BIOTECNOLOGIE

biochimiche

TECNOLOGIE BIOCHIMICHE: un ponte fra biologia e chimica

La biochimica è lo studio della chimica delle strutture viventi: un legame tra la biologia e la chimica finalizzato a capire le complesse reazioni chimiche che si celano dietro l’origine delle strutture cellulari e le trasformazioni dei suoi componenti, come proteine, carboidrati, lipidi, acidi nucleici e altre biomolecole.

      Il gruppo delle tecnologie biochimiche include le tecnologie in campo biochimico, cioè lo studio del materiale genetico, così come delle proteine e delle biomolecole nella struttura cellulare. Possono essere classificate sulla base dell’oggetto di studio:

    - nel campo della biologia molecolare:
  • tecnologie degli acidi nucleici, incentrata sull’ingegneria genetica e sul nucleo dei sistemi cellulari per la trasformazione ed il trasferimento di geni;
  • tecnologie dei polipeptidi, per lo studio della struttura e della funzione di proteine di origine biologica e per la sintesi delle stesse;
  • tecnologie biomolecolari, tutto ciò che non riguarda gli stessi obiettivi della genomica e della proteomica, bensì carboidrati, lipidi e vitamine, che costituiscono la rimanente parte dei metaboliti cellulari e sono studiati dalla metabolomica;

- nel campo della biologia sistemica: tecnologie cellulari, che non riguardano il meccanismo della singola cellula ma le interazioni dinamiche tra le diverse molecole che conducono, nel tempo, alla creazione di un sistema, così come l’interazione tra i sistemi cellulari per la formazione di tessuti ed organi.

 

Le moderne tecnologie molecolari sono giustamente considerate strategiche se si vuol far fronte alla grande sfida del 21° secolo, vale a dire lo sviluppo sostenibile a lungo termine. Il loro enorme potenziale per la salute umana e la produzione primaria, come in molti processi industriali, si traducono in nuove e più efficienti applicazioni tecniche che saranno vitali su scala economica, ambientale e sociale. 

nano

NANOBIOTECHNOLOGIES: UNA TECNOLOGIA INTERDISCIPLINARE

Le nanotecnologie costituiscono un nuovo approccio che si basa sulla comprensione e la conoscenza approfondita delle proprietà della materia su scala nanometrica: un nanometro (un miliardesimo di metro) corrisponde alla lunghezza di una piccola molecola.

Su questa scala la materia presenta svariate proprietà, a volte molto sorprendenti, e le frontiere tra discipline scientifiche e tecniche si attenuano, il che spiega la dimensione interdisciplinare fortemente associata alle nanotecnologie.

Le nanotecnologie sono spesso descritte come potenzialmente “perturbatrici” o “rivoluzionarie” a livello di impatto sui metodi di produzione industriale. Esse apportano possibili soluzioni ad una serie di problemi attuali grazie a materiali, componenti e sistemi più piccoli, più leggeri, più rapidi e più efficaci.

Il nostro approccio verso la chimica macromolecolare opera appunto sul medesimo ordine di grandezza, è stato naturale l'applicazione della nanotecnologia alla biotecnologia, da qui la nascita delle "nanobiotecnologie". La nanobiotecnologia usa concetti e strumenti nanotecnologici in campo biologico oppure manipola sistemi biologici attraverso le nanotecnologie. Di seguito è stato naturale appaiare le nanobiotecnologie con l'ingegnerizzazione di molecole biologiche per funzioni estremamente diverse da quelle utilizzate in natura p.es. "robot" nanotecnologici.

 

fermentation

FERMENTAZIONE Le biotecnologie tradizionali per eccellenza

Dal punto di vista strettamente chimico la fermentazione è un processo ossidativo anaerobico svolto da numerosi organismi a carico di carboidrati (o raramente di amminoacidi) per la produzione di energia necessaria alla loro sopravvivenza. Parte dell'energia ricavata dalla degradazione di substrati organici viene immagazzinata in ATP.

Data la grande importanza che questo tipo di metabolismo svolge nella preparazione di parecchi alimenti (ma anche nella loro degradazione) il termine fermentazione è stato ampiamente usato per indicare una qualsiasi trasformazione catalizzata da un microrganismo. Talvolta il termine è ancora usato in questo senso.Preferiamo considerare i processi fermentativi biotecnologie tradizionali per eccellenza, visto che questa classe di processi naturali è stata utilizzata fin dalle prime forme di tecnologie alimentari, quali la panificazione e la vinificazione.

In termini prettamente biochimici, la fermentazione è quel processo anaerobico di demolizione catabolica dei carboidrati, o più in generale di composti organici, operata dai microrganismi per produrre energia. L'utilizzo di bioreattori per la fermentazione permette un controllo dell'ambiente di sviluppo del microorganismo o cellula, al fine di ottenere il prodotto desiderato.

 

biocatalisi

BIOCATALISI Velocizzare la trasformazione dei reagenti

I processi biocatalitici sono caratterizzati dall'uso di biomolecole quali enzimi e coenzimi come catalizzatori.

Da un punto di vista funzionale e metodologico, un processo biocatalitico ha molte affinità con la fermentazione, con il grande vantaggio di non richiedere il mantenimento delle condizioni di sterilità.

Per valorizzare economicamente biomasse e prodotti di scarto agro-industriali quali ad esempio zuccheri, cellulosa, amido e olii, sono allo studio nuovi processi biocatalitici con catalizzatori enzimatici. Per poter essere utilizzati in processi industriali, infatti, sono richieste un'elevata stabilità enzimatica e la la possibilità di recupero e riciclo, proprietà che si ripercuotono positivamente sulla produttività del catalizzatore e quindi sul costo dell'enzima per kg di prodotto finale.

Le difficoltà nel produrre biocatalizzatori con queste proprietà possono talvolta essere superate intrappolando gli enzimi responsabili del processo di catalisi su supporti solidi insolubili. 

 

purificazione

PURIFICAZIONE Dal brodo di fermentazione alla forma pura

Un brodo di fermentazione è una miscela acquosa complessa di cellule, prodotti extracellulari solubili, prodotti intracellulari, substrato non metabolizzato, e altri componenti non utilizzabili.

Al termine del processo fermentativo o biocatalitico, si ottiene un grande volume di una miscela eterogenea, detto brodo di fermentazione, contenente il prodotto desiderato in soluzione con sostanze indesiderate ed i microrganismi utilizzati. Il processo di purificazione prevede che tali sostanze siano separate in modo controllato, in modo da ottenere il prodotto desiderato in forma pura, secondo le specifiche definite dal mercato o dalla normativa.Esistono diverse tipologie di apparecchi volti ad eseguire le operazioni fondamentali di purificazione, la scelta della tecnologia più adatta viene fatta in base alle specifiche del prodotto che si vuole ottenere.  

 

proteica

SINTESI PROTEICA Ottenere uno o più composti

La sintesi proteica è il processo biochimico attraverso il quale l'informazione genetica contenuta nel mRNA (RNA messaggero), viene convertita in proteine che svolgono nella cellula un'ampia gamma di funzioni.

La sintesi proteica inizia da un filamento di mRNA, prodotto a partire da un gene sul DNA attraverso il processo di trascrizione.

Consideriamo questa fase la più adattabile alle moderne biotecnologie, consentendo un maggior controllo dei processi biosintetici che avvengono all'interno della cellula, si offrono la possibilità di far eseguire la maggior parte del processo di sintesi da un dato microrganismo, nell'ambito di processi fermentativi controllati, per arrivare al prodotto desiderato con pochi o pochissimi passaggi. 

 

 

finishing

FINISHING CONFORMI ALLE SPECIFICHE

La produzione del principio attivo o del metabolita d'interesse non completa l'elenco delle possibili tecnologie utilizzabili nell'ambito di una produzione biotecnologica. Il prodotto deve essere infatti conforme alle specifiche di riferimento, siano esse di legge o semplicemente di mercato, in tutte le sue fasi, dall'uscita dalla produzione all'uso da parte dell'utilizzatore finale.

Questa fase rappresenta una necessità fondamentale in special modo nel settore farmaceutico e nella farmacoveterinaria, ma anche nell'ambito delle tecnologie alimentari, dove si vanno affermando applicazioni biotecnologiche volte al mantenimento delle caratteristiche delle produzioni primarie come nel confezionamento in atmosfera controllata.

La preparazione di prodotti pronti all'uso ed il relativo confezionamento riveste un'area d'intervento critica nel settore farmaceutico, ma anche in ambiti produttivi biotecnologici, che sono regolati da norme sempre più stringenti, per questo siamo pronti a risolvere tutte le fasi critiche di intervento per darvi la soluzione giusta rispetto al vostro prodotto finale.