BIOPROZESSE: EIGENSCHAFTEN, TYPEN, VORTEILE UND STADIEN - BIOLOGIE - 2025

Ein Bioprozess ist eine spezifische Methode, bei der lebende Zellen oder auch andere Komponenten davon (Enzyme, Organellen usw.) verwendet werden, um ein gewünschtes Produkt für die Industrie oder zum Nutzen des Menschen zu erhalten. Der Bioprozess ermöglicht die Gewinnung bereits bekannter Produkte unter optimalen Umgebungsbedingungen mit einer höheren Qualität als bei der herkömmlichen Erzeugung.

Auf die gleiche Weise ermöglichen Bioprozesse die Gewinnung genetisch veränderter Organismen, die verwendet werden können, um die Effizienz bestimmter Prozesse zu verbessern (Enzyme oder Proteine, die in medizinischen Behandlungen wie Insulin verwendet werden sollen) oder direkt vom Menschen konsumiert werden können. Mensch.

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Gesellschaft und Technologie können Bioprozesse in verschiedenen Bereichen nutzen, um zu besseren und neuen Techniken zu führen. Es ist auf verschiedene Bereiche anwendbar, z. B. die Lebensmittelherstellung, die Verbesserung dieser Bereiche, die Herstellung von Arzneimitteln, die Kontrolle der Verschmutzung verschiedener Art und auch die Kontrolle der globalen Erwärmung.

Derzeit haben sich die verschiedenen Bioprozesse in der Branche positiv ausgewirkt, und es wurden Investitionen in Millionenhöhe getätigt, um ihr Wachstum zu fördern.

Eigenschaften

In den Wissenschaften der Biotechnologie ist ein Bioprozess ein Prozess, bei dem eine bestimmte biologische Einheit verwendet wird, die als Produkt eine Substanz mit einem bestimmten Mehrwert erzeugt.

Das heißt, die Verwendung einer Zelle, eines Mikroorganismus oder eines Zellteils erzeugt ein vom Forscher gewünschtes Produkt, das in einem bestimmten Bereich Anwendung finden kann.

Darüber hinaus gibt es die Bioverarbeitungstechnik, die Geräte für die Herstellung einer Vielzahl von Produkten entwerfen und entwickeln soll, unter anderem in Bezug auf die Landwirtschaft, die Erzeugung von Lebensmitteln und Medikamenten sowie die Herstellung von Chemikalien, ausgehend von biologischen Materialien.

Dank der Existenz von Bioverfahrenstechnik kann Biotechnologie zu Vorteilen für die Gesellschaft führen.

Ziele von Bioprozessen

Biologen und Ingenieure, die an der Entwicklung von Bioprozessen beteiligt sind, versuchen, die Implementierung dieser Technologie zu fördern, da dies Folgendes ermöglicht:

- Durch Bioprozesse können Chemikalien von erheblichem Wert erzeugt werden. Die im Allgemeinen produzierten Mengen sind jedoch etwas gering.

-Bioprozesse ermöglichen die Synthese oder Modifikation von Produkten, die bereits auf herkömmlichem Weg erhalten wurden, unter Verwendung der Aktivität zuvor isolierter Mikroorganismen. Dies können Aminosäuren oder andere organische Materialien sein, unter anderem Lebensmittel.

-Transformation von Substanzen in beträchtlichen Mengen, wie Alkoholen. Bei diesen Verfahren handelt es sich häufig um Substanzen mit geringem Wert.

- Durch die Verwendung von Organismen oder Teilen davon können Rückstände und Giftmüll abgebaut werden, um sie in Substanzen umzuwandeln, die leicht recycelt werden können. Diese Prozesse sind auch im Bergbau relevant, mit der Konzentration von Metallen und der Ausbeutung von jungfräulichen Minen.

Vor- und Nachteile der Anwendung von Bioprozessen

-Vorteil

Das Vorhandensein von Bioprozessen bietet eine Reihe herausragender Vorteile, einschließlich Energieeinsparungen bei der Verarbeitung von Substanzen wie folgt:

Freundliche Bedingungen für die Arbeiter

Die meisten Bioprozesse verwenden Enzyme, die in der Natur Proteinkatalysatoren sind. Diese arbeiten bei einer Temperatur, einem Säuregehalt und einem Druck, die denen leben, denen lebende Organismen widerstehen. Aus diesem Grund finden die Prozesse unter "freundlichen" Bedingungen statt.

Im Gegensatz zu den extremen Temperaturen und Drücken, bei denen die in traditionellen Verfahren verwendeten chemischen Katalysatoren arbeiten. Das Arbeiten unter menschenfreundlichen Bedingungen spart nicht nur Energie, sondern macht das Verfahren auch sicherer und einfacher.

Eine weitere Folge dieser Tatsache ist die Verringerung der Umweltbelastung, da die Produkte der enzymatischen Reaktionen keine giftigen Abfälle sind. Im Gegensatz zu den Abfällen, die durch Standardmethoden erzeugt werden.

Fertigungskomplexe sind kleiner, einfacher und ziemlich flexibel, sodass keine großen Kapitalinvestitionen erforderlich sind.

-Nachteile

Obwohl Bioprozesse viele Vorteile haben, gibt es immer noch Schwachstellen in den angewandten Methoden, wie zum Beispiel:

Kontamination

Eine der wichtigsten ist eine intrinsische Konsequenz der Arbeit mit biologischen Systemen: die Anfälligkeit für Kontaminationen. Aus diesem Grund muss es unter sehr kontrollierten aseptischen Bedingungen gearbeitet werden.

Im Falle einer Kontamination der Pflanzen können die Mikroorganismen, die Katalysatoren oder die erhaltenen Produkte zerstört werden oder ihre Funktionalität verlieren, was zu erheblichen Verlusten für die Industrie führt.

Generieren Sie großflächige Ernten

Ein weiteres Problem betrifft die Manipulation von Arbeitsorganismen. Im Allgemeinen arbeiten Genetik- und Molekularbiologielabors in kleinem Maßstab mit Mikroorganismen, deren Kultivierung und optimale Entwicklung einfacher sind.

Die Extrapolation des Prozesses auf die Massenkultivierung von Mikroorganismen birgt jedoch eine Reihe von Hindernissen.

Methodisch gesehen ist die Produktion von Mikroorganismen in großem Maßstab kompliziert und kann, wenn sie nicht richtig durchgeführt wird, zu einer genetischen Instabilität des Systems und zur Heterogenität wachsender Organismen führen.

Die Erzeuger streben eine homogene Ernte an, um die Produktion des betreffenden Stoffes zu maximieren. Die Kontrolle der Variabilität, die wir in allen biologischen Systemen finden, ist jedoch ein großes Problem.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Produktion von Mikroorganismen für industrielle Zwecke nicht nur dazu dient, die im Labor durchgeführte Produktion zu steigern, da diese Änderung des Maßstabs eine Reihe von Nachteilen mit sich bringt.

Typen

Die Verwendung von Mikroorganismen oder anderen biologischen Einheiten zur Herstellung von Substanzen, die für den Menschen von Interesse sind, ist sehr unterschiedlich. Bei der Herstellung können Abfallverbindungen aus dem zu reinigenden und zu verwendenden Mikroorganismus isoliert werden.

Ebenso kann der Organismus durch Anwendung gentechnischer Instrumente auf die direkte Produktion verändert werden. Diese Methodik eröffnet eine Reihe von Möglichkeiten der Produkte, die erhalten werden können.

In anderen Fällen kann der genetisch veränderte Organismus (und nicht das, was damit produziert werden kann) von Interesse sein.

Phasen eines Bioprozesses

Da der Begriff „Bioprozess“ eine sehr heterogene und vielfältige Reihe von Techniken umfasst, ist es schwierig, seine Stadien zu erfassen.

-Stufe zur Herstellung von Insulin

Wenn Sie im Labor mit veränderten Organismen arbeiten, ist der erste Schritt die Änderung. Um eine spezifische Methodik zu beschreiben, beschreiben wir die Herstellung einer typischen rekombinanten DNA eines Produkts wie Insulin, Wachstumshormon oder eines anderen gängigen Produkts.

Genetische Manipulation

Um das Produkt auf den Markt zu bringen, muss der Wirtsorganismus genetisch manipuliert werden. In diesem Fall ist der Organismus normalerweise Escherichia coli und die klonierte DNA ist tierische DNA. In diesem Zusammenhang bedeutet "geklonte" DNA nicht, dass wir einen ganzen Organismus klonen wollen, sondern ist einfach das Fragment des interessierenden Gens.

Wenn wir Insulin produzieren wollen, müssen wir das DNA-Segment identifizieren, das die notwendigen Informationen für die Produktion des Proteins enthält.

Nach der Identifizierung wird das interessierende Segment geschnitten und in die E. coli-Bakterien eingefügt. Das heißt, das Bakterium dient als kleine Produktionsfabrik, und der Forscher gibt ihm die "Anweisungen", indem er das Gen einfügt.

Dies ist die Stufe der Gentechnik, die in kleinem Maßstab und von einem Molekularbiologen oder einem spezialisierten Biochemiker durchgeführt wird. In diesem Schritt sind grundlegende Laborgeräte wie Mikropipetten, Mikrozentrifugen, Restriktionsenzyme und Geräte zur Herstellung von Elektrophoresegelen erforderlich.

Um den Bioprozess zu verstehen, ist es nicht erforderlich, alle Details zu verstehen, die das Klonen impliziert. Wichtig ist zu verstehen, dass die Expressionsniveaus des gewünschten Produkts optimal und die Stabilität des Produkts auch angemessen sein müssen.

Quantifizieren

Nach dem Klonierungsprozess besteht der nächste Schritt darin, das Wachstum und die Eigenschaften der rekombinanten Zellen aus dem vorherigen Schritt zu messen. Dazu müssen Sie über Kenntnisse in Mikrobiologie und Kinetik verfügen.

Es muss berücksichtigt werden, dass alle Umgebungsvariablen wie Temperatur, Zusammensetzung des Mediums und pH-Wert optimal sind, um eine maximale Produktion zu gewährleisten. In diesem Schritt werden einige Parameter wie die Zellwachstumsrate, die spezifische Produktivität und das Produkt quantifiziert.

Vergrößerung

Nachdem die Methode zur Herstellung der gewünschten Substanz standardisiert wurde, wird der Produktionsmaßstab erhöht und 1 oder 2 Liter der Kultur werden in einem Bioreaktor hergestellt.

Dabei müssen die Temperatur- und pH-Bedingungen weiterhin eingehalten werden. Besonderes Augenmerk muss auf die von der Kultur geforderte Sauerstoffkonzentration gelegt werden.

In der Folge erhöhen die Forscher zunehmend den Produktionsumfang und erreichen bis zu 1.000 Liter (die Menge hängt auch vom gewünschten Produkt ab).

-Stufen der Fermentation

Wie bereits erwähnt, sind Bioprozesse sehr umfassend und umfassen nicht alle die im vorherigen Abschnitt beschriebenen Schritte. Zum Beispiel Fermentation im konkreten und klassischen Beispiel eines Bioprozesses. Hierbei werden Mikroorganismen wie Pilze und Bakterien eingesetzt.

Die Mikroorganismen wachsen in einem Medium mit Kohlenhydraten, die sie für ihr Wachstum verwenden. Auf diese Weise sind die Abfallprodukte, die sie produzieren, diejenigen, die industriellen Wert haben. Unter diesen haben wir unter anderem Alkohol, Milchsäure.

Sobald die interessierende Substanz vom Mikroorganismus produziert wurde, wird sie konzentriert und gereinigt. Mit diesem Bioprozess werden endlose Lebensmittel (Brot, Joghurt) und Getränke (unter anderem Bier, Wein usw.) hergestellt, die für den menschlichen Verzehr wertvoll sind.

Verweise

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