什么是生物加工?上下游指南

从用于制造吗啡的罂粟衍生的天然生物碱，到用于蒸馏生物燃料的富油藻类，自然界中有大量有用的产品。生物加工是指利用活生物体的自然特性并利用它们制造最终产品的艺术。这一过程包括两个关键阶段——上游和下游。

上游和下游生物加工都是高度专业化的，并利用了无数专业领域的专业知识，包括生物学、化学、化学工程、生物化学和微生物学。上游和下游生物加工共同创造了有用和高价值的产品。这些可以是任何东西，从对抗sars冠状病毒的疫苗，到用于驱动汽车、船舶和飞机的环保燃料。

想知道更多吗?继续往下读，我们将深入了解生物加工及其一些不同的应用。

利用自然的力量

生物体是生物加工的基本组成部分。它们是“活的原料”，为科学家提供制造有用产品所需的原材料。雷电竞网址有时使用整个生物体。其他时候，单个细胞和组件被隔离。总的来说，这个过程分为两个明确的阶段——上游和下游。让我们来仔细看看下面的每一个:

上游生物工艺

这描述了生物加工的早期阶段。步骤包括确定感兴趣的生物，并开发从自然环境中获取它们的方法，或在实验室中人工培养它们。上游流程根据应用程序的不同而有很大差异。例如，在制药部门，上游生物加工包括分离感兴趣的细胞系的重要步骤。它还包括在实验室中培养和收获这些细胞系。

上游阶段包括准备培养基，以及使用生物反应器和培养箱来繁殖微生物。新技术ES-20/80C shaker-incubator正在重新构想现代实验室中的微生物和细胞培养。除了配备了一个三重偏心机构，以获得卓越的平衡和稳定性，它还具有友好的用户界面和智能的技术功能，如自动温控器故障检测和蓝牙连接。

革命BioContinuum™种子培养平台默克公司的产品是另一个旨在快速跟踪工作流程的上游技术的例子。它多功能且完全集成，使生物制造商有信心利用种子培育强化工具。好处包括节省大量时间和成本。

生物过程工程的作用

生物过程工程属于上游范畴。它描述了优化环境以支持感兴趣的生物生长的过程。目标通常是以尽可能低的成本确保高质量生物的持续供应。在将产品推向商业市场时，生物工艺工程起着至关重要的作用。它允许实验室扩大生产规模，以最有效的方式满足消费者的需求。

当苏格兰医生亚历山大·弗莱明发现一种名为青霉的真菌生活在一种名为葡萄球菌的细菌中时，生物工艺工程发挥了重要作用。弗莱明使用微生物学和发酵工程相结合的方法在实验室培养葡萄球菌，并扩大了青霉的供应。这就是弗莱明将青霉素作为一种广泛使用的药品的原因。

下游生物工艺

下游生物加工描述了开发和生产的后期阶段。这可以包括原料的提取和纯化，如活性药物成分(api)。包装也属于下游类别。对于大多数实验室来说，下游生物处理通常在初始产品开发阶段完成时开始。

回到制药的例子，下游生物处理可能涉及纯化在上游阶段生长的细胞。制造成品的所有其他步骤都属于下游生物加工的范畴。

生物处理的挑战

时间

时间是生物处理的最大挑战之一。在大多数行业，时间就是金钱，这就是为什么公司总是在寻找加快上游和下游生物处理的方法。

成本

成本是另一个主要障碍。大多数公司在开发新产品时都有严格的预算。最终，在生物处理阶段吸收的研究、开发和生产的总成本不应超过总利润。

优化细胞培养基

优化细胞培养基是许多公司在上游生物处理过程中面临的挑战。细胞培养基配方的独特性质可以对实验室如何快速有效地生长和收获生物体产生重大影响。展望未来，专家预测人工智能将有助于优化细胞培养基开发过程。

分离细胞系

在生物制药行业，检测和分离高质量的细胞系是一个主要的挑战。微流体等自动化技术正被用于加快细胞分离过程，节省大量时间和金钱。

在盐湖城的犹他大学，研究人员正在利用电来加强细胞系、培养基和试剂的生物处理。这项技术被称为生物电催化，使用生物材料在电极内催化氧化还原反应。

“生物电催化是一个跨学科的研究领域，通过利用来自生物系统的材料作为催化剂，催化电极上发生的氧化还原反应，将生物催化和电催化结合起来，”发表在该杂志上的一篇文章摘要写道化学评论．

生物处理的应用

分离和提取单个细胞系和成分的能力在许多行业中都有令人兴奋的应用。

生物加工和生物燃料

该技术广泛应用于生物燃料领域，可再生生物质被用于蒸馏生物乙醇。在书中生物燃料价值链，作者强调了CBP作为微生物的发酵方法的选择，有能力释放一种称为纤维素体水解的酶。这将多糖生物分子分解成单体糖并产生生物乙醇。

生物加工和对抗抗生素耐药性

生物处理可以帮助解决抗生素耐药性的迅速增长问题世界卫生组织被确定为“当今全球健康、粮食安全和发展的最大威胁之一”。越来越多的感染，包括沙门氏菌病、肺炎、淋病和结核病，对抗生素的耐药性越来越强。2019年，一群被称为抗菌素耐药性合作者雷电竞网址的科学家估计，抗菌素耐药性夺去了近500万人的生命。

在杂志上发表的一篇文章中RSC的进步，作者Usama Ramadan Abdelmohsen探讨了生物处理如何帮助解决这个问题。Abdelmohsen说，通过将天然生物与纳米技术相结合，制药业可以对抗致病菌和多重耐药生物。

文章写道:“天然产品的纳米配方提供了许多好处，例如靶向药物传递、提高成分溶解度、减少剂量、增强吸收、降低代谢和增强生物利用度。”“这可以通过将天然产物包裹在方便的载体系统中来实现，如纳米粒子、脂质体和纳米乳液，这可以将一种不足的草药转化为一种成功的生物可利用性候选药物。”

食品和饮料行业的生物加工

在巴西巴伊亚联邦大学，微生物学教授保罗·费尔南多·德·阿尔梅达正在进行类似的研究。电流被用来激活细胞代谢，加速代谢反应和增加生物活性物质的释放。他们在酿酒酵母(一种用于制作葡萄酒、面包和啤酒的酵母)上测试了这一理论。结果表明，在微安范围内应用电流可使乙醇产量提高10%。

Almeida解释说:“我们利用生物光子学和生物电刺激来控制微生物，从刺激它们产生生物活性到在需要杀死它们、抑制它们或减少有害生物数量时消除它们。”“我们的研究结果表明，电刺激是一种低成本的生物过程助推器。”从经济的角度来看，快速代谢反应的潜力是非常有益的。

生物加工和疫苗开发

虽然像辉瑞和Moderna这样的疫苗现在被广泛认可，但像英美烟草公司(BAT)这样的小公司正在探索开发针对传染性病毒和疾病的疫苗的新方法。这家总部位于英国的生物技术公司与子公司肯塔基生物加工公司合作，探索利用烟草植物来扩大疫苗生产。

“BAT复制了BAT开发的冠状病毒抗原的部分基因序列;这是一种能在体内引发免疫反应并产生抗体的物质。”公司代表解释道．“然后将这个序列插入到植物中进行快速繁殖生产，一旦植物被收获，抗原就会被纯化，与TMV支架结合(或结合)，使其有效地携带到细胞中，在那里它可以工作。”这家位于肯塔基州的制造厂满负荷运转时，每周可生产多达300万剂抗原。

分析人士预测，到2027年，全球疫苗市场将超过850亿美元。对基于病毒的产品需求的增长将为该行业带来一系列独特的挑战，特别是在制造可扩展性方面。了解更多关于未来的挑战，以及色谱等技术如何用于改善、节约和扩大下游工艺“用多模态色谱法优化病毒载体纯化策略”。