Si alguna vez te has preguntado cómo se fabrican ciertos medicamentos, alimentos o incluso biocombustibles, la respuesta está en un equipo llamado biorreactor. En este artículo te explicamos de forma sencilla todo lo que necesitas saber sobre los biorreactores. Para que cuando alguien te pregunte "¿Qué es un biorreactor?", puedas responder fácilmente.
¿Qué es un biorreactor?
Un biorreactor es un dispositivo o recipiente en el que se cultivan células o microorganismos en condiciones controladas para producir sustancias específicas. Estas sustancias pueden ir desde fármacos, como antibióticos y vacunas, hasta alimentos como yogur o cerveza, e incluso combustibles como el etanol.
Estos equipos son fundamentales para la biotecnología moderna. Proporcionan un entorno controlado en el que las células o los microorganismos pueden crecer y producir los productos deseados con eficacia. La capacidad de controlar variables como la temperatura, el pH, la concentración de nutrientes y la cantidad de oxígeno permite optimizar la producción y la calidad de los productos biológicos.
Historia y evolución
La historia de los biorreactores se remonta a la antigüedad con la fermentación, utilizada para hacer pan, cerveza y vino. Los primeros equipos eran simples vasijas de barro utilizadas por civilizaciones como la griega y la romana para fermentar alimentos en condiciones anaeróbicas.
En el siglo XX, los biorreactores modernos empezaron a desarrollarse con la producción industrial de penicilina durante la Segunda Guerra Mundial. Esto supuso un gran avance, ya que permitió la producción a gran escala de antibióticos y otros productos biotecnológicos.
Tipos
Hay distintos tipos de biorreactores fabricados para diversas aplicaciones y cultivos celulares.
- Tanque agitado: Son los más comunes y consisten en un tanque con un sistema de agitación que mezcla el contenido para garantizar una distribución uniforme de nutrientes y oxígeno.
- Fotobiorreactores (PBR): Incorporan una fuente de luz, natural o artificial, para cultivar organismos fotótrofos como cianobacterias, algas o plantas musgosas. Estos organismos utilizan la luz mediante la fotosíntesis como fuente de energía.
- Tratamiento de aguas residuales: Utiliza medios inertes con gran superficie para el crecimiento de biopelículas o sistemas de aireación para crear lodos activados, reduciendo la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) del agua contaminada.
- Tejido especializado: Diseñados para cultivar células y tejidos que requieren soporte estructural. Se utilizan para recrear estructuras de órganos en el laboratorio, como modelos de tejidos cardíacos, musculares, ligamentosos y cancerosos.
Componentes principales de un biorreactor
Para entender cómo funciona un biorreactor, es importante conocer sus componentes principales:
- Recipiente: Recipiente en el que se cultivan las células o los microorganismos. Pueden ser de acero inoxidable, de vidrio de borosilicato y de un solo uso.
- Sistema de agitación: Mecanismo para mezclar el contenido del biorreactor, asegurando una distribución uniforme de nutrientes y oxígeno.
- Sistemas de control: Equipos para controlar y ajustar parámetros como la temperatura, el pH, el oxígeno disuelto y la concentración de nutrientes.
Sistemas de alimentación y eliminación: Dispositivos para añadir nutrientes y eliminar productos de desecho, manteniendo el entorno óptimo para el crecimiento celular.
¿Cómo funciona un biorreactor?
Para entender cómo funciona, imagina un gran tanque donde se colocan microorganismos como bacterias, levaduras, células vegetales y animales. Estos microorganismos necesitan determinadas condiciones para crecer y producir lo que necesitamos. Aquí es donde entra en juego el biorreactor, ya que proporciona:
- Nutrientes: Alimento esencial para los microorganismos, como azúcares, aminoácidos y vitaminas.
- Oxígeno: Necesario para que algunos microorganismos puedan respirar. En los biorreactores aerobios, el oxígeno se suministra mediante burbujeo o agitación.
- La temperatura: Un entorno cálido y estable, controlado por sistemas de calefacción o refrigeración.
- pH: El nivel adecuado de acidez o alcalinidad, ajustado mediante la adición de ácidos o bases.
- Agitación: Movimiento para mantener todo bien mezclado y garantizar que los microorganismos tengan acceso a los nutrientes y al oxígeno.
Todos estos factores se controlan y ajustan para garantizar que los microorganismos estén en condiciones óptimas de crecimiento y producción.
Aplicaciones de los biorreactores
Los biorreactores tienen muchas aplicaciones en diferentes industrias, entre ellas:
- Industria farmacéutica: producción de antibióticos, vacunas y otros medicamentos biológicos. Por ejemplo, la producción de insulina mediante cultivos celulares recombinantes.
- Alimentación y bebidas: Fermentación de productos como cerveza, vino, yogur y queso. Los biorreactores permiten la producción controlada y eficaz de estos productos.
- Biotecnología industrial: Creación de enzimas y proteínas para distintos usos, como detergentes, textiles y alimentos.
- La energía: Producción de biocombustibles, como etanol y biodiésel, a partir de biomasa. Los biorreactores permiten convertir materiales orgánicos en combustibles renovables.
- Tratamiento de aguas residuales: Utilización de microorganismos para descomponer y eliminar los contaminantes de las aguas residuales.
Innovaciones y futuro de los biorreactores
La investigación y el desarrollo en el campo de los biorreactores siguen avanzando, con innovaciones como biorreactores de un solo uso ⇀ que reducen el riesgo de contaminación y los costes de limpieza. Además, el desarrollo de biorreactores automatizados y sistemas de monitorización en tiempo real está mejorando la eficacia y el control de los procesos biotecnológicos.
En el futuro, se espera que los biorreactores desempeñen un papel crucial en la producción sostenible de alimentos, energía y productos farmacéuticos, contribuyendo a resolver retos globales como el cambio climático y la seguridad alimentaria.
Conclusión
En pocas palabras, un biorreactor es como una fábrica en miniatura de microorganismos. Gracias a ellos, podemos producir una amplia gama de productos que benefician a nuestra salud, alimentación y energía. La capacidad de controlar y optimizar las condiciones de cultivo hace de los biorreactores una herramienta esencial de la biotecnología moderna. Si te interesa el mundo de la biotecnología, los biorreactores son un equipo clave que merece la pena conocer.
Frequently Asked Questions (FAQ)
A bioreactor is a device where cells or microorganisms are grown under controlled conditions to produce specific substances, such as drugs, food or biofuels.
Bioreactors are essential because they provide a controlled environment, which optimises growth and production of biological products by controlling variables such as temperature, pH, nutrient concentration and oxygen.
- - Vessel: Where cells or microorganisms are cultured, made of stainless steel, borosilicate glass or single-use materials.
- - Agitation system: Mechanism for mixing the contents of the bioreactor and distributing nutrients and oxygen.
- - Control systems: Equipment to monitor and adjust parameters such as temperature, pH, dissolved oxygen and nutrient concentration.
- - Feeding and disposal dystems: Devices for adding nutrients and removing waste products.
A bioreactor provides a controlled environment where nutrients, oxygen, appropriate temperature, controlled pH and agitation are provided to promote the growth and production of micro-organisms or cells.
- - Pharmaceutical industry: Production of antibiotics, vaccines and other biological medicines.
- - Food and Beverage: Fermentation of products such as beer, wine, yoghurt and cheese.
- - Industrial Biotechnology: Creation of enzymes and proteins for detergents and textiles.
- - Energy: Production of biofuels such as ethanol and biodiesel.
- - Wastewater treatment: Use of microorganisms to break down and remove pollutants from water.
