バイオプロセス：特性、種類、利点、および段階 - 生物学 - 2024

バイオプロセスは、生細胞の使用、あるいはまた、その他の成分（特に酵素、オルガネラは、）、産業または人間の利益のために、所望の生成物の取得を達成することは、特定の方法論です。バイオプロセスにより、最適な環境条件下で、従来の生成方法よりも高品質で既知の製品を入手できます。

同様に、バイオプロセスは、特定のプロセス（インスリンなどの医療で使用される酵素またはタンパク質）の効率を改善するために使用できる、または人間が直接消費できる遺伝子組み換え生物の取得を可能にします。人間。

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社会と技術は、さまざまな分野でバイオプロセスを使用して、より優れた新しい技術につながることができます。これは、食品製造、これらの改善の誘発、医薬品の作成、さまざまな種類の汚染の制御、さらには地球温暖化の制御など、さまざまな分野に適用できます。

現在、業界のさまざまなバイオプロセスにプラスの影響があり、その成長を促進するために数百万ドルの投資が行われています。

特徴

バイオテクノロジーの科学では、バイオプロセスは、製品として特定の付加価値のある物質を生成する特定の生物学的エンティティを使用するプロセスです。

すなわち、細胞、微生物または細胞部分の使用は、研究者が所望する産物を生成し、それはある分野で用途を有し得る。

さらに、バイオプロセッシングエンジニアリングがあります。バイオプロセッシングエンジニアリングでは、農業、食品や医薬品の生成、化学物質の作成など、生物材料から始めて、多種多様な製品を製造するための機器の設計と開発を目指しています。

バイオプロセス工学の存在のおかげで、バイオテクノロジーは社会に利益をもたらすことができます。

バイオプロセスの目標

バイオプロセスの開発に参加する生物学者とエンジニアは、次のことを可能にするため、このテクノロジーの実装を促進しようとします。

-バイオプロセスを通じて、重要な価値のある化学物質を生成できます。ただし、一般的に生産される量はやや少量です。

-バイオプロセスは、以前に分離された微生物の活性を使用して、従来のルートですでに得られた生成物の合成または修飾を可能にします。これらは、とりわけ、アミノ酸または他の有機物質、食品であり得る。

-アルコールなど、かなりの量の物質の変換。これらの手順には、ほとんど価値のない物質が含まれることがよくあります。

-生物またはこれらの一部を使用することにより、残留物や有毒廃棄物は分解され、容易にリサイクルできる物質に変換されます。これらのプロセスは、金属の集中や未使用鉱山の開発など、鉱業にも関連しています。

バイオプロセスの適用の長所と短所

-利点

バイオプロセスの存在は、以下のように、物質の処理のためのエネルギー節約を含む、一連の優れた利点を提供します。

労働者のための友好的な条件

ほとんどのバイオプロセスは酵素を使用しますが、これは本来タンパク質触媒です。これらは、生物が抵抗するのと同様の温度、酸性度、および圧力で動作します。このため、プロセスは「友好的な」条件下で発生します。

対照的に、従来のプロセスで使用される化学触媒が機能する極端な温度と圧力では。エネルギーを節約することに加えて、人に優しい条件で作業することにより、手順がより安全になり、プロセスがより簡単になります。

酵素反応の生成物は有毒廃棄物ではないので、この事実のもう一つの結果は環境への影響の減少です。標準的な方法論によって生成される廃棄物とは対照的です。

製造複合体は小さく、単純で、かなり柔軟性があるため、多額の設備投資は必要ありません。

-短所

バイオプロセスには多くの利点がありますが、適用される方法論には次のような弱点があります。

汚染

最も重要なことの1つは、生物学的システムでの作業の本質的な結果である、汚染に対する感受性です。このため、非常に管理された無菌状態で作業する必要があります。

作物が汚染された場合、微生物、触媒、または得られた生成物が破壊または機能を失う可能性があり、産業にかなりの損失を引き起こします。

大規模な作物を生成する

別の問題は、労働生物の操作に関連しています。一般に、遺伝学および分子生物学の実験室は、微生物の培養と最適な開発が容易な小規模の微生物を扱います。

しかし、微生物の大量培養のプロセスを推定すると、一連の障害が発生します。

方法論的に言えば、微生物の大規模生産は複雑であり、それが正しい方法で行われなければ、システムの遺伝的不安定性や成長する生物の不均一性につながる可能性があります。

問題の物質の生産を最大化するために、生産者は均質な作物を求めています。ただし、すべての生物系で見られる変動を制御することは、大規模な問題です。

結論として、このスケールの変化には一連の欠点があるため、工業用微生物の生産は、実験室で行われる生産を単に増やすことではありません。

タイプ

ヒトにとって関心のある物質の生産のための微生物または他の生物学的実体の使用は非常に多様です。生産において、廃棄化合物は微生物から分離され、精製され使用されます。

同様に、生物は、遺伝子工学ツールを直接生産に適用することによって改変することができます。この方法論は、入手可能な製品の幅広い可能性を開きます。

他の場合では、関心のあるのは遺伝子組み換え生物（それで生産できるものではない）かもしれません。

バイオプロセスの段階

「バイオプロセス」という用語は、非常に不均一で多様な一連の技術を包含するため、その段階を包含することは困難です。

-インスリンを生成する段階

実験室で改変された生物を扱う場合、最初のステップは改変です。特定の方法論を説明するために、インスリン、成長ホルモン、またはその他の一般的な製品などの製品の典型的な組換えDNAの製造について説明します。

遺伝子操作

製品を市場に出すには、宿主生物を遺伝子操作する必要があります。この場合、生物は通常大腸菌であり、クローン化されたDNAは動物のDNAになります。この文脈では、「クローン化された」DNAは、生物全体をクローン化することを意味するのではなく、単に目的の遺伝子のフラグメントです。

インスリンを生産したい場合は、タンパク質の生産に必要な情報を持つDNAのセグメントを特定する必要があります。

識別後、目的のセグメントが切断され、大腸菌に挿入されます。つまり、バクテリアは小さな生産工場として機能し、研究者は遺伝子を挿入することで「指示」を与えます。

これは、遺伝子工学の段階であり、小規模で分子生物学者または専門の生化学者によって行われます。このステップでは、マイクロピペット、マイクロ遠心分離機、制限酵素、電気泳動ゲルを作成するための装置などの基本的な実験装置が必要です。

バイオプロセスを理解するために、クローニングが意味するすべての詳細を理解する必要はありません。重要なことは、目的の産物の発現レベルが最適でなければならず、産物の安定性も適切でなければならないことを理解することです。

定量化

クローニングプロセスの後、次のステップは、前のステップからの組換え細胞の成長と特性を測定することです。これを行うには、微生物学と動力学のスキルが必要です。

最大の生産を確保するには、温度、培地の組成、pHなどのすべての環境変数が最適であることを考慮する必要があります。このステップでは、細胞増殖率、比生産性、製品などのいくつかのパラメーターが定量化されます。

規模の拡大

目的の物質を生産するための方法論が標準化された後、生産規模が拡大され、1〜2リットルの培養液がバイオリアクターで準備されます。

この場合、温度とpH条件を維持し続ける必要があります。培養に必要な酸素濃度に特別な注意を払う必要があります。

その後、研究者は生産規模をますます拡大し、1,000リットルに達します（量は目的の製品にも依存します）。

-発酵の段階

前述のように、バイオプロセスは非常に広範であり、前のセクションで説明した手順がすべて含まれるわけではありません。たとえば、バイオプロセスの具体的かつ古典的な例での発酵。この中で、真菌や細菌などの微生物が使用されます。

微生物は、成長に使用する炭水化物を含む培地で成長します。このようにして、彼らが生み出す廃棄物は、産業的価値のあるものです。これらの中には、アルコール、乳酸などがあります。

目的の物質が微生物によって産生されると、濃縮および精製されます。このバイオプロセスを使用して、人間が消費する価値のある無限の食品（パン、ヨーグルト）や飲料（特にビール、ワインなど）を作ります。

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