Características, tipos, vantagens e estágios de bioprocessos

A Bioprocess É uma metodologia específica que usa células vivas, ou também outros componentes (enzimas, organelas, entre outros) para obter um produto desejado para a indústria ou para os benefícios do ser humano. O bioprocesso permite a obtenção de produtos conhecidos, em condições ambientais ideais, com uma qualidade superior à maneira de tradicionalmente gerá -lo.

Da mesma maneira, os bioprocessos permitem organismos geneticamente modificados que podem ser usados ​​com o objetivo de melhorar a eficiência de processos específicos (enzimas ou proteínas a serem usadas em tratamentos médicos, como a insulina) ou sendo consumidos diretamente por serem humanos.

Fonte: Pixabay.com

A sociedade e a tecnologia podem usar bioprocessos em diferentes áreas para liderar as técnicas melhores e novas. É aplicável a diferentes áreas, como fabricação de alimentos, induz melhorias nessas, criação de medicamentos, contaminação de controle de diferentes tipos e também ao controle do aquecimento global.

Atualmente, os vários bioprocessos que a indústria tiveram um impacto positivo e os investimentos milionários foram feitos para promover seu crescimento.

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Caracteristicas

Em ciências da biotecnologia, um Bioprocess É um processo que usa uma entidade biológica específica que gera como um produto de valor agregado agregado.

Ou seja, o uso de uma célula, microorganismo ou porção de células gera um produto desejado pelo pesquisador, que pode ter aplicações em alguma área.

Além disso, há engenharia de bioprocessamento, que busca projetar e desenvolver equipamentos para a fabricação de uma ampla diversidade de produtos, relacionados à agricultura, geração de alimentos e medicamentos, criação de produtos químicos, entre outros, com base em materiais biológicos.

Graças à existência de engenharia de bioprocessos, a biotecnologia pode traduzir benefícios para a sociedade.

Objetivos de bioprocessos

Biólogos e engenheiros que participam do desenvolvimento de bioprocessos buscam promover a implementação dessa tecnologia, pois ela permite:

-Através de bioprocessos, produtos químicos de um valor importante podem ser gerados. No entanto, as quantidades geralmente produzidas são um pouco reduzidas.

-Os bioprocessos permitem a síntese ou modificação de produtos já obtidos pela rota tradicional usando a atividade de microorganismos anteriormente isolados. Estes podem ser aminoácidos ou outros materiais orgânicos, alimentos, entre outros.

-Transformação de substâncias em volumes consideráveis, como álcoois. Esses procedimentos geralmente envolvem substâncias com pouco valor.

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-Através do uso de organismos ou partes deles, o desperdício e o desperdício tóxicos podem ser degradados para transformá -los em substâncias fáceis de reciclagem. Esses processos também têm relevância na indústria de mineração, com a concentração de metais e a exploração de minas virgens.

Vantagens e desvantagens do aplicativo de bioprocessamento

-Vantagens

A existência de bioprocessos concede uma série de destaques, incluindo economia de energia para processamento de substâncias, como segue:

Condições amigáveis ​​para trabalhadores

A maioria dos bioprocessos usa enzimas, que são catalisadores de proteínas. Eles funcionam a uma temperatura, nível de acidez e pressão semelhante àqueles que resistem aos organismos vivos, de modo que os processos ocorrem para condições "amigáveis".

Por outro lado, com as temperaturas e pressões extremas que os catalisadores químicos usam nos procedimentos tradicionais funcionam. Além de economizar energia, trabalhar em condições amigáveis ​​para ser humano torna o procedimento mais seguro e facilita o processo.

Outra conseqüência desse fato é a redução do impacto ambiental, uma vez que os produtos das reações enzimáticas não são resíduos tóxicos. Em contraste com os resíduos produzidos pelas metodologias padrão.

Os complexos de fabricação são menores, simples e bastante flexíveis, por isso não é necessário fazer um alto investimento de capital.

-Desvantagens

Embora os bioprocessos tenham muitas vantagens, ainda existem pontos fracos nas metodologias aplicadas, como:

Poluição

Uma das mais importantes é uma consequência intrínseca de trabalhar com sistemas biológicos: suscetibilidade à contaminação. Portanto, deve funcionar em condições assépticas muito controladas.

No caso de as culturas estarem contaminadas, microorganismos, catalisadores ou produtos obtidos podem ser destruídos ou perder sua funcionalidade, causando perdas consideráveis ​​para a indústria.

Gerar culturas em grande escala

Outro problema está relacionado à manipulação das agências de trabalho. Geralmente, os laboratórios de genética e biologia molecular trabalham com microorganismos de pequena escala, onde sua cultura e desenvolvimento ideal são mais fáceis.

No entanto, extrapolar o processo para o cultivo de massa de microorganismos é uma série de obstáculos.

Metodologicamente falando, a produção de microorganismos em grande escala é complicada e, se não for feita da maneira certa, pode levar à instabilidade genética do sistema e à heterogeneidade dos organismos em crescimento.

Os produtores procuram ter uma colheita homogênea para maximizar a produção da substância em questão. No entanto, controlar a variabilidade que encontramos em todos os sistemas biológicos é um problema em grande escala.

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Em conclusão, a produção de microorganismos para uso industrial não é simplesmente aumentar a produção realizada em laboratório, uma vez que essa mudança de escala implica uma série de inconvenientes.

Pessoal

O uso de microorganismos ou outras entidades biológicas para a produção de substâncias com interesse para o humano é muito variada. Na produção, os compostos de resíduos do microrganismo podem ser isolados para serem purificados e usados.

Da mesma forma, o organismo pode ser modificado aplicando as ferramentas do engenheiro genético para direcionar a produção. Esta metodologia abre uma série de possibilidades dos produtos que podem ser obtidos.

Em outros casos, pode ser organismos geneticamente modificados (e não o que pode ocorrer com ele) o que é de interesse.

Estágios de um bioprocesso

Como o termo "bioprocesso" abrange uma série de técnicas muito heterogêneas e diversas, é difícil abranger os estágios do mesmo.

-Estágios para produzir insulina

Se você trabalha com organismos modificados em laboratório, o primeiro passo é a modificação. Para descrever uma metodologia específica, descreveremos a fabricação de um DNA recombinante típico de um produto como insulina, hormônio do crescimento ou qualquer outro produto comum.

Manipulação genética

Para trazer o produto ao seu marketing, a manipulação genética do organismo anfitrião deve ser realizada. Nesse caso, o organismo é geralmente Escherichia coli E DNA clonado será DNA animal. Nesse contexto, o DNA "clonado" não significa que queremos clonar um organismo inteiro, é simplesmente o fragmento do gene do interesse.

Se queremos produzir insulina, devemos identificar o segmento de DNA que possui as informações necessárias para a produção de tal proteína.

Após a identificação, o segmento de interesse é cortado e inserido nas bactérias E. coli. Ou seja, as bactérias servem como uma pequena fábrica de produção, e o pesquisador lhe dá as "instruções" inserindo o gene.

Este é o estágio de engenharia genética, que é realizada em pequena escala e por um biólogo molecular ou um bioquímico especializado. Esta etapa requer equipamentos de laboratório básicos, como micropítetas, microcentrífugas, enzimas de restrição e um equipamento para realizar géis de eletroforese.

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Para entender o bioprocesso, não é um requisito.

Quantificar

Após o processo de clonagem, a etapa a seguir é medir o crescimento e as características das células recombinantes da etapa anterior. Para executá -lo, você deve ter habilidades em microbiologia e cinética.

Deve -se levar em consideração que todas as variáveis ​​ambientais, como temperatura, composição média e pH, são ótimas, para garantir a produção máxima. Nesta etapa, alguns parâmetros como taxa de crescimento celular, produtividade e produto específicos são quantificados.

Aumento da escala

Depois que a metodologia já foi padronizada para produzir a substância desejada, a escala de produção é aumentada e 1 ou 2 litros da colheita são preparados em um biorreator.

Nisso você deve continuar mantendo as condições de temperatura e pH. Atenção especial deve ser mantida para a concentração de oxigênio que as necessidades da colheita.

Posteriormente, os pesquisadores estão aumentando a escala de produção cada vez mais, produzindo até 1.000 litros (a quantidade também depende do produto desejado).

-Estágios de fermentação

Como mencionamos, os bioprocessos são muito amplos e nem todos envolvem as etapas descritas na seção anterior. Por exemplo, a fermentação no exemplo concreto e clássico de um bioprocesso. Nisso, são usados ​​microorganismos, como fungos e bactérias.

Os microorganismos crescem em um meio com carboidratos que usarão para crescimento. Dessa forma, os resíduos que eles produzem são aqueles que têm valor industrial. Entre eles, temos álcool, ácido lático, entre outros.

Uma vez que a substância de interesse é produzida pelo microorganismo, ela prossegue para sua concentração e purificação. Alimentos sem fim (pão, iogurte) e bebidas (cervejas, vinho, entre outros) valiosos para o consumo humano são feitos usando este bioprocesso.

Referências

1. Cragnolini, a. (1987). Questões de política científica e tecnológica: materiais e sessões do segundo seminário ibero-americano Jorge Sabato, da política científica e de tecnologia, Madri, de 2 a 6 de junho de 1986. Imprensa editorial do CSIC-CSIC.
2. Duke, J. P. (2010). Biotecnologia. Netbiblo.
3. Doran, p. M. (novecentos e noventa e cinco). Princípios de engenharia de bioprocessos. Elsevier.
4. Conselho Nacional de Pesquisa. (1992). Colocando a biotecnologia para o trabalho: engenharia de bioprocessos. National Academies Press.
5. Najafpour, g. (2015). Engenharia Bioquímica e Biotecnologia. Elsevier.