Биомолекулярная инженерия

редактировать

Биомолекулярная инженерия - это применение инженерных принципов и методов для целенаправленного манипулирования молекулами биологического происхождения. Биомолекулярные инженеры объединяют знания биологических процессов с помощью знаний химической инженерии, чтобы сосредоточиться на решениях на молекулярном уровне вопросов в науках о жизни, связанных с средой, сельское хозяйство, энергетика, промышленность, производство продуктов питания, биотехнология и медицина.

Биомолекулярные инженеры целенаправленно манипулируют углеводами, белками, нуклеиновыми кислотами и липидами в взаимосвязи между их структурой (см..: структура нуклеиновой кислоты, химия углеводов, структура белка,), функция (см.: функция белка ) и свойства и в отношении применимости к таким областям, как восстановление окружающей среды, растениеводство и животноводство, биотопливные элементы и биомолекулярная диагностика. Изучены термодинамика и кинетика молекулярного узнавания в фермах, антителах, гибридизации ДНК, биоконъюгации / биоиммобилизации и биоразделении. Внимание также уделяется рудиментам сконструированных биомолекул в передаче сигналов, кинетике клеточного роста, разработке биохимических путей и инженерии биореакторов.

Содержание

  • 1 Хронология
    • 1.1 История
    • 1.2 Будущее
  • 2 Основные биомолекулы
    • 2.1 Белки
    • 2.2 Углеводы
    • 2.3 Нуклеиновые кислоты
    • 2.4 Липиды
  • 3 Из молекул
    • 3.1 Рекомбинантная ДНК
      • 3.1.1 Метод
      • 3.1.2 Области применения
    • 3.2 Сайт-направленный мутагенез
      • 3.2.1 Общая процедура
      • 3.2.2 Приложения
    • 3.3 Био -иммобилизация и биоконъюгация
    • 3.4 Полимеразная цепная реакция
      • 3.4.1 Методы биомолекулярной инженерии, используемые в ПЦР
    • 3.5 Иммуноферментный анализ (ELISA)
      • 3.5.1 Методы, используемые в ELISA
  • 4 Области применения и области
    • 4.1 В промышленности
      • 4.1.1 Масштабирование
    • 4.2 Связанные отрасли
      • 4.2.1 Биоинженерия
      • 4.2.2 Биохимия
      • 4.2.3 Биохимическая инженерия
      • 4.2.4 Биотехнология
      • 4.2.5 Биоэлектрическая инженерия
      • 4.2.6 Биомедицинская инженерия
    • 4.3 Химическая инженерия
    • 4.4 Образование и программы
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Дополнительная литература
  • 8 Внешние ссылки

Временная шкала

История

Во время Второй мировой войны потребность в больших количествах пенициллина приемлемого качества заставила инженеров-химиков и микробиологов сосредоточиться на производстве пенициллина. Это создало правильные условия для запуска цепочки систем, которые привели к созданию биомолекулярной инженерии. Биомолекулярная инженерия была впервые определена в 1992 г. США. Национальные институты здравоохранения как исследования на стыке химической инженерии и биологии с акцентом на молекулярном уровне ". Хотя сначала биомолекулярная инженерия определена как исследования, с тех пор она стала академической дисциплиной и областью инженерной практики. Герцептин, гуманизированное Mab для лечения рака молочной железы, стало первым лекарством, разработанное с использованием подхода биомолекулярной инженерии, и был одобрен FDA США, кроме того, компания Biomolecular Engineering была первым названием журнала Новая биотехнология.

Будущее

Биоинженерные технологии будущего могут помочь объяснить биомолекулярную инженерию. Глядя на закон Мура «Предсказание» в будущем квантовые и биологические процессоры - это «большие» »Технологии. С помощью биомолекулярной инженерии можно управлять тем, как работают наши процессоры, которые функционируют в том же смысле, что и работа биологических клеток. омолекулярная инженерия имеет потенциал стать одним из наиболее важных научных дисциплин благодаря достижениям в области анализа паттернов экспрессии генов, а также целенаправленной манипуляции со многими биомолекулами для улучшения функциональности. Исследования в этой области приводят к открытию новых лекарств, улучшенным методам лечения и развитию новых технологий биопроцессов. С ростом знаний о биомолекулах, скорость открытия новых молекул ценных бумаг, включая, помимо прочего, антитела, ферменты, вакцины и терапевтические пептиды продолжат ускоряться. Биомолекулярная инженерия создаст новые разработки терапевтических препаратов и ценных бумаг биомолекул для лечения или профилактики генетических заболеваний и других типов таких заболеваний. Также ожидается появление промышленных ферментов, которые будут сконструированы так, чтобы иметь желаемые свойства для улучшения процесса, а также для производства ценных бумаг биомолекулярных продуктов при гораздо более низких производственных затратах. Используя рекомбинантную технологию, будут также производиться новые антибиотики, активные против резистентных штаммов.

Основные биомолекулы

Биомолекулярная инженерия имеет дело с манипуляциями со многими ключевыми биомолекулами. К ним относятся, но не ограничиваются ими, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды. Эти молекулы создаются строительными блоками жизни, управляются, создаются и манипулируют их формами и функциями, получает множество новых возможностей и преимуществ. Каждая биомолекула отличается, используются ряд методов, используемых для управления каждой из них соответственно.

Белки

Белки - это полимеры, состоящие из связанных аминокислот цепей, связанных пептидными связями. У них есть четыре различных уровня структуры: первичный, вторичный, третичный и четвертичный. Первичная структура относится к аминокислотной последовательности основной цепи. Вторичная структура фокусируется на второстепенных конформациях, которые развиваются в результате образования водородных связей между аминокислотами цепью. Если большая часть белка содержит межмолекулярные водородные связи, он считается фибриллярным, и большая часть его вторичной структуры представляет собой бета-листы. Однако, если большая часть ориентации содержит внутримолекулярные водородные связи, тогда белок называется глобальным и в основном состоит из альфа-спиралей. Существуют также конформации, которые состоят из смесей альфа-спиралей и бета-листов, а также бета-спиралей с альфа-листами.

Третичная структура белков влияет на процесс их складывания и то, как общие молекула устроена. Наконец, четвертичная структура - это группа третичных белков, которые соединяются и связываются. При всех этих уровнях у белков есть множество мест, которые можно манипулировать и регулировать. Методы используются для воздействия на аминокислотную последовательность последовательности (сайт-направленный мутагенез), укладку и конформацию белка укладку третичного белка в матрице четвертичного белка. Белки, которые являются основным ферментом манипуляции, обычно предоставляют собой менты. Это белки, которые как катализаторы для биохимических факторов. Манипулируя этими катализаторами, можно контролировать скорость, продукты и эффекты. Ферменты и белки важны для области биологии и исследований, в которых существуют источники подразделения инженерии, основанные только на белках и фермах.

Углеводы

Углеводы - еще одна важная биомолекула. Это полимеры, называемые полисахаридами, которые состоят из цепочек простых сахаров, соединенных гликозидными связями. Эти моносахариды состоят из пяти-шести углеродных колец, которые содержат углерод, водород и кислород - обычно в использовании 1: 2: 1 соответственно. Обычными моносахаридами являются глюкоза, фруктоза и рибоза. При соединении вместе моносахариды могут образовывать дисахариды, олигосахариды и полисахариды: номенклатура зависит от количества моносахаридов, связанных вместе. Обычными дисахаридами, двумя соединенными вместе моносахаридами, являются сахароза, мальтоза и лактоза. Важными полисахаридами, звеньями многих моносахаридов, являются целлюлоза, крахмал и хитин.

Целлюлоза - полисахарид, состоящий из бета 1-4 связей между повторами мономеры глюкозы. Это самый распространенный бумажный источник сахара в природе и основная часть бумажной промышленности. Крахмал также является полисахаридом, состоящим из мономеров глюкозы; однако они связаны через связь альфа 1-4 вместо бета. Крахмалы, особенно амилаза, важны во многих отраслях промышленности, включая бумажную, косметическую и пищевую. Хитин является производным целлюлозы, имеющим ацетамидную группу вместо -OH на одном из атомов углерода. Ацетимидная группа деацетилируется, полимерная цепь тогда называется хитозаном. Оба этих производных целлюлозы являются основным инструментом исследований для биомедицинской и пищевой промышленности. Было показано, что они способствуют свертыванию крови, обладают антимикробными свойствами и применяемыми в диете. Многие инженерные разработки и исследования сосредоточены на степени деацетилирования, которая обеспечивает наиболее эффективный результат для конкретных приложений.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты - это макромолекулы, которые состоят из ДНК и РНК, которые содержат собой биополимеры, состоящие из цепочек биомолекул. Эти две молекулы являются генетическим кодом и шаблоном, делающим жизнь возможной. Манипуляции с этими молекулами и структурами вызывают серьезные изменения в функциях и экспрессии других макромолекул. Нуклеозиды представляют собой гликозиламины, содержащее азотистое основание, связанное либо с рибозой, либо с сахаром дезоксирибозы через бета-гликозидную связь. Последовательность оснований определяет генетический код. Нуклеотиды представляют собой нуклеозиды, которые фосфорилируются специфическими киназами через фосфодиэфирную связь. Нуклеотиды - это повторяющиеся структурные единицы нуклеиновых кислот. Нуклеотиды состоят из азотистого основания, пентозы (рибоза для РНК или дезоксирибозы для ДНК) и трех фосфатных групп. См. Сайт-направленный мутагенез, рекомбинантная ДНК и ELISA.

Липиды

Липиды представляют собой биомолекулы, состоящие из глицерина производные, связанные с цепями жирной цепной кислоты. Глицерин представляет собой простой полиол, имеющий формулу C3H5 (OH) 3. Жирные кислоты представляют собой длинные углеродные цепи с группой карбоновой кислоты на конце. Цепи углерода могут быть насыщены водородом; каждая из них занята атомным молекулом или одинарной связью с другим углеродом в углеродной цепи, или они могут быть ненасыщенными; а именно, между атомами углерода в цепи существуют двойные связи. Обычные жирные кислоты включают лауриновую кислоту, стеариновую кислоту и олеиновую кислоту. Изучение и разработка липидов обычно фокусируется на манипуляциях с липидными мембранами и инкапсуляции. Клеточные мембраны и другие биологические мембраны обычно состоят из бислойной фосфолипидной мембраны или ее производного. Наряду с изучением клеточных липидов являются важными молекулами для хранения энергии. За счет использования инкапсулирующих свойств и термодинамических характеристик липидов становятся важными активами в структуре и контроле энергии при конструировании молекул.

Из молекул

Рекомбинантная ДНК

Рекомбинантная ДНК представляет собой биомолекулы ДНК, которые содержат генетические последовательности, которые не являются нативными для генома организма. Используя рекомбинантные методы, можно точно вставлять, удалять или последовательность ДНК, вне зависимости от расположения сайтов рестрикции. Рекомбинантная ДНК используется в широком спектре приложений.

Метод

Создание рекомбинантной ДНК. После того, как плазмида расщеплена рестрикционными ферментами, лигазы вставляют фрагменты чужеродной ДНК в плазмиду.

Традиционный метод создания рекомбинантной ДНК обычно включает использование плазмид в бактериях-хозяевах. Плазмида содержит генетическую последовательность, соответствующую рестрикции эндонуклеазы сайту узнавания, такую ​​как EcoR1. После того, как фрагменты чужеродной ДНК, которые также были разрезаны той же эндонуклеазой рестрикции, были вставлены в клетку-хозяин, ген эндонуклеазы рестрикции экспрессируется путем нагревания или введения биомолекулы, таких как арабиноза. После экспрессии фермент будет расщеплять плазмиду в ее соответствующем сайте узнавания, создавая липкие концы на плазмиде. Лигаза соединяет липкие концы с липкими концами фрагментов чужеродной ДНК, создавая плазмиду рекомбинантной ДНК.

Достижения в генной инженерии сделали модификацию генов у микробов достаточно эффективной, что создать конструкции примерно за несколько недель. Это также изменить сам геном организма. В частности, при рекомбинации используются гены из бактериофага лямбда. Этот механизм, известный как рекомбинирование, использует три белка Exo, Beta и Gam, которые представляют генами exo, bet и gam соответственно. Exo представляет собой двухцепочечную ДНК экзонуклеазу с активностью от 5 ’к 3’. Он разрезает двухцепочечную ДНК, оставляя 3 'выступа. Бета - это белок, который связывается с одноцепочечной ДНК и цели гомологичной рекомбинации, способствуя отжигу между областями гомологии встроенной ДНК и хромосомной ДНК. Gam защищает вставку ДНК от разрушения нативными нуклеазами внутри клетки.

Приложения

Рекомбинантная ДНК может быть сконструирована для самых разных целей. Используемые методы специфическую модификацию генов, позволяющую модифицировать любую биомолекулу. Он может быть разработан для лабораторных целей, где он может быть изучением генов в данной системе. В фармацевтической промышленности белки можно модифицировать с помощью методов рекомбинации. Некоторые из этих белков включают человеческий инсулин. Рекомбинантный инсулин синтезируется путем вставки гена человеческого инсулина в E. coli, которая производит инсулин для использования человеком. Другие белки, такие как фактор роста человека, фактор VIII и вакцина против гепатита B, используя аналогичные средства. Рекомбинантная установка инсталляций, вызывающих использование методов ИФА. Это позволяет конструировать антигены, а также присоединенные ферменты, чтобы распознавать различные субстраты или модифицированные для биоиммобилизации. Рекомбинантная ДНК также отвечает за продукты, используемые в сельскохозяйственной промышленности. Генетически модифицированные пищевые продукты, такие как золотой рис, были разработаны для увеличения производства витамина A для использования в обществех и культурах, где витамин A в пище недостаточно. Другие свойства, которые были созданы в сельскохозяйственных культурах, включая устойчивость к гербицидам и устойчивость к насекомым.

Сайт-направленный мутагенез

Сайт-направленный мутагенез - это метод, который используется с 1970-х годов. Первые дни в этой области приводят к открытию исследований возможностей некоторых химических веществ, таких как бисульфит и аминопурин, датчиков основания в гене. Эти исследования были продолжены, были разработаны другие процессы для создания нуклеотидных последовательностей в гене, такие как использование рестрикционных ферментов для фрагментации вирусных цепей и их использование в качестве праймеров для бактериальных плазмид. Современный метод, Майклом Смитом в 1978 г., использует олигонуклеотид, комплементарный бактериальной плазмиде с несоответствием одной пары оснований или серией несовпадений.

Общая процедура

Сайт-направленный мутагенез это ценный метод, позволяющий заменять одно основание в олигонуклеотиде или гене. Основы этой методики включает подготовку комплементарной цепью бактериальной плазмиды дикого типа типа. Этот праймер будет иметь несовпадение пар оснований на сайте, где требуется замена. Праймер также должен быть достаточно длинным, чтобы праймер отжигался с плазмидой дикого типа. После отжига праймера ДНК-полимераза завершит праймер. Когда бактериальная плазмида реплицируется, мутированная цепь также будет реплицироваться. Тот же метод можно использовать для создания вставки или удаления гена. Часто ген устойчивости к антибиотикам вставляют вместе с интересующей модификацией, и бактерии культивируют на среде с антибиотиком. Бактерии, которые не были успешно мутированы, не выживут в этой среде, и мутировавшие бактерии можно легко культивировать.

На этой анимации показаны основные этапы сайт-направленного мутагенеза, где X-Y представляет собой желаемую замену пары оснований T-A.

Приложения

Сайт-направленный мутагенез может быть полезен по многим различным причинам. Замена одной пары оснований может изменить кодон и, таким образом, заменить аминокислоту в белке. Это полезно для изучения поведения определенных белков. Это также полезно, потому что ферментами можно целенаправленно манипулировать, изменяя определенные аминокислоты. При изменении аминокислоты, которая находится в непосредственной близости от активного сайта, кинетические параметры могут резко измениться, или фермент может вести себя иначе. Другим применением сайт-направленного мутагенеза является замена аминокислотного остатка вдали от активного центра на остаток лизина или остаток цистеина. Эти аминокислоты облегчают ковалентное связывание фермента с твердой поверхностью, что позволяет повторно использовать ферменты и использовать ферменты в непрерывных процессах. Иногда к белкам добавляют аминокислоты с неприродными функциональными группами (такими как кетоны и азиды). Эти добавления могут быть сделаны для облегчения биоконъюгирования или для изучения влияния аминокислотных изменений на форму и функцию белков. Сочетание сайт-направленного мутагенеза и ПЦР используется для снижения активности интерлейкина-6 в раковых клетках. Бактерии bacillus subtilis часто используются в сайт-направленном мутагенезе. Бактерии выделяют через клеточную стенку фермент субтилизин. Биомолекулярные инженеры могут целенаправленно манипулировать этим геном, чтобы, по сути, превратить клетку в фабрику по производству любого белка, который вставлен в коды генов.

Биоиммобилизация и биоконъюгация

Биоиммобилизация и биоконъюгация - это целенаправленное манипулирование подвижностью биомолекулы химическими или физическими средствами для получения желаемых свойств. Иммобилизация биомолекул позволяет использовать характеристики молекулы в контролируемой среде. Например, иммобилизация глюкозооксидазы на гранулах геля альгината кальция может быть использована в биореакторе. Полученный продукт не нуждается в очистке для удаления фермента, поскольку он останется связанным с шариками в колонке. Примерами типов иммобилизованных биомолекул являются ферменты, органеллы и полные клетки. Биомолекулы можно иммобилизовать с помощью ряда методов. Наиболее популярны физический улавливание, адсорбция и ковалентная модификация.

  • Физическое улавливание - использование полимера для удержания биомолекулы в матрице без химической модификации. Захват может происходить между решетками полимера, известным как улавливание геля, или внутри микрополостей синтетических волокон, так называемым улавливанием волокон. Примеры включают улавливаниеферментов, таких как глюкозооксидаза, в гелевой колонке для использования в биореактора. Важной характеристикой захвата является то, что биокатализатор динамино вводится, но большие диффузионные барьеры для субстратов.
  • Адсорбция - иммобилизация биомолекул за счет взаимодействия между биомолекулой и группой на носителе. Это может быть физическая адсорбция, ионная связь или хелатирование связывания металла. Такие методы могут быть выполнены в мягких условиях и относительно просты, хотя связи сильно зависят от pH, растворителя и температуры. Примеры включают твердофазный иммуноферментный анализ.
  • Ковалентная модификация - включает химические реакции между определенными функциональными группами и матрицей. Этот метод образует стабильный комплекс между биомолекулой и матрицей и подходит для массового производства. Из-за образования химической связи с функциональными группами может произойти потеря активности. Примерами химических химических соединений являются DCC-соединение, PDC-соединение и EDC / NHS-соединение, все из которых используют преимущества реактивных аминов на поверхности биомолекулы.

Иммобилизация ограничивает биомолекулу, чтобы функция была полностью потеряна. Следует учитывать такие параметры, как pH, температура, выбор растворителя, ионная сила, ориентация активных за счет конъюгации. Для того, чтобы конъюгация ферментов снижала скорость из-за изменения трехмерной структуры. Биоиммобилизация используется в таких технологиях, как диагностические биотесты, биосенсоры, ELISA и биосепарации. Интерлейкин (ИЛ-6) также может быть биоиммобилизован на биосенсорах. Возможность наблюдать эти изменения в диагностических уровнях ИЛ-6 важна приике болезни. У больного раком будет повышенный уровень IL-6, и мониторинг этих уровней позволит врачу наблюдать за развитием болезни. Прямая иммобилизация IL-6 на поверхности биосенсора предлагает быструю альтернативу ELISA.

Полимеразной цепной реакции

Полимеразной цепной реакции. ПЦР состоит из трех основных этапов. На первом этапе двухцепочечные цепи ДНК «плавятся» или денатурируются, образуя одноцепочечную ДНК. Затем разработаны праймеры, которые разработаны для нацеливания на конкретную последовательность гена в ДНК, отжигаются с одноцепочечной ДНК. Наконец, ДНК-полимераза синтезирует новую цепь ДНК, комплементарную исходную ДНК. Эти три этапа повторяются несколько раз до тех пор, пока не будет получено желаемое количество копий.

полимеразная цепная реакция (ПЦР) - это научный метод, который используется для репликации фрагмента ДНК молекулы на несколько порядков. ПЦР реализует цикл повторяющейся очереди и охлаждения, известный как термоциклирование, вместе с добавлением праймеров ДНК и ДНК-полимераз для селективной репликации интересующий фрагмент ДНК. Этот метод был разработан Кэри Маллис в 1983 году, когда он работал в Cetus Corporation. Муллис рает Нобелевскую премию по химии в 1993 году в результате воздействия, которое ПЦР оказало на многие области, такие как клонирование ДНК., секвенирование ДНК и анализ генов.

Методы биомолекулярной инженерии, используемые в ПЦР

Стратегии биомолекулярной инженерии сыграли очень важную роль в разработке и практике ПЦР. Предполагаемый фрагмент ДНК - создание правильного праймера ДНК. Наиболее распространенным методом синтеза праймеров является метод фосфорамидита. Этот метод включает биомолекулярную инженерию ряда рядов для достижения желаемая следовать праймера. Наиболее известным методом биомолекулярной инженерии, который можно увидеть в этом методе конструирования праймера , является начальная биоиммобилизация нуклеотида на твердой основе. Этот этап обычно осуществляется путем образования ковалентной связи между 3-гидроксильной группой первого нуклеотида праймера и твердым слоем подложки.

того, как праймер для ДНК Плюс функциональные группы нуклеотидов, которые должны быть добавлены растущему праймеру, требующему блокирования для предотвращения нежелательных побочных устройств. Это блокирование функциональных групп, а также последующее деблокирование групп, первые попытки отщепления от твердой подложки - все методы манипулирования биомоллами, которые можно отнести к биомолекулярной инженерии. Повышение уровня интерлейкина прямо пропорционально увеличению смертности больных раком груди. ПЦР в сочетании с вестерн-блоттингом и ELISA помогает определить взаимосвязь между раковыми клетками и IL-6.

Иммуноферментный анализ (ELISA)

Иммуноферментный анализ - это анализ, в котором используется принцип распознавания антител - антиген для проверки наличия определенных веществ. Три основных антитела типа тестов ELISA : непрямой ELISA, сэндвич ELISA и конкурентный ELISA - все основы на том факте, что имеют сродство только к одному специфическому антигену. Кроме того, эти антигены или антитела могут быть присоединены к ферментам, которые могут реагировать, создавая колориметрический результат, указывающий на присутствие антитела или антиген, представляющий интерес. Иммуноферментные анализы чаще всего используются в качестве диагностических тестов для обнаружения антител к ВИЧ в пробах крови для тестирования на ВИЧ, молекулы хорионического гонадотропина человека в моча для определения беременности и Mycobacterium tuberculosis антитела в крови для тестирования пациентов на туберкулез. Кроме того, ELISA также широко используется в качестве токсикологического скрининга для проверки сыворотки людей на наличие запрещенных наркотиков.

Методы, используемые в ELISA

Хотя существуют три различных типа твердотельных иммуноферментных анализов, все три типа начинаются с биоиммобилизации либо антитело или антиген на поверхности. Эта биоиммобилизация является первым примером биомолекулярной инженерии, который можно увидеть в реализации ELISA. Этот этап может быть покрыта изоляцией, включая ковалентную связь с поверхностью, которая может быть покрыта белком или другим веществом. Биоиммобилизация также может осуществляться посредством гидрофобных взаимодействий между молекулами и поверхностью. ELISA, используемый для разных целей, биомолекулярная инженерия, необходимая на этом этапе, зависит от конкретной цели ELISA.

Другой метод биомолекулярной инженерии, который используется в ELISA разработка - это биоконъюгирование фермента либо с антителом, либо с антигеном в зависимости от типа ELISA. При биоконъюгации фермента необходимо учесть многое, например, избежать вмешательства в активный сайт фермента , а также сайт связывания антитела в случае, если антитело конъюгировано с ферментом. Это биоконъюгация обычно выполняется путем создания поперечных связей между двумя представляющими интерес молекулами и может потребовать большого количества различных реагентов в зависимости от природы молекул.

Интерлейкин (IL-6) это сигнальный белок, который, как известно, присутствует во время иммунного ответа. Использование сэндвич-типа ELISA позволяет количественно оценить этот цитокина в спинномозговой жидкости или образцах костного мозга.

Области применения и поля

В промышленности

График с указанием числа биотехнологических компаний по стране График, показывающий процентное соотношение биотехнологических компаний по приложениям

Биомолекулярная инженерия - обширная дисциплина, находящая применение во многих отраслях и областях. Таким образом, трудно определить общий взгляд на профессию биомолекулярной инженерии. Тем не менее, биотехнологическая промышленность дает адекватное представление. Индустрия биотехнологии или биотехнологическая промышленность все компании, которые используют биотехнологию для производства товаров или услуг или выполнения биотехнологических исследований и исследований. Таким образом, он охватывает многие из промышленных приложений дисциплины биомолекулярной инженерии. Изучив биотехнологическую отрасль, можно сделать основным лидером отрасли США, за которым следуют Франция и Испания. Верно также и то, что сфера биотехнологической промышленности и применения биомолекулярной инженерии в первую очередь клиническая и медицинская. Люди готовы платить за хорошее здоровье, поэтому большая часть денег, направляемых в биотехнологическую отрасль, остается в предприятиях, связанных со здоровьем.

Увеличение масштаба

Увеличение масштаба процесса включает использование данных из опытно-промышленная эксплуатация (модель или опытная установка) для проектирования крупногабаритной (масштабной) установки промышленного размера. Расширение масштабов - важная часть коммерциализации процесса. Например, инсулин, продуцируемый генетически модифицированными бактериями Escherichia coli, был инициализирован в лабораторных условиях, но для того, чтобы стать коммерчески жизнеспособным, его необходимо было довести до промышленного уровня. Чтобы добиться такого масштабирования, необходимо использовать лабораторные данные для проектирования устройств коммерческого размера. Например, один из этапов производства инсулина включает кристаллизацию инсулина глаин высокой чистоты. Чтобы осуществить этот процесс в крупном масштабе, мы хотим, чтобы соотношение мощность / объем в лабораторных, так и в крупных кристаллизаторах было одинаковым, чтобы добиться гомогенного смешивания. Мы также предполагаем, что лабораторный кристаллизатор имеет геометрическое сходство с крупномасштабным кристаллизатором. Следовательно,

P / V α N idi., где d i = диаметр рабочего колеса кристаллизатора. Ni= скорость вращения рабочего

Связанные отрасли

Биоинженерия

Широкий термин, охватывающий всю инженерию, применяемую в науках о жизни. Эта область использует исследования принципы биологии наряду с инженерными принципами для создания продуктов. Некоторые приложения биоинженерии включают:

Биохимия

Биохимия - это изучение химических процессов в живых организмах, в том числе, но не ограничиваясь живым веществом. Биохимические процессы управляют всеми живыми организмами и жизненными процессами, а область биохимии стремится понять эти процессы и управлять ими.

Биохимическая инженерия

Биотехнология

  • Биоматериалы - Разработка, синтез и производство новых материалов для поддержки клеток и тканей.
  • Генная инженерия - Целенаправленное манипулирование геномами организмов для получения новых фенотипических признаков.
  • Bioelectronics, Biosensor и Biochip - Спроектированные устройства и системы для измерения, мониторинга и контроля биологических процессов.
  • Инженерия биопроцессов - Разработка и сопровождение клеточных и ферментных процессов для производства тонких химикатов и фармацевтических препаратов.

    Биоэлектрическая инженерия включает в себя электрические поля, создаваемые живыми клетками или организмами. Примеры включают электрический потенциал, возникающий между мышцами или нервами тела. Эта дисциплина требует знаний в области электричества и биологии, чтобы понять и использовать эти концепции для улучшения или улучшения существующих биопроцессов или технологий.

    Биомедицинская инженерия

    Биомедицинская инженерия - это подкатегория из биоинженерии, в которой используются многие из тех же принципов, но больше внимания уделяется медицинским приложениям различных инженерных разработок. Некоторые приложения биомедицинской инженерии включают:

    Химическая инженерия

    Химическая инженерия - это переработка сырья в химические продукты. Он включает подготовку материалов для производства реагентов, удаление химическую реакцию этих реагентов в контролируемых условиях, разделение продуктов, рециркуляцию побочных продуктов и отходов. Каждый шаг включает в себя фильтрующие базовые строительные блоки, называемые «единичные операции», такие как экстракция, фильтрация и дистилляция. Эти единичные операции присутствуют во всех химических процессах. Биомолекулярная инженерия - это часть химической инженерии, которая применяет те же принципы к обработке химических веществ, производимыми организмами.

    Образование и программы

    Недавно разработанные и предлагаемые программы бакалавриата на базе Штатах, часто в сочетании с химической инженерией, позволяют студентам получить бакалавриат. степень. Согласно ABET (Совет по аккредитации инженерии и технологий), учебные программы по биомолекулярной инженерии должны обеспечивать тщательное обучение фундаментальным наукам, включая химию, физику и биологию, с некоторыми на продвинутом уровне… [и] инженерное применение Общие учебные программы состоят из основных инженерных курсов, включая транспорт, термодинамику, разделение и кинетики, с добавлением курсов наук о жизни, этих фундаментальных наук для проектирования, анализа и управления химическими, физическими и / или биологическими процессами. включая биологию и биохимию, а также курсов по биомолекулярности, посвященных клеточной биологии, нано- и биотехнологии, биополимерам и т. д.

    См. также

    • значок Инженерный портал
    • значок Биологический портал

    Ссылки

    Дополнительная литература

    Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-12 06:52:43
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте