БІОПРОЦЕСИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДИ, ПЕРЕВАГИ ТА ЕТАПИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Біопроцесів є конкретною методикою , яка використовує живі клітини або інші компоненти також їх (ферменти, органели, серед інших), щоб досягти отримання бажаного продукту для промисловості або на благо людини. Біопроцес дозволяє отримувати вже відомі продукти в оптимальних екологічних умовах з більш високою якістю, ніж традиційний спосіб її отримання.

Таким же чином біопроцеси дозволяють отримати генетично модифіковані організми, які можуть бути використані з метою підвищення ефективності конкретних процесів (ферментів або білків, які будуть використовуватися в медикаментозному лікуванні, наприклад, інсуліну) або споживатися безпосередньо людиною. людські.

Джерело: pixabay.com

Суспільство та технології можуть використовувати біопроцеси в різних сферах, щоб привести до кращих і нових методик. Він застосований у різних сферах, таких як виробництво продуктів харчування, стимулюючи їх покращення, створюючи лікарські засоби, контролюючи забруднення різних типів, а також контролюючи глобальне потепління.

В даний час різні біопроцеси в галузі мали позитивний вплив, і мільйони доларів інвестували для сприяння їх зростанню.

характеристики

У науках про біотехнології біопроцес - це процес, який використовує певну біологічну сутність, яка генерує як продукт певну субстанцію певної доданої вартості.

Тобто, використання клітини, мікроорганізму або клітинної частини генерує продукт, бажаний дослідником, який може мати застосування в якійсь галузі.

Крім того, існує біопереробна інженерія, яка спрямована на розробку та розробку обладнання для виготовлення найрізноманітніших продуктів, пов’язаних із сільським господарством, виробництвом продуктів харчування та медикаментів, створення хімічних речовин, серед іншого, починаючи з біологічних матеріалів.

Завдяки існуванню біопроцесорної інженерії біотехнологія може перетворитись на користь для суспільства.

Цілі біопроцесів

Біологи та інженери, які беруть участь у розробці біопроцесів, прагнуть сприяти впровадженню цієї технології, оскільки вона дозволяє:

- Через біопроцеси можуть утворюватися хімікати, що мають значну цінність. Однак, як правило, кількості, які виробляються, дещо невеликі.

-Біопроцеси дозволяють синтезувати або модифікувати продукти, вже отримані традиційним шляхом, використовуючи активність раніше виділених мікроорганізмів. Це можуть бути амінокислоти або інші органічні матеріали, їжа, серед інших.

-Перетворення речовин у значних обсягах, таких як спирти. Ці процедури часто включають речовини, що мають мало значення.

-При використанні організмів або їх частин залишки та токсичні відходи можуть бути деградовані, щоб перетворити їх на речовини, які легко переробляються. Ці процеси є актуальними також у гірничій промисловості при концентрації металів та експлуатації незайманих шахт.

Переваги та недоліки застосування біопроцесів

-Пригода

Існування біопроцесів забезпечує низку видатних переваг, включаючи економію енергії для переробки речовин:

Дружні умови для працівників

Більшість біопроцесів використовують ферменти, які є білковими каталізаторами в природі. Вони працюють при температурі, рівні кислотності та тиску, подібних до тих, яким протистоять живі організми, з цієї причини процеси відбуваються в «дружніх» умовах.

Навпаки, при екстремальних температурах і тиску, при яких працюють хімічні каталізатори, використовувані в традиційних процесах. Окрім економії енергії, робота в зручних для людини умовах робить процедуру більш безпечною та полегшує процес.

Іншим наслідком цього факту є зменшення впливу на навколишнє середовище, оскільки продукти ферментативних реакцій не є токсичними відходами. На відміну від відходів, що утворюються за стандартними методологіями.

Виробничі комплекси менші, простіші та досить гнучкі, тому немає необхідності у великих капітальних вкладеннях.

-Недоліки

Хоча біопроцеси мають багато переваг, все ще є слабкі місця у застосованих методологіях, такі як:

Забруднення

Одним з найважливіших є суттєвий наслідок роботи з біологічними системами: сприйнятливість до забруднення. З цієї причини це потрібно працювати в дуже контрольованих асептичних умовах.

У разі забруднення сільськогосподарських культур мікроорганізми, каталізатори або отримані продукти можуть бути знищені або втратити свою функціональність, що спричинить значні збитки для галузі.

Створюють крупномасштабні культури

Ще одна проблема пов'язана з маніпулюванням трудовими організмами. Як правило, лабораторії генетики та молекулярної біології працюють з мікроорганізмами в невеликих масштабах, де їх культивування та оптимальний розвиток простіші.

Однак екстраполяція процесу на масове культивування мікроорганізмів створює низку перешкод.

Методологічно кажучи, масштабне виробництво мікроорганізмів є складним, і якщо це зробити не правильно, це може призвести до генетичної нестабільності системи та неоднорідності зростаючих організмів.

Виробники прагнуть отримати однорідний урожай з метою максимального виробництва відповідної речовини. Однак контроль мінливості, який ми знаходимо у всіх біологічних системах, є масштабною проблемою.

На закінчення, виробництво мікроорганізмів для промислового використання - це не просто збільшення виробництва, що проводиться в лабораторії, оскільки ця зміна масштабу тягне за собою низку недоліків.

Типи

Використання мікроорганізмів або інших біологічних утворень для виробництва речовин, що цікавлять людей, дуже різноманітні. У виробництві відходи сполук можуть бути виділені з мікроорганізму, який підлягає очищенню та використанню.

Так само організм можна модифікувати, застосовуючи засоби генної інженерії для безпосереднього виробництва. Ця методологія відкриває коло можливостей продуктів, які можна отримати.

В інших випадках інтерес може представляти генетично модифікований організм (а не те, що можна виробити з ним).

Етапи біопроцесу

Оскільки термін «біопроцес» охоплює дуже неоднорідну та різноманітну низку методів, важко охопити його етапи.

-Станя вироблення інсуліну

Якщо ви працюєте з модифікованими організмами в лабораторії, перший крок - це модифікація. Щоб описати конкретну методологію, ми опишемо виготовлення типової рекомбінантної ДНК такого продукту, як інсулін, гормон росту або будь-який інший поширений продукт.

Генетичні маніпуляції

Щоб вивести продукт на ринок, організмом господаря необхідно генетично маніпулювати. У цьому випадку організмом зазвичай є кишкова паличка, а клонованою ДНК буде ДНК тварин. У цьому контексті "клонована" ДНК не означає, що ми хочемо клонувати цілий організм, це просто фрагмент цікавить гена.

Якщо ми хочемо виробляти інсулін, ми повинні ідентифікувати той сегмент ДНК, який має необхідну інформацію для виробництва зазначеного білка.

Після ідентифікації сегмент, що цікавить, вирізають і вставляють у бактерії E. coli. Тобто бактерія служить невеликою виробничою фабрикою, і дослідник дає їй «вказівки», вставляючи ген.

Це етап генної інженерії, який здійснюється в невеликих масштабах і молекулярним біологом або спеціалізованим біохіміком. На цьому етапі необхідне основне лабораторне обладнання, наприклад мікропіпети, мікроцентрифуги, рестрикційні ферменти та обладнання для виготовлення гелів для електрофорезу.

Щоб зрозуміти біопроцес, не обов'язково розуміти всі деталі, які передбачає клонування, важливо - розуміти, що рівні експресії бажаного продукту повинні бути оптимальними, а стабільність продукту також повинна бути адекватною.

Кількісно оцінити

Після процесу клонування наступним кроком є ​​вимірювання росту та характеристик рекомбінантних клітин з попереднього етапу. Для цього потрібно мати навички мікробіології та кінетики.

Потрібно враховувати, що всі змінні середовища, такі як температура, склад середовища та pH є оптимальними для забезпечення максимального виробництва. На цьому кроці кількісно оцінюються деякі параметри, такі як швидкість росту клітин, питома продуктивність та продукт.

Збільшення масштабу

Після того, як методика отримання бажаної речовини була стандартизована, масштаб виробництва збільшують, і 1 або 2 літри культури готують у біореакторі.

При цьому необхідно продовжувати підтримувати умови температури та рН. Особливу увагу слід приділити концентрації кисню, необхідної культурі.

Згодом дослідники все більше збільшують масштаби виробництва, досягаючи до 1000 літрів (кількість також залежить від бажаного продукту).

-Страти бродіння

Як ми вже згадували, біопроцеси дуже широкі, і не всі стосуються кроків, описаних у попередньому розділі. Наприклад, бродіння в конкретному та класичному прикладі біопроцесу. У цьому використовуються мікроорганізми, такі як гриби та бактерії.

Мікроорганізми ростуть у середовищі з вуглеводами, які вони використовуватимуть для свого зростання. Таким чином, відходи, які вони виробляють, - це ті, що мають промислову цінність. Серед них у нас серед інших алкоголь, молочна кислота.

Після того як мікроорганізм виробляє цікаву речовину, вона концентрується та очищається. Нескінченні продукти (хліб, йогурт) та напої (пиво, вино, серед інших), цінні для споживання людиною, виготовляються за допомогою цього біопроцесу.

Список літератури

1. Cragnolini, A. (1987). Питання щодо науково-технічної політики: матеріали та сесії другого семінару з питань наукової та технологічної політики Хорхе Сабато Іберо, Мадрид, 2-6 червня 1986 року. Редакція CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Біотехнологія Netbiblo.
3. Доран, прем'єр-міністр (1995). Принципи інженерії біопроцесу. Ельзев'є.
4. Національна рада досліджень. (1992). Налагодження роботи біотехнології: інженерія біопроцесорів. Національна академія преси.
5. Наджафпур, Г. (2015). Біохімічна інженерія та біотехнологія. Ельзев'є.