BIOPROCÉDÉS: CARACTÉRISTIQUES, TYPES, AVANTAGES ET ÉTAPES - LA BIOLOGIE - 2025

Un bioprocédé est une méthodologie spécifique qui utilise des cellules vivantes, ou également d'autres composants de celles-ci (enzymes, organites, entre autres), pour obtenir un produit souhaité pour l'industrie ou au bénéfice de l'être humain. Le bioprocédé permet l'obtention de produits déjà connus, dans des conditions environnementales optimales, avec une qualité supérieure à la manière traditionnelle de le générer.

De la même manière, les bioprocédés permettent l'obtention d'organismes génétiquement modifiés utilisables pour améliorer l'efficacité de procédés spécifiques (enzymes ou protéines à utiliser dans des traitements médicaux, comme l'insuline) ou être consommés directement par l'être humain. Humain.

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La société et la technologie peuvent utiliser des bioprocédés dans différents domaines pour conduire à des techniques meilleures et nouvelles. Elle s'applique à différents domaines tels que la fabrication des aliments, en induisant des améliorations dans ces domaines, en créant des médicaments, en contrôlant la pollution de différents types et en contrôlant également le réchauffement climatique.

Actuellement, les différents bioprocédés de l'industrie ont eu un impact positif et des millions de dollars d'investissements ont été faits pour favoriser leur croissance.

caractéristiques

Dans les sciences de la biotechnologie, un bioprocédé est un processus qui utilise une entité biologique particulière qui génère comme produit une substance ayant une certaine valeur ajoutée.

C'est-à-dire que l'utilisation d'une cellule, d'un micro-organisme ou d'une partie de cellule génère un produit souhaité par le chercheur, qui peut avoir des applications dans certains domaines.

En outre, il existe l'ingénierie des bioprocédés, qui cherche à concevoir et à développer des équipements pour la fabrication d'une grande variété de produits, liés à l'agriculture, à la production d'aliments et de médicaments, à la création de produits chimiques, entre autres, à partir de matériaux biologiques.

Grâce à l’existence de l’ingénierie des bioprocédés, la biotechnologie peut se traduire par des bénéfices pour la société.

Objectifs des bioprocédés

Les biologistes et ingénieurs qui participent au développement des bioprocédés cherchent à favoriser la mise en œuvre de cette technologie, puisqu'elle permet:

-A travers les bioprocédés, des produits chimiques de valeur significative peuvent être générés. Cependant, les quantités généralement produites sont quelque peu faibles.

-Les bioprocédés permettent la synthèse ou la modification de produits déjà obtenus par la voie traditionnelle en utilisant l'activité de microorganismes préalablement isolés. Ceux-ci peuvent être des acides aminés ou d'autres matières organiques, des aliments, entre autres.

-Transformation de substances en volumes considérables, comme les alcools. Ces procédures impliquent souvent des substances de peu de valeur.

-Grâce à l'utilisation d'organismes ou de parties de ceux-ci, les résidus et déchets toxiques peuvent être dégradés pour les transformer en substances facilement recyclables. Ces procédés sont également pertinents dans l'industrie minière, avec la concentration de métaux et l'exploitation de mines vierges.

Avantages et inconvénients de l'application des bioprocédés

-Avantage

L'existence de bioprocédés offre une série d'avantages remarquables, notamment des économies d'énergie pour le traitement des substances, comme suit:

Conditions conviviales pour les travailleurs

La plupart des bioprocédés utilisent des enzymes, qui sont des catalyseurs protéiques par nature. Ceux-ci fonctionnent à une température, un niveau d'acidité et une pression similaires à ceux auxquels les organismes vivants résistent, c'est pourquoi les processus se déroulent dans des conditions «amicales».

En revanche, avec les températures et pressions extrêmes auxquelles fonctionnent les catalyseurs chimiques utilisés dans les procédés traditionnels. En plus d'économiser de l'énergie, travailler dans des conditions respectueuses de l'homme rend la procédure plus sûre et facilite le processus.

Une autre conséquence de ce fait est la réduction de l'impact environnemental, puisque les produits des réactions enzymatiques ne sont pas des déchets toxiques. Contrairement aux déchets produits par les méthodologies standard.

Les complexes de fabrication sont plus petits, plus simples et assez flexibles, il n'y a donc pas besoin d'un investissement en capital important.

-Désavantages

Bien que les bioprocédés présentent de nombreux avantages, il existe encore des points faibles dans les méthodologies appliquées, tels que:

Pollution

L'une des plus importantes est une conséquence intrinsèque du travail avec des systèmes biologiques: la vulnérabilité à la contamination. Pour cette raison, il doit être travaillé dans des conditions aseptiques très contrôlées.

En cas de contamination des cultures, les microorganismes, les catalyseurs ou les produits obtenus peuvent être détruits ou perdre leur fonctionnalité, entraînant des pertes considérables pour l'industrie.

Générer des cultures à grande échelle

Un autre problème est lié à la manipulation des organisations syndicales. Généralement, les laboratoires de génétique et de biologie moléculaire travaillent avec des micro-organismes à petite échelle, où leur culture et leur développement optimal sont plus faciles.

Cependant, l'extrapolation du processus à la culture de masse de micro-organismes pose une série d'obstacles.

Méthodologiquement parlant, la production à grande échelle de micro-organismes est compliquée et si elle n'est pas faite de la bonne manière, elle peut conduire à une instabilité génétique du système et à l'hétérogénéité des organismes en croissance.

Les producteurs cherchent à avoir une culture homogène afin de maximiser la production de la substance en question. Cependant, contrôler la variabilité que l'on retrouve dans tous les systèmes biologiques est un problème à grande échelle.

En conclusion, la production de microorganismes à usage industriel ne consiste pas simplement à augmenter la production réalisée en laboratoire, car ce changement d'échelle comporte une série d'inconvénients.

Les types

L'utilisation de micro-organismes ou d'autres entités biologiques pour la production de substances présentant un intérêt pour l'homme est très variée. Lors de la production, les déchets peuvent être isolés du microorganisme à purifier et à utiliser.

De même, l'organisme peut être modifié en appliquant des outils de génie génétique à la production directe. Cette méthodologie ouvre un éventail de possibilités de produits pouvant être obtenus.

Dans d'autres cas, c'est peut-être l'organisme génétiquement modifié (et non ce qui peut être produit avec lui) qui présente un intérêt.

Étapes d'un bioprocédé

Le terme «bioprocédés» englobant une série de techniques très hétérogènes et diverses, il est difficile d'en englober les étapes.

-Étape de production d'insuline

Si vous travaillez avec des organismes modifiés en laboratoire, la première étape est la modification. Afin de décrire une méthodologie spécifique, nous décrirons la fabrication d'un ADN recombinant typique d'un produit tel que l'insuline, l'hormone de croissance ou tout autre produit courant.

Manipulation génétique

Pour mettre le produit sur le marché, l'organisme hôte doit être génétiquement manipulé. Dans ce cas, l'organisme est généralement Escherichia coli et l'ADN cloné sera de l'ADN animal. Dans ce contexte, l'ADN «cloné» ne signifie pas que l'on veut cloner un organisme entier, c'est simplement le fragment du gène d'intérêt.

Si l'on veut produire de l'insuline, il faut identifier le segment d'ADN qui possède les informations nécessaires à la production de ladite protéine.

Après identification, le segment d'intérêt est coupé et inséré dans la bactérie E. coli. Autrement dit, la bactérie sert de petite usine de production, et le chercheur lui donne les «instructions» en insérant le gène.

C'est le stade du génie génétique, qui est réalisé à petite échelle et par un biologiste moléculaire ou un biochimiste spécialisé. Dans cette étape, un équipement de laboratoire de base est nécessaire, comme des micropipettes, des microcentrifugeuses, des enzymes de restriction et de l'équipement pour fabriquer des gels d'électrophorèse.

Pour comprendre le bioprocédé, il n'est pas nécessaire de comprendre tous les détails qu'implique le clonage, l'important est de comprendre que les niveaux d'expression du produit souhaité doivent être optimaux et la stabilité du produit doit également être adéquate.

Quantifier

Après le processus de clonage, l'étape suivante consiste à mesurer la croissance et les caractéristiques des cellules recombinantes de l'étape précédente. Pour ce faire, vous devez avoir des compétences en microbiologie et cinétique.

Il faut tenir compte du fait que toutes les variables environnementales telles que la température, la composition du milieu et le pH sont optimales, pour assurer une production maximale. Dans cette étape, certains paramètres tels que le taux de croissance cellulaire, la productivité spécifique et le produit sont quantifiés.

Augmentation d'échelle

Une fois que la méthodologie pour produire la substance désirée a été normalisée, l'échelle de production est augmentée, et 1 ou 2 litres de la culture sont préparés dans un bioréacteur.

En cela, les conditions de température et de pH doivent continuer à être maintenues. Une attention particulière doit être portée à la concentration en oxygène requise par la culture.

Par la suite, les chercheurs augmentent de plus en plus l'échelle de production, atteignant jusqu'à 1000 litres (la quantité dépend également du produit souhaité).

-Stades de fermentation

Comme nous l'avons mentionné, les bioprocédés sont très larges et n'impliquent pas tous les étapes décrites dans la section précédente. Par exemple, la fermentation dans le concret et l'exemple classique d'un bioprocédé. Dans ces micro-organismes sont utilisés, tels que les champignons et les bactéries.

Les micro-organismes se développent dans un milieu contenant des glucides qu'ils utiliseront pour la croissance. De cette manière, les déchets qu'ils produisent sont ceux qui ont une valeur industrielle. Parmi ceux-ci, nous avons l'alcool, l'acide lactique, entre autres.

Une fois que la substance d'intérêt est produite par le micro-organisme, elle est concentrée et purifiée. Des aliments sans fin (pain, yogourt) et des boissons (bières, vin, entre autres) précieux pour la consommation humaine sont fabriqués à l'aide de ce bioprocédé.

Références

1. Cragnolini, A. (1987). Questions de politique scientifique et technologique: matériel et sessions du deuxième Séminaire ibéro-américain Jorge Sabato sur la politique scientifique et technologique, Madrid, 2-6 juin 1986. Éditorial CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Biotechnologie Netbiblo.
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5. Najafpour, G. (2015). Génie biochimique et biotechnologie. Elsevier.