BIOPROSESSIT: OMINAISUUDET, TYYPIT, EDUT JA VAIHEET - BIOLOGIA - 2026

Bioprosessi on erityinen menetelmä, joka käyttötarkoituksiin eläviä soluja, tai myös muita komponentteja sen (entsyymit, organelleja, muun muassa), saavuttaa saadaan halutun tuotteen teollisuuden tai etuja ihmisen. Bioprosessin avulla voidaan saada jo tunnettuja tuotteita optimaalisissa ympäristöolosuhteissa, korkealaatuisempina kuin perinteinen tuotantotapa.

Samoin bioprosessit mahdollistavat sellaisten geneettisesti muunnettujen organismien hankkimisen, joita voidaan käyttää tiettyjen prosessien (lääketieteellisissä hoidoissa käytettävien entsyymien tai proteiinien, kuten insuliinin, kuten insuliinin) tehokkuuden parantamiseksi tai ihmisten suoraan kulutukseen. ihmisen.

Lähde: pixabay.com

Yhteiskunta ja tekniikka voivat käyttää bioprosesseja eri alueilla parempien ja uusien tekniikoiden johtamiseen. Sitä voidaan käyttää eri aloilla, kuten elintarvikkeiden valmistuksessa, parantamaan niihin kehitystä, luomaan lääkkeitä, hallitsemaan erityyppisiä pilaantumisia ja hallitsemaan myös ilmaston lämpenemistä.

Tällä hetkellä teollisuuden erilaisilla bioprosesseilla on ollut myönteinen vaikutus, ja niiden kasvun edistämiseksi on tehty miljoonia dollareita investointeja.

ominaisuudet

Bioteknologian tieteissä bioprosessit ovat prosessit, joissa käytetään tiettyä biologista kokonaisuutta, joka tuottaa tuotteena jonkin tietyn lisäarvon omaavan aineen.

Toisin sanoen minkä tahansa solun, mikro-organismin tai soluosan käyttö tuottaa tutkijan haluaman tuotteen, jolla voi olla sovelluksia jollakin alueella.

Lisäksi on bioprosessointitekniikkaa, jonka tarkoituksena on suunnitella ja kehittää laitteistoja monenlaisten tuotteiden valmistukseen, jotka liittyvät maataloudessa, elintarvikkeiden ja lääkkeiden tuotannossa sekä kemikaalien luomisessa muun muassa biologisista materiaaleista.

Bioprosessitekniikan olemassaolon ansiosta bioteknologiasta voi tulla hyötyä yhteiskunnalle.

Bioprosessien tavoitteet

Biologisten prosessien kehittämiseen osallistuvat biologit ja insinöörit pyrkivät edistämään tämän tekniikan käyttöönottoa, koska se mahdollistaa:

- Bioprosessien kautta voidaan tuottaa merkittäviä kemikaaleja. Yleensä tuotetut määrät ovat kuitenkin jonkin verran pieniä.

-Bioprosessit mahdollistavat jo perinteisellä tavalla saatujen tuotteiden synteesin tai modifioinnin käyttämällä aiemmin eristettyjen mikro-organismien aktiivisuutta. Ne voivat olla aminohappoja tai muita orgaanisia aineita, esimerkiksi ruokaa.

-Aineiden, kuten alkoholien, muuttuminen suurina määrinä. Nämä menetelmät koskevat usein aineita, joilla on vähäinen arvo.

- Organismien tai niiden osien käytön kautta jäämät ja myrkylliset jätteet voidaan hajottaa muuttamaan ne aineiksi, jotka voidaan helposti kierrättää. Nämä prosessit ovat merkityksellisiä myös kaivosteollisuudessa metallien väkevöinnin ja neitsytkaivoksen hyödyntämisen yhteydessä.

Bioprosessien käytön edut ja haitat

-Etu

Bioprosessien olemassaolo tarjoaa joukon merkittäviä etuja, mukaan lukien energiansäästöt aineiden prosessoinnissa, seuraavasti:

Ystävälliset olosuhteet työntekijöille

Useimmat bioprosessit käyttävät entsyymejä, jotka ovat luonteeltaan proteiinikatalyyttejä. Ne toimivat lämpötilassa, happamuusasteessa ja paineessa, jotka ovat samanlaisia ​​kuin elävät organismit kestävät, tästä syystä prosessit tapahtuvat "ystävällisissä" olosuhteissa.

Sitä vastoin äärimmäisissä lämpötiloissa ja paineissa, joissa perinteisissä prosesseissa käytetyt kemialliset katalyytit toimivat. Ihmisystävällisissä olosuhteissa työskentely tekee energiansäästön lisäksi myös prosessin turvallisempaa ja helpottaa.

Toinen seuraus tästä tosiasiasta on ympäristövaikutusten vähentyminen, koska entsymaattisten reaktioiden tuotteet eivät ole myrkyllisiä jätteitä. Toisin kuin standardimenetelmillä tuotettu jäte.

Valmistuskompleksit ovat pienempiä, yksinkertaisempia ja melko joustavia, joten suuria pääomasijoituksia ei tarvita.

-Disadvantages

Vaikka bioprosesseilla on monia etuja, sovelletuissa menetelmissä on edelleen heikkoja kohtia, kuten:

saastuminen

Yksi tärkeimmistä on luonnolliset seuraukset työskentelylle biologisten järjestelmien kanssa: alttius kontaminaatiolle. Tästä syystä sitä on käytettävä erittäin kontrolloiduissa aseptisissa olosuhteissa.

Jos viljelykasvit saastuttavat, mikro-organismit, katalyytit tai saadut tuotteet voidaan tuhota tai menettää toimivuutensa aiheuttaen huomattavia menetyksiä teollisuudelle.

Luo laajamittaisia ​​viljelykasveja

Toinen ongelma liittyy työeliöiden manipulointiin. Yleensä genetiikan ja molekyylibiologian laboratoriot toimivat mikro-organismien kanssa pienessä mittakaavassa, missä niiden viljely ja optimaalinen kehitys ovat helpompia.

Prosessin ekstrapolointi mikro-organismien massaviljelyyn aiheuttaa kuitenkin useita esteitä.

Metodologisesti mikro-organismien laajamittainen tuotanto on monimutkaista, ja jos sitä ei tehdä oikein, se voi johtaa järjestelmän geneettiseen epävakauteen ja kasvavien organismien heterogeenisyyteen.

Tuottajat pyrkivät saamaan homogeenisen sadon kyseisen aineen tuotannon maksimoimiseksi. Kaikissa biologisissa järjestelmissä havaittavan vaihtelevuuden hallinta on kuitenkin laajamittainen ongelma.

Yhteenvetona voidaan todeta, että teollisuuskäyttöön tarkoitettujen mikro-organismien tuotannon ei ole tarkoitus vain lisätä laboratoriossa tapahtuvaa tuotantoa, koska tämä mittakaavan muutos aiheuttaa joukon haittoja.

Tyypit

Mikro-organismien tai muiden biologisten kokonaisuuksien käyttö ihmisille kiinnostavien aineiden tuottamiseksi on hyvin monimuotoista. Tuotannossa jäteyhdisteet voidaan eristää puhdistettavasta ja käytettävästä mikro-organismista.

Samoin organismia voidaan modifioida soveltamalla geenitekniikan työkaluja suoraan tuotantoon. Tämä menetelmä avaa joukon mahdollisuuksia tuotteille, joita voidaan hankkia.

Muissa tapauksissa kiinnostaa geneettisesti muunnettu organismi (eikä sitä, mitä sillä voidaan tuottaa).

Bioprosessin vaiheet

Koska termi "bioprosessi" kattaa hyvin heterogeenisen ja monipuolisen tekniikan sarjan, sen vaiheita on vaikea kattaa.

-Stage tuottaa insuliinia

Jos työskentelet muunnettujen organismien kanssa laboratoriossa, ensimmäinen askel on muuntaminen. Tietyn metodologian kuvaamiseksi kuvaamme tuotteen, kuten insuliinin, kasvuhormonin tai minkä tahansa muun yleisen tuotteen, tyypillisen yhdistelmä-DNA: n valmistusta.

Geneettinen manipulointi

Tuotteen saattamiseksi markkinoille isäntäorganismi on manipuloitava geneettisesti. Tässä tapauksessa organismi on yleensä Escherichia coli ja kloonattu DNA on eläin-DNA. Tässä yhteydessä "kloonattu" DNA ei tarkoita, että haluamme kloonata koko organismin, se on yksinkertaisesti mielenkiinnon kohteena olevan geenin fragmentti.

Jos haluamme tuottaa insuliinia, meidän on tunnistettava DNA-segmentti, jolla on tarvittavat tiedot mainitun proteiinin tuottamiseksi.

Tunnistamisen jälkeen kiinnostava segmentti leikataan ja insertoidaan E. coli -bakteereihin. Eli bakteeri toimii pienenä tuotantolaitoksena, ja tutkija antaa sille "ohjeet" lisäämällä geenin.

Tämä on geenitekniikan vaihe, jonka suorittaa pienimuotoinen ja molekyylibiologi tai erikoistunut biokemisti. Tässä vaiheessa vaaditaan perus- laboratoriolaitteet, kuten mikropipetit, mikrosentrifugit, restriktioentsyymit ja laitteet elektroforeesigeelien valmistamiseksi.

Bioprosessin ymmärtäminen ei ole vaatimus ymmärtää kaikkia yksityiskohtia, jotka kloonaaminen tarkoittaa, tärkeä asia on ymmärtää, että halutun tuotteen ilmentymistasojen on oltava optimaalisia ja myös tuotteen stabiilisuuden on oltava riittävä.

ilmaista määrällisesti

Kloonausprosessin jälkeen seuraava vaihe on mitata yhdistelmäsolujen kasvu ja ominaisuudet edellisestä vaiheesta. Tätä varten sinulla on oltava mikrobiologian ja kinetiikan taitoja.

On otettava huomioon, että kaikki ympäristömuuttujat, kuten lämpötila, väliaineen koostumus ja pH, ovat optimaaliset maksimaalisen tuotannon varmistamiseksi. Tässä vaiheessa määritetään kvantitatiivisesti jotkut parametrit, kuten solujen kasvunopeus, spesifinen tuottavuus ja tuote.

Asteikon kasvu

Sen jälkeen kun halutun aineen valmistusmenetelmät on standardisoitu, tuotantoastetta nostetaan ja 1 tai 2 litraa viljelmää valmistetaan bioreaktorissa.

Tässä lämpötilan ja pH: n olosuhteita on jatkettava ylläpitämistä. Erityistä huomiota on kiinnitettävä viljelmän edellyttämään happipitoisuuteen.

Myöhemmin tutkijat lisäävät tuotannon laajuutta yhä enemmän ja saavuttavat jopa 1000 litraa (määrä riippuu myös halutusta tuotteesta).

- Käymisen haitat

Kuten mainitsimme, bioprosessit ovat erittäin laajoja, eivätkä kaikki sisällä edellisessä osassa kuvattuja vaiheita. Esimerkiksi käyminen konkreettisessa muodossa ja klassinen esimerkki bioprosessista. Tässä käytetään mikro-organismeja, kuten sieniä ja bakteereja.

Mikro-organismit kasvavat kasvualustassa hiilihydraateilla, joita ne käyttävät kasvuunsa. Tällä tavoin heidän tuottamillaan jätetuotteilla on teollista arvoa. Näiden joukossa meillä on muun muassa alkoholia, maitohappoa.

Kun mikro-organismi on tuottanut mielenkiinnon kohteena olevan aineen, se konsentroidaan ja puhdistetaan. Ihmisravinnoksi arvokkaita loputtomia ruokia (leipä, jogurtti) ja juomia (muun muassa oluita, viiniä) valmistetaan tällä bioprosessilla.

Viitteet

1. Cragnolini, A. (1987). Tieteelliset ja teknologiset politiikkakysymykset: Jorge Sabato Ibero-Americanin toisen tieteellistä ja teknologista politiikkaa käsittelevän seminaarin materiaalit ja istunnot, Madrid, 2.-6. Kesäkuuta 1986. Toimituksellinen CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). biotekniikka Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Bioprosessin suunnitteluperiaatteet. Elsevier.
4. Kansallinen tutkimusneuvosto. (1992). Biotekniikan käyttöönotto: bioprosessitekniikka. National Academies Press.
5. Najafpour, G. (2015). Biokemiallinen tekniikka ja bioteknologia. Elsevier.