الهندسة الكيميائية الحيوية

ترتبط التقنية الحيوية والهندسة الكيميائية الحيوية ارتباطًا وثيقًا، إذ تُعدّ الهندسة الكيميائية الحيوية فرعًا من فروع التقنية الحيوية. ويركز أحد أهم مجالات التقنية الحيوية على المجال الطبي، حيث يعمل مهندسو الكيمياء الحيوية على تصميم الأدوية، والأعضاء الاصطناعية ، والأجهزة الطبية الحيوية، والمستشعرات الكيميائية، وأنظمة توصيل الأدوية . ^{[ 6 ]} ويستخدم مهندسو الكيمياء الحيوية معرفتهم بالعمليات الكيميائية في الأنظمة البيولوجية لابتكار منتجات ملموسة تُحسّن صحة الإنسان. وتشمل مجالات الدراسة هندسة الأيض ، والإنزيمات ، والأنسجة . ويُستخدم علم زراعة الخلايا على نطاق واسع في الهندسة الكيميائية الحيوية والتقنية الحيوية نظرًا لتطبيقاته العديدة في تطوير أنواع الوقود الطبيعي ، وتحسين كفاءة إنتاج الأدوية والعمليات الصيدلانية، وإيجاد علاجات للأمراض. ^{[ 7 ]} ومن التطبيقات الطبية الأخرى للهندسة الكيميائية الحيوية ضمن التقنية الحيوية الاختبارات الجينية وعلم الصيدلة الجينية .

يركز مهندسو الكيمياء الحيوية بشكل أساسي على تصميم أنظمة من شأنها تحسين إنتاج الأغذية ومعالجتها وتعبئتها وتخزينها وتوزيعها. ^{[ 8 ]} تشمل بعض الأطعمة المصنعة الشائعة القمح والفواكه والحليب ، والتي تخضع لعمليات مثل الطحن والتجفيف والبسترة لتصبح منتجات قابلة للبيع .

توجد ثلاثة مستويات لمعالجة الأغذية : الأولية، والثانوية، والثالثية. تشمل المعالجة الأولية تحويل المنتجات الزراعية إلى منتجات أخرى يمكن تحويلها إلى غذاء. أما المعالجة الثانوية، فهي تصنيع الغذاء من مكونات متوفرة بسهولة. بينما تشمل المعالجة الثالثية الإنتاج التجاري للأطعمة الجاهزة للأكل أو التي تُسخّن وتُقدّم. كان التجفيف والتخليل والتمليح والتخمير من أقدم تقنيات معالجة الأغذية المستخدمة لحفظها عن طريق منع نمو الكائنات المسببة لفسادها، مثل الخمائر والأعفان والبكتيريا . ^{[ 9 ]} تطورت طرق حفظ الأغذية لتتوافق مع معايير سلامة الغذاء الحديثة، ولكن العديد من الطرق لا تزال تعتمد على نفس العمليات المستخدمة في الماضي.

يعمل مهندسو الكيمياء الحيوية أيضًا على تحسين القيمة الغذائية للمنتجات الغذائية، كما هو الحال في الأرز الذهبي ، الذي طُوِّر للوقاية من نقص فيتامين (أ) في بعض المناطق التي كانت تعاني من هذه المشكلة. كما أن الجهود المبذولة لتطوير تقنيات حفظ الأغذية تضمن الاحتفاظ بالعناصر الغذائية لفترة أطول أثناء تخزينها. ويلعب التغليف دورًا محوريًا في حفظ الأغذية وضمان سلامتها، وذلك بحماية المنتج من التلوث والتلف المادي والتلاعب. ^{[ 9 ]} كما يُسهِّل التغليف نقل الأغذية وتقديمها.

من المهام الشائعة لمهندسي الكيمياء الحيوية العاملين في صناعة الأغذية تصميم طرق لتنفيذ جميع هذه العمليات على نطاق واسع لتلبية احتياجات السكان. تشمل مسؤوليات هذا المسار الوظيفي تصميم التجارب وإجرائها، وتحسين العمليات، وتقديم الاستشارات للمجموعات لتطوير تقنيات جديدة، وإعداد خطط المشاريع الخاصة بالمعدات والمنشآت. ^{[ 9 ]}

في صناعة الأدوية ، تلعب هندسة العمليات الحيوية دورًا محوريًا في الإنتاج واسع النطاق للمستحضرات الصيدلانية الحيوية ، مثل الأجسام المضادة وحيدة النسيلة واللقاحات والبروتينات العلاجية. ويُعد تطوير وتحسين المفاعلات الحيوية وأنظمة التخمير أمرًا بالغ الأهمية للإنتاج الضخم لهذه المنتجات، مما يضمن جودة ثابتة وإنتاجية عالية. على سبيل المثال، تُنتج البروتينات المؤتلفة ، كالأنسولين والإريثروبويتين ، من خلال أنظمة زراعة الخلايا باستخدام خلايا مُعدلة وراثيًا . ويتمثل دور مهندس العمليات الحيوية في تحسين متغيرات مثل درجة الحرارة، ودرجة الحموضة ، وتوافر المغذيات، ومستويات الأكسجين، لزيادة كفاءة هذه الأنظمة إلى أقصى حد. كما يعتمد مجال العلاج الجيني المتنامي على تقنيات المعالجة الحيوية لإنتاج النواقل الفيروسية ، التي تُستخدم لإيصال الجينات العلاجية إلى المرضى. ويتضمن ذلك توسيع نطاق العمليات من المختبر إلى النطاق الصناعي مع الحفاظ على السلامة والامتثال للوائح التنظيمية. ^{[ 10 ]} ومع تزايد الطلب على المنتجات الصيدلانية الحيوية، تُسهم التطورات المستمرة في هندسة العمليات الحيوية في تمكين أساليب تصنيع أكثر استدامة وفعالية من حيث التكلفة.