Sebuah bioproses adalah metodologi tertentu yang menggunakan sel-sel hidup, atau juga komponen lain yang sama (enzim, organel, antara lain), untuk mencapai memperoleh suatu produk yang diinginkan untuk industri atau untuk kepentingan manusia. Bioproses memungkinkan diperolehnya produk yang sudah dikenal, di bawah kondisi lingkungan yang optimal, dengan kualitas yang lebih unggul daripada cara menghasilkannya secara tradisional.
Dengan cara yang sama, bioproses memungkinkan diperolehnya organisme yang dimodifikasi secara genetik yang dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi proses tertentu (enzim atau protein yang akan digunakan dalam perawatan medis, seperti insulin) atau dikonsumsi langsung oleh manusia. manusia.
Sumber: pixabay.com
Masyarakat dan teknologi dapat menggunakan bioproses di berbagai bidang untuk menghasilkan teknik yang lebih baik dan baru. Ini berlaku untuk berbagai bidang seperti manufaktur makanan, mendorong perbaikan dalam hal ini, menciptakan obat-obatan, mengendalikan polusi dari berbagai jenis dan juga mengendalikan pemanasan global .
Saat ini, berbagai bioproses dalam industri telah memberikan dampak positif dan jutaan dolar investasi telah dilakukan untuk mendorong pertumbuhannya.
Indeks artikel
Karakteristik
Dalam ilmu bioteknologi, bioproses adalah proses yang menggunakan beberapa entitas biologis tertentu yang menghasilkan beberapa zat nilai tambah tertentu sebagai produk.
Artinya, penggunaan sel, mikroorganisme, atau bagian sel apa pun menghasilkan produk yang diinginkan oleh peneliti, yang mungkin memiliki aplikasi di beberapa area.
Selain itu, ada rekayasa bioproses, yang berupaya merancang dan mengembangkan peralatan untuk pembuatan berbagai macam produk, terkait dengan pertanian, pembuatan makanan dan obat-obatan, pembuatan bahan kimia, antara lain mulai dari bahan biologis.
Berkat adanya rekayasa bioproses, bioteknologi dapat diterjemahkan menjadi manfaat bagi masyarakat.
Tujuan bioproses
Ahli biologi dan insinyur yang berpartisipasi dalam pengembangan bioproses berusaha untuk mempromosikan penerapan teknologi ini, karena memungkinkan:
-Melalui bioproses, bahan kimia yang bernilai signifikan dapat dihasilkan. Namun, jumlah yang umumnya diproduksi agak kecil.
-Bioproses memungkinkan sintesis atau modifikasi produk yang telah diperoleh melalui jalur tradisional menggunakan aktivitas mikroorganisme yang diisolasi sebelumnya. Ini bisa berupa asam amino atau bahan organik lainnya, makanan, antara lain.
-Transformasi zat dalam volume yang cukup besar, seperti alkohol. Prosedur ini biasanya melibatkan zat dengan nilai kecil.
-Melalui penggunaan organisme atau bagiannya, residu dan limbah beracun dapat didegradasi untuk mengubahnya menjadi zat yang dapat dengan mudah didaur ulang. Proses ini juga relevan dalam industri pertambangan, dengan konsentrasi logam dan eksploitasi tambang perawan.
Keuntungan dan kerugian dari penerapan bioproses
-Keuntungan
Keberadaan bioproses memberikan serangkaian keuntungan luar biasa, termasuk penghematan energi untuk pemrosesan zat, sebagai berikut:
Kondisi ramah untuk pekerja
Sebagian besar bioproses menggunakan enzim, yang merupakan katalis yang bersifat protein. Mereka bekerja pada suhu, tingkat keasaman, dan tekanan yang serupa dengan yang ditentang organisme hidup, karena alasan ini prosesnya terjadi dalam kondisi “bersahabat”.
Sebaliknya, dengan suhu dan tekanan ekstrem di mana katalis kimia yang digunakan dalam proses tradisional bekerja. Selain menghemat energi, bekerja dalam kondisi yang ramah manusia membuat prosedur lebih aman dan membuat proses lebih mudah.
Konsekuensi lain dari fakta ini adalah pengurangan dampak lingkungan, karena produk dari reaksi enzimatik bukanlah limbah beracun. Berbeda dengan limbah yang dihasilkan dengan metodologi standar.
Kompleks manufaktur lebih kecil, lebih sederhana, dan cukup fleksibel, sehingga tidak perlu investasi modal yang besar.
-Kekurangan
Meskipun bioproses memiliki banyak keunggulan, masih ada kelemahan dalam metodologi yang diterapkan, seperti:
Polusi
Salah satu yang paling penting adalah konsekuensi intrinsik dari bekerja dengan sistem biologis: kerentanan terhadap kontaminasi. Untuk alasan ini, itu harus bekerja di bawah kondisi aseptik yang sangat terkontrol.
Jika tanaman terkontaminasi, mikroorganisme, katalis atau produk yang diperoleh dapat hancur atau kehilangan fungsinya, menyebabkan kerugian yang cukup besar bagi industri.
Hasilkan tanaman skala besar
Masalah lain terkait dengan manipulasi organisme tenaga kerja. Umumnya, laboratorium genetika dan biologi molekuler bekerja dengan mikroorganisme dalam skala kecil, yang lebih mudah untuk dibudidayakan dan dikembangkan secara optimal.
Namun, ekstrapolasi proses untuk budidaya massal mikroorganisme menimbulkan serangkaian kendala.
Secara metodologis, produksi mikroorganisme skala besar rumit dan jika tidak dilakukan dengan cara yang benar, dapat menyebabkan ketidakstabilan genetik sistem dan heterogenitas organisme yang tumbuh.
Produsen berusaha untuk memiliki budaya yang homogen untuk memaksimalkan produksi zat yang bersangkutan. Namun, mengendalikan variabilitas yang kita temukan di semua sistem biologis adalah masalah skala besar.
Kesimpulannya, produksi mikroorganisme untuk keperluan industri tidak hanya untuk meningkatkan produksi yang dilakukan di laboratorium, karena perubahan skala ini memiliki serangkaian kelemahan.
Jenis
Penggunaan mikroorganisme atau entitas biologis lainnya untuk produksi zat yang menarik bagi manusia sangat bervariasi. Dalam produksinya, senyawa limbah dapat diisolasi dari mikroorganisme untuk dimurnikan dan digunakan.
Demikian pula, organisme dapat dimodifikasi dengan menerapkan alat rekayasa genetika untuk produksi langsung. Metodologi ini membuka berbagai kemungkinan produk yang bisa diperoleh.
Dalam kasus lain, mungkin organisme yang dimodifikasi secara genetik (dan bukan apa yang dapat diproduksi dengannya) yang menarik.
Tahapan bioproses
Karena istilah “bioproses” mencakup serangkaian teknik yang sangat heterogen dan beragam, sulit untuk mencakup tahapannya.
-Tahap untuk memproduksi insulin
Jika Anda bekerja dengan organisme yang dimodifikasi di laboratorium, langkah pertama adalah modifikasi. Untuk menjelaskan metodologi tertentu, kita akan menjelaskan pembuatan DNA rekombinan khas produk seperti insulin, hormon pertumbuhan atau produk umum lainnya.
Manipulasi genetik
Untuk memasarkan produk, organisme inang harus dimanipulasi secara genetik. Dalam hal ini, organisme biasanya Escherichia coli dan DNA kloning akan menjadi DNA hewan. Dalam konteks ini, DNA “kloning” tidak berarti bahwa kita ingin mengkloning seluruh organisme, itu hanyalah fragmen dari gen yang diinginkan.
Jika kita ingin memproduksi insulin, kita harus mengidentifikasi segmen DNA yang memiliki informasi yang diperlukan untuk produksi protein tersebut.
Setelah diidentifikasi, ruas bunga dipotong dan dimasukkan ke dalam bakteri E.coli. Artinya, bakteri berfungsi sebagai pabrik produksi kecil, dan peneliti memberinya “instruksi” dengan memasukkan gen.
Ini adalah tahap rekayasa genetika, yang dilakukan dalam skala kecil dan oleh ahli biologi molekuler atau ahli biokimia khusus. Pada tahap ini diperlukan peralatan laboratorium dasar, seperti mikropipet, mikrosentrifugasi, enzim restriksi, dan peralatan untuk membuat gel elektroforesis.
Untuk memahami bioproses, bukanlah keharusan untuk memahami semua detail yang tersirat dari kloning, yang penting adalah memahami bahwa tingkat ekspresi produk yang diinginkan harus optimal dan stabilitas produk juga harus memadai.
Mengukur
Setelah proses kloning, langkah selanjutnya adalah mengukur pertumbuhan dan karakteristik sel rekombinan dari langkah sebelumnya. Untuk melakukan ini, Anda harus memiliki keterampilan dalam mikrobiologi dan kinetika.
Harus diperhitungkan bahwa semua variabel lingkungan seperti suhu, komposisi media dan pH optimal, untuk memastikan produksi maksimum. Pada langkah ini, beberapa parameter seperti laju pertumbuhan sel, produktivitas spesifik dan produk dikuantifikasi.
Peningkatan skala
Setelah metodologi untuk menghasilkan zat yang diinginkan telah distandarisasi, skala produksi ditingkatkan, dan 1 atau 2 liter kultur disiapkan dalam bioreaktor.
Dalam hal ini, kondisi suhu dan pH harus terus dijaga. Perhatian khusus harus diberikan pada konsentrasi oksigen yang dibutuhkan oleh kultur.
Selanjutnya peneliti semakin meningkatkan skala produksi hingga mencapai 1.000 liter (jumlahnya juga tergantung produk yang diinginkan).
-Tahap fermentasi
Seperti yang kita sebutkan, bioproses sangat luas dan tidak semua melibatkan langkah-langkah yang dijelaskan di bagian sebelumnya. Misalnya, fermentasi dalam contoh konkret dan klasik dari suatu bioproses. Dalam hal ini, mikroorganisme yang digunakan, seperti jamur dan bakteri.
Mikroorganisme tersebut tumbuh dalam media dengan karbohidrat yang akan mereka gunakan untuk pertumbuhannya. Dengan cara ini, produk limbah yang mereka hasilkan adalah yang memiliki nilai industri. Di antara ini kita memiliki alkohol, asam laktat, antara lain.
Setelah zat yang diinginkan diproduksi oleh mikroorganisme, zat tersebut dipekatkan dan dimurnikan. Makanan tak berujung (roti, yogurt) dan minuman (bir, anggur, antara lain) yang berharga untuk konsumsi manusia dibuat menggunakan bioproses ini.
Referensi
- Cragnolini, A. (1987). Isu kebijakan ilmiah dan teknologi: materi dan sesi kedua Jorge Sabato Ibero-American Seminar on Scientific and Technological Policy, Madrid, 2-6 Juni 1986 . Redaksi CSIC-CSIC Press.
- Duque, JP (2010). Bioteknologi . Netbiblo.
- Doran, PM (1995). Prinsip rekayasa bioproses . lain.
- Dewan Riset Nasional. (1992). Menempatkan Bioteknologi untuk bekerja: rekayasa bioproses . Pers Akademi Nasional.
- Najafpour, G. (2015). Rekayasa biokimia dan bioteknologi . lain.
