ลักษณะกระบวนการทางชีวภาพประเภทข้อดีและขั้นตอน - ชีววิทยา - 2025

กระบวนการชีวภาพเป็นวิธีการเฉพาะที่ใช้เซลล์หรือส่วนประกอบอื่น ๆ นอกจากนี้ยังมีชีวิตอยู่นั้น (เอนไซม์ organelles ท่ามกลางคนอื่น) เพื่อให้บรรลุการจัดหาสินค้าที่มีความต้องการสำหรับอุตสาหกรรมหรือเพื่อประโยชน์ของมนุษย์ กระบวนการทางชีวภาพช่วยให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นที่รู้จักแล้วภายใต้สภาวะแวดล้อมที่เหมาะสมโดยมีคุณภาพสูงกว่าวิธีการผลิตแบบดั้งเดิม

ในทำนองเดียวกันกระบวนการทางชีวภาพอนุญาตให้ได้รับสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมที่สามารถนำมาใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของกระบวนการเฉพาะ (เอนไซม์หรือโปรตีนที่จะใช้ในการรักษาทางการแพทย์เช่นอินซูลิน) หรือบริโภคโดยตรงโดยมนุษย์ เป็นมนุษย์

ที่มา: pixabay.com

สังคมและเทคโนโลยีสามารถใช้กระบวนการทางชีวภาพในพื้นที่ต่างๆเพื่อนำไปสู่เทคนิคใหม่ ๆ ที่ดีกว่า สามารถใช้ได้กับพื้นที่ต่างๆเช่นการผลิตอาหารการกระตุ้นให้เกิดการปรับปรุงในสิ่งเหล่านี้การสร้างยาการควบคุมมลพิษประเภทต่างๆและการควบคุมภาวะโลกร้อน

ปัจจุบันกระบวนการทางชีวภาพต่างๆในอุตสาหกรรมได้รับผลกระทบเชิงบวกและมีการลงทุนหลายล้านดอลลาร์เพื่อส่งเสริมการเติบโตของพวกเขา

ลักษณะเฉพาะ

ในวิทยาศาสตร์ของเทคโนโลยีชีวภาพกระบวนการทางชีวภาพคือกระบวนการที่ใช้เอนทิตีทางชีวภาพเฉพาะบางอย่างที่สร้างเป็นผลิตภัณฑ์ซึ่งมีมูลค่าเพิ่มบางอย่าง

นั่นคือการใช้เซลล์จุลินทรีย์หรือส่วนของเซลล์ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่นักวิจัยต้องการซึ่งอาจมีการใช้งานในบางพื้นที่

นอกจากนี้ยังมีวิศวกรรมกระบวนการทางชีวภาพซึ่งพยายามออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายซึ่งเกี่ยวข้องกับการเกษตรการสร้างอาหารและยาการสร้างสารเคมีเป็นต้นโดยเริ่มจากวัสดุชีวภาพ

ต้องขอบคุณการมีอยู่ของวิศวกรรมกระบวนการชีวภาพเทคโนโลยีชีวภาพสามารถแปลเป็นประโยชน์ต่อสังคมได้

เป้าหมายของกระบวนการทางชีวภาพ

นักชีววิทยาและวิศวกรที่มีส่วนร่วมในการพัฒนากระบวนการทางชีวภาพพยายามที่จะส่งเสริมการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้เนื่องจากช่วยให้:

- ผ่านกระบวนการทางชีวภาพสามารถสร้างสารเคมีที่มีมูลค่ามหาศาลได้ อย่างไรก็ตามปริมาณที่ผลิตโดยทั่วไปมีค่อนข้างน้อย

- กระบวนการทางชีวภาพอนุญาตให้มีการสังเคราะห์หรือดัดแปลงผลิตภัณฑ์ที่ได้รับมาแล้วโดยเส้นทางดั้งเดิมโดยใช้กิจกรรมของจุลินทรีย์ที่แยกได้ก่อนหน้านี้ สิ่งเหล่านี้อาจเป็นกรดอะมิโนหรือวัสดุอินทรีย์อื่น ๆ อาหารและอื่น ๆ

- การเปลี่ยนรูปของสารในปริมาณมากเช่นแอลกอฮอล์ ขั้นตอนเหล่านี้มักเกี่ยวข้องกับสารที่มีมูลค่าเพียงเล็กน้อย

- ด้วยการใช้สิ่งมีชีวิตหรือชิ้นส่วนเหล่านี้สารตกค้างและของเสียที่เป็นพิษสามารถย่อยสลายเพื่อเปลี่ยนเป็นสารที่สามารถรีไซเคิลได้ง่าย กระบวนการเหล่านี้ยังเกี่ยวข้องในอุตสาหกรรมการขุดด้วยความเข้มข้นของโลหะและการใช้ประโยชน์จากเหมืองบริสุทธิ์

ข้อดีและข้อเสียของการประยุกต์ใช้กระบวนการทางชีวภาพ

-ความได้เปรียบ

การมีอยู่ของกระบวนการทางชีวภาพทำให้เกิดข้อดีที่โดดเด่นหลายประการซึ่งรวมถึงการประหยัดพลังงานสำหรับการแปรรูปสารดังต่อไปนี้:

เงื่อนไขที่เป็นมิตรสำหรับคนงาน

กระบวนการทางชีวภาพส่วนใหญ่ใช้เอนไซม์ซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโปรตีนในธรรมชาติ สิ่งเหล่านี้ทำงานที่อุณหภูมิระดับความเป็นกรดและความดันใกล้เคียงกับที่สิ่งมีชีวิตต้านทานด้วยเหตุนี้กระบวนการจึงเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขที่ "เป็นมิตร"

ในทางตรงกันข้ามกับอุณหภูมิและความกดดันที่รุนแรงซึ่งตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมีที่ใช้ในกระบวนการแบบดั้งเดิมทำงาน นอกเหนือจากการประหยัดพลังงานแล้วการทำงานในสภาพที่เป็นมิตรกับมนุษย์ช่วยให้ขั้นตอนปลอดภัยขึ้นและทำให้กระบวนการง่ายขึ้น

ผลที่ตามมาอีกประการหนึ่งของข้อเท็จจริงนี้คือการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเนื่องจากผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาของเอนไซม์ไม่ใช่ของเสียที่เป็นพิษ ตรงกันข้ามกับขยะที่ผลิตโดยวิธีการมาตรฐาน

คอมเพล็กซ์การผลิตมีขนาดเล็กเรียบง่ายกว่าและมีความยืดหยุ่นพอสมควรดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีเงินลงทุนจำนวนมาก

-Disadvantages

แม้ว่ากระบวนการทางชีวภาพจะมีข้อดีหลายประการ แต่ก็ยังมีจุดอ่อนในวิธีการที่ใช้เช่น:

การปนเปื้อน

หนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุดคือผลที่แท้จริงของการทำงานกับระบบชีวภาพ: ความไวต่อการปนเปื้อน ด้วยเหตุนี้จึงต้องทำงานภายใต้สภาวะปลอดเชื้อที่มีการควบคุมอย่างมาก

ในกรณีที่พืชเกิดการปนเปื้อนจุลินทรีย์ตัวเร่งปฏิกิริยาหรือผลิตภัณฑ์ที่ได้รับอาจถูกทำลายหรือสูญเสียการทำงานซึ่งก่อให้เกิดความสูญเสียอย่างมากต่ออุตสาหกรรม

สร้างพืชผลขนาดใหญ่

อีกปัญหาหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการจัดการกับสิ่งมีชีวิตของแรงงาน โดยทั่วไปแล้วห้องปฏิบัติการพันธุศาสตร์และอณูชีววิทยาจะทำงานร่วมกับจุลินทรีย์ในระดับเล็ก ๆ ซึ่งการเพาะเลี้ยงและการพัฒนาที่เหมาะสมทำได้ง่ายกว่า

อย่างไรก็ตามการคาดคะเนกระบวนการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์จำนวนมากทำให้เกิดอุปสรรคหลายประการ

การพูดตามหลักวิธีการผลิตจุลินทรีย์จำนวนมากมีความซับซ้อนและหากไม่ได้ทำด้วยวิธีที่ถูกต้องอาจนำไปสู่ความไม่แน่นอนทางพันธุกรรมของระบบและความแตกต่างของสิ่งมีชีวิตที่กำลังเติบโต

ผู้ผลิตพยายามที่จะมีพืชที่เป็นเนื้อเดียวกันเพื่อเพิ่มการผลิตสารที่เป็นปัญหาให้ได้สูงสุด อย่างไรก็ตามการควบคุมความแปรปรวนที่เราพบในระบบทางชีววิทยาทั้งหมดเป็นปัญหาขนาดใหญ่

สรุปได้ว่าการผลิตจุลินทรีย์เพื่อใช้ในอุตสาหกรรมไม่ใช่เพียงเพื่อเพิ่มการผลิตที่ดำเนินการในห้องปฏิบัติการเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงขนาดนี้มีข้อบกพร่องหลายประการ

ประเภท

การใช้จุลินทรีย์หรือหน่วยงานทางชีวภาพอื่น ๆ ในการผลิตสารที่น่าสนใจสำหรับมนุษย์นั้นมีความหลากหลายมาก ในการผลิตสามารถแยกสารประกอบของเสียออกจากจุลินทรีย์เพื่อทำให้บริสุทธิ์และนำไปใช้ได้

ในทำนองเดียวกันสิ่งมีชีวิตสามารถแก้ไขได้โดยใช้เครื่องมือทางพันธุวิศวกรรมเพื่อกำกับการผลิต วิธีการนี้เปิดความเป็นไปได้ที่หลากหลายของผลิตภัณฑ์ที่สามารถหาได้

ในอีกกรณีหนึ่งอาจเป็นสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม (ไม่ใช่สิ่งที่สามารถผลิตได้) ที่น่าสนใจ

ขั้นตอนของกระบวนการทางชีวภาพ

เนื่องจากคำว่า "กระบวนการทางชีวภาพ" ครอบคลุมถึงชุดเทคนิคที่แตกต่างกันและหลากหลายจึงเป็นเรื่องยากที่จะรวมขั้นตอนต่างๆ

- ขั้นตอนในการผลิตอินซูลิน

หากคุณกำลังทำงานกับสิ่งมีชีวิตดัดแปลงในห้องปฏิบัติการขั้นตอนแรกคือการดัดแปลง เพื่ออธิบายวิธีการเฉพาะเราจะอธิบายการผลิตดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ทั่วไปของผลิตภัณฑ์เช่นอินซูลินฮอร์โมนการเจริญเติบโตหรือผลิตภัณฑ์ทั่วไปอื่น ๆ

การจัดการทางพันธุกรรม

ในการนำผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดสิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์จะต้องได้รับการดัดแปลงพันธุกรรม ในกรณีนี้สิ่งมีชีวิตมักจะเป็น Escherichia coli และ DNA ที่โคลนจะเป็น DNA ของสัตว์ ในบริบทนี้ดีเอ็นเอที่ "โคลน" ไม่ได้หมายความว่าเราต้องการโคลนสิ่งมีชีวิตทั้งหมด แต่เป็นเพียงส่วนของยีนที่น่าสนใจ

หากเราต้องการผลิตอินซูลินเราต้องระบุส่วนของดีเอ็นเอที่มีข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการผลิตโปรตีนดังกล่าว

หลังจากระบุส่วนที่สนใจจะถูกตัดและใส่เข้าไปในแบคทีเรีย E. coli นั่นคือแบคทีเรียทำหน้าที่เป็นโรงงานผลิตขนาดเล็กและนักวิจัยให้ "คำแนะนำ" โดยการใส่ยีนเข้าไป

นี่คือขั้นตอนของพันธุวิศวกรรมซึ่งดำเนินการในระดับเล็ก ๆ และโดยนักชีววิทยาระดับโมเลกุลหรือนักชีวเคมีเฉพาะทาง ในขั้นตอนนี้จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์พื้นฐานในห้องปฏิบัติการเช่นไมโครปิเปตไมโครเซนติฟูกเอนไซม์ จำกัด และอุปกรณ์ในการทำเจลอิเล็กโทรโฟรีซิส

เพื่อทำความเข้าใจกระบวนการทางชีวภาพไม่จำเป็นต้องเข้าใจรายละเอียดทั้งหมดที่กล่าวถึงการโคลนนิ่งสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าระดับการแสดงออกของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการจะต้องเหมาะสมที่สุดและความเสถียรของผลิตภัณฑ์ต้องเพียงพอด้วย

ปริมาณ

หลังจากกระบวนการโคลนขั้นตอนต่อไปคือการวัดการเติบโตและลักษณะของเซลล์รีคอมบิแนนท์จากขั้นตอนก่อนหน้า ในการทำเช่นนี้คุณต้องมีทักษะด้านจุลชีววิทยาและจลนศาสตร์

ต้องคำนึงถึงว่าตัวแปรด้านสิ่งแวดล้อมทั้งหมดเช่นอุณหภูมิองค์ประกอบของตัวกลางและ pH เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ได้ผลผลิตสูงสุด ในขั้นตอนนี้จะมีการวัดปริมาณพารามิเตอร์บางอย่างเช่นอัตราการเติบโตของเซลล์ผลผลิตเฉพาะและผลิตภัณฑ์

เพิ่มขนาด

หลังจากวิธีการผลิตสารที่ต้องการได้มาตรฐานแล้วขนาดการผลิตก็เพิ่มขึ้นและเตรียมเชื้อ 1 หรือ 2 ลิตรในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ

ทั้งนี้จะต้องรักษาอุณหภูมิและสภาวะ pH ต่อไป ต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับความเข้มข้นของออกซิเจนที่วัฒนธรรมต้องการ

ต่อจากนั้นนักวิจัยได้เพิ่มขนาดการผลิตมากขึ้นเรื่อย ๆ ถึง 1,000 ลิตร (ปริมาณขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ)

- ขั้นตอนของการหมัก

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วกระบวนการทางชีวภาพนั้นกว้างมากและไม่ใช่ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่อธิบายไว้ในหัวข้อก่อนหน้านี้ ตัวอย่างเช่นการหมักในคอนกรีตและตัวอย่างคลาสสิกของกระบวนการทางชีวภาพ ในจุลินทรีย์นี้จะใช้เช่นเชื้อราและแบคทีเรีย

จุลินทรีย์จะเติบโตในอาหารที่มีคาร์โบไฮเดรตซึ่งจะใช้ในการเจริญเติบโต ด้วยวิธีนี้ผลิตภัณฑ์เหลือใช้ที่พวกเขาผลิตขึ้นเป็นของที่มีมูลค่าทางอุตสาหกรรม ในจำนวนนี้เรามีแอลกอฮอล์กรดแลคติกและอื่น ๆ

เมื่อสารที่สนใจผลิตโดยจุลินทรีย์จะมีความเข้มข้นและบริสุทธิ์ อาหารที่ไม่มีที่สิ้นสุด (ขนมปังโยเกิร์ต) และเครื่องดื่ม (เบียร์ไวน์และอื่น ๆ ) ที่มีคุณค่าสำหรับการบริโภคของมนุษย์ทำโดยใช้กระบวนการทางชีวภาพนี้

อ้างอิง

1. Cragnolini, A. (1987). ประเด็นนโยบายวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี: วัสดุและการประชุมสัมมนา Jorge Sabato Ibero-American ครั้งที่สองเกี่ยวกับนโยบายวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมาดริดวันที่ 2-6 มิถุนายน 1986 กองบรรณาธิการ CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). เทคโนโลยีชีวภาพ Netbiblo
3. Doran, น. (1995). หลักการทางวิศวกรรมกระบวนการชีวภาพ เอลส์
4. สภาวิจัยแห่งชาติ. (1992) การนำเทคโนโลยีชีวภาพมาใช้ในการทำงาน: วิศวกรรมกระบวนการชีวภาพ สำนักพิมพ์แห่งชาติ
5. Najafpour, G. (2015). วิศวกรรมชีวเคมีและเทคโนโลยีชีวภาพ. เอลส์