Biorreactores

PROCESOS BIOTECNOLÓGICOS II

Tema 1: Biorreactores

1. Generalidades Un biorreactor es un reactor químico, donde la reacción química que se lleva a cabo en su interior se debe a la actividad enzimática causada por la presencia de células o microorganismos, que pueden transformar determinados sustratos en ciertos productos de utilidad. Sus componentes básicos serán:      Un medio decultivo rico y estéril que provea de alimento y estabilidad metabólica al microorganismo. Un equipo estéril y adecuado para su cultivo y su mantenimiento Un microorganismo cuyo metabolismo esté acorde a la transformación química que se busca realizar, y que será inoculado a partir de un cultivo puro Una fuente de sustrato para la reacción enzimática que también deberá ser estéril e inerte para elmicroorganismo Un producto de la misma, que deberá ser recuperado, ya sea por lisis celular (si es interno) o por extracción y purificación a partir del sobrenadante (si es externo). De hecho el downstream processing del producto suele corresponder a más del 80% del costo total del proceso.

El diseño de un biorreactor incluye:  Elección del tanque. Suelen elegirse de forma y escala similar a losrecipientes utilizados a escala de laboratorio para reproducir lo más fielmente posible los resultados obtenidos. Deben ser asépticos y con superficies internas lisas. Operaciones de mantenimiento. Deben ser mínimas, y con baja cantidad de mano de obra. Debe utilizar materiales baratos y con un servicio de repuesto adecuado. Aireación y agitación. Si el proceso es aerobio es de vital importancia.Se debe evitar la formación de espuma (ya que rompe células) y se debe implementar de manera tal que reduzca las pérdidas por evaporación (utilizando bajos volúmenes). Consumo de energía. Debe ser lo más bajo posible. Control de variables internas. Es preferible si es automático y regular, ya que disminuye la contaminación del sistema. Versatilidad. El sistema debe poder ser aplicable en diversasmodalidades de procesos e incluso en diversos procesos.

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Cabe destacar que un objetivo fundamental en el diseño y la puesta a punto de todo proceso biotecnológico es la optimización del mismo, es decir, la capacidad del mismo de producir la máxima cantidad de producto en el menor tiempo, y requiriendo el menor costo posible. En este sentido se ha visto grandes avances en eldesarrollo de nuevos bioprocesos que utilizan biorreactores, como ser la obtención de nuevas cepas de microorganismos mediante manipulación genética, la utilización de medios de cultivo provenientes de materiales de desecho, etc.

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1.1. Tipos de biorreactores Los biorreactores se clasifican de acuerdo a los regímenes de ingreso y salida del sustrato y los productos. Así encontramos biorreactores:a) Discontinuos. Se llena el reactor con una solución estéril que servirá como medio de cultivo, se inocula el microorganismo, se deja que realice su actividad metabólica deseada (controlando algunos parámetros vitales) y se vacía completamente el reactor para reutilizarlo luego. b) Continuos. Se basan en el ingreso constante de sustrato a un tanque agitado que contiene el microorganismo en unmedio de cultivo, y en la extracción constante de una solución de producto del mismo. En esta extracción también se eliminarán microorganismos, por lo que suelen utilizarse resinas de inmovilización y atrapamiento del mismo. c) Fed-batch. Se basan en un agregado continuo de sustrato (y medio de cultivo) a medida que progresa el proceso, sin una purga de producto. Luego de un tiempo determinado, sevaciará el recipiente y recomenzará el llenado.

1.2. Modelado Una rama importantísima a la hora de utilizar bioprocesos y elegir el más eficiente, es la del modelado matemático del cambio de ciertas variables a medida que transcurre el tiempo. Entre ellas encontramos la biomasa (X), definida como la cantidad de células o microorganismos viables (vivos y con capacidad de reproducirse) por...