Czym są bioreaktory i do czego są stosowane?

Bioreaktory, to najbardziej lakonicznie mówiąc, zbiorniki z oprzyrządowaniem, wyposażone najczęściej w układ do mieszania, wymiennik ciepła, pompy dozujące, stanowiące miejsce przebiegu procesu biotechnologicznego. Ich pierwowzorem są reaktory do reakcji chemicznych. Gdy w reakcji bierze udział czynnik bio – mamy bioreaktory. Procesy biotechnologiczne to hodowle: drobnoustrojów, komórek roślinnych zwierzęcych oraz prowadzenie reakcji enzymatycznych. Zatem możemy hodować drobnoustroje czy kultury tkankowe, aby uzyskać biomasę, albo też jeden z metabolitów materiału biologicznego.

W jaki sposób działają bioreaktory, co jest niezbędne do ich prawidłowej pracy?

Bioreaktory to zbiorniki pozwalające zapewniać właściwe środowisko dla wzrostu drobnoustrojów (lub komórek) i wytwarzania pożądanych metabolitów, chronić kulturę mikrobiologiczną przed zanieczyszczeniami, chronić otoczenie przed zanieczyszczeniami, mikrobiologicznymi, które mogą powstać w wyniku rozprzestrzeniania się drobnoustrojów używanych w procesach technologicznych

Do ich prawidłowej pracy niezbędne jest oprzyrządowanie bioreaktora, którego podstawowe elementy to czujnik temperatury, pH, poziomu cieczy czy piany, poziomu natlenienia. Bioreaktor ma za zadanie zapewnienie najbardziej optymalnych warunków dla przebiegu procesu biotechnologicznego. Ważna jest również automatyka pozwalająca na sterowanie parametrami procesu. Parametry procesu są dostosowane do indywidualnych wymagań materiału biologicznego. Mogą być zaprogramowane na stałym poziomie, mogą być również planowo zmienne albo tylko monitorowane.

Od czego zależy dobór odpowiedniego bioreaktora, czy jego wielkość ma znaczenie?

Każdy bioproces ma swoją specyfikę, zatem konstrukcja bioreaktora musi być do niej dostosowana. Aby dobrać odpowiedni bioreaktor potrzeba uwzględnić różne aspekty: czy jest to hodowla na podłożu stałym czy płynnym, czy wymaga natlenienia, czy wręcz należy ją chronić przed dostępem tlenu, czy chcemy prowadzić proces okresowy czy ciągły, czy mieszamy podłoże mechanicznie, cyrkulacyjnie, czy za pomocą barbotażu, czy bioproces wymaga dostępu światła, czy powinniśmy unieruchomić materiał biologiczny, czy materiał biologiczny jest wrażliwy na naprężenia ścinające i wiele wiele innych. Zatem to wymagania materiału biologicznego oraz przebieg procesu warunkuje wybór odpowiedniego bioreaktora. Dlatego też istnieje bardzo dużo rozwiązań konstrukcyjnych.

Również wielkość bioreaktora powinna być dostosowana do wielkości planowanej hodowli. Ważna jest również możliwość sterylizacji urządzenia.

Czy w Polsce bioreaktory są używane na szeroką skalę i w jakiej branży?

W przemyśle spożywczym, wiele tradycyjnych urządzeń jest bioreaktorami, np tanki fermentacyjne, zbiorniki do enzymatycznej hydrolizy skrobi. Ale również bardzo szeroko rozwija się produkcja enzymów pochodzenia mikrobiologicznego, wykorzystywanych jako dodatki w procesie przetwarzania żywności. Produkowane są kwasy spożywcze i wielocukry i inne substancje. Bioreaktory bardzo szeroko wykorzystywane są w farmacji – wiele metabolitów jest lekami. Produkowane są również enzymy wspomagające wadliwą pracę organizmu człowieka – np. insulina mikrobiologiczna. Również biologiczna utylizacja ścieków, czy biogazownie to bioreaktory.

Czy bioreaktory są produkowane w Polsce? Czy firma Labo Baza do takich należy?

Nie, nie ma takich tradycji, jeśli chodzi o bioreaktory laboratoryjne, choć układ bioreaktora można łatwo zmontować, wykorzystując aparaturę laboratoryjną, kontrolno pomiarową. Będzie może miał węższe możliwości, ograniczenia dotyczące sterowania, ale za to dostosowane do konkretnego procesu. Aparaty produkowane przez specjalistyczne firmy muszą dawać różnorodność możliwości. Labo Baza jest dystrybutorem tego typu aparatów.

Natomiast bioreaktor przemysłowy może wykonać praktycznie każdy zakład specjalizujący się w aparaturze procesowej.

Jakie korzyści dają nam Bioreaktory New Brunswick?

Pracuję z bioreaktorami tej firmy od 1998 roku. Jestem do nich przyzwyczajona, znam je dobrze. To za co je szczególnie cenię, to możliwości programowania procesu z wykorzystaniem tworzonych przez użytkownika schematów zmian parametrów, uzależnionych od wartości osiąganych przez inne możliwości. Materiał biologiczny jest często nieprzewidywalny, zatem można się dopasować do stanu faktycznego w danym momencie procesu ( np. w zależności od poziomu natlenienia, związanego z jednej strony z dostarczaniem go do podłoża, z drugiej z szybkością namażania się, można dostosować szybkość dozowania składników pożywki).

Czy przyszłość przemysłu w Polsce leży w bioreaktorach?

Trudno odpowiedzieć na tak sformułowane pytanie. Niewątpliwie coraz częściej wykorzystujemy drobnoustroje do różnorodnych procesów, wykorzystując mądrość natury. Zupełnie nowe możliwości daje rozwój biotechnologii, a szczególnie inżynierii genetycznej, która pozwala „konstruować” drobnoustroje tak, aby produkowały cenne dla nas substancje, albo aby funkcjonowały w zmienionych parametrach optymalnych, dostosowanych do przebiegu procesu biotechnologicznego.

Dziękuję za rozmowę

Rozmawiała

Izabela Porębska