Bioprocesos

Biotecnología farmacéutica

1. BIOPROCESOS Microorganismos industriales, fermentaciones, regulación y seguridad.

2. ¿QUÉ SON? B ioproceso  es un componente importante de la mayoría de los procesos de biotecnología tanto nuevos como viejos y normalmente implica células vivas completas (de microbios, mamíferos o plantas), orgánulos o enzimas como biocatalizadores  y cuyo objetivo es producir cambios químicos y/o físicos en materiales orgánicos (es decir, el medio). Para poder ser viable en un determinado contexto industrial, el bioprocesamiento debe presentar ventajas sobre otros métodos de producción competitivos, tales como la tecnología química. En la práctica, muchas técnicas de bioprocesamiento  se usan a nivel industrial porque constituyen el único camino práctico para obtener un producto específico (tales como vacunas o antibióticos)

3. Todos los bioprocesos se desarrollan esencialmente dentro de los sistemas contenedores o biorreactores. Un gran número de células está implicado invariablemente en estos procesos y el biorreactor asegura su estrecha relación con el medio y las condiciones de crecimiento y formación de productos adecuados. También debe restringir la liberación de las células dentro del ambiente. La principal función de un biorreactor es minimizar el corte de producción de un producto o servicio determinado. En el cuadro se muestran ejemplos de productos de varias categorías producidos industrialmente en biorreactores

4. MICROORGANISMOS INDUSTRIALES Son, principalmente, levaduras, mohos, bacterias y actinomicetes (bacterias filamentosas); hoy se suman a ellos los cultivos de células de mamífero y los " hibridomas ": nuevas células creadas por la fusión de dos líneas celulares .

5. REQUISITOS Un microorganismo de uso industrial debe producir la sustancia de interés; debe estar disponible en cultivo puro; debe ser genéticamente estable y debe crecer en cultivos a gran escala. Otra característica importante es que el microorganismo industrial crezca rápidamente y produzca el producto deseado en un corto período de tiempo. El microorganismo debe también crecer en un relativamente barato medio de cultivo disponible en grandes cantidades. Además, un microorganismo industrial no debe ser patógeno para el hombre o para los animales o plantas. 

6. Otro requisito importante es la facilidad de separar las células microbianas del medio de cultivo; la centrifugación es dificultosa o cara a gran escala. Los microorganismos industriales más favorables para esto son aquellos de mayor tamaño celular (hongos filamentosos, levaduras y bacterias filamentosas) ya que estas células sedimentan más fácilmente que las bacterias unicelulares e incluso son más fáciles de filtrar.

7. Han demostrado ser particularmente útiles debido a la facilidad de su cultivo en masa, la velocidad de crecimiento, el uso de sustratos (que en muchos casos son desechos ) y la diversidad de productos potenciales. AISLAMIENTO DE MICROORGANISMOS COLECCIONES DE CULTIVOS MICROBIANOS MEJORA DE LA CEPA Recombinación Mutagenesis Ingeniería genética ESTABILIDAD

8. FERMENTACIONES Se emplea el termino fermentación en dos contextos diferentes: En el metabolismo, se refiere a generación de energía donde los compuestos orgánicos actúan como donante del electrón. Es un proceso  catabólico En microbiología industrial, se refiere al crecimiento de grandes cantidades de células en condiciones aerobias o anaerobias, dentro de un recipiente denominado un fermentador o biorreactor .

9. El cultivo de células vegetales se destina principalmente a la obtención de productos secundarios, tales como saborizantes artificiales, perfumes y medicamentos, mientras que el cultivo de células de mamíferos se ha vinculado con la producción de vacunas y anticuerpos y la producción de proteínas recombinantes como el  interferón ,  interleuquinas  y  eritropoyetina .

10. Medios de fermentación Medios de fermentación deben satisfacer todos los requerimientos nutricionales del microorganismo y cumplir con los objetivos técnicos del proceso. Los nutrientes deben ser formulados para promover la síntesis de producto objetivo, biomasa celular o un metabolito específico. Donde los metabolitos primarios son el producto de destino, el objetivo es un medio que permite un crecimiento del microorganismo. Para metabolitos secundarios, como los antibióticos, su biosíntesis no es relacionados con el crecimiento.

11. Requisitos de medios de fermentación son: una fuente de carbono(aporta energia , util en biosintesis ) y fuentes de nitrógeno, fósforo y azufre; agua, minerales, vitaminas, precursores, inductores, inhibidores, antiespumantes. También un conjunto específico de condiciones; variable pH, temperatura, etc., puede alterar el coeficiente de rendimiento. Los medios de fermentación también dependen de la magnitud de la fermentación( nivel laboratorio, nivel industrial).

12. Los principales factores que afectan la elección final de materias primas individuales son los siguientes. C oste y disponibilidad F acilidad de manejo en forma sólida o líquida, junto con el transporte y almacenamiento R equisitos de esterilización y los posibles problemas de desnaturalización. F ormulación, mezcla y viscosidad características que pueden influir en la agitación, aireación y formación de espuma durante la fermentación y procesamiento aguas abajo etapas. L a concentración de producto objetivo logrado, su tasa de formación y rendimiento por gramo de substrato utilizado. L os niveles y la gama de impurezas y el potencial para generar más productos no deseados durante el proceso. Implicaciones de seguridad y salud. A fectar la recuperación de productos y purificación.

13. Sistemas de fermentación La función principal de un fermentador es proporcionar un ambiente adecuado en el que un organismo puede producir eficientemente un producto objetivo que puede ser producto de biomasa, un metabolito o bioconversión de células . La mayoría está diseñada para mantener las concentraciones de biomasa alta. El funcionamiento de cualquier fermentador depende de muchos factores, pero los principales parámetros físicos y químicos que deben ser controlados son velocidad de agitación, transferencia de oxígeno, pH, temperatura y espuma de la producción

14. Agitación Agitación de las fermentaciones de la suspensión celular se realiza con el fin de mezclar las tres fases dentro de un fermentador. La fase líquida contiene nutrientes disueltos y metabolitos, la fase gaseosa es principalmente oxígeno y dióxido de carbono y la fase sólida se compone de las células y cualquier sustratos sólidos que pueden estar presentes. La mezcla debe producir condiciones homogéneas y fomentar la transferencia de nutrientes, gases y calor. Transferencia de calor es necesario tanto para esterilización y mantenimiento de la temperatura durante la operación. Mezcla eficaz es particularmente importante para la transferencia de oxígeno en las fermentaciones aeróbicas. Control de pH E s generalmente un factor importante como rendimiento de las fermentaciones muchos productos que pueden alterar el pH de los medios de crecimiento. Medios de fermentación a menudo contienen sales tampón. Espuma E s en gran parte debido a los medios de comunicación de las proteínas que se adhieren a la interfase aire – caldo donde se desnaturaliza para formar una espuma estable. Si no es controlado la espuma puede bloquear los filtros de aire, resultando en la pérdida de las condiciones asépticas; el fermentador se contamina y microorganismos se liberan en el medio ambiente.

15. Las fermentaciones de laboratorio pueden realizarse en botellas o matraces cónicos que pueden ser sacudidos para proporcionar aireación cuando sea necesario. Estos vasos están conectados normalmente con algodón o un tapón de espuma de poliestireno para evitar la contaminación microbiana. Para procesos industriales, se utilizan fermentadores con capacidades de hasta varios litros. Su diseño, calidad de construcción, funcionamiento y el nivel de sofisticación depende en gran parte el organismo de la producción, las óptimas condiciones de funcionamiento necesarios para la formación de producto objetivo, valor del producto y la escala de producción.

16. REGULACIÓN Y SEGURIDAD Las licencias del producto sólo se conceden después de que el producto haya superado todos los requisitos del sistema regulador. GRAS: Generalmente considerado seguro En el caso de Farmacéuticos , por ejemplo, el proceso de fabricación debe ser validado y el producto «bien caracterizado». Esto implica un examen riguroso de su identidad (Características de estructura, propiedades fisicoquímicas e inmunoquímicas), cuantificación de potencia y pureza, y la identificación y cuantificación de las impurezas. FABRICACIÓN Y SEGURIDAD AMBIENTAL ).

17. REFERENCIAS Biotecnología. 2004. John E. Smith. Editorial Acribia . Michael J. Waites , BSc , PhD, CBiol , MIBiol , Neil L. Morgan, BSc , PhD, MIFST, John S. Rockey , BSc , MSc , PhD, Gary Higton , BSc , PhD. Industrial Microbiology : An Introduction . Edition B. pp 75- 24