ביוטכנולוגיה/מאפיינים ייחודים – יתרונות, חסרונות והשוואה בשימוש בתעשייה הביוטכנולוגיה לעומת הכימית
 |
פרק זה לוקה בחסר. אתם מוזמנים לתרום לוויקיספר ולהשלים אותו. ראו פירוט בדף השיחה.
יש לקרג ולהוסיף את הנושאים הבאים :
- בעיית יציבות – הכרח לרב לפעול בתנאים פיסיולוגיים מתונים)
- בקרה ושליטה על הכוונת פעילות ביולוגית
- הדירות בביצוע ויציבות תפעולית
- התנאים והאמצעים לניקוי ואחסון של תוצר ביולוגי
גורמים המגבילים את התעשייה הביוטכנולוגית
[עריכה]התעשייה הביוטכנולוגית מבוססת על שימוש ביצורים חיים (חיידקים, אנזימים, תאים) או בחלקיהם ועל כן ישנן דרישות רבות שצריך למלא על מנת שתהליך הייצור יפעל כראוי. הדרישות הן :
טמפרטורה
[עריכה]טמפרטורה גבוהה מדי פוגעת ביצורים החיים ומובילה למותם או להאטה בגידול. ישנם 2 פועלים בתהליך ייצור ביוטכנולוגי :
- אורגניזם חי, הפועל המייצור - פגיעה בו תפגע בתהליך כולו.
- חלבון - בטמפרטורות גבוהות משתנה מבנו המרחבי (=דנטרציה) והוא מאבד את פעילותו. לרוב, לאחר שחלבון מאבד את פעילותו לא ניתן להחזיר אותו לפעול שוב.
טמפרטורות נמוכות מדי מאטות את כל הפעילות בתא ולכן ישנה האטה בקצב פעילות החלבון או בגידול המיקרואורגניזם, אך כאשר נעלה חזרה את הטמפרטורה המערכות יתפקדו באופן מלא וטוב שוב.
ממיסים אורגנים
[עריכה]ממיסים אורגנים הם הידרופיליים (=אוהבי מים) ולכן הם נקשרים לחומרים הידרופוליים (נקשרים לאותו סוג חומר). ישנם 2 פגיעות אפשריות כאשר יש בתמיסה ממיסים אורגנים :
- תא - חשיפה של תא (שהינו הידרופובי = שונא מים) לממס אורגני מובילה לפירוק הממברנה ולאיבוד פעילות התא.
- חלבונים בנוכחות ממיסים אורנים מאבדים את המבנה המרחבי שלהם, כך שאתרים פובים פונים החוצה לממס, דבר הגורם לאיבוד פעילות החלבון.
בעקבות סיבות אלו ניתן להשתמש בממיסים אורגנים בכמויות זעירות בלבד!
PH ומליחות
[עריכה]
מולקולות ביולוגיות (תא, חלבון) נושאות מטען חשמלי המהווה חלק בלתי נפרד מהפעילות שלהם ולכן גם, מפעילות התא. כך למשל,
- הראש ההידרופילי במבנים ממברנליים טעון שלילית.
- חלבונים הנושאים מטען חשמלי. לכל חלבון מטען משלו, החיוני לפעילות שלו.
- דנ"א נושא מטען חשמלי.
ישנם שני גורמים המשפיעים על המטען :
- PH – מוגדר מתוך ריכוז הידרוניום [H3O+] בתמיסה. שינוי ריכוזי יוני ההידרוניום משפיע על המטען של כלל החלבונים בתמיסה ולכן אין לשנותו.
- מלחים - לאחר התמוססות המלחים מתפרקים ליונים ומשנים את מאזן האלקטרונים (וכך גם משפיעים על ה-PH) ועלולים בכך לגרום לפגיעה בלתי הפיכה בפעילות הביולוגית. למשל, (למבינים בכימיה) : מלח (NaCl) מתמוסס במים לשני יונים + ו-cl-.Na
בעיות זיהום
[עריכה]מצע הגידול בפרמנטור מכיל את כל המרכיבים שהתא צריך, בעקבות כך, יתכן כי יתרבו בו שמרים, חיידקים ופטריות אשר אינם חלק מהמערכת (איננו חפצים בהם). כדי למנוע את הופעתם יש לשמור על תנאים סטריליים.
עיכול עצמי/אנזימטי
[עריכה]אנזימים מפרקים הנמצאים בתאים עלולים לפרק את התוצר המבוקש או לפגוע בפעילות התא (תופעה זו יכולה לקרות עקב פיצוץ התא לקבלת התוצר שאנו רוצים ועוד). ישנם 2 דרכים להתגברות על הבעיה :
- עבודת הפקת התוצר נעשת בטמפרטורות נמוכות בהן האנזימים אינם פעילים.
- הוספת כימיקאלים קושרי יונים – כך שאין לאנזימים קופקטורים (= עוזרים לפעילות האנזימטית) הנחוצים לפעילות הפירוק של התוצר אותו אנו רוצים.
יתרונות התעשייה הביוטכנולוגית - יתרונות ייחודיים לשימוש במערכות ביולוגיות כאמצעי ייצור
[עריכה]- קטליזה ספציפית - בעקבות היכולת של אנזים לזהות את החומר עליו הוא פועל(=סובסטרט) ושל נוגדן את החומר אליו הוא נקשר (=אנטיגן), מתאפשרת עבודה במערכת הטרוגנית בה אין צורך לטפל טיפול מקדים - חיסכון בכסף.
- כושר ריבוי עצמי -מכמות זעירה של חיידקים או שמרים ניתן לגדל תוך זמן קצר כמויות זעירות של תאים. כידוע, החיידקים והשמרים הם הפועלים ולכן ישנו חיסכון ענק בעל יתרון עצום.
- ידידותי לסביבה – : התוצר ביוסנטי (תוצר טבעי) , אין רעלים, כמעט ואין פסולת.
- זול יותר - אם מכללים את הפסולת כחלק מתהליך הייצור, התעשייה הביוטכנולוגית זולה הרבה יותר מהתעשייה הכימית.
- עבודה בטמפרטורה נמוכה -כיוון שאמצעי הייצור הם תאים, חיידקים ועוד ולא מכונות התהליך נעשה בטמפרטורה נמוכה הרבה יותר דבר החוסך כסף רב.
השוואה בין התעשיה הכימית לתעשיה הביוטכנולוגית.
[עריכה]| קרטריונים | תעשיה כימית | תעשייה ביוטכנולוגית |
|---|---|---|
| אמצעי ייצור | מכונות ושיטות כימיות | יצורים חיים וחלקיהם : חיידקים, אנזימים, תאים, חומר ביולוגי... |
| טמפרטורות | טמפרטורות גבוהות | טמפרטורות נמוכות יחסית |
| עלות התהליך | יקר (אם מכללים את עלות ניקוי הפסולת) | זול (אם מכללים את עלות ניקוי הפסולת) |
| איכות הסביבה | יצור פסולת רעילה ולכן, מזיק לסביבה | יימור פסולות ידודתי לסביבה ולכן, אין נזק לסביבה. |
| תוצר | סינתטי | ביוסנתטי (חומר טבעי) |
| בקרה ושליטה על הכוונת פעילות ביולוגית | קל לצפות ולדעת מה גרם לבעיה כי פועל הוא אדם. | קשה לצפות ולדעת מה גרם לבעיה כי פועל הוא יצור חיי : שינוי בתנאים הביולוגים (טמפרטורה, pH) או חדירת מזיק למערכת תגרום לפגיעה בתוצר. |
| מורכבות התהליך | התהליך מבוקר, מדוייק, אמין ולכן, אין פספוסים. | התהליך מוושפע מגורמים שונים, מספיק סטיה אחת באחד מהקרטריונים ויש פספוס. |
| סוג התהליך | תהליך מסורתי : פופלרי, ידע הצטבר (אין סיכון כלכלי) ולכן, הרווחים מובטחים. | תהליך חדשני : מעורר סקרנות כיוון שזול יותר (פחות בני אדם) אך, הידע בנושא עדין לא התגבש ולכן יש הסתייגויות בשימוש בו. |