BIOPROSES: KARAKTERISTIK, JENIS, KEUNGGULAN DAN TAHAPAN - BIOLOGI - 2025

Sebuah bioproses adalah metodologi tertentu yang menggunakan sel-sel, atau juga komponen lain yang tinggal daripadanya (enzim, organel, antara lain), untuk mencapai memperoleh suatu produk yang diinginkan untuk industri atau untuk kepentingan manusia. Bioproses memungkinkan diperolehnya produk yang sudah dikenal, dalam kondisi lingkungan yang optimal, dengan kualitas yang lebih tinggi daripada cara menghasilkannya secara tradisional.

Dengan cara yang sama, bioproses memungkinkan perolehan organisme hasil rekayasa genetika 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 pembuatan makanan, mendorong peningkatan ini, membuat obat-obatan, mengendalikan polusi dari berbagai jenis dan juga mengendalikan pemanasan global.

Saat ini, berbagai proses bioproses dalam industri telah memberikan dampak positif dan jutaan dolar investasi telah dilakukan untuk mendorong pertumbuhan mereka.

karakteristik

Dalam ilmu bioteknologi, bioproses adalah suatu proses yang menggunakan suatu entitas biologis tertentu yang menghasilkan suatu produk suatu zat dengan nilai tambah tertentu.

Artinya, penggunaan sel, mikroorganisme atau bagian sel menghasilkan produk yang diinginkan oleh peneliti, yang mungkin dapat diterapkan di beberapa area.

Selain itu, terdapat 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 diwujudkan menjadi manfaat bagi masyarakat.

Tujuan bioproses

Ahli biologi dan insinyur yang berpartisipasi dalam pengembangan bioproses berupaya mempromosikan penerapan teknologi ini, karena memungkinkan:

-Melalui bioproses, bahan kimia yang memiliki nilai signifikan dapat dihasilkan. Namun, jumlah yang diproduksi umumnya agak kecil.

-Bioproses memungkinkan sintesis atau modifikasi produk yang sudah diperoleh dengan cara tradisional menggunakan aktivitas mikroorganisme yang sebelumnya diisolasi. Ini bisa berupa asam amino atau bahan organik lainnya, makanan, antara lain.

-Transformasi zat dalam volume yang cukup besar, seperti alkohol. Prosedur ini sering kali melibatkan zat dengan nilai kecil.

-Melalui penggunaan organisme atau bagiannya, residu dan limbah beracun dapat didegradasi untuk mengubahnya menjadi zat yang mudah didaur ulang. Proses ini juga relevan dalam industri pertambangan, dengan konsentrasi logam dan eksploitasi tambang baru.

Keuntungan dan kerugian penerapan bioproses

-Keuntungan

Adanya bioproses memberikan sederet keunggulan yang luar biasa, diantaranya penghematan energi untuk pengolahan zat, sebagai berikut:

Kondisi bersahabat bagi para pekerja

Kebanyakan bioproses menggunakan enzim, yang merupakan katalis protein di alam. Ini bekerja pada suhu, tingkat keasaman dan tekanan yang sama dengan organisme hidup, untuk alasan ini proses terjadi dalam kondisi "bersahabat".

Sebaliknya, dengan temperatur dan tekanan ekstrim dimana katalis kimia yang digunakan dalam proses tradisional bekerja. Selain menghemat energi, bekerja dalam kondisi yang ramah manusia membuat prosedur lebih aman dan mempermudah prosesnya.

Akibat lain dari fakta ini adalah berkurangnya dampak lingkungan, karena hasil reaksi enzimatis bukanlah limbah beracun. Berbeda dengan limbah yang dihasilkan dengan metodologi standar.

Kompleks manufaktur lebih kecil, sederhana, dan cukup fleksibel, sehingga tidak perlu investasi modal yang besar.

-Kekurangan

Meskipun bioproses memiliki banyak keunggulan, namun masih terdapat kelemahan dalam metodologi yang diterapkan, seperti:

Kontaminasi

Salah satu yang paling penting adalah konsekuensi intrinsik bekerja dengan sistem biologis: kerentanan terhadap kontaminasi. Untuk alasan ini, itu harus bekerja dalam kondisi aseptik yang sangat terkontrol.

Jika tanaman terkontaminasi, mikroorganisme, katalisator 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, di mana budidaya dan perkembangan optimal lebih mudah.

Namun, mengekstrapolasi proses budidaya mikroorganisme secara massal menimbulkan serangkaian kendala.

Secara metodologis, produksi mikroorganisme dalam skala besar itu rumit dan jika tidak dilakukan dengan cara yang benar dapat menyebabkan ketidakstabilan genetik sistem dan heterogenitas organisme yang sedang tumbuh.

Produsen berusaha memiliki budaya yang homogen untuk memaksimalkan produksi zat yang dimaksud. 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 sederet kekurangan.

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, yang menarik mungkin adalah organisme hasil rekayasa genetika (dan bukan apa yang dapat diproduksi dengannya).

Tahapan bioproses

Karena istilah "bioproses" mencakup serangkaian teknik yang sangat heterogen dan beragam, sulit untuk mencakup tahapannya.

-Tahap untuk memproduksi insulin

Jika Anda menangani organisme yang dimodifikasi di laboratorium, langkah pertama adalah modifikasi. Untuk menjelaskan metodologi tertentu, kami akan menjelaskan pembuatan DNA rekombinan yang khas dari suatu produk seperti insulin, hormon pertumbuhan, atau produk umum lainnya.

Manipulasi genetik

Untuk membawa produk ke pasar, organisme inang harus dimanipulasi secara genetik. Dalam hal ini, organisme biasanya adalah Escherichia coli dan DNA hasil kloning adalah DNA hewan. Dalam konteks ini, DNA "kloning" tidak berarti bahwa kita ingin mengkloning seluruh organisme, itu hanyalah fragmen 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 yang diinginkan 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, mikrosentrifugal, enzim restriksi, dan peralatan untuk membuat gel elektroforesis.

Untuk memahami bioproses, bukan keharusan untuk memahami semua detail yang diimplikasikan oleh 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 di bidang mikrobiologi dan kinetik.

Harus diperhatikan bahwa semua variabel lingkungan seperti suhu, komposisi medium dan pH optimal, untuk memastikan produksi yang maksimal. Pada langkah ini, beberapa parameter seperti laju pertumbuhan sel, produktivitas spesifik dan produk dihitung.

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 biakan.

Selanjutnya para peneliti semakin meningkatkan skala produksinya hingga mencapai 1.000 liter (kuantitasnya juga tergantung produk yang diinginkan).

-Tahapan fermentasi

Seperti yang kami sebutkan, bioproses sangat luas dan tidak semuanya melibatkan langkah-langkah yang dijelaskan di bagian sebelumnya. Misalnya fermentasi pada beton dan contoh klasik sebuah bioproses. Dalam mikroorganisme ini digunakan, seperti jamur dan bakteri.

Mikroorganisme tumbuh dalam media dengan karbohidrat yang akan mereka gunakan untuk pertumbuhannya. Dengan begitu, produk limbah yang mereka hasilkan adalah yang memiliki nilai industri. Diantaranya kami memiliki alkohol, asam laktat, antara lain.

Setelah zat yang diinginkan diproduksi oleh mikroorganisme, zat itu dipekatkan dan dimurnikan. Makanan tak berujung (roti, yogurt) dan minuman (bir, anggur, antara lain) yang berharga untuk konsumsi manusia dibuat dengan menggunakan bioproses ini.

Referensi

1. Cragnolini, A. (1987). Masalah Kebijakan Ilmiah dan Teknologi: Materi dan Sesi Seminar Kedua Jorge Sabato Ibero-American tentang Kebijakan Ilmiah dan Teknologi, Madrid, 2-6 Juni 1986. Editorial CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). Bioteknologi Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Prinsip rekayasa bioproses. Elsevier.
4. Dewan Riset Nasional. (1992). Menggunakan Bioteknologi: rekayasa bioproses. National Academies Press.
5. Najafpour, G. (2015). Rekayasa biokimia dan bioteknologi. Elsevier.