BIOPROCESY: VLASTNOSTI, TYPY, VÝHODY A FÁZE - BIOLOGIE - 2025

Bioproces je specifická metoda, která používá živé buňky, nebo i jiné jejich složky (enzymy, organely, mimo jiné), aby se dosáhlo získání požadovaného produktu pro průmysl nebo pro výhody lidské bytosti. Bioproces umožňuje získání již známých produktů za optimálních podmínek prostředí s vyšší kvalitou, než je tradiční způsob jejich výroby.

Stejně tak bioprocesy umožňují získání geneticky modifikovaných organismů, které lze použít ke zlepšení účinnosti specifických procesů (enzymů nebo proteinů, které se používají při lékařských ošetřeních, jako je inzulín) nebo které jsou přímo konzumovány člověkem. člověk.

Zdroj: pixabay.com

Společnost a technologie mohou využívat bioprocesy v různých oblastech, aby vedly k lepším a novým technikám. Je použitelný v různých oblastech, jako je výroba potravin, navozování zlepšení v těchto oblastech, vytváření léčiv, kontrola znečištění různých typů a také kontrola globálního oteplování.

V současné době mají různé bioprocesy v tomto odvětví pozitivní dopad a byly investovány miliony dolarů na podporu jejich růstu.

vlastnosti

Ve vědách o biotechnologii je bioproces proces, který používá určitou konkrétní biologickou entitu, která vytváří jako produkt nějakou látku určité přidané hodnoty.

To znamená, že použití buňky, mikroorganismu nebo buněčné části vytváří produkt požadovaný výzkumným pracovníkem, který může mít aplikace v určité oblasti.

Kromě toho existuje technologie biologického zpracování, která se snaží navrhnout a vyvinout zařízení pro výrobu širokého spektra produktů souvisejících se zemědělstvím, výrobou potravin a léčiv, výrobou chemických látek, mimo jiné z biologických materiálů.

Díky existenci bioprocesního inženýrství se biotechnologie může proměnit ve výhody pro společnost.

Cíle bioprocesů

Biologové a inženýři, kteří se podílejí na vývoji bioprocesů, usilují o podporu zavádění této technologie, protože to umožňuje:

- Prostřednictvím bioprocesů lze generovat chemikálie významné hodnoty. Množství, která se obvykle vyrábějí, jsou však poněkud malá.

-Bioprocesy umožňují syntézu nebo modifikaci produktů již získaných tradiční cestou pomocí aktivity dříve izolovaných mikroorganismů. Mohou to být mimo jiné aminokyseliny nebo jiné organické materiály, potraviny.

-Transformace látek ve značných objemech, jako jsou alkoholy. Tyto postupy často zahrnují látky s malou hodnotou.

-Při použití organismů nebo jejich částí mohou být zbytky a toxický odpad degradovány a přeměněny na látky, které lze snadno recyklovat. Tyto procesy jsou také důležité v těžebním průmyslu, s koncentrací kovů a těžbou panenských dolů.

Výhody a nevýhody aplikace bioprocesů

-Výhoda

Existence bioprocesů poskytuje řadu vynikajících výhod, včetně energetických úspor při zpracování látek:

Přátelské podmínky pro pracovníky

Většina bioprocesů používá enzymy, které jsou v přírodě proteinovými katalyzátory. Pracují při teplotě, úrovni kyselosti a tlaku podobné těm, kterým živé organismy odolávají, a proto se procesy vyskytují za „přátelských“ podmínek.

Na rozdíl od toho, s extrémními teplotami a tlaky, při kterých chemické katalyzátory používané v tradičních procesech pracují. Kromě úspory energie, práce v podmínkách přátelských k člověku dělá proceduru bezpečnější a proces usnadní.

Dalším důsledkem této skutečnosti je snížení dopadu na životní prostředí, protože produkty enzymatických reakcí nejsou toxickým odpadem. Na rozdíl od odpadu produkovaného standardními metodikami.

Výrobní komplexy jsou menší, jednodušší a dosti flexibilní, takže není potřeba velká kapitálová investice.

- Nevýhody

Ačkoli bioprocesy mají mnoho výhod, v aplikovaných metodikách stále existují slabá místa, jako například:

Kontaminace

Jedním z nejdůležitějších je vlastní důsledek práce s biologickými systémy: náchylnost ke kontaminaci. Z tohoto důvodu se musí pracovat za velmi kontrolovaných aseptických podmínek.

V případě kontaminace plodin mohou být mikroorganismy, katalyzátory nebo získané produkty zničeny nebo ztratit svou funkčnost, což způsobuje značné ztráty průmyslu.

Vytvářejte rozsáhlé plodiny

Další problém se týká manipulace s organizmy práce. Obecně pracují laboratoře genetiky a molekulární biologie s mikroorganismy v malém měřítku, kde je jejich kultivace a optimální vývoj snazší.

Extrapolace procesu na hromadnou kultivaci mikroorganismů však představuje řadu překážek.

Metodologicky lze říci, že produkce mikroorganismů ve velkém měřítku je komplikovaná, a pokud nebude provedena správným způsobem, může vést ke genetické nestabilitě systému a heterogenitě rostoucích organismů.

Producenti usilují o homogenní plodinu, aby maximalizovali výrobu dané látky. Ovládání proměnlivosti, kterou nalézáme ve všech biologických systémech, je však velkým problémem.

Závěrem lze říci, že produkce mikroorganismů pro průmyslové použití neznamená pouze zvýšení produkce prováděné v laboratoři, protože tato změna rozsahu má řadu nevýhod.

Typy

Použití mikroorganismů nebo jiných biologických entit pro výrobu látek zajímavých pro člověka je velmi rozmanité. Při výrobě mohou být odpadní sloučeniny izolovány z mikroorganismu, který má být čištěn a použit.

Podobně může být organismus modifikován použitím nástrojů genetického inženýrství k přímé produkci. Tato metodika otevírá řadu možností produktů, které lze získat.

V jiných případech to může být geneticky modifikovaný organismus (a nikoli to, co s ním lze produkovat).

Fáze bioprocesu

Protože pojem „bioproces“ zahrnuje velmi heterogenní a rozmanitou řadu technik, je obtížné zahrnout jeho fáze.

- Napětí k produkci inzulínu

Pokud pracujete s modifikovanými organismy v laboratoři, prvním krokem je modifikace. Abychom popsali konkrétní metodologii, popíšeme výrobu typické rekombinantní DNA produktu, jako je inzulín, růstový hormon nebo jakýkoli jiný běžný produkt.

Genetická manipulace

K uvedení produktu na trh musí být hostitelský organismus geneticky manipulován. V tomto případě je organismem obvykle Escherichia coli a klonovanou DNA bude živočišná DNA. V tomto kontextu „klonovaná“ DNA neznamená, že chceme klonovat celý organismus, je to prostě fragment požadovaného genu.

Pokud chceme produkovat inzulín, musíme identifikovat segment DNA, který má potřebné informace pro produkci uvedeného proteinu.

Po identifikaci je požadovaný segment rozřezán a vložen do bakterií E. coli. To znamená, že bakterie slouží jako malá výrobní továrna a výzkumník jí dává „pokyny“ vložením genu.

Toto je stádium genetického inženýrství, které se provádí v malém měřítku a molekulárním biologem nebo specializovaným biochemikem. V tomto kroku je zapotřebí základní laboratorní vybavení, jako jsou mikropipety, mikrocentrifugy, restrikční enzymy a zařízení pro výrobu elektroforézních gelů.

Abychom porozuměli bioprocesu, není nutné rozumět všem detailům, které klonování znamená, důležité je pochopit, že úrovně exprese požadovaného produktu musí být optimální a stabilita produktu musí být také přiměřená.

Vyčíslit

Po procesu klonování je dalším krokem měření růstu a charakteristik rekombinantních buněk z předchozího kroku. K tomu musíte mít dovednosti v mikrobiologii a kinetice.

Je třeba vzít v úvahu, že všechny proměnné prostředí, jako je teplota, složení média a pH, jsou optimální, aby byla zajištěna maximální produkce. V tomto kroku jsou kvantifikovány některé parametry, jako je rychlost růstu buněk, specifická produktivita a produkt.

Zvýšení rozsahu

Po standardizaci metodologie výroby požadované látky se zvýší produkční škála a v bioreaktoru se připraví 1 nebo 2 litry kultury.

Přitom se musí i nadále udržovat teplota a pH. Zvláštní pozornost musí být věnována koncentraci kyslíku, kterou vyžaduje kultura.

Následně vědci stále více rozšiřují rozsah výroby a dosahují až 1 000 litrů (množství závisí také na požadovaném produktu).

- Fáze kvašení

Jak jsme již zmínili, bioprocesy jsou velmi široké a ne všechny zahrnují kroky popsané v předchozí části. Například fermentace v konkrétním a klasickém příkladu bioprocesu. V této mikroorganismy se používají, jako jsou houby a bakterie.

Mikroorganismy rostou v médiu se sacharidy, které použijí pro svůj růst. Tímto způsobem jsou odpady, které produkují, těmi, které mají průmyslovou hodnotu. Mezi nimi máme mimo jiné alkohol, kyselinu mléčnou.

Jakmile je příslušná látka produkována mikroorganismem, je koncentrována a čištěna. Pomocí tohoto bioprocesu se vyrábějí nekonečná jídla (chléb, jogurt) a nápoje (mimo jiné pivo, víno), které jsou cenné pro lidskou spotřebu.

Reference

1. Cragnolini, A. (1987). Otázky vědecké a technologické politiky: materiály a zasedání druhého semináře Jorge Sabato Iberoameričana o vědecké a technologické politice, Madrid, 2. – 6. Června 1986. Redakční tisk CSIC-CSIC.
2. Duque, JP (2010). Biotechnologie Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Principy biologického zpracování. Elsevier.
4. Národní rada pro výzkum. (1992). Uvedení biotechnologie do praxe: bioprocesní inženýrství. Národní akademie Press.
5. Najafpour, G. (2015). Biochemické inženýrství a biotechnologie. Elsevier.