De Nederlandse Laboratorium Site

Bioprocestechnologie

In feite is biotechnologie al heel oud. Mensen gebruikten gist om bier te brouwen en brood te bakken en bacteriën om yoghurt en zuurkool te maken, hoewel ze zich van het bestaan van micro-organismen nog helemaal niet bewust waren. Aanvankelijk vond de productie op ambachtelijke wijze plaats, maar in de loop van deze eeuw werd het productieproces steeds grootschaliger.

De term biotechnologie kwam in opkomst vanaf het moment dat de kennis van de erfelijke eigenschappen van levende organismen zover gevorderd was dat het mogelijk werd om eigenschappen van het ene organisme gericht over te planten in het andere.

Verbeteren van erfelijke eigenschappen

Natuurlijk werd altijd al door middel van veredeling van planten en gericht fokken van dieren geprobeerd om hun erfelijke eigenschappen te verbeteren. De moderne biotechnologische technieken bieden de mogelijkheid om gewenste veranderingen veel sneller en gerichter te verkrijgen. Vooral met micro-organismen zijn er resultaten geboekt. Dat is ook logisch, want bij dergelijke eencelligen heb je alleen te maken met de reguleringsprocessen binnen één cel. Bij meercellige organismen speelt ook de regulatie tussen de verschillende cellen een rol, waardoor het veel moeilijker wordt om te begrijpen wat er gebeurt. Inmiddels is er een stap gezet om dat probleem te ondervangen: je kunt namelijk cellen of weefsels van planten of dieren tegenwoordig los kweken. Dat is heel nuttig, want dierlijke en plantaardige cellen zijn heel anders opgebouwd dan micro-organismen en bieden dus weer andere mogelijkheden om stoffen te produceren.

Structuur bepalend voor de werking

In de bioprocestechnologie worden cellen of micro-organismen gebruikt als kleine chemische fabriekjes. Je moet daarom veel weten van de scheikunde van de cel, in de vorm van biochemie, moleculaire biologie en (moleculaire) genetica. Er komen steeds meer technieken beschikbaar om te zien wat er in de cel op moleculair niveau gebeurt. Enorm grote moleculen, bestaande uit duizenden of tienduizenden atomen, besturen de levensprocessen. Om de werking van deze macromoleculen, zoals DNA en enzymen, te begrijpen, heb je aan een scheikundige formule niet genoeg. De vorm en driedimensionale structuur van een enzym zijn bepalend voor de werking. Functionele groepen in het molecuul fungeren als een soort robotarmpjes die allerlei stoffen kunnen assembleren. Juist daarom is productie met levende organismen vaak efficiënter, goedkoper en schoner dan een productiewijze langs chemische weg.

Werkt het?

Als je een bepaalde stof wilt gaan produceren, moet je eerst een celtype of micro-organisme vinden dat geschikt is voor productie op grote schaal. Niet altijd is het organisme dat de stof oorspronkelijk produceerde daarvoor geschikt. Dat betekent dat je de eigenschap om de stof te produceren moet overbrengen van bijvoorbeeld een plant naar een schimmel. Je lokaliseert het gen dat die eigenschap bevat, snijdt het nauwkeurig uit en bouwt het weer in het DNA van het andere organisme in. Dan komt een spannende test: werkt het? Je kunt namelijk niet verwachten dat een schimmel of bacterie zomaar een eigenlijk vreemde stof gaat aanmaken.

Bioreactor

Is dat gelukt, dan komt de volgende stap. In plaats van in een reageerbuisje in het lab moet je de gewenste stof nu gaan produceren in enorme vaten in de fabriek. Er moet dus een installatie gebouwd worden die de cellen of micro-organismen de juiste leefomstandigheden biedt: de bioreactor. Heb je een proefinstallatie klaar, dan gaan de beestjes braaf voor je aan het werk. Het resultaat is misschien niet wat je verwachtte: in plaats van keurig stofje A te produceren, ontstaat een dikke biologische soep, die weliswaar stofje A bevat maar ook nog tientallen andere stofjes, dode cellen, levende cellen enzovoort. De laatste stap in het productieproces bestaat dus uit het isoleren en zuiveren van de gewenste stof.

Toepassingen van biotechnologie

Op het moment zijn er op allerlei plaatsen in de maatschappij al toepassingen van biotechnologie te vinden. In de levensmiddelenindustrie bijvoorbeeld: bij kaas maken heb je het enzym chymosine nodig, dat gewonnen wordt uit de maag van kalveren. Tegenwoordig kunnen ook gisten deze stof produceren. In de farmaceutische industrie worden nu al een aantal geneesmiddelen door micro-organismen geproduceerd, bijvoorbeeld insuline, antibiotica en menselijk groeihormoon. In de chemische industrie gaat het bijvoorbeeld om kleurstoffen, maar ook om bestrijdingsmiddelen. Het Afrikaantje, een bekend perkplantje, bevat van nature een afweermiddel tegen insecten. Cellen van het Afrikaantje kunnen dit natuurlijke bestrijdingsmiddel nu ook in een reactorvat produceren. Ook afbreekbare plastics wordt al door bacteriën gemaakt.

Ook op een heel ander terrein zijn er toepassingen: de milieuproblematiek. Je kunt micro-organismen namelijk ook inzetten om milieuvervuilende stoffen af te breken. In de natuur blijken organismen voor te komen, die kunnen helpen bij het opruimen van stoffen als ammoniak en nitraat, maar ook zware metalen. In sommige fabrieken worden de afvalgassen door een biobed geleid waarin micro-organismen de giftige bestanddelen onschadelijk maken. Ook water- en bodemverontreiniging kun je op deze manier aanpakken.

De ontwikkelingen in de biotechnologie gaan razendsnel. Wil je meer weten? Kijk dan op de RIVM website www.biotechnologie.rivm.nl.

Bioprocestechnologie

De bioprocestechnoloog is gericht op toepassing van zijn kennis en de eerste toepassingen zijn er al. Maar eigenlijk staat de bioprocestechnologie nog in de kinderschoenen. Er moet nog heel veel onderzoek gedaan worden op het gebied van genetica, (moleculaire) biologie en biochemie om het vakgebied verder te ontwikkelen. Ook wordt gewerkt aan nieuwe technieken en methoden om beter te kunnen volgen wat er in de cel gebeurt en om het aanpassen van erfelijke eigenschappen te vergemakkelijken. Hoewel het uiteindelijke doel blijft om met behulp van levend materiaal op schone en efficiënte wijze stoffen te produceren, kun je als biotechnoloog ook behoorlijk de diepte in. De opleiding is dus ook voor mensen met een meer fundamenteel biologische of scheikundige belangstelling interessant. Lees meer ….

Ethische en maatschappelijke kanten

Tot slot van deze beschrijving van het vakgebied nog een opmerking over de maatschappelijke kanten van de bioprocestechnologie. De biotechnologie in brede zin roept nogal wat vragen op. Mag de mens wel sleutelen aan de erfelijke eigenschappen van allerlei organismen? De maatschappelijke discussie hierover is in volle gang. Een wetenschappelijke studie houdt tevens in dat je kritisch leert nadenken over waar je mee bezig bent. In de studie wordt daarom ook aandacht geschonken aan de ethische en maatschappelijke kanten van de biotechnologie.
Voor deze specialisatie geldt dat ze sterk gericht is op technische en managementfuncties in de farmaceutische, chemische en levensmiddelenindustrie. Je zou er daarom ook aan kunnen denken vakken als bedrijfskunde en bedrijfseconomie in je pakket op te nemen.

(Bron: CODON: Studievereniging der biotechnologen, Universiteit Wageningen)