Simplu spus, un bioreactor este un vas în care au loc procese biologice. Bioreactoarele sunt echipate fie cu un control manual simplu, fie cu un control PLC mai complex, complet automat. De obicei, procesul cu bioreactor este un proces discontinuu, iar timpul dintre pornire și recoltare se numește campanie.
Majoritatea bioreactoarelor trebuie să fie furnizate cu gaze și substanțe nutritive pentru creșterea bacteriilor, drojdiilor sau celulelor pentru ca sinteza biologică dorită să aibă loc. Acești aditivi sunt de obicei adăugați continuu pe o perioadă de la câteva zile până la câteva săptămâni. Controloarele de debit joacă un rol semnificativ în controlul procesului de bioreactoare. Diferențele de flux de volum fie pentru bacterii, fie pentru culturile celulare sunt semnificative.
Campania unui proces care conține culturi celulare poate dura până la trei sau patru săptămâni înainte de recoltare, în timp ce o campanie cu culturi bacteriene durează adesea doar câteva zile.
Este o provocare să desfășurați procesul într-o manieră stabilă în această perioadă de timp și, prin urmare, este foarte important să dozați cu precizie gazele și nutrienții. Diferențele în fluxul de volum fie pentru bacterii, fie pentru culturile celulare sunt semnificative. Dozarea aditivului se face in conditii sterile pentru a preveni orice contaminare cu bacterii nedorite care ar putea concura cu cultura microbiana sau celulara.
În scurt,fiabilitateand reproductibilitateasunt cheie înprocesele bioreactorului, în special pentru controlul debitului.
Figura arată curba ideală de creștere a unei culturi bacteriene într-un bioreactor
Aerarea bioreactoarelor folosind regulatoare de debit
Gazele care sunt utilizate în mod obișnuit pentru aerarea bioreactoarelor sunt: Aerul, O2 (Oxigen), N2 (Azot) și CO2 (Dioxid de carbon). N2 este utilizat pentru a calibra senzorul de oxigen (pO2) și pentru a reduce conținutul de O2 din bioreactor la începutul procesului. Cu cât este mai mare numărul de bacterii sau celule, cu atât este mai mare necesarul de O2. CO2 este folosit pentru a regla aciditatea (pH) în faza lichidă. Un bioreactor este de obicei controlat prin verificarea presiunii parțiale a oxigenului pO2 și a pH-ului din suspensie.
Aportul de oxigen al celulelor și toate celelalte substanțe își fac efectul în faza lichidă. Prin urmare, oxigenul trebuie să fie prezent în lichid. Pentru a asigura acest lucru, se încearcă adăugarea de oxigen – eventual ca componentă a aerului – în cele mai mici bule posibile. Agitarea lichidului va ajuta la distribuirea și difuzarea oxigenului adăugat.
Cercetarea și prima producere a substanțelor generate microbiologic în medicamente au început în timpul celui de-al doilea război mondial, când au descoperit avantajele folosirii penicilinei pentru a trata soldații răniți. La acel moment, ei au descoperit că utilizarea bacteriilor în procesele microbiologice are un avantaj în comparație cu sinteza chimică mai convențională. În sintezele chimice se generează multe produse secundare, unele dintre ele chiar în proporții mult mai mari decât substanța dorită în sine.
Cu toate acestea, în sintezele biologice, se observă randamente mult mai mari ale substanței țintă. În plus, această sinteză oferă adesea metode de separare mai simple. În plus, bacteriile, precum și celulele umane sau animale, sintetizează substanțe specifice care sunt dificile sau chiar inaccesibile prin sinteza chimică convențională.
În ultimii 20 de ani, procesele puternice de izolare a tulpinilor bacteriene și alte metode tehnologice genetice ne-au permis să producem, să izolăm și să multiplicăm tulpini care fac ceea ce au fost dezvoltate: sintetizează substanțe țintă în mod specific, selectiv și eficient. În cele mai multe cazuri, aceste sinteze sunt efectuate în așa-numitele bioreactoare.
