BIOPROCESSES: JELLEMZŐK, TÍPUSOK, ELŐNYÖK ÉS SZAKASZOK - BIOLÓGIA - 2026

A biológiai folyamat egy speciális módszer, amely élő sejteket vagy azok más alkotóelemeit (többek között enzimek, organellák) felhasználja annak érdekében, hogy az ipar számára vagy az ember javára kívánt terméket nyerjenek. A bioprocesszió lehetővé teszi már ismert termékek előállítását optimális környezeti feltételek mellett, magasabb színvonalú, mint a termelés hagyományos módszere.

Ugyanígy, a biofolyamatok lehetővé teszik olyan genetikailag módosított organizmusok előállítását, amelyek felhasználhatók speciális folyamatok (orvosi kezelésekben felhasználható enzimek vagy fehérjék, például inzulin) hatékonyságának javítására vagy közvetlenül az ember számára történő felhasználásra. emberi.

Forrás: pixabay.com

A társadalom és a technológia különböző területeken felhasználhatja a bioprocességeket jobb és új technikák előállításához. Különböző területeken alkalmazható, mint például az élelmiszergyártás, fejlesztések előmozdítása, gyógyszerek előállítása, a különféle típusú szennyezés ellenőrzése és a globális felmelegedés ellenőrzése.

Jelenleg az iparág különböző bioprocessumai pozitív hatással voltak, és millió dolláros befektetésekre került sor növekedésük előmozdítása érdekében.

jellemzők

A biotechnológia tudományaiban a bioprocess olyan folyamat, amely egy bizonyos biológiai entitás felhasználását eredményezi, amely termékként bizonyos hozzáadott értékű anyagot hoz létre.

Vagyis egy sejt, mikroorganizmus vagy sejtrész használata a kutató által kívánt terméket eredményez, amely alkalmazható lehet bizonyos területeken.

Ezenkívül létezik bioprocesszoros mérnöki munka, amelynek célja a legkülönfélébb termékek előállításához szükséges berendezések tervezése és fejlesztése, a mezőgazdasággal, az élelmiszerek és az orvostudomány előállításával, többek között vegyi anyagok előállításával, biológiai anyagokból kiindulva.

A biológiai folyamatok fejlesztésének köszönhetően a biotechnológia hasznot jelenthet a társadalom számára.

A biológiai folyamatok célja

A biológiai folyamatok fejlesztésében részt vevő biológusok és mérnökök igyekszik elősegíteni ennek a technológiának a megvalósítását, mivel ez lehetővé teszi:

-A biológiai folyamatok során jelentős értékű vegyi anyagok állíthatók elő. Az általában előállított mennyiségek azonban kissé kicsik.

- A biológiai folyamatok lehetővé teszik a már hagyományos módon előállított termékek szintézisét vagy módosítását az előzőleg izolált mikroorganizmusok aktivitása alapján. Ezek lehetnek aminosavak vagy más szerves anyagok, többek között az élelmiszer.

- Anyagok, például alkoholok jelentős mennyiségben történő átalakítása. Ezek az eljárások gyakran alacsony értékű anyagokat tartalmaznak.

-Az organizmusok vagy ezek részeinek felhasználása során a maradványok és a mérgező hulladékok lebonthatók, hogy könnyen újrafelhasználható anyagokká alakuljanak. Ezek a folyamatok a bányászatban is relevánsak, a fémek koncentrációjával és a szénbányák kitermelésével.

A bioprocesszor alkalmazásának előnyei és hátrányai

-Előny

A biológiai folyamatok megléte számos kiemelkedő előnyt kínál, ideértve az anyagok megmunkálására szolgáló energiamegtakarítást, az alábbiak szerint:

Barátságos feltételek a munkavállalók számára

A legtöbb biofolyamat enzimeket használ, amelyek a természetben fehérjekatalizátorok. Ezek olyan hőmérsékleten, savasságon és nyomáson működnek, mint amelyek az élő szervezetek ellenállnak, ezért a folyamatok "barátságos" körülmények között zajlanak.

Ezzel szemben a szélsőséges hőmérsékletekkel és nyomásokkal, amelyek mellett a hagyományos eljárásokban alkalmazott kémiai katalizátorok működnek. Az energiatakarékosság mellett az emberbarát körülmények között végzett munka biztonságosabbá teszi az eljárást és megkönnyíti a folyamatot.

Ennek a ténynek egy másik következménye a környezeti hatás csökkentése, mivel az enzimatikus reakciók termékei nem mérgező hulladékok. A standard módszerekkel előállított hulladékkal ellentétben.

A gyártókomplexumok kisebbek, egyszerűbbek és meglehetősen rugalmasak, tehát nincs szükség nagy tőkebefektetésre.

-Disadvantages

Noha a bioprocesszoroknak számos előnye van, az alkalmazott módszertanok között még vannak gyenge pontok, például:

Szennyeződés

Az egyik legfontosabb a biológiai rendszerekkel végzett munka belső következménye: szennyeződésre való hajlandóság. Ezért nagyon ellenőrzött aszeptikus körülmények között kell működtetni.

Abban az esetben, ha a növények szennyeződésre kerülnek, a mikroorganizmusok, a katalizátorok vagy a kapott termékek megsemmisülhetnek vagy elveszíthetik működésüket, jelentős veszteségeket okozva az ipar számára.

Termessen nagy méretű növényeket

Egy másik probléma a munkaorganizmusok manipulációjával kapcsolatos. Általában a genetikai és molekuláris biológiai laboratóriumok kisméretűen dolgoznak mikroorganizmusokkal, ahol könnyebb termesztésük és optimális fejlesztésük.

A folyamat extrapolálása a mikroorganizmusok tömeges termesztésére azonban számos akadályt jelent.

Módszertani szempontból a mikroorganizmusok nagy léptékű előállítása bonyolult, és ha nem helyesen hajtják végre, akkor a rendszer genetikai instabilitásához és a növekvő organizmusok heterogenitásához vezethet.

A termelők homogén növénytermesztést akarnak elérni a kérdéses anyag termelésének maximalizálása érdekében. Ugyanakkor az összes biológiai rendszerben tapasztalható változékonyság ellenőrzése nagy probléma.

Összegezve, az ipari felhasználásra szánt mikroorganizmusok előállítása nem pusztán a laboratóriumban végzett termelés növelése, mivel a méretváltozás számos hátránnyal jár.

típusai

A mikroorganizmusok vagy más biológiai egységek felhasználása az emberek számára érdekes anyagok előállítására nagyon változatos. A gyártás során a hulladékvegyületek elkülöníthetők a tisztítandó és felhasználható mikroorganizmusból.

Hasonlóképpen, a szervezet módosítható géntechnikai eszközök alkalmazásával a közvetlen termeléshez. Ez a módszertan megteremti a beszerezhető termékek széles körét.

Más esetekben érdekes lehet a géntechnológiával módosított szervezet (és nem az, ami vele előállítható).

A bioprocess szakaszai

Mivel a „bioprocess” kifejezés nagyon heterogén és változatos technikák sorozatát foglalja magában, nehéz bevonni annak szakaszát.

-Stage inzulin előállításához

Ha módosított organizmusokkal dolgozik a laboratóriumban, akkor az első lépés a módosítás. Egy speciális módszertan leírása céljából leírjuk egy termék tipikus rekombináns DNS-ének előállítását, például inzulint, növekedési hormont vagy bármely más szokásos terméket.

Genetikai manipuláció

A termék forgalomba hozatalához a gazdaszervezetet genetikailag manipulálni kell. Ebben az esetben a szervezet általában Escherichia coli, és a klónozott DNS állati DNS lesz. Ebben az összefüggésben a "klónozott" DNS nem azt jelenti, hogy egy egész szervezetet szeretnénk klónozni, hanem egyszerűen a kérdéses gén fragmense.

Ha inzulint akarunk előállítani, meg kell határoznunk a DNS szegmensét, amely rendelkezik az említett fehérje előállításához szükséges információkkal.

Az azonosítás után a kérdéses szegmenst felvágják és behelyezik az E. coli baktériumokba. Vagyis a baktérium kis termelési üzemként szolgál, és a kutató a gén beillesztésével "utasításokat" ad neki.

Ez a géntechnika szakasza, amelyet kismértékben hajtanak végre molekuláris biológus vagy egy speciális biokémikus. Ebben a lépésben alapvető laboratóriumi felszerelésre van szükség, például mikropipettákra, mikrocentrifugákra, restrikciós enzimekre és elektroforézis gélek előállítására szolgáló berendezésekre.

A bioprocess megértéséhez nem szükséges, hogy megértse az összes részletet, amelyet a klónozás magában foglal, fontos megérteni, hogy a kívánt termék expressziós szintjének optimálisnak kell lennie, és a termék stabilitásának is megfelelőnek kell lennie.

Quantify

A klónozási folyamat után a következő lépés a rekombináns sejtek növekedésének és tulajdonságainak mérése az előző lépésben. Ehhez rendelkeznie kell mikrobiológiai és kinetikai ismeretekkel.

Figyelembe kell venni, hogy a maximális termelés biztosítása érdekében minden olyan környezeti változó, mint a hőmérséklet, a közeg összetétele és a pH, optimális. Ebben a lépésben néhány paramétert, például a sejtek növekedési sebességét, a fajlagos termelékenységet és a terméket meghatározzuk.

Növekszik a skála

Miután a kívánt anyag előállításának módszertanát egységesítették, megnövekszik a termelési méret, és 1 vagy 2 liter tenyészetet készítünk bioreaktorban.

Ebben a hőmérsékleti és a pH-körülményeket továbbra is fenn kell tartani. Különös figyelmet kell fordítani a tenyészet által megkövetelt oxigénkoncentrációra.

Ezt követően a kutatók egyre inkább növelik a termelés méretét, elérve az 1000 liter mennyiséget (a mennyiség a kívánt terméktől is függ).

- Az erjedés előnyei

Mint már említettük, a bioprocesses nagyon széles, és nem mindegyik tartalmazza az előző szakaszban ismertetett lépéseket. Például erjesztés a konkrét és a biológiai folyamat klasszikus példájaként. Ebben mikroorganizmusokat, például gombákat és baktériumokat használnak.

A mikroorganizmusok olyan tápközegben szaporodnak, amelyek szénhidrátokat tartalmaznak, és ezeket növekedésükhöz felhasználják. Ilyen módon az általuk előállított hulladék termék ipari értékű. Ezek között van alkohol, tejsav, többek között.

Miután a kérdéses anyagot a mikroorganizmus előállította, bepárolják és tisztítják. Az emberi fogyasztásra értékes végtelen ételek (kenyér, joghurt) és italok (többek között sör, bor) előállítják ezt a bioprocesszt.

Irodalom

1. Cragnolini, A. (1987). Tudományos és technológiai politikai kérdések: A Jorge Sabato Ibero-amerikai második tudományos és technológiai politikáról szóló szeminárium anyagai és ülései, Madrid, 1986. június 2–6. Szerkesztő CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Biotechnológiai Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). A bioprocess mérnöki alapelvei. Elsevier.
4. Nemzeti Kutatási Tanács. (1992). A biotechnológia működtetése: bioprocess mérnöki munka. National Academies Press.
5. Najafpour, G. (2015). Biokémiai technika és biotechnológia. Elsevier.