BIOPROCESSI: CARATTERISTICHE, TIPOLOGIE, VANTAGGI E FASI - BIOLOGIA - 2025

Un bioprocesso è una metodologia specifica che utilizza cellule viventi, o anche altri componenti di esse (enzimi, organelli, tra gli altri), per ottenere l'ottenimento di un prodotto desiderato per l'industria o per i benefici dell'essere umano. Il bioprocesso permette di ottenere prodotti già noti, in condizioni ambientali ottimali, con una qualità superiore rispetto al modo tradizionale di generarlo.

Allo stesso modo, i bioprocessi consentono di ottenere organismi geneticamente modificati che possono essere utilizzati per migliorare l'efficienza di processi specifici (enzimi o proteine ​​da utilizzare nei trattamenti medici, come l'insulina) o essere consumati direttamente dall'essere umano. umano.

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La società e la tecnologia possono utilizzare bioprocessi in diverse aree per portare a tecniche nuove e migliori. È applicabile a diverse aree come la produzione di alimenti, inducendo miglioramenti in questi, creando medicinali, controllando l'inquinamento di diversi tipi e controllando anche il riscaldamento globale.

Attualmente, i vari bioprocessi nel settore hanno avuto un impatto positivo e sono stati fatti milioni di dollari di investimenti per promuovere la loro crescita.

caratteristiche

Nelle scienze della biotecnologia, un bioprocesso è un processo che utilizza una particolare entità biologica che genera come prodotto una sostanza di un certo valore aggiunto.

Cioè, l'uso di una cellula, un microrganismo o una porzione di cellula genera un prodotto desiderato dal ricercatore, che può avere applicazioni in alcune aree.

Inoltre, c'è l'ingegneria dei bioprocessi, che cerca di progettare e sviluppare attrezzature per la fabbricazione di un'ampia varietà di prodotti, legati all'agricoltura, alla generazione di cibo e medicinali, alla creazione di prodotti chimici, tra gli altri, a partire da materiali biologici.

Grazie all'esistenza dell'ingegneria dei bioprocessi, la biotecnologia può tradursi in vantaggi per la società.

Obiettivi dei bioprocessi

Biologi e ingegneri che partecipano allo sviluppo di bioprocessi cercano di promuovere l'implementazione di questa tecnologia, poiché consente:

-Attraverso i bioprocessi si possono generare sostanze chimiche di valore significativo. Tuttavia, le quantità generalmente prodotte sono piuttosto piccole.

-Bioprocessi consentono la sintesi o la modifica di prodotti già ottenuti per via tradizionale sfruttando l'attività di microrganismi precedentemente isolati. Questi possono essere amminoacidi o altri materiali organici, cibo, tra gli altri.

-Trasformazione di sostanze in volumi considerevoli, come gli alcoli. Queste procedure spesso coinvolgono sostanze di scarso valore.

-Attraverso l'uso di organismi o parti di questi, residui e rifiuti tossici possono essere degradati per trasformarli in sostanze facilmente riciclabili. Questi processi sono rilevanti anche nell'industria mineraria, con la concentrazione di metalli e lo sfruttamento delle miniere vergini.

Vantaggi e svantaggi dell'applicazione dei bioprocessi

-Vantaggio

L'esistenza di bioprocessi fornisce una serie di vantaggi eccezionali, compreso il risparmio energetico per il trattamento delle sostanze, come segue:

Condizioni amichevoli per i lavoratori

La maggior parte dei bioprocessi utilizza enzimi, che sono catalizzatori proteici in natura. Questi lavorano a temperatura, livello di acidità e pressione simili a quelli a cui resistono gli organismi viventi, per questo i processi avvengono in condizioni "amichevoli".

Al contrario, con le temperature e le pressioni estreme a cui lavorano i catalizzatori chimici utilizzati nei processi tradizionali. Oltre a risparmiare energia, lavorare in condizioni favorevoli all'uomo rende la procedura più sicura e facilita il processo.

Un'altra conseguenza di questo fatto è la riduzione dell'impatto ambientale, poiché i prodotti delle reazioni enzimatiche non sono rifiuti tossici. In contrasto con i rifiuti prodotti con metodologie standard.

I complessi di produzione sono più piccoli, più semplici e abbastanza flessibili, quindi non è necessario un grande investimento di capitale.

-Disadvantages

Sebbene i bioprocessi abbiano molti vantaggi, ci sono ancora punti deboli all'interno delle metodologie applicate, come:

Contaminazione

Uno dei più importanti è una conseguenza intrinseca del lavoro con i sistemi biologici: la suscettibilità alla contaminazione. Per questo motivo deve essere lavorato in condizioni asettiche molto controllate.

Nel caso in cui le colture vengano contaminate, i microrganismi, i catalizzatori oi prodotti ottenuti possono essere distrutti o perdere la loro funzionalità, causando notevoli perdite all'industria.

Genera raccolti su larga scala

Un altro problema è legato alla manipolazione degli organismi del lavoro. In generale, i laboratori di genetica e biologia molecolare lavorano con i microrganismi su piccola scala, dove la loro coltura e lo sviluppo ottimale sono più facili.

Tuttavia, estrapolare il processo alla coltivazione di massa di microrganismi pone una serie di ostacoli.

Metodologicamente parlando, la produzione su larga scala di microrganismi è complicata e se non viene eseguita nel modo corretto, può portare a instabilità genetica del sistema ed eterogeneità degli organismi in crescita.

I produttori cercano di avere un raccolto omogeneo per massimizzare la produzione della sostanza in questione. Tuttavia, il controllo della variabilità che troviamo in tutti i sistemi biologici è un problema su larga scala.

In conclusione, la produzione di microrganismi per uso industriale non è semplicemente aumentare la produzione effettuata in laboratorio, poiché questo cambiamento di scala comporta una serie di inconvenienti.

tipi

L'utilizzo di microrganismi o altre entità biologiche per la produzione di sostanze di interesse per l'uomo è molto vario. Nella produzione, i composti di scarto possono essere isolati dal microrganismo per essere purificati e utilizzati.

Allo stesso modo, l'organismo può essere modificato applicando strumenti di ingegneria genetica alla produzione diretta. Questa metodologia apre una gamma di possibilità dei prodotti che possono essere ottenuti.

In altri casi, potrebbe essere l'organismo geneticamente modificato (e non ciò che può essere prodotto con esso) a interessare.

Fasi di un bioprocesso

Poiché il termine "bioprocesso" comprende una serie di tecniche molto eterogenea e diversificata, è difficile comprendere le sue fasi.

-Fase per produrre insulina

Se stai lavorando con organismi modificati in laboratorio, il primo passo è la modifica. Per descrivere una metodologia specifica, descriveremo la produzione di un tipico DNA ricombinante di un prodotto come l'insulina, l'ormone della crescita o qualsiasi altro prodotto comune.

Manipolazione genetica

Per portare il prodotto sul mercato, l'organismo ospite deve essere manipolato geneticamente. In questo caso, l'organismo è solitamente Escherichia coli e il DNA clonato sarà DNA animale. In questo contesto, DNA "clonato" non significa che vogliamo clonare un intero organismo, è semplicemente il frammento del gene di interesse.

Se vogliamo produrre insulina, dobbiamo identificare il segmento di DNA che ha le informazioni necessarie per la produzione di detta proteina.

Dopo l'identificazione, il segmento di interesse viene tagliato e inserito nel batterio E. coli. Cioè, il batterio funge da piccola fabbrica di produzione e il ricercatore gli dà le "istruzioni" inserendo il gene.

Questa è la fase dell'ingegneria genetica, che viene eseguita su piccola scala e da un biologo molecolare o da un biochimico specializzato. In questa fase, sono necessarie apparecchiature di laboratorio di base, come micropipette, microcentrifughe, enzimi di restrizione e apparecchiature per produrre gel per elettroforesi.

Per comprendere il bioprocesso non è necessario comprendere tutti i dettagli che la clonazione implica, l'importante è capire che i livelli di espressione del prodotto desiderato devono essere ottimali e anche la stabilità del prodotto deve essere adeguata.

Quantificare

Dopo il processo di clonazione, il passaggio successivo consiste nel misurare la crescita e le caratteristiche delle cellule ricombinanti del passaggio precedente. Per fare questo, devi avere competenze in microbiologia e cinetica.

Si deve tenere conto che tutte le variabili ambientali come temperatura, composizione del mezzo e pH sono ottimali, per garantire la massima produzione. In questa fase vengono quantificati alcuni parametri come il tasso di crescita cellulare, la produttività specifica e il prodotto.

Aumento di scala

Dopo che la metodologia per produrre la sostanza desiderata è stata standardizzata, la scala di produzione viene aumentata e 1 o 2 litri di coltura vengono preparati in un bioreattore.

In questo caso, le condizioni di temperatura e pH devono continuare a essere mantenute. Particolare attenzione deve essere prestata alla concentrazione di ossigeno richiesta dalla coltura.

Successivamente, i ricercatori stanno aumentando sempre più la scala di produzione, arrivando fino a 1.000 litri (la quantità dipende anche dal prodotto desiderato).

-Fasi di fermentazione

Come accennato, i bioprocessi sono molto ampi e non tutti coinvolgono i passaggi descritti nella sezione precedente. Ad esempio, la fermentazione nel concreto e classico esempio di bioprocesso. In questo vengono utilizzati microrganismi, come funghi e batteri.

I microrganismi crescono in un mezzo con carboidrati che useranno per la loro crescita. In questo modo, i prodotti di scarto che producono sono quelli che hanno valore industriale. Tra questi abbiamo l'alcol, l'acido lattico, tra gli altri.

Una volta che la sostanza di interesse è prodotta dal microrganismo, viene concentrata e purificata. Cibi infiniti (pane, yogurt) e bevande (birre, vino, tra gli altri) preziosi per il consumo umano sono realizzati utilizzando questo bioprocesso.

Riferimenti

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