tem koraku so količinsko določeni nekateri parametri, kot so hitrost rasti celic, specifična produktivnost in izdelek.

Povečanje obsega

Potem ko je metodologija za proizvodnjo želene snovi standardizirana, se obseg proizvodnje poveča in 1 ali 2 litra kulture se pripravijo v bioreaktorju.

Pri tem je treba še naprej vzdrževati temperaturo in pH. Posebno pozornost je treba nameniti koncentraciji kisika, ki jo zahteva kultura.

Nato raziskovalci vse bolj povečujejo obseg proizvodnje in dosežejo do 1.000 litrov (količina je odvisna tudi od želenega izdelka).

-Stanke fermentacije

Kot smo omenili, so bioprocesi zelo široki in ne vključujejo vseh korakov, opisanih v prejšnjem razdelku. Na primer fermentacija v konkretnem in klasični primer bioprocesa. V tem se uporabljajo mikroorganizmi, kot so glive in bakterije.

Mikroorganizmi rastejo v gojišču z ogljikovimi hidrati, ki jih bodo uporabili za svojo rast. Na ta način so odpadni proizvodi, ki jih proizvajajo, tisti, ki imajo industrijsko vrednost. Med njimi imamo med drugim alkohol, mlečno kislino.

Ko mikroorganizem proizvede zanimivo snov, jo koncentriramo in očistimo. S tem bioprocesom izdelujejo neskončno hrano (kruh, jogurt) in pijače (pivo, vino, med drugim), koristne za prehrano ljudi.

Reference

1. Cragnolini, A. (1987). Vprašanja o znanstveni in tehnološki politiki: gradiva in zasedanja drugega Jorge Sabato Ibero-ameriškega seminarja o znanstveni in tehnološki politiki, Madrid, 2. in 6. junij 1986. Uredništvo CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Biotehnologija Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Principi bioprocesnega inženiringa. Elsevier.
4. Nacionalni raziskovalni svet. (1992). Priprava biotehnologije na delo: inženiring bioprocesov. National Academies Press.
5. Najafpour, G. (2015). Biokemijski inženiring in biotehnologija. Elsevier.