БИОПРОЦЕССЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДЫ, ПРЕИМУЩЕСТВА И ЭТАПЫ - БИОЛОГИЯ - 2024

Биопроцессов является конкретной методикой , которая использует живые клетки или другие компоненты также их (ферменты, органеллы, среди других), чтобы достичь получения желаемого продукта для промышленности или на благо человека. Биопроцесс позволяет получать уже известные продукты в оптимальных условиях окружающей среды с более высоким качеством, чем при традиционном способе их производства.

Точно так же биопроцессы позволяют получать генетически модифицированные организмы, которые можно использовать для повышения эффективности определенных процессов (ферменты или белки, которые используются в медицинских целях, например, инсулин) или потребляются непосредственно человеком. человек.

Источник: pixabay.com

Общество и технологии могут использовать биопроцессы в различных областях, чтобы создавать лучшие и новые методы. Это применимо к различным областям, таким как производство продуктов питания, стимулирование улучшений в них, создание лекарств, борьба с загрязнением различных типов, а также борьба с глобальным потеплением.

В настоящее время различные биопроцессы в отрасли оказали положительное влияние, и миллионы долларов вложены в их развитие.

характеристики

В науках о биотехнологии биопроцесс - это процесс, в котором используется определенная биологическая сущность, производящая в качестве продукта какое-то вещество с определенной добавленной стоимостью.

То есть использование клетки, микроорганизма или клеточной части позволяет получить желаемый исследователь продукт, который может найти применение в некоторых областях.

Кроме того, существует биотехнологическая инженерия, целью которой является проектирование и разработка оборудования для производства широкого спектра продуктов, связанных с сельским хозяйством, производством продуктов питания и лекарств, созданием химикатов, среди прочего, начиная с биологических материалов.

Благодаря существованию биотехнологии биотехнология может принести пользу обществу.

Цели биопроцессов

Биологи и инженеры, участвующие в разработке биопроцессов, стремятся способствовать внедрению этой технологии, поскольку она позволяет:

-С помощью биопроцессов могут быть произведены ценные химические вещества. Однако обычно производятся небольшие количества.

-Биопроцессы позволяют синтез или модификацию продуктов, уже полученных традиционным путем, с использованием активности ранее выделенных микроорганизмов. Это могут быть аминокислоты или другие органические вещества, продукты питания и другие.

-Превращение веществ в значительных объемах, например спиртов. В этих процедурах часто используются малоценные вещества.

-При использовании организмов или их частей остатки и токсичные отходы могут быть разложены, чтобы превратить их в вещества, которые можно легко переработать. Эти процессы также актуальны в горнодобывающей промышленности с концентрацией металлов и эксплуатацией девственных рудников.

Преимущества и недостатки применения биопроцессов

-Преимущество

Существование биопроцессов обеспечивает ряд выдающихся преимуществ, включая экономию энергии при переработке веществ, а именно:

Доброжелательные условия для рабочих

В большинстве биопроцессов используются ферменты, которые по своей природе являются белковыми катализаторами. Они работают при температуре, уровне кислотности и давления, аналогичных тем, которым сопротивляются живые организмы, поэтому процессы протекают в «дружественных» условиях.

Напротив, при экстремальных температурах и давлениях, при которых работают химические катализаторы, используемые в традиционных процессах. Помимо экономии энергии, работа в благоприятных для человека условиях делает процедуру более безопасной и упрощает процесс.

Еще одним следствием этого факта является снижение воздействия на окружающую среду, поскольку продукты ферментативных реакций не являются токсичными отходами. В отличие от отходов, производимых по стандартным методикам.

Производственные комплексы меньше, проще и достаточно гибкие, поэтому нет необходимости в больших капитальных вложениях.

-Disadvantages

Хотя биопроцессы имеют много преимуществ, в применяемых методологиях все еще есть слабые места, такие как:

контаминация

Одним из наиболее важных является неотъемлемое следствие работы с биологическими системами: восприимчивость к загрязнению. По этой причине он должен работать в строго контролируемых асептических условиях.

В случае заражения сельскохозяйственных культур микроорганизмы, катализаторы или полученные продукты могут быть уничтожены или потерять свою функциональность, что приведет к значительным потерям для промышленности.

Создавайте крупномасштабные урожаи

Другая проблема связана с манипуляциями с рабочими организмами. Как правило, лаборатории генетики и молекулярной биологии работают с микроорганизмами в небольших масштабах, где их культивирование и оптимальное развитие проще.

Однако экстраполяция процесса на массовое культивирование микроорганизмов создает ряд препятствий.

С методологической точки зрения крупномасштабное производство микроорганизмов затруднено, и если оно не будет выполнено правильно, это может привести к генетической нестабильности системы и гетерогенности растущих организмов.

Производители стремятся получить однородный урожай, чтобы максимально увеличить производство рассматриваемого вещества. Однако контроль изменчивости, которую мы обнаруживаем во всех биологических системах, - это масштабная проблема.

В заключение, производство микроорганизмов для промышленного использования - это не просто увеличение производства, проводимого в лаборатории, поскольку это изменение масштаба имеет ряд недостатков.

Типы

Использование микроорганизмов или других биологических объектов для производства веществ, представляющих интерес для человека, очень разнообразно. При производстве отходы могут быть выделены из очищаемого микроорганизма и использованы.

Точно так же организм можно модифицировать, применяя инструменты генной инженерии для прямого производства. Эта методология открывает ряд возможностей продуктов, которые могут быть получены.

В других случаях интерес может представлять генетически модифицированный организм (а не то, что с его помощью можно получить).

Этапы биопроцесса

Поскольку термин «биопроцесс» включает в себя очень разнородный и разнообразный ряд методов, трудно охватить его этапы.

-Этап производства инсулина

Если вы работаете с модифицированными организмами в лаборатории, первый шаг - модификация. Чтобы описать конкретную методологию, мы опишем производство типичной рекомбинантной ДНК продукта, такого как инсулин, гормон роста или любого другого распространенного продукта.

Генетическая манипуляция

Чтобы вывести продукт на рынок, организм-хозяин должен подвергнуться генетическим манипуляциям. В этом случае организмом обычно является Escherichia coli, а клонированная ДНК будет ДНК животных. В этом контексте «клонированная» ДНК не означает, что мы хотим клонировать весь организм, это просто фрагмент интересующего гена.

Если мы хотим производить инсулин, мы должны идентифицировать сегмент ДНК, который имеет необходимую информацию для производства указанного белка.

После идентификации интересующий сегмент вырезают и вставляют в бактерии E. coli. То есть бактерия служит небольшой производственной фабрикой, и исследователь дает ей «инструкции», вставляя ген.

Это этап генной инженерии, который проводится в небольших масштабах молекулярным биологом или специализированным биохимиком. На этом этапе требуется основное лабораторное оборудование, такое как микропипетки, микроцентрифуги, рестрикционные ферменты и оборудование для изготовления гелей для электрофореза.

Чтобы понять биопроцесс, не обязательно понимать все детали, которые подразумевает клонирование, важно понимать, что уровни экспрессии желаемого продукта должны быть оптимальными, а стабильность продукта также должна быть адекватной.

Количественная

Следующим шагом после процесса клонирования является измерение роста и характеристик рекомбинантных клеток с предыдущего шага. Для этого необходимо иметь навыки микробиологии и кинетики.

Необходимо учитывать, что все переменные окружающей среды, такие как температура, состав среды и pH, оптимальны для обеспечения максимальной производительности. На этом этапе оцениваются некоторые параметры, такие как скорость роста клеток, удельная продуктивность и продукт.

Увеличение масштаба

После того, как методика получения желаемого вещества стандартизирована, масштабы производства увеличиваются, и в биореакторе готовят 1 или 2 литра культуры.

При этом необходимо продолжать поддерживать условия температуры и pH. Особое внимание следует уделять концентрации кислорода, необходимой культуре.

Впоследствии исследователи все больше увеличивают масштабы производства, доходя до 1000 литров (количество также зависит от желаемого продукта).

-Этапы брожения

Как мы уже упоминали, биопроцессы очень широки и не все включают шаги, описанные в предыдущем разделе. Например, ферментация в бетоне и классический пример биопроцесса. В этом используются микроорганизмы, такие как грибы и бактерии.

Микроорганизмы растут в среде с углеводами, которые они будут использовать для своего роста. Таким образом, отходы, которые они производят, имеют промышленную ценность. Среди них есть алкоголь, молочная кислота и другие.

После того, как интересующее вещество произведено микроорганизмом, оно концентрируется и очищается. Бесконечные продукты (хлеб, йогурт) и напитки (пиво, вино и другие), ценные для потребления человеком, производятся с использованием этого биопроцесса.

Ссылки

1. Крагнолини, А. (1987). Вопросы научно-технической политики: материалы и заседания второго Иберо-американского семинара Хорхе Сабато по научной и технологической политике, Мадрид, 2-6 июня 1986 г. Редакция CSIC-CSIC Press.
2. Дуке, JP (2010). биотехнология Netbiblo.
3. Доран, PM (1995). Принципы биотехнологической инженерии. Elsevier.
4. Национальный исследовательский совет. (1992). Использование биотехнологии: инженерия биотехнологий. Национальная академия прессы.
5. Наджафпур, Г. (2015). Биохимическая инженерия и биотехнология. Elsevier.