Caratteristiche, tipi, vantaggi e fasi di bioprocessi

UN Bioprocesso È una metodologia specifica che utilizza cellule viventi, o anche altri componenti (enzimi, organelli, tra gli altri), per ottenere un prodotto desiderato per l'industria o per i benefici dell'essere umano. Il bioprocesso consente di ottenere prodotti noti, in condizioni ambientali ottimali, con una qualità superiore al modo per generarlo tradizionalmente.

Allo stesso modo, i bioprocessi consentono organismi geneticamente modificati che possono essere utilizzati con l'obiettivo di migliorare l'efficienza di processi specifici (enzimi o proteine ​​da utilizzare nei trattamenti medici, come l'insulina) o essere consumato direttamente essendo umano.

Fonte: Pixabay.com

La società e la tecnologia possono utilizzare bioprocessi in diverse aree per condurre tecniche migliori e nuove. È applicabile a diverse aree come la produzione alimentare, indurre miglioramenti in questi, creazione di farmaci, contaminazione del controllo di diversi tipi e anche al controllo del riscaldamento globale.

Attualmente, i vari bioprocessi che l'industria hanno avuto un impatto positivo e sono stati fatti investimenti milionari per promuovere la loro crescita.

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Caratteristiche

In scienze biotecnologiche, a Bioprocesso È un processo che utilizza una particolare entità biologica che genera come prodotto del valore aggiunto aggiunto.

Cioè, l'uso di una cella, un microrganismo o una porzione cellulare genera un prodotto desiderato dal ricercatore, che può avere applicazioni in alcune aree.

Inoltre, esiste ingegneria a bioprocessing, che cerca di progettare e sviluppare attrezzature per la produzione di un'ampia diversità di prodotti, relativa all'agricoltura, alla generazione di cibo e medicina, creazione di sostanze chimiche, tra gli altri, basato su materiali biologici.

Grazie all'esistenza dell'ingegneria del bioprocesso, la biotecnologia può tradurre benefici per la società.

Obiettivi del bioprocesso

Biologi e ingegneri che partecipano allo sviluppo di bioprocessi cercano di promuovere l'implementazione di questa tecnologia, poiché consente:

-Attraverso i bioprocessi, si possono generare sostanze chimiche di un valore importante. Tuttavia, gli importi generalmente prodotti sono in qualche modo ridotti.

-I bioprocessi consentono la sintesi o la modifica dei prodotti già ottenuti dalla via tradizionale utilizzando l'attività di microrganismi precedentemente isolati. Questi possono essere aminoacidi o altri materiali organici, cibo, tra gli altri.

-Trasformazione di sostanze in considerevoli volumi, come gli alcoli. Queste procedure di solito comportano sostanze con scarso valore.

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-Attraverso l'uso di organismi o parti di questi, i rifiuti tossici e i rifiuti possono essere degradati per trasformarli in facili sostanze di riciclaggio. Questi processi hanno anche rilevanza nel settore minerario, con la concentrazione di metalli e lo sfruttamento delle miniere vergini.

Vantaggi e svantaggi dell'applicazione del bioprocesso

-Vantaggi

L'esistenza di bioprocesses garantisce una serie di punti salienti, incluso il risparmio energetico per l'elaborazione delle sostanze, come segue:

Condizioni amichevoli per i lavoratori

La maggior parte dei bioprocessi utilizza enzimi, che sono catalizzatori proteici. Questi funzionano a una temperatura, livello di acidità e pressione simili a quelli che resistono agli organismi viventi, quindi i processi si verificano in condizioni "amichevoli".

Al contrario, con le temperature estreme e le pressioni che i catalizzatori chimici utilizzati nelle procedure tradizionali funzionano. Oltre a risparmiare energia, lavorare in condizioni amichevoli per essere umano rende la procedura più sicura e facilita il processo.

Un'altra conseguenza di questo fatto è la riduzione dell'impatto ambientale, poiché i prodotti delle reazioni enzimatiche non sono rifiuti tossici. Contrariamente ai rifiuti prodotti dalle metodologie standard.

I complessi di produzione sono più piccoli, semplici e abbastanza flessibili, quindi non è necessario effettuare un investimento di capitale elevato.

-Svantaggi

Sebbene i bioprocessi abbiano molti vantaggi, ci sono ancora punti deboli all'interno delle metodologie applicate, come ad esempio:

Inquinamento

Uno dei più importanti è una conseguenza intrinseca del lavoro con i sistemi biologici: suscettibilità alla contaminazione. Pertanto, deve funzionare in condizioni asettiche molto controllate.

Nel caso in cui le colture siano contaminate, microrganismi, catalizzatori o prodotti ottenuti possono essere distrutti o perdere la loro funzionalità, causando notevoli perdite per l'industria.

Genera colture di grande scala

Un altro problema è legato alla manipolazione delle agenzie di lavoro. Generalmente, i laboratori di genetica e biologia molecolare lavorano con microrganismi di piccola scala, dove la loro cultura e lo sviluppo ottimale sono più facili.

Tuttavia, estrapolare il processo alla coltivazione di massa dei microrganismi è una serie di ostacoli.

Metodologicamente parlando, la produzione di microrganismi su larga scala è complicata e se non viene fatta nel modo giusto può portare all'instabilità genetica del sistema e all'eterogeneità degli organismi in crescita.

I produttori cercano di avere un raccolto omogeneo per massimizzare la produzione della sostanza in questione. Tuttavia, il controllo della variabilità che troviamo in tutti i sistemi biologici è un problema su larga scala.

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In conclusione, la produzione di microrganismi per uso industriale non è semplicemente aumentare la produzione che viene effettuata in laboratorio, poiché questo cambio di scala comporta una serie di inconvenienti.

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L'uso di microrganismi o altre entità biologiche per la produzione di sostanze con interesse per l'uomo è molto vario. In produzione, i composti dei rifiuti del microrganismo possono essere isolati per essere purificati e utilizzati.

Allo stesso modo, l'organismo può essere modificato applicando gli strumenti dell'ingegnere genetico per dirigere la produzione. Questa metodologia apre una serie di possibilità dei prodotti che possono essere ottenuti.

In altri casi, possono essere organismi geneticamente modificati (e non ciò che può accadere con esso) ciò che è di interesse.

Fasi di un bioprocesso

Poiché il termine "bioprocesso" comprende una serie di tecniche molto eterogenea e diversificata, è difficile comprendere le fasi dello stesso.

-Fasi per produrre insulina

Se lavori con organismi modificati in laboratorio, il primo passo è la modifica. Per descrivere una metodologia specifica descriveremo la produzione di un DNA ricombinante tipico di un prodotto come insulina, ormone della crescita o qualsiasi altro prodotto comune.

Manipolazione genetica

Per portare il prodotto al suo marketing, la manipolazione genetica dell'organismo ospite deve essere eseguita. In questo caso, l'organismo è di solito Escherichia coli E il DNA clonato sarà il DNA animale. In questo contesto, il DNA "clonato" non significa che vogliamo clonare un intero organismo, è semplicemente il frammento del gene di interesse.

Se vogliamo produrre insulina, dobbiamo identificare il segmento del DNA che ha le informazioni necessarie per la produzione di tale proteina.

Dopo l'identificazione, il segmento di interesse viene tagliato e inserito nei batteri E. coli. Cioè, i batteri fungono da piccola fabbrica di produzione e il ricercatore gli dà le "istruzioni" inserendo il gene.

Questa è la fase di ingegneria genetica, che viene eseguita su piccola scala e da un biologo molecolare o da un biochimista specializzato. Questo passaggio richiede apparecchiature di laboratorio di base, come micropipeti, microcentrifughe, enzimi di restrizione e un'attrezzatura per eseguire gel di elettroforesi.

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Per capire il bioprocesso, non è un requisito.

Quantificare

Dopo il processo di clonazione, il passo che segue è misurare la crescita e le caratteristiche delle cellule ricombinanti del passaggio precedente. Per eseguirlo, devi avere abilità in microbiologia e cinetica.

Si dovrebbe prendere in considerazione che tutte le variabili ambientali come la temperatura, la composizione media e il pH sono ottimali, per garantire la massima produzione. In questo passaggio alcuni parametri come il tasso di crescita cellulare, la produttività specifica e il prodotto sono quantificati.

Aumento della scala

Dopo che la metodologia è già stata standardizzata per produrre la sostanza desiderata, la scala di produzione è aumentata e 1 o 2 litri di coltura vengono preparati in un bioreattore.

In questo devi continuare a mantenere le condizioni di temperatura e pH. Particolare attenzione dovrebbe essere mantenuta per la concentrazione di ossigeno di cui ha bisogno le colture.

Successivamente, i ricercatori stanno aumentando sempre di più la scala di produzione, producendo fino a 1.000 litri (l'importo dipende anche dal prodotto desiderato).

-Fasi di fermentazione

Come accennato, i bioprocessi sono molto ampi e non tutti coinvolgono i passaggi descritti nella sezione precedente. Ad esempio, fermentazione nell'esempio concreto e classico di un bioprocesso. In questo vengono utilizzati microrganismi, come funghi e batteri.

I microrganismi crescono in un mezzo con carboidrati che useranno per la crescita. In questo modo, il prodotto di scarto che produce sono quelli che hanno un valore industriale. Tra questi abbiamo alcol, acido lattico, tra gli altri.

Una volta che la sostanza di interesse è prodotta dal microrganismo, procede alla sua concentrazione e purificazione. Il cibo infinito (pane, yogurt) e bevande (birre, vino, tra gli altri) preziosi per il consumo umano sono fatti usando questo bioprocesso.

Riferimenti

1. Craagnolini, a. (1987). Problemi di politica scientifica e tecnologica: materiali e sessioni del secondo seminario ibero-americano Jorge Sabato di politica scientifica e tecnologica, Madrid, 2-6 giugno 1986. Pressa editoriale CSIC-CSIC.
2. Duke, J. P. (2010). Biotecnologia. Netbiblo.
3. Doran, p. M. (1995). Principi di ingegneria del bioprocesso. Elsevier.
4. Consiglio Nazionale per la Ricerca. (1992). Mettere al lavoro la biotecnologia: ingegneria del bioprocesso. National Academies Press.
5. Najafpour, g. (2015). Ingegneria biochimica e biotecnologia. Elsevier.