Introducere in biotehnologie

Introducere in biotehnologie

Cuvantul "biotehnologie" este format din doi termeni: "bio" ≡ grecescul "bios" (viata) si "tehnologie" din grecescul "tehnologia" ≡ studiul utilajelor, masinilor si materialelor.

Biotehnologia este o stiinta interdisciplinara care utilizeaza materia vie pentru degradare, sinteza si producere de materiale prin bioconversie. Apeleaza la enzime libere sau fixate, microorganisme, structuri celulare si subcelulare active.

Cea mai corecta definitie a biotehnologiei este data de Federatia Europeana de Biologie (1978): "Utilizarea integrata a biochimiei, microbiologiei si ingineriei in scopul obtinerii unei aplicatii tehnologice (industriale) cu ajutorul microorganismelor, culturilor de celule si a partilor componente ale acestora".

Produse majore obtinute prin biotehnologii:

solventi organici - etanol, acetona, butanol;

biomasa - culturi de drojdii pentru industria alimentara si agricultura;

acizi organici - citric, lactic, gluconic;

aminoacizi - acid L-glutanic, L-Lizina, L-fenilalanina, L-arginina;

polizaharide extracelulare - dextran, xantan;

nucleozide - 5' GMP;

enzime - proteaze, α-amilaze, glucoamilaze, pectinaze, rennina, glucozizomeraze;

vitamine - B₁₂, riboflavina;

pigmenti - β-caroten;

vaccinuri impotriva difteriei, tetanosului, tuse convulsiva, virusul poliomielitic, hepatitei B;

proteine terapeutice - insulina, hormoni de crestere, interferonul-

antibiotice - penicilina, cefalosporine, tetracicline.

Orice manipulare a viului in folosul societatii inseamna biotehnologie, indiferent ca se realizeaza la nivel de laborator (caracter fundamental) sau la nivel industrial (caracter aplicativ).

Clasificare

In functie de tipul de celule cu care se lucreaza, deosebim:

biotehnologii microbiene;

biotehnologii vegetale;

biotehnologii animale.

In functie de domeniul de aplicabilitate a produselor obtinute avem:

biotehnologii industriale (farmaceutice, alimentare);

biotehnologii agricole (vegetale si in zootehnie);

biotehnologii medical-veterinare.

Biotehnologii farmaceutice: - producere de biomasa proteica;

- biosinteza antibioticelor;

- productia de acizi organici;

- productia de aminoacizi, enzime, hormoni, vitamine,

polizaharide.

Biotehnologii alimentare: - procedee industriale de prelucrare a legumelor si

fructelor, a laptelui si produselor lactate, a carnii.

Biotehnologii agricole: - manipularea celulelor vegetale (biotehnologii vegetale)

sau a celor animale - biotehnologie in zootehnie

- biotehnologie medical-veterinara.

Biotehnologiile vegetale: studiaza rezistenta plantelor la atacul agentilor

patogeni si ale tolerantei acestora la actiunea

factorilor de mediu nefavorabili, multiplicarea

plantelor horticole si obtinerea de hibrizi noi.

Biotehnologiile din domeniul zootehniei: studiaza nutritia animala, cresterea

rezistentei animalelor la atacul factorilor patogeni,

conservarea resurselor genetice animale.

Biotehnologiile medical-veterinare: studiaza crearea unor sisteme de diagnos-

ticare rapide si eficiente al maladiilor sau dereglari

functionale la om si animale; producerea unor

sisteme biologice de combatere a bolilor (anticorpi,

bacterii antagoniste, vaccinuri).

De la ideea obtinerii unui produs nou pana la produsul comercial, se parcurg anumite etape:

● substanta chimica → tesut animal → cromozom animal → gena taiata dintr-un cromozom

● microorganism → plasmida → plasmida selectionata → plasmida recombinata → introducere in microorganism → multiplicare plasmidei si expresia genei → diviziunea celulara → cultivare in laborator → bioreactor de laborator → bioreactor pilot → operare la scara industriala → recuperarea produsului → conditionare si vanzare.

Prima etapa de dezvoltare a bioprocesului se refera la manipularea genetica a organismului gazda: in acest caz, o gena din ADN-ul animal este clonata intr-o celula de EC (Escherichia coli) de catre biochimist sau specialistul in biologia moleculara.

Dupa clonare, caracteristicile de crestere ale celulelor trebuie masurate in functie de conditiille de cultivare: compozitia mediului, pH, T, concentratia O₂ dizovat. Dupa cunoasterea conditiilor de cultivare se porneste procesul intr-un bioreactor de laborator (1,2 sau 5 l) echipat cu echipamente de masurare a pH-ului, concentratiei O₂ si vitezei de agitare.

Urmatoarea etapa: bioreactor pilot (100-1000 l) pentru a examina raspunsul celulelor cultivate pe o scara mai mare. In aceasta etapa, rezultatele pot fi mai slabe decat cele din bioreactorul de laborator. In functie de rezultat se stabileste daca se trece la productia industriala sau nu.

Recuperarea produsului finit din mediul de reactie este cea mai costisitoare etapa din tot bioprocesul (80-90% din costul total). Procedeele de recuperare industriala sunt: filtrari, centrifugari pentru separarea celulelor din lichid, extractii cu solventi, metode cromatorgrafice de separare, cristalizari si uscari.

Dupa ce produsul a fost purificat pana la standardele cerute de normele internationale, produsul se ambaleaza si apoi se vinde.

Pentru produsele farmaceutice este necesara testarea eficacitatii, mai intai pe animale si apoi pe oameni. Pentru produsele de uz alimentar sunt cerute teste specifice.