BIOPROCESSEN: KENMERKEN, SOORTEN, VOORDELEN EN STADIA - BIOLOGIE - 2026

Een bioproces is een specifieke methodologie die levende cellen, of ook andere componenten daarvan (enzymen, organellen, enz.) Gebruikt om een ​​gewenst product voor de industrie of voor de voordelen van de mens te verkrijgen. Het bioproces maakt het mogelijk om reeds bekende producten te verkrijgen, onder optimale omgevingsomstandigheden, met een hogere kwaliteit dan de traditionele manier van genereren.

Op dezelfde manier maken bioprocessen het mogelijk om genetisch gemodificeerde organismen te verkrijgen die kunnen worden gebruikt om de efficiëntie van specifieke processen te verbeteren (enzymen of eiwitten die worden gebruikt bij medische behandelingen, zoals insuline) of om rechtstreeks door de mens te worden geconsumeerd. mens.

Bron: pixabay.com

Maatschappij en technologie kunnen bioprocessen op verschillende gebieden gebruiken om tot betere en nieuwe technieken te leiden. Het is toepasbaar op verschillende gebieden, zoals voedselproductie, het induceren van verbeteringen hierin, het creëren van medicijnen, het beheersen van verschillende soorten vervuiling en ook het beheersen van de opwarming van de aarde.

Momenteel hebben de verschillende bioprocessen in de industrie een positieve impact gehad en zijn er miljoenen dollars aan investeringen gedaan om hun groei te bevorderen.

kenmerken

In de biotechnologiewetenschappen is een bioproces een proces waarbij een bepaalde biologische entiteit wordt gebruikt die als product een stof met een bepaalde toegevoegde waarde genereert.

Dat wil zeggen, het gebruik van een cel, micro-organisme of celgedeelte genereert een door de onderzoeker gewenst product dat op een bepaald gebied toepassingen kan hebben.

Daarnaast is er bioprocessing engineering, die apparatuur wil ontwerpen en ontwikkelen voor de vervaardiging van een breed scala aan producten, gerelateerd aan landbouw, de productie van voedsel en medicijnen, de creatie van chemicaliën, onder andere, uitgaande van biologische materialen.

Dankzij het bestaan ​​van bioprocestechnologie kan biotechnologie zich vertalen in voordelen voor de samenleving.

Doelen van bioprocessen

Biologen en ingenieurs die deelnemen aan de ontwikkeling van bioprocessen, proberen de implementatie van deze technologie te bevorderen, aangezien deze het volgende mogelijk maakt:

-Door middel van bioprocessen kunnen chemicaliën van aanzienlijke waarde worden gegenereerd. De hoeveelheden die over het algemeen worden geproduceerd, zijn echter wat klein.

-Bioprocessen maken de synthese of modificatie mogelijk van producten die al via de traditionele route zijn verkregen met behulp van de activiteit van eerder geïsoleerde micro-organismen. Dit kunnen onder andere aminozuren zijn of andere organische materialen, voedsel.

-Transformatie van substanties in aanzienlijke hoeveelheden, zoals alcoholen. Bij deze procedures zijn vaak stoffen met weinig waarde betrokken.

-Door het gebruik van organismen of delen hiervan, kunnen residuen en giftig afval worden afgebroken om ze om te zetten in stoffen die gemakkelijk kunnen worden gerecycled. Deze processen zijn ook relevant in de mijnbouw, met de concentratie van metalen en de exploitatie van maagdelijke mijnen.

Voor- en nadelen van de toepassing van bioprocessen

-Voordeel

Het bestaan ​​van bioprocessen biedt een reeks opmerkelijke voordelen, waaronder energiebesparing voor de verwerking van stoffen, als volgt:

Vriendelijke omstandigheden voor arbeiders

De meeste bioprocessen gebruiken enzymen, die van nature eiwitkatalysatoren zijn. Deze werken bij een temperatuur, zuurgraad en druk die vergelijkbaar zijn met die waar levende organismen tegen bestand zijn, daarom vinden de processen plaats onder "vriendelijke" omstandigheden.

In tegenstelling tot de extreme temperaturen en drukken waarbij de chemische katalysatoren die in traditionele processen worden gebruikt, werken. Naast het besparen van energie, maakt het werken in mensvriendelijke omstandigheden de procedure veiliger en eenvoudiger.

Een ander gevolg van dit feit is de vermindering van de milieu-impact, aangezien de producten van de enzymatische reacties geen giftig afval zijn. In tegenstelling tot het afval dat wordt geproduceerd door standaardmethoden.

Productiecomplexen zijn kleiner, eenvoudiger en redelijk flexibel, dus er is geen grote kapitaalinvestering nodig.

-Nadelen

Hoewel bioprocessen veel voordelen hebben, zijn er nog zwakke punten binnen de toegepaste methodieken, zoals:

Vervuiling

Een van de belangrijkste is een intrinsiek gevolg van het werken met biologische systemen: vatbaarheid voor besmetting. Om deze reden moet het onder zeer gecontroleerde aseptische omstandigheden worden gewerkt.

In het geval dat de gewassen vervuild raken, kunnen de micro-organismen, de katalysatoren of de verkregen producten vernietigd worden of hun functionaliteit verliezen, wat aanzienlijke verliezen voor de industrie veroorzaakt.

Genereer grootschalige gewassen

Een ander probleem houdt verband met de manipulatie van arbeidsorganismen. Over het algemeen werken laboratoria voor genetica en moleculaire biologie op kleine schaal met micro-organismen, waar hun teelt en optimale ontwikkeling gemakkelijker zijn.

Het extrapoleren van het proces naar massale kweek van micro-organismen levert echter een aantal obstakels op.

Methodologisch gezien is de grootschalige productie van micro-organismen gecompliceerd en als dit niet op de juiste manier gebeurt, kan dit leiden tot genetische instabiliteit van het systeem en heterogeniteit van groeiende organismen.

Producenten streven naar een homogeen gewas om de productie van de betreffende stof te maximaliseren. Het beheersen van de variabiliteit die we in alle biologische systemen aantreffen, is echter een groot probleem.

Concluderend, de productie van micro-organismen voor industrieel gebruik is niet simpelweg het verhogen van de productie in het laboratorium, aangezien deze schaalverandering een reeks nadelen met zich meebrengt.

Soorten

Het gebruik van micro-organismen of andere biologische entiteiten voor de productie van voor de mens interessante stoffen is zeer gevarieerd. Bij de productie kunnen afvalverbindingen worden geïsoleerd uit het te zuiveren en te gebruiken micro-organisme.

Evenzo kan het organisme worden gemodificeerd door genetische manipulatie-instrumenten toe te passen om de productie te sturen. Deze methodologie opent een scala aan mogelijkheden van de producten die kunnen worden verkregen.

In andere gevallen is het wellicht het genetisch gemodificeerde organisme (en niet wat ermee kan worden geproduceerd) dat van belang is.

Stadia van een bioproces

Aangezien de term "bioproces" een zeer heterogene en diverse reeks technieken omvat, is het moeilijk om de stadia ervan te omvatten.

-Stadium om insuline te produceren

Als je in het laboratorium met gemodificeerde organismen werkt, is de eerste stap modificatie. Om een ​​specifieke methodologie te beschrijven, zullen we de vervaardiging van een typisch recombinant DNA van een product zoals insuline, groeihormoon of elk ander algemeen product beschrijven.

Genetische manipulatie

Om het product op de markt te brengen, moet het gastheerorganisme genetisch gemanipuleerd zijn. In dit geval is het organisme meestal Escherichia coli en is het gekloonde DNA dierlijk DNA. In deze context betekent "gekloond" DNA niet dat we een heel organisme willen klonen, het is gewoon het fragment van het gen van belang.

Als we insuline willen produceren, moeten we het DNA-segment identificeren dat de nodige informatie bevat voor de productie van dat eiwit.

Na identificatie wordt het segment van interesse gesneden en ingebracht in de E. coli bacterie. Dat wil zeggen, de bacterie doet dienst als een kleine productiefabriek en de onderzoeker geeft hem de "instructies" door het gen in te brengen.

Dit is de fase van genetische manipulatie, die op kleine schaal en door een moleculair bioloog of een gespecialiseerde biochemicus wordt uitgevoerd. In deze stap is basislaboratoriumapparatuur vereist, zoals micropipetten, microcentrifuges, restrictie-enzymen en apparatuur om elektroforesegels te maken.

Om het bioproces te begrijpen, is het niet een vereiste om alle details te begrijpen die klonen inhoudt, het belangrijkste is om te begrijpen dat de expressieniveaus van het gewenste product optimaal moeten zijn en dat de stabiliteit van het product ook voldoende moet zijn.

Kwantificeer

Na het kloonproces is de volgende stap het meten van de groei en kenmerken van de recombinante cellen uit de vorige stap. Om dit te doen, moet u vaardigheden hebben in microbiologie en kinetiek.

Er moet rekening mee worden gehouden dat alle omgevingsvariabelen zoals temperatuur, samenstelling van het medium en pH optimaal zijn om een ​​maximale productie te garanderen. In deze stap worden enkele parameters zoals celgroeisnelheid, specifieke productiviteit en het product gekwantificeerd.

Schaalvergroting

Nadat de methodologie om de gewenste stof te produceren is gestandaardiseerd, wordt de productieschaal vergroot en wordt 1 of 2 liter van de cultuur bereid in een bioreactor.

Hierbij moeten de temperatuur- en pH-omstandigheden gehandhaafd blijven. Er moet speciale aandacht worden besteed aan de zuurstofconcentratie die nodig is voor de kweek.

Vervolgens vergroten de onderzoekers de productieschaal steeds meer, tot wel 1.000 liter (de hoeveelheid hangt ook af van het gewenste product).

-Stadia van fermentatie

Zoals we al zeiden, zijn bioprocessen erg breed en omvatten ze niet allemaal de stappen die in de vorige sectie zijn beschreven. Bijvoorbeeld fermentatie in het beton en klassiek voorbeeld van een bioproces. Hierin worden micro-organismen gebruikt, zoals schimmels en bacteriën.

De micro-organismen groeien in een medium met koolhydraten die ze zullen gebruiken voor hun groei. Op deze manier zijn het afvalproduct dat ze produceren die met industriële waarde. Onder deze hebben we onder andere alcohol, melkzuur.

Zodra de betreffende stof door het micro-organisme is geproduceerd, wordt deze geconcentreerd en gezuiverd. Met dit bioproces worden oneindig veel voedingsmiddelen (brood, yoghurt) en dranken (onder andere bier, wijn) gemaakt die waardevol zijn voor menselijke consumptie.

Referenties

1. Cragnolini, A. (1987). Wetenschappelijke en technologische beleidskwesties: materialen en sessies van het tweede Jorge Sabato Ibero-American Seminar on Scientific and Technological Policy, Madrid, 2-6 juni 1986. Redactioneel CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Biotechnologie Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Bioprocestechnologie principes. Elsevier.
4. Nationale Onderzoeksraad. (1992). Biotechnologie aan het werk: bioprocestechnologie. National Academies Press.
5. Najafpour, G. (2015). Biochemische technologie en biotechnologie. Elsevier.