Bioproceso

¿Qué es un bioproceso?

Un bioproceso es un proceso que utiliza células, microorganismos, componentes celulares o enzimas para producir, transformar o purificar sustancias de interés. Combina conocimientos de biología, microbiología, bioquímica e ingeniería para controlar fenómenos como el crecimiento celular, el consumo de nutrientes y la formación de productos.

Los bioprocesos se utilizan en la producción de medicamentos, vacunas, proteínas recombinantes, enzimas, alimentos fermentados, biocombustibles, productos químicos y biomateriales. También pueden aplicarse al tratamiento de residuos y a la eliminación biológica de contaminantes.

¿Cómo funciona un bioproceso?

Un bioproceso comienza con la selección del organismo, la línea celular o la enzima adecuada para obtener el producto deseado. En los procesos celulares, el material biológico se cultiva en un medio que proporciona fuentes de carbono, nitrógeno, sales, vitaminas y otros nutrientes esenciales.

Durante el cultivo, equipos como incubadoras, agitadores, microbiorreactores, fermentadores y biorreactores permiten mantener y monitorear las condiciones del proceso. Entre los principales parámetros evaluados se encuentran:

• temperatura y velocidad de agitación;
• pH y oxígeno disuelto;
• biomasa y crecimiento celular;
• composición y flujo de gases;
• concentración de nutrientes y metabolitos;
• estrategia de alimentación del cultivo.

Los datos obtenidos permiten comparar condiciones y ajustar el proceso para mejorar la productividad, el rendimiento y la reproducibilidad. Según la forma de suministrar los nutrientes, el cultivo puede operar en modo batch, fed-batch o continuo.

Etapas upstream y downstream de un bioproceso

El desarrollo de un bioproceso suele dividirse en etapas upstream y downstream. El upstream reúne las actividades realizadas antes de recuperar el producto, como la selección de la cepa o línea celular, la preparación del medio, el desarrollo del inóculo, el cultivo y la fermentación.

El downstream comprende las operaciones utilizadas para recuperar, concentrar y purificar el producto. Estas operaciones pueden incluir centrifugación, filtración, ruptura celular, precipitación, cromatografía y secado. La secuencia adecuada depende de la ubicación del producto, su estabilidad y el grado de pureza requerido.

Aplicaciones de los bioprocesos en laboratorios e industrias

En los laboratorios de investigación, los bioprocesos se emplean para estudiar microorganismos, seleccionar cepas, evaluar medios de cultivo, comparar estrategias de alimentación y desarrollar métodos de escalado. Los microbiorreactores permiten probar decenas de condiciones en paralelo utilizando volúmenes reducidos.

En la industria, los bioprocesos se aplican en los sectores farmacéutico, biotecnológico, alimentario, químico, agrícola, ambiental y energético. Entre los productos obtenidos se encuentran anticuerpos, antibióticos, ácidos orgánicos, aminoácidos, enzimas industriales, cultivos probióticos y biomasa microbiana.

¿Cuál es la diferencia entre bioproceso y fermentación?

La fermentación es una operación biológica utilizada en numerosos bioprocesos, pero los términos no son completamente equivalentes. Un bioproceso también puede incluir cultivo aeróbico, reacciones enzimáticas, recuperación, purificación y otras operaciones posteriores.

¿Qué equipos se utilizan en un bioproceso?

Los equipos dependen de la aplicación y de la escala. Los más comunes incluyen incubadoras, agitadores, microbiorreactores, biorreactores, centrífugas, sistemas de filtración, analizadores de gases, sensores de pH y oxígeno disuelto y equipos de cromatografía.

¿Cómo se transfiere un bioproceso a una escala mayor?

El escalado considera factores como mezcla, transferencia de oxígeno, geometría del reactor, potencia por volumen, generación de calor y alimentación. Las condiciones desarrolladas en microescala o laboratorio deben validarse progresivamente antes de transferirse a la producción industrial.