Bioprocessos: características, tipos, vantagens e etapas

Um bioprocesso é uma metodologia específica que utiliza células vivas ou outros componentes (enzimas, organelas, entre outros), para obter o produto desejado para a indústria ou para o benefício do ser humano.O bioprocesso permite obter produtos já conhecidos, em ótimas condições ambientais, com qualidade superior à maneira de gerá-lo tradicionalmente.

Da mesma forma, os bioprocessos permitem obter organismos geneticamente modificados que podem ser utilizados para melhorar a eficiência de processos específicos (enzimas ou proteínas a serem utilizadas em tratamentos médicos, como a insulina) ou serem consumidos diretamente pelo ser. humano

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Fonte: pixabay.com

A sociedade e a tecnologia podem usar bioprocessos em diferentes áreas para levar a melhores e novas técnicas. É aplicável a diferentes áreas, como a fabricação de alimentos, induzindo melhorias nestes, criando medicamentos, controlando a poluição de diferentes tipos e também controlando o aquecimento global.

Atualmente, os vários bioprocessos que o setor teve um impacto positivo e milhões de investimentos foram feitos para incentivar seu crescimento.

Caracteristicas

Nas ciências da biotecnologia, um bioprocesso é um processo que utiliza uma entidade biológica específica que gera uma certa substância de valor agregado como produto.

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

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

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

Objetivos dos bioprocessos

Biólogos e engenheiros envolvidos no desenvolvimento de bioprocessos buscam incentivar a implementação dessa tecnologia, pois permite:

-Por meio 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 via tradicional utilizando a atividade de microrganismos previamente 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.

-Usando organismos ou partes deles, resíduos tóxicos e resíduos podem ser degradados para transformá-los em substâncias facilmente recicláveis. Esses processos também são relevantes no setor de mineração, com concentração de metais e exploração de minas virgens.

Vantagens e desvantagens da aplicação de bioprocessos

-Vantagens

A existência de bioprocessos oferece uma série de vantagens pendentes, incluindo economia de energia para o processamento de substâncias, como segue:

Condições amigáveis ​​para os trabalhadores

A maioria dos bioprocessos usa enzimas, que são catalisadores de natureza protéica. Eles funcionam a uma temperatura, nível de acidez e pressão semelhantes aos que os organismos vivos resistem, de modo que os processos ocorrem sob condições “amigáveis”.

Em contraste, com as temperaturas e pressões extremas nas quais os catalisadores químicos usados ​​nos procedimentos tradicionais funcionam. Além de economizar energia, trabalhar em condições favoráveis ​​ao 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 por metodologias padrão.

Os complexos de fabricação são menores, simples e bastante flexíveis, portanto, não há necessidade de fazer um alto investimento de capital.

-Desvantagens

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

Poluição

Uma das mais importantes é uma consequência intrínseca do trabalho com sistemas biológicos: suscetibilidade à contaminação. Portanto, o trabalho deve ser realizado sob condições assépticas muito controladas.

Se as culturas forem contaminadas, os microrganismos, catalisadores ou produtos obtidos podem ser destruídos ou perder sua funcionalidade, causando perdas consideráveis ​​para a indústria.

Gerar culturas em larga escala

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

No entanto, extrapolar o processo para a cultura massiva de microorganismos é uma série de obstáculos.

Metodologicamente, a produção em larga escala de microorganismos é complicada e, se não for feita da maneira correta, 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 de larga escala.

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

Tipos

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

Da mesma forma, o corpo pode ser modificado aplicando ferramentas de engenharia genética para direcionar a produção. Essa metodologia abre uma gama de possibilidades para os produtos que podem ser obtidos.

Em outros casos, pode ser de interesse o organismo geneticamente modificado (e não o que pode ser produzido com ele).

Etapas de um bioprocesso

Como o termo “bioprocesso” abrange uma série muito heterogênea e diversa de técnicas, é difícil englobar seus estágios.

– Etapas 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 levar o produto à sua comercialização, é necessário proceder à manipulação genética do organismo hospedeiro. Nesse caso, o organismo é geralmente Escherichia coli e o DNA clonado será o DNA animal. Nesse contexto, o DNA “clonado” não significa que queremos clonar um organismo inteiro, é simplesmente o fragmento do gene de interesse.

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

Após a identificação, o segmento de interesse é cortado e inserido na bactéria E. coli. Ou seja, a bactéria serve como uma pequena fábrica de produção e o pesquisador dá as “instruções” inserindo o gene.

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

Para entender o bioprocesso, não é necessário entender todos os detalhes envolvidos na clonagem, o importante é entender que os níveis de expressão do produto desejado devem ser ótimos e a estabilidade do produto também deve ser adequada.

Quantificar

Após o processo de clonagem, o próximo passo é medir o crescimento e as características das células recombinantes do passo anterior. Para fazer isso, você deve ter habilidades em microbiologia e cinética.

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

Aumento da escala

Após a metodologia de produção da substância desejada já estar padronizada, a escala de produção é aumentada e 1 ou 2 litros da cultura são preparados em um biorreator.

Nesse caso, as condições de temperatura e pH devem continuar sendo mantidas. Atenção especial deve ser dada à concentração de oxigênio necessária à colheita.

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

-Estágios de fermentação

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

Os microrganismos crescem em um meio com carboidratos que eles usarão para seu crescimento. Dessa forma, os resíduos que esses produtos produzem são aqueles que têm valor industrial. Entre esses, 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 intermináveis ​​(pão, iogurte) e bebidas (cervejas, vinhos, entre outros) valiosos para o consumo humano são produzidos com esse bioprocesso.

Referências

  1. Cragnolini, A. (1987).Questões de política científica e tecnológica: materiais e sessões do segundo Seminário Ibero-Americano de Política Científica e Tecnológica Jorge Sabato, Madri, de 2 a 6 de junho de 1986 . Editorial CSIC-CSIC Press.
  2. Duke, JP (2010).Biotecnologia . Netbiblo
  3. Doran, PM (1995).Princípios de engenharia de bioprocessos . Elsevier
  4. Conselho Nacional de Pesquisa (1992).Colocando a biotecnologia em funcionamento: engenharia de bioprocessos . National Academies Press.
  5. Najafpour, G. (2015).Engenharia bioquímica e biotecnologia . Elsevier

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