- مميزات
- أهداف العمليات الحيوية
- مزايا وعيوب تطبيق العمليات الحيوية
- -مميزات
- ظروف ودية للعمال
- -سلبيات
- تلوث اشعاعى
- توليد المحاصيل على نطاق واسع
- أنواع
- مراحل العملية الحيوية
- - مرحلة إنتاج الأنسولين
- التلاعب الجيني
- تحديد الكمية
- زيادة في الحجم
- - مراحل التخمير
- المراجع
و العمليات الحيوية هي منهجية محددة استخدامات الخلايا، أو أيضا المكونات الأخرى التي تعيش منها (الإنزيمات، العضيات، وغيرها)، لتحقيق بالحصول على المنتج المطلوب لصناعة أو لمصلحة الإنسان كائن. تسمح العملية الحيوية بالحصول على منتجات معروفة بالفعل ، في ظل ظروف بيئية مثالية ، بجودة أعلى من الطريقة التقليدية لإنتاجها.
بنفس الطريقة ، تسمح العمليات الحيوية بالحصول على كائنات معدلة وراثيًا يمكن استخدامها لتحسين كفاءة عمليات معينة (إنزيمات أو بروتينات تستخدم في العلاجات الطبية ، مثل الأنسولين) أو أن يستهلكها الإنسان مباشرة. بشري.
المصدر: pixabay.com
يمكن للمجتمع والتكنولوجيا استخدام العمليات الحيوية في مجالات مختلفة لتؤدي إلى تقنيات أفضل وجديدة. إنه قابل للتطبيق في مجالات مختلفة مثل تصنيع الأغذية ، وإحداث تحسينات في هذه المجالات ، وخلق الأدوية ، والسيطرة على التلوث بأنواعه المختلفة ، وكذلك التحكم في الاحتباس الحراري.
حاليًا ، كان للعمليات الحيوية المختلفة في الصناعة تأثير إيجابي وتم استثمار ملايين الدولارات لتعزيز نموها.
مميزات
في علوم التكنولوجيا الحيوية ، العملية الحيوية هي عملية تستخدم كيانًا بيولوجيًا معينًا يولد كمنتج مادة ما ذات قيمة مضافة معينة.
أي أن استخدام خلية أو كائن حي دقيق أو جزء من الخلية يولد منتجًا يرغب فيه الباحث ، والذي قد يكون له تطبيقات في بعض المجالات.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك هندسة المعالجة الحيوية ، التي تسعى إلى تصميم وتطوير معدات لتصنيع مجموعة متنوعة من المنتجات المتعلقة بالزراعة ، وتوليد الأغذية والأدوية ، وإنشاء المواد الكيميائية ، من بين أمور أخرى ، بدءًا من المواد البيولوجية.
بفضل وجود هندسة العمليات الحيوية ، يمكن أن تترجم التكنولوجيا الحيوية إلى فوائد للمجتمع.
أهداف العمليات الحيوية
يسعى علماء الأحياء والمهندسون الذين يشاركون في تطوير العمليات الحيوية إلى تعزيز تطبيق هذه التكنولوجيا ، لأنها تتيح:
- من خلال العمليات الحيوية ، يمكن إنتاج مواد كيميائية ذات قيمة كبيرة. ومع ذلك ، فإن الكميات التي يتم إنتاجها بشكل عام صغيرة إلى حد ما.
- تسمح العمليات الحيوية بتركيب أو تعديل المنتجات التي تم الحصول عليها بالفعل بالطريقة التقليدية باستخدام نشاط الكائنات الحية الدقيقة المعزولة مسبقًا. يمكن أن تكون هذه الأحماض الأمينية أو غيرها من المواد العضوية ، والغذاء ، من بين أمور أخرى.
-تحول المواد بكميات كبيرة مثل الكحول. غالبًا ما تتضمن هذه الإجراءات مواد ذات قيمة قليلة.
- من خلال استخدام الكائنات الحية أو أجزاء منها ، يمكن أن تتحلل المخلفات والنفايات السامة لتحويلها إلى مواد يمكن إعادة تدويرها بسهولة. هذه العمليات ذات صلة أيضًا بصناعة التعدين ، مع تركيز المعادن واستغلال المناجم البكر.
مزايا وعيوب تطبيق العمليات الحيوية
-مميزات
يوفر وجود العمليات الحيوية سلسلة من المزايا البارزة ، بما في ذلك توفير الطاقة لمعالجة المواد ، على النحو التالي:
ظروف ودية للعمال
تستخدم معظم العمليات الحيوية الإنزيمات ، وهي محفزات بروتينية في الطبيعة. هذه تعمل في درجة حرارة ومستوى حموضة وضغط مماثل لتلك التي تقاومها الكائنات الحية ، ولهذا السبب تحدث العمليات في ظل ظروف "صديقة".
في المقابل ، مع درجات الحرارة والضغوط القصوى التي تعمل عندها المحفزات الكيميائية المستخدمة في العمليات التقليدية. بالإضافة إلى توفير الطاقة ، فإن العمل في ظروف صديقة للإنسان يجعل الإجراء أكثر أمانًا ويجعل العملية أسهل.
نتيجة أخرى لهذه الحقيقة هي الحد من التأثير البيئي ، لأن منتجات التفاعلات الأنزيمية ليست نفايات سامة. على عكس النفايات الناتجة عن المنهجيات القياسية.
مجمعات التصنيع أصغر وأبسط ومرنة إلى حد ما ، لذلك ليست هناك حاجة لاستثمار رأسمالي كبير.
-سلبيات
على الرغم من أن للعمليات الحيوية العديد من المزايا ، لا تزال هناك نقاط ضعف في المنهجيات المطبقة ، مثل:
تلوث اشعاعى
واحدة من أهم النتائج المتأصلة للعمل مع النظم البيولوجية: التعرض للتلوث. لهذا السبب ، يجب أن يعمل تحت ظروف معقمة شديدة التحكم.
في حالة تلوث المحاصيل ، قد يتم تدمير الكائنات الحية الدقيقة أو المحفزات أو المنتجات التي تم الحصول عليها أو تفقد وظائفها ، مما يتسبب في خسائر كبيرة للصناعة.
توليد المحاصيل على نطاق واسع
مشكلة أخرى تتعلق بالتلاعب في الكائنات الحية المخاض. بشكل عام ، تعمل مختبرات علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية مع الكائنات الحية الدقيقة على نطاق صغير ، حيث تكون زراعتها وتطورها الأمثل أسهل.
ومع ذلك ، فإن استقراء عملية الزراعة الجماعية للكائنات الحية الدقيقة يطرح سلسلة من العقبات.
من الناحية المنهجية ، فإن إنتاج الكائنات الحية الدقيقة على نطاق واسع أمر معقد وإذا لم يتم بالطريقة الصحيحة ، فقد يؤدي ذلك إلى عدم الاستقرار الجيني للنظام وعدم تجانس الكائنات الحية النامية.
يسعى المنتجون إلى الحصول على محصول متجانس من أجل تعظيم إنتاج المادة المعنية. ومع ذلك ، فإن التحكم في التباين الذي نجده في جميع الأنظمة البيولوجية يمثل مشكلة واسعة النطاق.
في الختام ، فإن إنتاج الكائنات الدقيقة للاستخدام الصناعي لا يقتصر فقط على زيادة الإنتاج الذي يتم في المختبر ، لأن هذا التغيير في الحجم يستلزم سلسلة من العيوب.
أنواع
يتنوع استخدام الكائنات الحية الدقيقة أو الكيانات البيولوجية الأخرى لإنتاج المواد التي تهم البشر بشكل كبير. في الإنتاج ، يمكن عزل مركبات النفايات من الكائنات الحية الدقيقة لتنقيتها واستخدامها.
وبالمثل ، يمكن تعديل الكائن الحي بتطبيق أدوات الهندسة الوراثية لتوجيه الإنتاج. تفتح هذه المنهجية مجموعة من الاحتمالات للمنتجات التي يمكن الحصول عليها.
في حالات أخرى ، قد يكون الكائن المعدل وراثيًا (وليس ما يمكن إنتاجه معه) هو موضع الاهتمام.
مراحل العملية الحيوية
بما أن مصطلح "المعالجة الحيوية" يشمل سلسلة غير متجانسة ومتنوعة للغاية من التقنيات ، فمن الصعب أن تشمل مراحلها.
- مرحلة إنتاج الأنسولين
إذا كنت تعمل مع كائنات معدلة في المختبر ، فإن الخطوة الأولى هي التعديل. من أجل وصف منهجية محددة ، سنقوم بوصف تصنيع الحمض النووي المؤتلف النموذجي لمنتج مثل الأنسولين أو هرمون النمو أو أي منتج مشترك آخر.
التلاعب الجيني
لطرح المنتج في السوق ، يجب معالجة الكائن الحي المضيف وراثيًا. في هذه الحالة ، يكون الكائن الحي عادة Escherichia coli ويكون الحمض النووي المستنسخ هو DNA الحيواني. في هذا السياق ، لا يعني الحمض النووي "المستنسخ" أننا نريد استنساخ كائن حي بأكمله ، إنه ببساطة جزء من الجين محل الاهتمام.
إذا أردنا إنتاج الأنسولين ، يجب علينا تحديد جزء الحمض النووي الذي يحتوي على المعلومات اللازمة لإنتاج البروتين المذكور.
بعد التحديد ، يتم قطع الجزء المعني وإدخاله في بكتيريا الإشريكية القولونية. أي أن البكتيريا تعمل كمصنع إنتاج صغير ، ويعطيها الباحث "التعليمات" عن طريق إدخال الجين.
هذه هي مرحلة الهندسة الوراثية ، والتي يتم تنفيذها على نطاق صغير بواسطة عالم أحياء جزيئية أو عالم كيمياء حيوية متخصص. في هذه الخطوة ، يلزم وجود معدات معملية أساسية ، مثل الماصات الدقيقة ، وأجهزة الطرد المركزي الدقيقة ، والإنزيمات المقيدة ، والمعدات اللازمة لصنع المواد الهلامية للرحلان الكهربائي.
لفهم العملية الحيوية ، ليس من الضروري فهم كل التفاصيل التي يتضمنها الاستنساخ ، المهم هو فهم أن مستويات التعبير للمنتج المطلوب يجب أن تكون مثالية وأن استقرار المنتج يجب أن يكون مناسبًا أيضًا.
تحديد الكمية
بعد عملية الاستنساخ ، فإن الخطوة التالية هي قياس نمو وخصائص الخلايا المؤتلفة من الخطوة السابقة. للقيام بذلك ، يجب أن تكون لديك مهارات في علم الأحياء الدقيقة وعلم الحركة.
يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن جميع المتغيرات البيئية مثل درجة الحرارة وتركيب الوسط ودرجة الحموضة هي الأمثل ، لضمان أقصى إنتاج. في هذه الخطوة ، يتم تحديد كمية بعض المعلمات مثل معدل نمو الخلية والإنتاجية المحددة والمنتج.
زيادة في الحجم
بعد أن يتم توحيد منهجية إنتاج المادة المرغوبة ، يزداد حجم الإنتاج ، ويتم تحضير لتر أو 2 لتر من المزرعة في مفاعل حيوي.
في هذا ، يجب الاستمرار في الحفاظ على درجة الحرارة وظروف الأس الهيدروجيني. يجب إيلاء اهتمام خاص لتركيز الأكسجين الذي تتطلبه الثقافة.
بعد ذلك ، يقوم الباحثون بزيادة حجم الإنتاج بشكل متزايد ، ليصل إلى 1000 لتر (تعتمد الكمية أيضًا على المنتج المطلوب).
- مراحل التخمير
كما ذكرنا ، العمليات الحيوية واسعة جدًا ولا تتضمن جميعها الخطوات الموضحة في القسم السابق. على سبيل المثال ، التخمير في المثال الملموس والكلاسيكي للمعالجة الحيوية. في هذه الكائنات الحية الدقيقة تستخدم ، مثل الفطريات والبكتيريا.
تنمو الكائنات الحية الدقيقة في وسط يحتوي على الكربوهيدرات التي سوف تستخدمها لنموها. وبهذه الطريقة ، فإن المخلفات التي ينتجونها هي تلك ذات القيمة الصناعية. من بين هؤلاء ، لدينا الكحول وحمض اللبنيك وغيرها.
بمجرد أن ينتج الكائن الدقيق مادة الفائدة ، يتم تركيزها وتنقيتها. يتم تصنيع الأطعمة التي لا نهاية لها (الخبز والزبادي) والمشروبات (البيرة والنبيذ وغيرها) القيمة للاستهلاك البشري باستخدام هذه العملية الحيوية.
المراجع
- كراجنوليني ، أ. (1987). قضايا السياسة العلمية والتكنولوجية: مواد وجلسات ندوة خورخي ساباتو الأيبيرية الأمريكية الثانية حول السياسة العلمية والتكنولوجية ، مدريد ، 2-6 يونيو ، 1986. التحرير CSIC-CSIC Press.
- دوكي ، جي بي (2010). التكنولوجيا الحيوية نيتبيبلو.
- دوران ، PM (1995). مبادئ هندسة العمليات الحيوية. إلسفير.
- المجلس الوطني للبحوث. (1992). وضع التكنولوجيا الحيوية في العمل: هندسة العمليات الحيوية. مطبعة الأكاديميات الوطنية.
- نجافبور ، ج. (2015). الهندسة البيوكيميائية والتكنولوجيا الحيوية. إلسفير.