QUY TRÌNH SINH HỌC: ĐẶC ĐIỂM, LOẠI, ƯU ĐIỂM VÀ GIAI ĐOẠN - SINH HỌC - 2025

Quy trình sinh học là một phương pháp luận cụ thể sử dụng các tế bào sống, hoặc các thành phần khác của chúng (enzym, bào quan, trong số những tế bào khác), để đạt được sản phẩm mong muốn cho ngành công nghiệp hoặc cho lợi ích của con người. Quy trình sinh học cho phép thu được các sản phẩm đã biết, trong điều kiện môi trường tối ưu, với chất lượng cao hơn so với cách tạo ra nó truyền thống.

Theo cách tương tự, quy trình sinh học cho phép thu được các sinh vật biến đổi gen có thể được sử dụng để cải thiện hiệu quả của các quy trình cụ thể (enzym hoặc protein được sử dụng trong điều trị y tế, chẳng hạn như insulin) hoặc được tiêu thụ trực tiếp bởi con người. Nhân loại.

Nguồn: pixabay.com

Xã hội và công nghệ có thể sử dụng các quy trình sinh học trong các lĩnh vực khác nhau để dẫn đến các kỹ thuật mới và tốt hơn. Nó được áp dụng cho các lĩnh vực khác nhau như sản xuất thực phẩm, tạo ra những cải tiến trong lĩnh vực này, tạo ra thuốc, kiểm soát ô nhiễm các loại khác nhau và cũng kiểm soát sự nóng lên toàn cầu.

Hiện tại, các quy trình xử lý sinh học khác nhau trong ngành đã có tác động tích cực và hàng triệu đô la đầu tư đã được thực hiện để thúc đẩy tăng trưởng của họ.

nét đặc trưng

Trong khoa học công nghệ sinh học, quy trình sinh học là một quá trình sử dụng một số thực thể sinh học cụ thể tạo ra một sản phẩm một số chất có giá trị gia tăng nhất định.

Đó là, việc sử dụng một tế bào, vi sinh vật hoặc một phần tế bào tạo ra một sản phẩm mà nhà nghiên cứu mong muốn, có thể có ứng dụng trong một số lĩnh vực.

Ngoài ra, còn có kỹ thuật xử lý sinh học, tìm cách thiết kế và phát triển các thiết bị để sản xuất nhiều loại sản phẩm, liên quan đến nông nghiệp, sản xuất thực phẩm và y học, tạo ra các chất hóa học, bắt đầu từ các vật liệu sinh học.

Nhờ sự tồn tại của kỹ thuật xử lý sinh học, công nghệ sinh học có thể chuyển thành lợi ích cho xã hội.

Mục tiêu của quy trình sinh học

Các nhà sinh học và kỹ sư tham gia phát triển quy trình sinh học tìm cách thúc đẩy việc triển khai công nghệ này, vì nó cho phép:

-Thông qua các quá trình xử lý sinh học, các hóa chất có giá trị đáng kể có thể được tạo ra. Tuy nhiên, số lượng thường được sản xuất hơi nhỏ.

-Bioprocesses cho phép tổng hợp hoặc sửa đổi các sản phẩm đã thu được bằng con đường truyền thống sử dụng hoạt động của các vi sinh vật đã được phân lập trước đó. Đây có thể là axit amin hoặc các vật liệu hữu cơ khác, thực phẩm, trong số những loại khác.

-Chuyển hóa các chất với khối lượng đáng kể, chẳng hạn như rượu. Các quy trình này thường liên quan đến các chất có giá trị nhỏ.

-Thông qua việc sử dụng các sinh vật hoặc các bộ phận của chúng, các chất cặn bã và chất thải độc hại có thể bị phân huỷ để biến chúng thành các chất có thể dễ dàng tái chế. Các quá trình này cũng có liên quan trong ngành khai thác mỏ, với nồng độ kim loại và khai thác các mỏ nguyên khai.

Ưu điểm và nhược điểm của việc áp dụng các quy trình sinh học

-Lợi thế

Sự tồn tại của các quá trình xử lý sinh học mang lại một loạt các ưu điểm vượt trội, bao gồm cả việc tiết kiệm năng lượng để xử lý các chất, như sau:

Điều kiện thân thiện cho người lao động

Hầu hết các quá trình xử lý sinh học đều sử dụng enzyme, là chất xúc tác protein trong tự nhiên. Chúng hoạt động ở nhiệt độ, mức độ axit và áp suất tương tự như nhiệt độ mà các sinh vật sống chống lại, vì lý do này, các quá trình xảy ra trong các điều kiện "thân thiện".

Ngược lại, với nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt mà các chất xúc tác hóa học được sử dụng trong các quy trình truyền thống hoạt động. Ngoài việc tiết kiệm năng lượng, làm việc trong điều kiện thân thiện với con người làm cho quy trình an toàn hơn và làm cho quy trình dễ dàng hơn.

Một hệ quả khác của thực tế này là giảm tác động đến môi trường, vì sản phẩm của các phản ứng enzym không phải là chất thải độc hại. Ngược lại với chất thải được tạo ra bằng các phương pháp luận tiêu chuẩn.

Các tổ hợp sản xuất nhỏ hơn, đơn giản hơn và khá linh hoạt, do đó không cần đầu tư vốn lớn.

-Nhược điểm

Mặc dù quy trình sinh học có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn có những điểm yếu trong các phương pháp được áp dụng, chẳng hạn như:

Ô nhiễm

Một trong những điều quan trọng nhất là hệ quả nội tại của việc làm việc với các hệ thống sinh học: tính nhạy cảm với ô nhiễm. Vì lý do này, nó phải được làm việc trong điều kiện vô trùng được kiểm soát rất chặt chẽ.

Trong trường hợp cây trồng bị ô nhiễm, các vi sinh vật, chất xúc tác hoặc các sản phẩm thu được có thể bị phá hủy hoặc mất chức năng, gây ra thiệt hại đáng kể cho ngành.

Tạo ra cây trồng quy mô lớn

Một vấn đề khác liên quan đến sự thao túng của các sinh vật lao động. Nói chung, các phòng thí nghiệm di truyền học và sinh học phân tử làm việc với các vi sinh vật ở quy mô nhỏ, nơi việc trồng trọt và phát triển tối ưu của chúng dễ dàng hơn.

Tuy nhiên, việc ngoại suy quá trình để nuôi cấy hàng loạt vi sinh vật đặt ra một loạt trở ngại.

Về mặt phương pháp, việc sản xuất vi sinh vật trên quy mô lớn rất phức tạp và nếu không được thực hiện theo đúng phương pháp, nó có thể dẫn đến sự bất ổn định về di truyền của hệ thống và tính không đồng nhất của các sinh vật đang phát triển.

Các nhà sản xuất tìm cách có một loại cây trồng đồng nhất để tối đa hóa việc sản xuất chất được đề cập. Tuy nhiên, kiểm soát sự biến đổi mà chúng ta tìm thấy trong tất cả các hệ thống sinh học là một vấn đề quy mô lớn.

Kết luận, việc sản xuất vi sinh vật sử dụng trong công nghiệp không chỉ đơn giản là để tăng sản lượng được thực hiện trong phòng thí nghiệm, vì sự thay đổi quy mô này có một loạt nhược điểm.

Các loại

Việc sử dụng vi sinh vật hoặc các thực thể sinh học khác để sản xuất các chất mà con người quan tâm là rất đa dạng. Trong sản xuất, các hợp chất thải có thể được phân lập từ vi sinh vật để được làm sạch và sử dụng.

Tương tự như vậy, sinh vật có thể được biến đổi bằng cách áp dụng các công cụ kỹ thuật di truyền vào sản xuất trực tiếp. Phương pháp luận này mở ra một loạt các khả năng của các sản phẩm có thể thu được.

Trong các trường hợp khác, nó có thể là sinh vật biến đổi gen (chứ không phải sinh vật có thể được tạo ra với nó) được quan tâm.

Các giai đoạn của một quy trình sinh học

Vì thuật ngữ “quy trình sinh học” bao gồm một loạt các kỹ thuật rất không đồng nhất và đa dạng, nên rất khó để bao gồm các giai đoạn của nó.

-Sinh ra insulin

Nếu bạn đang làm việc với các sinh vật biến đổi trong phòng thí nghiệm, bước đầu tiên là sửa đổi. Để mô tả một phương pháp luận cụ thể, chúng tôi sẽ mô tả việc sản xuất DNA tái tổ hợp điển hình của một sản phẩm như insulin, hormone tăng trưởng hoặc bất kỳ sản phẩm thông thường nào khác.

Thao tác di truyền

Để đưa sản phẩm ra thị trường, sinh vật chủ phải được thao tác di truyền. Trong trường hợp này, sinh vật thường là Escherichia coli và DNA được nhân bản sẽ là DNA động vật. Trong bối cảnh này, DNA được "nhân bản" không có nghĩa là chúng ta muốn nhân bản toàn bộ một sinh vật, nó chỉ đơn giản là một đoạn gen quan tâm.

Nếu chúng ta muốn sản xuất insulin, chúng ta phải xác định đoạn DNA có thông tin cần thiết cho việc sản xuất protein nói trên.

Sau khi xác định, đoạn quan tâm được cắt và đưa vào vi khuẩn E.coli. Đó là, vi khuẩn phục vụ như một nhà máy sản xuất nhỏ, và nhà nghiên cứu đưa ra "hướng dẫn" cho nó bằng cách chèn gen vào.

Đây là giai đoạn của kỹ thuật di truyền, được thực hiện ở quy mô nhỏ và bởi một nhà sinh học phân tử hoặc một nhà hóa sinh chuyên ngành. Trong bước này, cần có các thiết bị phòng thí nghiệm cơ bản, chẳng hạn như micropipet, máy ly tâm siêu nhỏ, enzym giới hạn và thiết bị để tạo gel điện di.

Để hiểu quy trình sinh học, không bắt buộc phải hiểu tất cả các chi tiết mà nhân bản ngụ ý, điều quan trọng là hiểu rằng các mức độ biểu hiện của sản phẩm mong muốn phải tối ưu và độ ổn định của sản phẩm cũng phải đầy đủ.

Định lượng

Sau quá trình nhân bản, bước tiếp theo là đo sự phát triển và đặc điểm của các tế bào tái tổ hợp từ bước trước. Để làm được điều này, bạn phải có kỹ năng về vi sinh và động học.

Cần phải lưu ý rằng tất cả các biến môi trường như nhiệt độ, thành phần của môi trường và độ pH là tối ưu, để đảm bảo sản xuất tối đa. Trong bước này, một số thông số như tốc độ phát triển tế bào, năng suất cụ thể và sản phẩm được định lượng.

Tăng quy mô

Sau khi phương pháp luận để tạo ra chất mong muốn đã được tiêu chuẩn hóa, quy mô sản xuất được tăng lên, và 1 hoặc 2 lít dịch nuôi cấy được chuẩn bị trong lò phản ứng sinh học.

Trong điều kiện này, nhiệt độ và điều kiện pH phải tiếp tục được duy trì. Đặc biệt phải chú ý đến nồng độ oxy theo yêu cầu của quá trình nuôi cấy.

Sau đó, các nhà nghiên cứu ngày càng tăng quy mô sản xuất, lên đến 1.000 lít (số lượng cũng tùy thuộc vào sản phẩm mong muốn).

-Các giai đoạn lên men

Như chúng tôi đã đề cập, quy trình sinh học rất rộng và không phải tất cả đều liên quan đến các bước được mô tả trong phần trước. Ví dụ, lên men trong một ví dụ cụ thể và cổ điển của một quy trình sinh học. Trong vi sinh vật này được sử dụng, chẳng hạn như nấm và vi khuẩn.

Các vi sinh vật phát triển trong môi trường có cacbohydrat mà chúng sẽ sử dụng để phát triển. Theo cách này, phế phẩm mà họ tạo ra là những phế phẩm có giá trị công nghiệp. Trong số này chúng ta có rượu, axit lactic, trong số những loại khác.

Khi chất quan tâm được tạo ra bởi vi sinh vật, nó sẽ được cô đặc và tinh chế. Thực phẩm vô tận (bánh mì, sữa chua) và đồ uống (bia, rượu vang, v.v.) có giá trị cho con người được tạo ra bằng quy trình sinh học này.

Người giới thiệu

1. Cragnolini, A. (1987). Các vấn đề về chính sách khoa học và công nghệ: các tài liệu và phiên họp của Hội thảo Jorge Sabato Ibero-American lần thứ hai về Chính sách Khoa học và Công nghệ, Madrid, ngày 2-6 tháng 6 năm 1986. Biên tập CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Công nghệ sinh học Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Nguyên tắc kỹ thuật xử lý sinh học. Elsevier.
4. Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia. (1992). Đưa Công nghệ sinh học vào hoạt động: kỹ thuật xử lý sinh học. Nhà xuất bản Học viện Quốc gia.
5. Najafpour, G. (2015). Kỹ thuật sinh hóa và công nghệ sinh học. Elsevier.