تبحث (هندسة العمليات الحيوية – Bioprocess Engineering) في الطرق المستخدمة لتحضير المواد البيولوجية (الحيوية) للاستعمال التجاري. هي هجين بين الهندسة الكيميائية والزراعية مع التركيز على استعمال التقنيات الحيوية. تركز هندسة العمليات الحيوية خصيصًا على العمليات المتضمنة في الكائنات الحية و الخلايا ، بعكس الهندسة الحيوية والتي تشمل كل شيء متعلق بالبيولوجيا (علم الأحياء).
يركز مهندسو العمليات الحيوية على صنع منتجات من المواد الحيوية، ويطورون أنظمةً تُستَخدم في صناعة البيتروكيماويات، والوقود الحيوي، ومعالجة المخلفات. تشمل الأنشطة اليومية؛ اختبار المواد، وفحص معدات الإنتاج، والإشراف على الإجراءات المستخدمة في الصناعة.
يعمل مهندسو العمليات الحيوية عادةً في المختبرات أو المصانع ويمتلكون غالبًا خلفيةً علميةً راسخة في الهندسة الكيميائية، وخلفيةً واسعة حول إجراءات الفحص العملي.
توجهات البحث
تستعمل هندسة العمليات الحيوية قدرات الكائنات الحية الدقيقة على إنتاج مواد حيوية عدة في التطبيقات الطبية والصناعية والزراعية. واليوم، تستخدم المفاعلات الحيوية والتي يُتحكَم بها بواسطة الحاسوب لإنتاج أعداد كبيرة، بشكل معقم من المواد الحيوية المهمة مثل الأحماض الأمينية، والبروتينات المصنعة، والمضادات الحيوية، واللقاحات.
تُنتَج العديد من المستحضرات الدوائية والأدوية الجديدة المحتملة في الخلايا حقيقية النواة، والتي تظهر إنتاجيةً أقل مقارنةً بعمليات التخمير التقليدية. وللوصول إلى الإمكانيات الكاملة لطرق الإنتاج التقنية الحيوية، فإننا بحاجة إلى تقنيات زراعة خلايا متطورة جدًا وسلسلة تنقية إنتاجية معقدة.
بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن الاستغناء عن وصف دقيق للآلية المعقدة وراء نمو الخلية وتكون المنتج. ونتيجةً لذلك، تُجمَع أعداد هائلة من البيانات عن مختلف مراحل العملية لتصميم وتقويم الإنتاج الحيوي بشكل جديد.
سَهلت التحسينات الجارية عملية المراقبة عن بعد أو بالطريقة التقليدية تحليل عملية أيض الخلية، واستهلاك وسائل الإعلام، وتكوين المنتج في المفاعلات الحيوية أو تقديم معلومة قيمة حول الإنتاجية أو مستويات النقاوة أسفل السلسلة الإنتاجية.
إضافة إلى ذلك، سيساعد تقدم حديث أُجري تحت التحليل الاختباري عالي الوتيرة (للتعبير البروتيني – protein expression)، ولوظائف البروتين، ولـ(التعديل بعد الترجمة – posttranslational modification) مثل الغلوزة (ضم السكر – glycosylation)، في توضيح آليات السلوك الخلوي ويقدم فرصًا عدة لتحسين العمليات الحيوية أو يطور نهجًا جديدًا لإنتاج أدوية عالية الكفاءة.
تلعب النمذجة الرياضية دورًا مهمًا في تحليل وتحسين العمليات الحيوية. فيستحيل دون هذه الأمثلة فهم (سبل الأيض – metabolic pathways) بطريقة عددية أو كمية، وفهم الشبكات المنظمة في خلايا الحيوان، والتفاعلات المعقدة بين الكائنات الدقيقة وبيئتها في المفاعل الحيوي أو لتُمَكن من تصميم منطقي لخطوات العملية أسفل الخط الإنتاجي لتحقق أقصى إنتاجية ونقاوة في المنتج النهائي.
اقرأ أيضًا:
المحاكاة الحيوية: التنبؤ بمستقبل العلوم والهندسة والطب
ما هي هندسة الإلكترونيات الحيوية أو البيونيك ؟
ترجمة: لُبيد الأغبري
تدقيق: آية فحماوي
