BIOPROCESSES: MGA KATANGIAN, URI, KALAMANGAN AT YUGTO - BIOLOGY - 2025

Ang isang bioprocess ay isang tiyak na pamamaraan na gumagamit ng mga buhay na selula, o iba pang mga sangkap nito (mga enzyme, organelles, bukod sa iba pa), upang makamit ang pagkuha ng isang nais na produkto para sa industriya o para sa mga pakinabang ng tao. Pinapayagan ng bioprocess ang pagkuha ng mga kilalang produkto, sa ilalim ng pinakamainam na kondisyon ng kapaligiran, na may mas mataas na kalidad kaysa sa tradisyonal na paraan ng pagbuo nito.

Sa parehong paraan, pinahihintulutan ng mga bioprocesses ang pagkuha ng mga genetic na binagong mga organismo na maaaring magamit upang mapabuti ang kahusayan ng mga tiyak na proseso (mga enzyme o protina na gagamitin sa mga medikal na paggamot, tulad ng insulin) o direktang maubos ng tao. tao.

Pinagmulan: pixabay.com

Ang lipunan at teknolohiya ay maaaring gumamit ng mga bioprocesses sa iba't ibang mga lugar upang humantong sa mas mahusay at mga bagong pamamaraan. Naaangkop ito sa iba't ibang mga lugar tulad ng paggawa ng pagkain, pagpupukaw ng mga pagpapabuti sa mga ito, paglikha ng mga gamot, pagkontrol sa polusyon ng iba't ibang uri at pagkontrol din sa pandaigdigang pag-init.

Sa kasalukuyan, ang iba't ibang mga bioprocesses sa industriya ay nagkaroon ng positibong epekto at milyon-milyong dolyar sa mga pamumuhunan ay ginawa upang maisulong ang kanilang paglaki.

katangian

Sa mga agham ng biotechnology, ang isang bioprocess ay isang proseso na gumagamit ng ilang partikular na biological entity na bumubuo bilang isang produkto ng ilang sangkap ng ilang idinagdag na halaga.

Iyon ay, ang paggamit ng isang cell, microorganism o bahagi ng cell ay bumubuo ng isang produkto na nais ng mananaliksik, na maaaring magkaroon ng mga aplikasyon sa ilang lugar.

Bilang karagdagan, mayroong bioprocessing engineering, na naglalayong magdisenyo at bumuo ng kagamitan para sa paggawa ng isang iba't ibang uri ng mga produkto, na nauugnay sa agrikultura, ang henerasyon ng pagkain at gamot, ang paglikha ng mga kemikal, bukod sa iba pa, simula sa mga biological na materyales.

Salamat sa pagkakaroon ng bioprocess engineering, ang biotechnology ay maaaring magsalin sa mga benepisyo para sa lipunan.

Mga layunin ng bioprocesses

Ang mga biologist at inhinyero na lumahok sa pagbuo ng mga bioprocesses ay naghahangad na maisulong ang pagpapatupad ng teknolohiyang ito, dahil pinapayagan nito:

-Through bioprocesses, maaaring mabuo ang mga kemikal ng makabuluhang halaga. Gayunpaman, ang dami na karaniwang ginawa ay medyo maliit.

Pinapayagan ng -Bioprocesses ang synthesis o pagbabago ng mga produkto na nakuha ng tradisyunal na ruta gamit ang aktibidad ng dati nang ilang mga microorganism. Maaari itong maging mga amino acid o iba pang mga organikong materyales, pagkain, bukod sa iba pa.

-Pagbabago ng mga sangkap sa mumunti na dami, tulad ng mga alkohol. Ang mga pamamaraang ito ay madalas na nagsasangkot ng mga sangkap na may kaunting halaga.

-Hanggang sa paggamit ng mga organismo o mga bahagi nito, ang mga nalalabi at nakakalason na basura ay maaaring masiraan ng loob upang mabago ang mga ito sa mga sangkap na madaling mai-recycled. Ang mga prosesong ito ay may kaugnayan din sa industriya ng pagmimina, na may konsentrasyon ng mga metal at pagsasamantala sa mga mina ng birhen.

Mga kalamangan at kawalan ng aplikasyon ng mga bioprocesses

-Advantage

Ang pagkakaroon ng mga bioprocesses ay nagbibigay ng isang serye ng mga natitirang pakinabang, kabilang ang mga pagtitipid ng enerhiya para sa pagproseso ng mga sangkap, tulad ng sumusunod:

Magiliw na mga kondisyon para sa mga manggagawa

Karamihan sa mga bioprocesses ay gumagamit ng mga enzymes, na mga protina na katalista sa kalikasan. Ang mga ito ay gumagana sa isang temperatura, antas ng kaasiman at presyon na katulad ng mga lumalaban sa mga organismo ng buhay, para sa kadahilanang ito ang mga proseso ay nangyayari sa ilalim ng mga kondisyon na "palakaibigan".

Sa kaibahan, sa matinding temperatura at panggigipit kung saan gumagana ang mga kemikal na katalista na ginagamit sa tradisyonal na mga proseso. Bilang karagdagan sa pag-save ng enerhiya, ang pagtatrabaho sa mga kondisyon ng human-friendly ay ginagawang mas ligtas ang pamamaraan at ginagawang mas madali ang proseso.

Ang isa pang kinahinatnan ng katotohanang ito ay ang pagbawas ng epekto sa kapaligiran, dahil ang mga produkto ng mga reaksyon ng enzymatic ay hindi nakakalason na basura. Kabaligtaran sa basura na ginawa ng mga karaniwang pamamaraan.

Ang mga kumplikadong paggawa ay mas maliit, mas simple, at medyo may kakayahang umangkop, kaya hindi na kailangan para sa isang malaking pamumuhunan sa kapital.

-Disadya

Kahit na ang mga bioprocesses ay may maraming mga pakinabang, mayroon pa ring mga mahihinang puntos sa loob ng mga inilapat na pamamaraan, tulad ng:

Karumihan

Ang isa sa pinakamahalaga ay isang intrinsic na kahihinatnan ng pagtatrabaho sa mga biological system: pagkamaramdamin sa kontaminasyon. Para sa kadahilanang ito, dapat itong magtrabaho sa ilalim ng sobrang kontrol na mga kondisyon ng aseptiko.

Kung sakaling mahawahan ang mga pananim, ang mga microorganism, ang mga catalyst o ang mga produktong nakuha ay maaaring masira o mawala ang kanilang pag-andar, na magdulot ng malaking pagkalugi sa industriya.

Bumuo ng mga malalaking tanim

Ang isa pang problema ay nauugnay sa pagmamanipula ng mga organismo sa paggawa. Kadalasan, ang mga genetics at molekular na biology laboratories ay gumagana sa mga micro-organismo sa isang maliit na sukat, kung saan ang kanilang paglilinang at pinakamainam na pag-unlad ay mas madali.

Gayunpaman, ang extrapolating ng proseso sa masa ng paglilinang ng mga microorganism ay nagdudulot ng isang serye ng mga hadlang.

Sa pagsasalita ng metodolohiya, ang malakihang paggawa ng mga microorganism ay kumplikado at kung hindi ito nagawa sa tamang paraan, maaari itong humantong sa kawalang-tatag ng genetic ng system at heterogeneity ng lumalagong mga organismo.

Ang mga tagagawa ay naghahangad na magkaroon ng isang homogenous na kultura upang ma-maximize ang paggawa ng sangkap na pinag-uusapan. Gayunpaman, ang pagkontrol sa pagkakaiba-iba na nahanap natin sa lahat ng mga biological system ay isang malaking problema na problema.

Sa konklusyon, ang paggawa ng mga microorganism para sa pang-industriya na paggamit ay hindi lamang upang madagdagan ang produksyon na isinasagawa sa laboratoryo, dahil ang pagbabagong ito sa scale ay sumasama sa isang serye ng mga disbentaha.

Mga Uri

Ang paggamit ng mga microorganism o iba pang mga biological entities para sa paggawa ng mga sangkap ng interes sa mga tao ay iba-iba. Sa produksiyon, ang mga compound ng basura ay maaaring ihiwalay mula sa microorganism upang malinis at magamit.

Gayundin, ang organismo ay maaaring mabago sa pamamagitan ng pag-aaplay ng mga tool sa inhinyeriya ng genetic upang mang direkta sa paggawa. Ang pamamaraang ito ay nagbubukas ng isang hanay ng mga posibilidad ng mga produkto na maaaring makuha.

Sa iba pang mga kaso, maaaring ito ay ang genetically na nabago na organismo (at hindi kung ano ang maaaring magawa kasama nito) na interesado.

Mga yugto ng isang bioprocess

Bilang ang salitang "bioprocess" ay sumasaklaw sa isang napaka-heterogenous at magkakaibang serye ng mga diskarte, mahirap na mapaloob ang mga yugto nito.

-Tayo upang makabuo ng insulin

Kung nagtatrabaho ka sa binagong mga organismo sa laboratoryo, ang unang hakbang ay pagbabago. Upang ilarawan ang isang tiyak na pamamaraan, ilalarawan namin ang paggawa ng isang pangkaraniwang recombinant na DNA ng isang produkto tulad ng insulin, paglaki ng hormone o anumang iba pang mga karaniwang produkto.

Pagmamanipula ng genetic

Upang maihatid ang produkto sa merkado, ang organismo ng host ay dapat na naiproseso ng genetiko. Sa kasong ito, ang organismo ay karaniwang Escherichia coli at ang naka-clone na DNA ay magiging DNA ng hayop. Sa kontekstong ito, ang "cloning" na DNA ay hindi nangangahulugang nais naming i-clone ang isang buong organismo, ito ay simpleng fragment ng gene ng interes.

Kung nais nating gumawa ng insulin, dapat nating kilalanin ang segment ng DNA na mayroong kinakailangang impormasyon para sa paggawa ng nasabing protina.

Matapos ang pagkilala, ang segment ng interes ay pinutol at ipinasok sa E. coli bacteria. Iyon ay, ang bakterya ay nagsisilbing isang maliit na pabrika ng produksyon, at binigyan ito ng mananaliksik ng "mga tagubilin" sa pamamagitan ng pagpasok ng gene.

Ito ang yugto ng genetic engineering, na isinasagawa sa isang maliit na scale at sa pamamagitan ng isang molekular na biologist o isang dalubhasang biochemist. Sa hakbang na ito, kinakailangan ang pangunahing kagamitan sa laboratoryo, tulad ng mga mikropono, microcentrifuges, paghihigpit na mga enzymes, at kagamitan upang makagawa ng mga electrophoresis gels.

Upang maunawaan ang bioprocess, hindi kinakailangan na maunawaan ang lahat ng mga detalye na ipinahiwatig ng pag-clon, ang mahalagang bagay ay upang maunawaan na ang mga antas ng pagpapahayag ng nais na produkto ay dapat na maging optimal at ang katatagan ng produkto ay dapat ding maging sapat.

Damiin

Matapos ang proseso ng pag-cloning, ang susunod na hakbang ay upang masukat ang paglaki at mga katangian ng mga recombinant cells mula sa nakaraang hakbang. Upang gawin ito, dapat kang magkaroon ng mga kasanayan sa microbiology at kinetics.

Dapat itong isaalang-alang na ang lahat ng mga variable ng kapaligiran tulad ng temperatura, komposisyon ng daluyan at pH ay pinakamainam, upang matiyak ang maximum na paggawa. Sa hakbang na ito, ang ilang mga parameter tulad ng rate ng paglago ng cell, ang tukoy na produktibo at ang produkto ay nasusukat.

Pagtaas sa scale

Matapos ang pamamaraan upang makabuo ng ninanais na sangkap ay na-standardize, nadagdagan ang scale ng produksyon, at ang 1 o 2 litro ng kultura ay inihanda sa isang bioreactor.

Sa ito, ang temperatura at mga kondisyon ng pH ay dapat na patuloy na mapanatili. Ang espesyal na pansin ay dapat bayaran sa konsentrasyon ng oxygen na kinakailangan ng kultura.

Kasunod nito, ang mga mananaliksik ay lalong tumataas ang sukat ng produksyon, na umaabot hanggang sa 1,000 litro (ang dami ay nakasalalay din sa nais na produkto).

-Pagtapos ng pagbuburo

Tulad ng nabanggit namin, ang mga bioprocesses ay napakalawak at hindi lahat ay nagsasangkot sa mga hakbang na inilarawan sa nakaraang seksyon. Halimbawa, ang pagbuburo sa kongkreto at klasikong halimbawa ng isang bioprocess. Sa mga microorganism na ito ay ginagamit, tulad ng fungi at bacteria.

Ang mga microorganism ay lumalaki sa isang daluyan na may mga karbohidrat na gagamitin para sa kanilang paglaki. Sa ganitong paraan, ang produktong basura na kanilang ginagawa ay ang mga may halagang pang-industriya. Kabilang dito mayroon kaming alkohol, lactic acid, bukod sa iba pa.

Kapag ang sangkap ng interes ay ginawa ng microorganism, ito ay puro at linisin. Walang katapusang mga pagkain (tinapay, yogurt) at inumin (beers, alak, bukod sa iba pa) mahalaga para sa pagkonsumo ng tao ay ginawa gamit ang bioprocess na ito.

Mga Sanggunian

1. Cragnolini, A. (1987). Mga katanungan sa patakaran ng pang-agham at teknolohikal: mga materyales at session ng pangalawang Jorge Sabato Ibero-American Seminar sa Scientific and Technological Policy, Madrid, Hunyo 2-6, 1986. Editoryal na CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Biotechnology Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Mga prinsipyo ng bioprocess engineering. Elsevier.
4. Pambansang Konseho ng Pananaliksik. (1992). Paglalagay ng Biotechnology upang gumana: bioprocess engineering. Pambansang Akademya Press.
5. Najafpour, G. (2015). Biochemical engineering at biotechnology. Elsevier.