БИОПРОЦЕСИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДОВЕ, ПРЕДИМСТВА И ЕТАПИ - БИОЛОГИЯ - 2025

А биопроизводствена е специфичен методология, която използва живи клетки, или също така други компоненти от него (ензими, органели, сред други), за да се постигне получаването на желания продукт за производството или за ползата от човешко същество. Биопроцесът позволява получаването на вече известни продукти при оптимални условия на околната среда с по-високо качество от традиционния начин за неговото генериране.

По същия начин биопроцесите позволяват получаването на генетично модифицирани организми, които могат да се използват с цел подобряване на ефективността на специфични процеси (ензими или протеини, които да се използват при медицинско лечение, например инсулин) или да се консумират директно от човека. човек.

Източник: pixabay.com

Обществото и технологиите могат да използват биопроцеси в различни области, за да доведат до по-добри и нови техники. Той е приложим в различни области като производството на храни, предизвиквайки подобрения в тях, създавайки лекарства, контролирайки замърсяването от различни видове, както и контролирайки глобалното затопляне.

В момента различните биопроцеси в бранша са оказали положително въздействие и са направени милиони долари инвестиции за насърчаване на растежа им.

характеристики

В науките за биотехнологиите биопроцесът е процес, при който се използва определено биологично образувание, което генерира като продукт някакво вещество с определена добавена стойност.

Тоест, използването на клетка, микроорганизъм или клетъчна част генерира желания от изследователя продукт, който може да има приложения в някаква област.

Освен това има биопроцесорна техника, която се стреми да проектира и разработва оборудване за производство на голямо разнообразие от продукти, свързани със селското стопанство, производството на храни и лекарства, създаването на химикали, между другото, като се започне от биологични материали.

Благодарение на съществуването на биопроцесорна техника, биотехнологиите могат да се превърнат в ползи за обществото.

Цели на биопроцесите

Биолозите и инженерите, които участват в разработването на биопроцеси, се стремят да насърчават прилагането на тази технология, тъй като тя позволява:

-През биопроцесите могат да се генерират химикали със значителна стойност. Количествата, които обикновено се произвеждат, обаче са малко.

-Биопроцесорите позволяват синтеза или модифицирането на продукти, които вече са получени по традиционния път, като се използва активността на по-рано изолирани микроорганизми. Това могат да бъдат аминокиселини или други органични материали, храна, наред с други.

-Трансформация на вещества в значителни обеми, като алкохоли. Тези процедури често включват вещества с малка стойност.

-През използването на организми или части от тях, остатъците и токсичните отпадъци могат да бъдат разградени, за да ги превърнат в вещества, които могат лесно да бъдат рециклирани. Тези процеси са от значение и в минната промишленост, с концентрацията на метали и експлоатацията на девствени мини.

Предимства и недостатъци на приложението на биопроцесите

-Advantage

Съществуването на биопроцеси осигурява редица изключителни предимства, включително икономия на енергия за преработка на вещества, както следва:

Приятелски условия за работниците

Повечето биопроцеси използват ензими, които са протеинови катализатори в природата. Те работят при температура, ниво на киселинност и налягане, подобни на тези, на които живите организми се противопоставят, поради тази причина процесите протичат при "приятелски" условия.

За разлика от тях, с екстремните температури и налягания, при които работят химическите катализатори, използвани в традиционните процеси. В допълнение към спестяването на енергия, работата в удобни за човека условия прави процедурата по-безопасна и улеснява процеса.

Друго следствие от този факт е намаляването на въздействието върху околната среда, тъй като продуктите на ензимните реакции не са токсични отпадъци. За разлика от отпадъците, произведени по стандартни методики.

Производствените комплекси са по-малки, опростени и доста гъвкави, така че няма нужда от големи капиталови инвестиции.

-Disadvantages

Въпреки че биопроцесите имат много предимства, все още има слаби страни в прилаганите методологии, като:

замърсяване

Една от най-важните е присъща последица от работата с биологични системи: податливост на замърсяване. Поради тази причина трябва да се работи при много контролирани асептични условия.

В случай, че културите се замърсят, микроорганизмите, катализаторите или получените продукти могат да бъдат унищожени или да загубят своята функционалност, причинявайки значителни загуби на индустрията.

Генериране на едрогабаритни култури

Друг проблем е свързан с манипулирането на трудовите организми. По принцип лабораториите за генетика и молекулярна биология работят с микроорганизми в малък мащаб, където тяхното култивиране и оптимално развитие са по-лесни.

Екстраполирането на процеса на масово отглеждане на микроорганизми обаче представлява редица пречки.

Методологически погледнато, мащабното производство на микроорганизми е сложно и ако не се извърши по правилния начин, това може да доведе до генетична нестабилност на системата и хетерогенност на растящите организми.

Производителите се стремят да имат хомогенна култура, за да увеличат максимално производството на въпросното вещество. Контролът на променливостта, която откриваме във всички биологични системи, е мащабен проблем.

В заключение, производството на микроорганизми за промишлена употреба не е просто да увеличи производството, извършено в лабораторията, тъй като тази промяна в мащаба води до поредица от недостатъци.

Видове

Използването на микроорганизми или други биологични образувания за производството на вещества, представляващи интерес за хората, е много разнообразно. При производството отпадъчните съединения могат да бъдат изолирани от микроорганизма, който ще бъде пречистен и използван.

По същия начин организмът може да бъде модифициран чрез прилагане на инструменти за генно инженерство за директно производство. Тази методология отваря редица възможности на продуктите, които могат да бъдат получени.

В други случаи може да представлява интерес генетично модифицираният организъм (а не това, което може да се произведе с него).

Етапи на биопроцес

Тъй като терминът „биопроцес“ обхваща много разнородни и разнообразни серии от техники, е трудно да се обхванат етапите му.

-Стания за производство на инсулин

Ако работите с модифицирани организми в лабораторията, първата стъпка е модификация. За да опишем конкретна методология, ще опишем производството на типична рекомбинантна ДНК на продукт като инсулин, хормон на растежа или друг общ продукт.

Генетична манипулация

За да изнесе продукта на пазара, гостоприемният организъм трябва да бъде манипулиран генетично. В този случай организмът обикновено е Escherichia coli и клонираната ДНК ще бъде животинска ДНК. В този контекст „клонираната“ ДНК не означава, че искаме да клонираме цял организъм, а просто фрагментът от интересуващия се ген.

Ако искаме да произвеждаме инсулин, трябва да идентифицираме сегмента на ДНК, който има необходимата информация за производството на споменатия протеин.

След идентифициране интересният сегмент се изрязва и вкарва в бактерията E. coli. Тоест, бактерията служи като малка фабрика за производство и изследователят му дава „инструкциите“, като вмъква гена.

Това е етапът на генното инженерство, който се осъществява в малък мащаб и от молекулен биолог или специализиран биохимик. В тази стъпка се изисква основно лабораторно оборудване, като микропипети, микроцентрифуги, рестрикционни ензими и оборудване за изработване на електрофореза гелове.

За да се разбере биопроцесът, не е изискване да се разберат всички детайли, които клонирането предполага, важното е да се разбере, че нивата на експресия на желания продукт трябва да бъдат оптимални и стабилността на продукта също трябва да е адекватна.

Quantify

След процеса на клониране следващият етап е измерване на растежа и характеристиките на рекомбинантните клетки от предишния етап. За целта трябва да имате умения по микробиология и кинетика.

Трябва да се вземе предвид, че всички променливи от околната среда, като температура, състав на средата и рН са оптимални, за да се осигури максимална продукция. В този етап се определят количествено някои параметри като растеж на клетките, специфична производителност и продукт.

Увеличаване на мащаба

След стандартизация на методологията за получаване на желаното вещество, мащабът на производството се увеличава и 1 или 2 литра култура се приготвят в биореактор.

При това трябва да продължат да се поддържат температурата и рН условията. Трябва да се обърне специално внимание на необходимата за културата концентрация на кислород.

Впоследствие изследователите все повече увеличават мащаба на производството, достигайки до 1000 литра (количеството зависи и от желания продукт).

-Стани на ферментация

Както споменахме, биопроцесите са много широки и не всички включват стъпките, описани в предишния раздел. Например ферментацията в бетона и класически пример за биопроцес. В това се използват микроорганизми, като гъбички и бактерии.

Микроорганизмите растат в среда с въглехидрати, които ще използват за растежа си. По този начин отпадъчните продукти, които произвеждат, са тези, които имат индустриална стойност. Сред тях имаме алкохол, млечна киселина, наред с други.

След като веществото, което представлява интерес, се произвежда от микроорганизма, то се концентрира и пречиства. Безкрайните храни (хляб, кисело мляко) и напитки (бира, вино, наред с други), ценни за консумация от човека, се правят с помощта на този биопроцес.

Препратки

1. Cragnolini, A. (1987). Въпроси за научна и технологична политика: материали и сесии на втория семинар по научна и технологична политика на Хорхе Сабато Иберо, Мадрид, 2-6 юни 1986 г. Редакция на CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). биотехнологии Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Принципи на биопроцесорите. Elsevier.
4. Национален съвет за научни изследвания. (1992). Предоставяне на работа на биотехнологиите: инженерство с биопроцес. Национални академии.
5. Najafpour, G. (2015). Биохимично инженерство и биотехнологии. Elsevier.