BIYOPROSESLER: ÖZELLIKLERI, TÜRLERI, AVANTAJLARI VE AŞAMALARI - BIYOLOJI - 2025

Bir biyopreses , (diğerleri arasında enzimler, organeller) bunların hücreleri veya başka bileşenler de canlı kullanımları endüstrisi için veya insan yararları için istenen ürünün elde elde etmek için, spesifik bir metodolojidir. Biyoproses, halihazırda bilinen ürünlerin, en uygun çevresel koşullar altında, geleneksel üretim yönteminden daha yüksek kalitede elde edilmesine izin verir.

Aynı şekilde biyoprosesler, spesifik proseslerin (enzimler veya insülin gibi tıbbi tedavilerde kullanılacak proteinler) verimliliğini artırmak için kullanılabilen veya doğrudan insan tarafından tüketilebilen genetiği değiştirilmiş organizmaların elde edilmesini sağlar. insan.

Kaynak: Pixabay.com

Toplum ve teknoloji, biyoprosesleri daha iyi ve yeni tekniklere yol açmak için farklı alanlarda kullanabilir. Gıda üretimi, bunlarda iyileştirmeler sağlama, ilaç oluşturma, farklı türlerdeki kirliliği kontrol etme ve ayrıca küresel ısınmayı kontrol etme gibi farklı alanlara uygulanabilir.

Şu anda, sektördeki çeşitli biyoprosesler olumlu bir etki yarattı ve büyümelerini desteklemek için milyonlarca dolarlık yatırım yapıldı.

karakteristikleri

Biyoteknoloji bilimlerinde, biyoproses, ürün olarak belirli katma değere sahip bazı maddeler üreten belirli bir biyolojik varlığın kullanıldığı bir süreçtir.

Yani bir hücre, mikroorganizma veya hücre kısmının kullanılması, araştırmacının istediği ve bazı alanlarda uygulamaları olabilen bir ürünü oluşturur.

Ek olarak, biyolojik malzemelerden başlayarak, tarım, gıda ve ilaç üretimi, kimyasalların yaratılması gibi çok çeşitli ürünlerin üretimi için ekipman tasarlamayı ve geliştirmeyi amaçlayan biyoişlem mühendisliği vardır.

Biyoproses mühendisliğinin varlığı sayesinde, biyoteknoloji toplum için faydalara dönüşebilir.

Biyoproseslerin hedefleri

Biyoproseslerin geliştirilmesine katılan biyologlar ve mühendisler, aşağıdakilere izin verdiği için bu teknolojinin uygulanmasını teşvik etmeye çalışır:

-Biyoprosesler aracılığıyla önemli değerde kimyasallar üretilebilir. Bununla birlikte, genellikle üretilen miktarlar biraz küçüktür.

- Biyoprosesler, önceden izole edilmiş mikroorganizmaların aktivitesini kullanarak geleneksel yolla zaten elde edilmiş ürünlerin sentezine veya modifikasyonuna izin verir. Bunlar, diğerleri arasında amino asitler veya diğer organik malzemeler, yiyecek olabilir.

Alkoller gibi önemli hacimdeki maddelerin dönüşümü. Bu prosedürler genellikle çok az değeri olan maddeleri içerir.

-Organizmaların veya bunların parçalarının kullanılmasıyla, kalıntılar ve toksik atıklar, kolayca geri dönüştürülebilen maddelere dönüştürmek için ayrıştırılabilir. Bu süreçler, metallerin yoğunlaşması ve işlenmemiş madenlerin işletilmesiyle madencilik endüstrisiyle de ilgilidir.

Biyoproses uygulamasının avantajları ve dezavantajları

-Advantage

Biyoproseslerin varlığı, maddelerin işlenmesinde enerji tasarrufu da dahil olmak üzere aşağıdaki gibi bir dizi olağanüstü avantaj sağlar:

İşçiler için dostane koşullar

Çoğu biyoproses, doğada protein katalizörleri olan enzimleri kullanır. Bunlar canlı organizmaların direndiklerine benzer bir sıcaklıkta, asitlik seviyesinde ve basınçta çalışırlar, bu nedenle işlemler "dostça" koşullar altında gerçekleşir.

Aksine, geleneksel işlemlerde kullanılan kimyasal katalizörlerin çalıştığı aşırı sıcaklıklar ve basınçlarla. Enerji tasarrufunun yanı sıra, insan dostu koşullarda çalışmak prosedürü daha güvenli hale getirir ve süreci kolaylaştırır.

Bu gerçeğin bir diğer sonucu, enzimatik reaksiyonların ürünleri toksik atık olmadığı için çevresel etkinin azalmasıdır. Standart metodolojilerle üretilen atıkların aksine.

Üretim kompleksleri daha küçük, daha basit ve oldukça esnektir, bu nedenle büyük bir sermaye yatırımına gerek yoktur.

-Dezavantajları

Biyoproseslerin birçok avantajı olmasına rağmen, uygulanan metodolojiler içinde hala zayıf noktalar vardır, örneğin:

Bulaşma

En önemlilerinden biri biyolojik sistemlerle çalışmanın içsel bir sonucudur: kontaminasyona duyarlılık. Bu nedenle çok kontrollü aseptik koşullarda çalışılmalıdır.

Ürünlerin kontamine olması durumunda mikroorganizmalar, katalizörler veya elde edilen ürünler tahrip olabilir veya işlevselliğini kaybedebilir, bu da sektörde önemli kayıplara neden olabilir.

Büyük ölçekli mahsuller üretin

Diğer bir problem, emek organizmalarının manipülasyonuyla ilgilidir. Genel olarak, genetik ve moleküler biyoloji laboratuvarları, kültürlerinin ve optimal gelişimlerinin daha kolay olduğu küçük ölçekte mikroorganizmalarla çalışır.

Bununla birlikte, süreci mikroorganizmaların kitlesel olarak yetiştirilmesine götürmek bir dizi engel teşkil eder.

Metodolojik olarak konuşursak, mikroorganizmaların büyük ölçekli üretimi karmaşıktır ve doğru şekilde yapılmazsa, sistemin genetik istikrarsızlığına ve büyüyen organizmaların heterojenliğine yol açabilir.

Üreticiler, söz konusu maddenin üretimini en üst düzeye çıkarmak için homojen bir mahsul elde etmeye çalışırlar. Bununla birlikte, tüm biyolojik sistemlerde bulduğumuz değişkenliği kontrol etmek büyük ölçekli bir sorundur.

Sonuç olarak, endüstriyel kullanım için mikroorganizmaların üretimi, yalnızca laboratuvarda gerçekleştirilen üretimi artırmak değildir, çünkü bu ölçek değişikliği bir dizi dezavantajı beraberinde getirir.

Türleri

İnsanların ilgisini çeken maddelerin üretimi için mikroorganizmaların veya diğer biyolojik varlıkların kullanımı çok çeşitlidir. Üretimde atık bileşikler saflaştırılmak ve kullanılmak üzere mikroorganizmadan izole edilebilir.

Aynı şekilde, üretimi yönlendirmek için genetik mühendisliği araçları uygulanarak organizma değiştirilebilir. Bu metodoloji, elde edilebilecek ürünlerin bir dizi olasılığını açar.

Diğer durumlarda, ilgi alanı genetiği değiştirilmiş organizma olabilir (ve onunla ne üretilebileceği değil).

Biyoprosesin aşamaları

"Biyoproses" terimi çok heterojen ve çeşitli teknikler dizisini kapsadığından, aşamalarını kapsamak zordur.

İnsülin üretme aşaması

Laboratuvarda değiştirilmiş organizmalar üzerinde çalışıyorsanız, ilk adım modifikasyondur. Spesifik bir metodolojiyi tarif etmek için, insülin, büyüme hormonu veya herhangi bir başka ortak ürün gibi bir ürünün tipik bir rekombinant DNA'sının üretimini tarif edeceğiz.

Genetik manipülasyon

Ürünü piyasaya sürmek için, konakçı organizmanın genetik olarak manipüle edilmesi gerekir. Bu durumda, organizma genellikle Escherichia coli'dir ve klonlanan DNA, hayvan DNA'sı olacaktır. Bu bağlamda, "klonlanmış" DNA, bütün bir organizmayı klonlamak istediğimiz anlamına gelmez, sadece ilgilenilen genin bir parçasıdır.

İnsülin üretmek istiyorsak, söz konusu proteinin üretimi için gerekli bilgiye sahip DNA segmentini belirlemeliyiz.

Tanımlamadan sonra, ilgilenilen segment kesilir ve E. coli bakterisine yerleştirilir. Yani bakteri küçük bir üretim fabrikası görevi görür ve araştırmacı, geni yerleştirerek ona "talimatlar" verir.

Bu, küçük ölçekte ve bir moleküler biyolog veya uzman bir biyokimyacı tarafından gerçekleştirilen genetik mühendisliğinin aşamasıdır. Bu adımda, mikropipetler, mikrosantrifüjler, kısıtlama enzimleri ve elektroforez jelleri yapmak için ekipman gibi temel laboratuvar ekipmanı gereklidir.

Biyo süreci anlamak için, klonlamanın ima ettiği tüm ayrıntıları anlamak bir gereklilik değildir, önemli olan, istenen ürünün ekspresyon seviyelerinin optimal olması ve ürünün stabilitesinin de yeterli olması gerektiğini anlamaktır.

QuantifyOneR

Klonlama işleminden sonra, bir sonraki adım, önceki adımdaki rekombinant hücrelerin büyümesini ve özelliklerini ölçmektir. Bunu yapmak için mikrobiyoloji ve kinetik konusunda becerilere sahip olmanız gerekir.

Maksimum üretim sağlamak için sıcaklık, ortamın bileşimi ve pH gibi tüm çevresel değişkenlerin optimal olduğu dikkate alınmalıdır. Bu adımda hücre büyüme hızı, spesifik üretkenlik ve ürün gibi bazı parametreler ölçülür.

Ölçekte artış

İstenilen maddeyi üretme metodolojisi standardize edildikten sonra, üretim ölçeği büyütülür ve 1 veya 2 litre kültür bir biyoreaktörde hazırlanır.

Bunda sıcaklık ve pH koşulları korunmaya devam edilmelidir. Kültürün gerektirdiği oksijen konsantrasyonuna özel dikkat gösterilmelidir.

Daha sonra, araştırmacılar üretim ölçeğini giderek artırarak 1.000 litreye ulaşıyor (miktar aynı zamanda istenen ürüne de bağlı).

-Fermantasyon aşamaları

Bahsettiğimiz gibi, biyoprosesler çok geniştir ve hepsi önceki bölümde açıklanan adımları içermez. Örneğin, betonda fermantasyon ve bir biyoprosesin klasik örneği. Bu mikroorganizmalar içinde mantar ve bakteri gibi kullanılmaktadır.

Mikroorganizmalar, büyümeleri için kullanacakları karbonhidratların bulunduğu bir ortamda büyür. Böylelikle ürettikleri atık ürünler endüstriyel değere sahip olanlardır. Bunların arasında alkol, laktik asit ve diğerleri var.

İlgi konusu madde mikroorganizma tarafından üretildikten sonra konsantre edilir ve saflaştırılır. İnsan tüketimi için değerli olan sonsuz yiyecekler (ekmek, yoğurt) ve içecekler (bira, şarap ve diğerleri) bu biyolojik işlem kullanılarak yapılır.

Referanslar

1. Cragnolini, A. (1987). Bilimsel ve teknolojik politika soruları: ikinci Jorge Sabato Ibero-Amerikan Bilimsel ve Teknolojik Politika Seminerinin materyalleri ve oturumları, Madrid, 2-6 Haziran 1986. Editoryal CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Biyoteknoloji Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Biyoproses mühendisliği ilkeleri. Elsevier.
4. Ulusal Araştırma Konseyi. (1992). Biyoteknolojinin işe yaraması: biyoproses mühendisliği. Ulusal Akademiler Basın.
5. Najafpour, G. (2015). Biyokimya mühendisliği ve biyoteknoloji. Elsevier.