BIOPROCESI: RAKSTUROJUMS, VEIDI, PRIEKŠROCĪBAS UN POSMI - BIOLOĢIJA - 2025

Bioprocess ir īpaša metodoloģija, kas izmanto dzīvo šūnu, vai arī citas sastāvdaļas, to (enzīmi, organoīdi, starp citu), lai sasniegtu iegūšanu vēlamā produkta nozarei vai priekšrocības no cilvēka. Bioprocess ļauj optimālos vides apstākļos iegūt jau zināmus produktus ar augstāku kvalitāti nekā tradicionālais to iegūšanas veids.

Tādā pašā veidā bioprocesi ļauj iegūt ģenētiski modificētus organismus, kurus var izmantot, lai uzlabotu specifisku procesu (fermenti vai olbaltumvielas, kas izmantojami medicīniskajā ārstēšanā, piemēram, insulīns) efektivitāti vai tos patērētu tieši cilvēks. cilvēku.

Avots: pixabay.com

Sabiedrība un tehnoloģijas var izmantot bioprocesus dažādās jomās, lai iegūtu labākas un jaunas metodes. Tas ir piemērojams dažādām jomām, piemēram, pārtikas ražošanai, veicinot uzlabojumus tajās, radot zāles, kontrolējot dažāda veida piesārņojumu un kontrolējot arī globālo sasilšanu.

Pašlaik dažādiem nozares bioprocesiem ir bijusi pozitīva ietekme, un, lai veicinātu nozares izaugsmi, ir veikti ieguldījumi miljoniem dolāru.

raksturojums

Biotehnoloģijas zinātnēs bioprocess ir process, kurā izmanto kādu noteiktu bioloģisko entītiju, kas kā produktu rada kādu vielu ar noteiktu pievienoto vērtību.

Tas ir, izmantojot šūnu, mikroorganismu vai šūnas daļu, rodas pētnieka vēlamais produkts, kuru var izmantot dažās jomās.

Turklāt pastāv arī bioprocesu inženierija, kuras mērķis ir projektēt un attīstīt iekārtas visdažādāko produktu ražošanai, kas saistīti ar lauksaimniecību, pārtikas un zāļu ražošanu, ķīmisku vielu ražošanu, cita starpā, sākot no bioloģiskiem materiāliem.

Pateicoties bioprocesu inženierijas pastāvēšanai, biotehnoloģija var kļūt par ieguvumu sabiedrībai.

Bioprocesu mērķi

Biologi un inženieri, kas piedalās bioprocesu attīstībā, cenšas veicināt šīs tehnoloģijas ieviešanu, jo tas ļauj:

- Caur bioprocesiem var radīt ievērojamas vērtības ķīmiskas vielas. Tomēr parasti saražotie daudzumi ir nedaudz mazi.

-Bioprocesi ļauj sintezēt vai modificēt produktus, kas jau iegūti tradicionālā ceļā, izmantojot iepriekš izolētu mikroorganismu aktivitāti. Tās var būt aminoskābes vai citi organiski materiāli, pārtika, cita starpā.

- Vielu, piemēram, spirtu, transformācija ievērojamā daudzumā. Šajās procedūrās bieži tiek iesaistītas vielas ar mazu vērtību.

Izmantojot organismus vai to daļas, atliekas un toksiskos atkritumus var sadalīt, lai tos pārveidotu par vielām, kuras var viegli pārstrādāt. Šie procesi ir svarīgi arī kalnrūpniecībā, metālu koncentrācijā un neapstrādātu raktuvju izmantošanā.

Bioprocesu izmantošanas priekšrocības un trūkumi

-Priekšrocība

Bioprocesu esamība nodrošina virkni izcilu priekšrocību, ieskaitot enerģijas ietaupījumu vielu pārstrādei:

Draudzīgi apstākļi darba ņēmējiem

Lielākajā daļā bioprocesu tiek izmantoti fermenti, kas ir olbaltumvielu katalizatori. Tie darbojas temperatūrā, skābuma un spiediena līmenī, kas ir līdzīgs tiem, kuriem dzīvo organismi pretojas, šī iemesla dēļ procesi notiek "draudzīgos" apstākļos.

Turpretī ar ārkārtējām temperatūrām un spiedieniem, kādos darbojas tradicionālajos procesos izmantotie ķīmiskie katalizatori. Papildus enerģijas taupīšanai, strādājot cilvēkiem draudzīgos apstākļos, procedūra tiek padarīta drošāka un atvieglo procesu.

Citas šī fakta sekas ir ietekmes uz vidi samazināšana, jo fermentatīvo reakciju produkti nav toksiski atkritumi. Pretstatā atkritumiem, kas radušies pēc standarta metodikas.

Ražošanas kompleksi ir mazāki, vienkāršāki un diezgan elastīgi, tāpēc nav nepieciešami lieli kapitāla ieguldījumi.

-Trūkumi

Lai arī bioprocesiem ir daudz priekšrocību, joprojām pastāv vājās puses izmantotajā metodoloģijā, piemēram:

Piesārņojums

Viens no vissvarīgākajiem ir raksturīgās sekas darbam ar bioloģiskajām sistēmām: jutība pret piesārņojumu. Šī iemesla dēļ tas jādarbojas ļoti kontrolētos aseptiskos apstākļos.

Gadījumā, ja kultūras kļūst piesārņotas, mikroorganismi, katalizatori vai iegūtie produkti var tikt iznīcināti vai zaudēt savu funkcionalitāti, radot ievērojamus zaudējumus nozarei.

Ražo liela mēroga kultūras

Vēl viena problēma ir saistīta ar manipulācijām ar darba organismiem. Parasti ģenētikas un molekulārās bioloģijas laboratorijas nelielā apjomā strādā ar mikroorganismiem, kur ir vieglāk to kultivēšana un optimāla attīstība.

Tomēr procesa ekstrapolēšana uz mikroorganismu masveida audzēšanu rada virkni šķēršļu.

Metodoloģiski runājot, mikroorganismu liela apjoma ražošana ir sarežģīta, un, ja tas netiek izdarīts pareizi, tas var izraisīt sistēmas ģenētisko nestabilitāti un augošo organismu neviendabīgumu.

Lai maksimāli palielinātu attiecīgās vielas ražošanu, ražotāji vēlas panākt vienveidīgu ražu. Tomēr kontrolēt mainīgumu, ko mēs atrodam visās bioloģiskajās sistēmās, ir liela mēroga problēma.

Noslēgumā jāsaka, ka rūpnieciskai izmantošanai paredzēto mikroorganismu ražošanai nav tikai jāpalielina laboratorijā notiekošā produkcija, jo šīs apjoma izmaiņas rada virkni trūkumu.

Veidi

Mikroorganismu vai citu bioloģisku vienību izmantošana cilvēku interesējošu vielu ražošanai ir ļoti dažāda. Ražošanā atkritumu savienojumus var izolēt no attīrījamā un izmantojamā mikroorganisma.

Tāpat organismu var modificēt, tiešajai ražošanai izmantojot gēnu inženierijas instrumentus. Šī metodika atver produktu klāstu, ko var iegūt.

Citos gadījumos interesi var radīt ģenētiski modificēts organisms (un nevis tas, ko ar to var ražot).

Bioprocesa posmi

Tā kā termins “bioprocess” aptver ļoti neviendabīgu un daudzveidīgu paņēmienu sēriju, ir grūti aptvert tā posmus.

-Stāts insulīna ražošanai

Ja laboratorijā strādājat ar modificētiem organismiem, pirmais solis ir modifikācija. Lai aprakstītu īpašu metodiku, mēs aprakstīsim tāda produkta kā insulīna, augšanas hormona vai jebkura cita izplatīta produkta tipiskas rekombinantās DNS ražošanu.

Ģenētiskas manipulācijas

Lai produktu laistu tirgū, ar saimniekorganismu jāveic ģenētiskas manipulācijas. Šajā gadījumā organisms parasti ir Escherichia coli, un klonētā DNS būs dzīvnieku DNS. Šajā kontekstā "klonēta" DNS nenozīmē, ka mēs vēlamies klonēt veselu organismu, tas ir vienkārši interesējošā gēna fragments.

Ja mēs vēlamies ražot insulīnu, mums jāidentificē DNS segments, kurā ir nepieciešamā informācija minētā proteīna ražošanai.

Pēc identifikācijas interesējošo segmentu sagriež un ievieto E. coli baktērijās. Tas ir, baktērija kalpo kā maza ražošanas rūpnīca, un pētnieks tai dod "instrukcijas", ievietojot gēnu.

Šis ir ģenētiskās inženierijas posms, ko nelielā apjomā veic molekulārais biologs vai specializēts bioķīmiķis. Šajā posmā ir nepieciešams pamata laboratorijas aprīkojums, piemēram, mikropipetes, mikrocentrifūgas, restrikcijas enzīmi un aprīkojums elektroforēzes gēlu pagatavošanai.

Lai saprastu bioprocesu, nav prasība izprast visas detaļas, ko nozīmē klonēšana, svarīgi ir saprast, ka vēlamā produkta izpausmju līmeņiem jābūt optimāliem un arī produkta stabilitātei.

Kvantificēt

Pēc klonēšanas nākamais solis ir izmērīt rekombinanto šūnu augšanu un īpašības no iepriekšējā posma. Lai to izdarītu, jums jābūt prasmēm mikrobioloģijā un kinētikā.

Jāņem vērā, ka visi vides mainīgie lielumi, piemēram, temperatūra, barotnes sastāvs un pH, ir optimāli, lai nodrošinātu maksimālu produkciju. Šajā posmā tiek kvantitatīvi noteikti daži parametri, piemēram, šūnu augšanas ātrums, īpatnējā produktivitāte un produkts.

Mēroga palielināšanās

Pēc tam, kad standartizēta vēlamās vielas iegūšanas metodika, ražošanas apjoms tiek palielināts, un bioreaktorā sagatavo 1 vai 2 litrus kultūras.

Šajā laikā jāturpina uzturēt temperatūru un pH. Īpaša uzmanība jāpievērš skābekļa koncentrācijai, kāda nepieciešama kultūrai.

Pēc tam pētnieki arvien vairāk palielina ražošanas apjomu, sasniedzot 1000 litrus (daudzums ir atkarīgs arī no vēlamā produkta).

- Fermentācijas priekšrocības

Kā jau minējām, bioprocesi ir ļoti plaši, un ne visi ir saistīti ar iepriekšējā sadaļā aprakstītajiem soļiem. Piemēram, fermentācija betonā un klasiskais bioprocesa piemērs. Šajā procesā tiek izmantoti mikroorganismi, piemēram, sēnītes un baktērijas.

Mikroorganismi aug barotnē ar ogļhidrātiem, kurus tie izmantos savai augšanai. Tādā veidā to ražotajiem atkritumiem ir rūpnieciska vērtība. Starp tiem cita starpā ir alkohols, pienskābe.

Kad mikroorganisms ražo interesējošo vielu, tas tiek koncentrēts un attīrīts. Izmantojot šo bioprocesu, tiek gatavoti nebeidzami pārtikas produkti (maize, jogurts) un dzērieni (alus, vīns, cita starpā), kas ir vērtīgi lietošanai pārtikā.

Atsauces

1. Cragnolini, A. (1987). Zinātniskās un tehnoloģiskās politikas jautājumi: Jorge Sabato Ibero-American otrā semināra par zinātnisko un tehnoloģisko politiku materiāli un sesijas, Madride, 1986. gada 2.-6. Jūnijs. Redakcija CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Biotehnoloģija Netbiblo.
3. Dorans, PM (1995). Bioprocesu inženierijas principi. Elsevier.
4. Nacionālā pētniecības padome. (1992). Biotehnoloģijas ieviešana darbā: bioprocesu inženierija. Nacionālās akadēmijas prese.
5. Najafpour, G. (2015). Bioķīmiskā inženierija un biotehnoloģija. Elsevier.