BIOPROCESSOS: CARACTERÍSTIQUES, TIPUS, AVANTATGES I ETAPES - BIOLOGIA - 2025

Un bioprocés és una metodologia específica que fa servir cèl·lules vives, o també altres components de les mateixes (enzims, orgànuls, entre d'altres), per aconseguir l'obtenció d'algun producte desitjat per a la indústria o per a beneficis de l'ésser humà. El bioprocés permet l'obtenció de productes ja coneguts, sota condicions ambientals òptimes, amb una qualitat superior a la manera de generar-tradicionalment.

De la mateixa manera, els bioprocessos permeten l'obtenció d'organismes modificats genèticament que poden ser usats amb l'objectiu de millorar l'eficiència de processos puntuals (enzims o proteïnes per a ser usades en tractaments mèdics, com la insulina) o bé ser consumits directament per l'ésser humà.

Font: pixabay.com

La societat i la tecnologia poden usar els bioprocessos en diferents àrees per conduir a millors ia noves tècniques. És aplicable a diferents àrees com la fabricació d'aliments, induir millores en aquests, creació de medicaments, controlar la contaminació de diferents tipus i també a el control de l'escalfament global.

Actualment, els diversos bioprocessos amb què compta la indústria han tingut un impacte positiu i s'han fet inversions milionàries per fomentar el seu creixement.

Característiques

En les ciències de la biotecnologia, un bioprocés és un procés que utilitza alguna entitat biològica particular que genera com a producte alguna substància de valor afegit determinat.

És a dir, l'ús d'alguna cèl·lula, microorganisme o porció cel·lular genera un producte desitjat per l'investigador, que pot tenir aplicacions en alguna àrea.

A més, hi ha l'enginyeria de l'bioprocesamiento, la qual busca dissenyar i desenvolupar equips per a la manufacturació d'una àmplia diversitat de productes, relacionada amb l'agricultura, la generació d'aliments i medicines, creació de químics, entre d'altres, partint de materials biològics.

Gràcies a l'existència de l'enginyeria dels bioprocessos, la biotecnologia pot traduir-se en beneficis per a la societat.

Objectius dels bioprocessos

Els biòlegs i enginyers que participen en el desenvolupament de bioprocessos busquen fomentar la implementació d'aquesta tecnologia, ja que permet:

-Per mitjà dels bioprocessos es poden generar productes químics d'un valor important. No obstant això, les quantitats que generalment són produïdes són una mica reduïdes.

-Els bioprocessos permeten la síntesi o modificació de productes ja obtinguts per la via tradicional usant l'activitat de microorganismes aïllats prèviament. Aquests poden ser aminoàcids o altres materials orgànics, aliments, entre d'altres.

-Transformació de substàncies en volums considerables, com els alcohols. Aquests procediments solen involucrar a substàncies amb poc valor.

-Mitjançant l'ús d'organismes o parts d'aquests es poden degradar residus i deixalles tòxics per transformar-los en substàncies de fàcil reciclatge. Aquests processos també tenen rellevància en la indústria minera, amb la concentració de metalls i explotació de mines verges.

Avantatges i desavantatges de l'aplicació de bioprocessos

-Avantatges

L'existència de bioprocessos atorga una sèrie d'avantatges resaltantes, entre elles l'estalvi d'energia per al processament de substàncies, de la següent manera:

Condicions amigables per als treballadors

La majoria dels bioprocessos utilitzen enzims, que són catalitzadors de naturalesa proteica. Aquests treballen a una temperatura, nivell d'acidesa i pressió similars a les que resisteixen els organismes vius, per això els processos ocorren a condicions "amigables".

En contrast, amb les temperatures i pressions extremes als quals treballen els catalitzadors químics usats en els procediments tradicionals. A més d'estalviar energia, treballar a condicions amigables per ser humà fa que el procediment sigui més segur i facilita el procés.

Una altra conseqüència d'aquest fet és la reducció de l'impacte ambiental, ja que els productes de les reaccions enzimàtiques no són deixalles tòxics. En contrast amb les deixalles produïts per les metodologies estàndard.

Els complexos manufacturers són més petits, simples i bastants flexibles, de manera que no cal realitzar una inversió de capital elevada.

-Desventajas

Tot i que els bioprocessos tenen molts avantatges, hi ha encara punts febles dins de les metodologies aplicades, com:

contaminació

Un dels més importants és una conseqüència intrínseca de treballar amb sistemes biològics: la susceptibilitat a la contaminació. Per això, s'ha de treballar sota condicions asèptiques molt controlades.

En el cas que els cultius arribin a contaminar, els microorganismes, els catalitzadors o els productes que s'obté poden ser destruïts o perdre la seva funcionalitat, ocasionant pèrdues considerables a la indústria.

Generar cultius a gran escala

Un altre problema està relacionat amb la manipulació dels organismes de la feina. Generalment, els laboratoris de genètica i biologia molecular treballen amb microorganismes a petita escala, on és més fàcil el seu cultiu i desenvolupament òptim.

No obstant això, extrapolar el procés a el cultiu massiu dels microorganismes suposa una sèrie d'obstacles.

Metodològicament parlant, és complicada la producció a gran escala de microorganismes i si no es realitza de la manera correcta pot portar a la inestabilitat genètica de el sistema ja l'heterogeneïtat dels organismes en creixement.

Els productors busquen tenir un cultiu homogeni per aconseguir maximitzar la producció de la substància en qüestió. No obstant això, controlar la variabilitat que trobem en els tots els sistemes biològics és un problema a gran escala.

En conclusió, la producció de microorganismes per a l'ús industrial no és simplement augmentar la producció que es realitza al laboratori, ja que aquest canvi d'escala comporta una sèrie d'inconvenients.

tipus

L'ús de microorganismes o altres ens biològics per a la producció de substàncies amb interès per l'humà és molt variat. En la producció, es pot aïllar els compostos de rebuig de l'microorganisme per ser purificat i usat.

De la mateixa manera, l'organisme pot ser modificat mitjançant l'aplicació d'eines de l'enginyera genètica per dirigir la producció. Aquesta metodologia obre un ventall de possibilitats dels productes que es poden obtenir.

En altres casos, pot ser el organismes modificat genèticament (i no el que es pugui produir amb el) el que és d'interès.

Etapes d'un bioprocés

Com el terme "bioprocés" engloba una sèrie molt heterogènia i diversa de tècniques, és complicat englobar les etapes de la mateixa.

-Etapes per produir insulina

Si es treballa amb organismes modificats en el laboratori, el primer pas és la modificació. Per aconseguir descriure una metodologia concreta descriurem la manufacturació d'un ADN recombinant típic d'un producte com la insulina, hormona de creixement o qualsevol altre producte comú.

manipulació genètica

Per portar el producte a la seva comercialització, s'ha de procedir a la manipulació genètica de l'organisme hoste. En aquest cas, l'organisme sol ser Escherichia coli i l'ADN clonat serà ADN animal. En aquest context, l'ADN "clonat" no vol dir que vulguem clonar tot un organisme, és simplement el fragment de el gen d'interès.

Si volem produir la insulina, hem d'identificar el segment d'ADN que té la informació necessària per a la producció d'aquesta proteïna.

Després de la identificació, el segment d'interès es talla i s'insereix en el bacteri E. coli. És a dir, el bacteri serveix com una petita fàbrica de producció, i l'investigador li dóna les "instruccions" mitjançant la inserció d'el gen.

Aquesta és l'etapa d'enginyeria genètica, que es realitza a petita escala i per un biòleg molecular o bioquímic especialitzat. En aquest pas es requereix d'equip de laboratori bàsic, com micropipetes, microcentrífugas, enzims de restricció i un equip per realitzar gels d'electroforesi.

Per entendre el bioprocés, no és un requisit entendre tots els detalls que implica la clonació, l'important és comprendre que els nivells d'expressió del producte desitjat han de ser òptims i l'estabilitat del producte també ha de ser l'adequada.

quantificar

Després de l'procés de clonació, el pas que segueix és mesurar el creixement i les característiques de les cèl·lules recombinants de el pas anterior. Per realitzar-ho, s'ha de comptar amb habilitats en microbiologia i en cinètica.

S'ha de tenir en compte que totes les variables ambientals com temperatura, composició de l'mig i pH siguin òptimes, per assegurar la màxima producció. En aquest pas es quantifiquen alguns paràmetres com taxa de el creixement cel·lular, productivitat específica i el producte.

Augment en l'escala

Després que ja es tenen estandarditzada la metodologia per produir la substància desitjada, es procedeix a augmentar l'escala de producció, i es preparen 1 o 2 litres d'el cultiu en un bioreactor.

En aquest s'han de seguir mantenint les condicions de temperatura i pH. S'ha de mantenir especial atenció a la concentració d'oxigen que necessita el cultiu.

Posteriorment, els investigadors van augmentant cada vegada més l'escala de producció, arribant a produir fins a 1.000 litres (també la quantitat depèn de l'producte desitjat).

-Etapes de la fermentació

Com esmentem, els bioprocessos són molt amplis i no tots involucren els passos descrits en l'apartat anterior. Per exemple, la fermentació en l'exemple concret i clàssic d'un bioprocés. En aquest s'usen microorganismes, com fongs i bacteris.

Els microorganismes creixen en un medi amb carbohidrats que usaran per al seu creixement. D'aquesta manera, el producte de rebuig que aquests produeixen són els que tenen valor industrial. Entre aquests tenim l'alcohol, l'àcid làctic, entre d'altres.

Una vegada que la substància d'interès és produïda pel microorganisme, es procedeix a la seva concentració i purificació. Una infinitat d'aliments (pa, iogurt) i begudes (cerveses, vi, entre d'altres) valuoses per al consum humà es realitzen usant aquest bioprocés.

referències

1. Cragnolini, A. (1987). Qüestions de política científica i tecnològica: materials i sessions de el segon Seminari Iberoamericà Jorge Sabato de Política Científica i Tecnològica, Madrid, 2-6 de juny de 1986. Editorial CSIC-CSIC Press.
2. Duc, JP (2010). Biotecnologia. Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Bioprocess engineering principles. Elsevier.
4. National Research Council. (1992). Putting Biotechnology to work: bioprocess engineering. National Academies Press.
5. Najafpour, G. (2015). Biochemical engineering and biotechnology. Elsevier.