Dijital Olarak Penisilin Üretildi!
Mikroorganizmalar binlerce yıldır kimyasal reaksiyonları kolaylaştırmak için kullanılıyorlar – örneğin bira fermentasyonunda- Bununla birlikte, biyokimyasal süreçler, aynı anda meydana gelen ve birbirini etkileyen çok sayıda reaksiyonla beraber inanılmaz derecede karmaşık bir hal alırlar ve bunda rol oynayan sayısız parametre vardır, lakin bunların tümü doğrudan ölçülebilir parametreler değildir.
Karşılaştıkları tüm zorluklara rağmen, TU Wien’deki araştırmacılar bu süreçleri detaylı bir şekilde incelemeye çalışıyorlar. Şuanda, Bilinen bir ilaç üreticisi olan Sandoz ile işbirliği içinde, TU Wien bir bilgisayar modeli kullanarak penisilin üretim sürecini analiz etmeyi ve kapsamlı bir şekilde çoğaltmayı başardı. Bu süreç, araştırmacıların doğrudan ölçülemeyen parametreleri belirlemesine bile olanak sağlamıştır. Sandoz şu anda biyo-reaktördeki süreçleri tam olarak görebilmek ve bu sayede optimum kaliteyi sağlamak için bu bulguları kullanmaktadır.
Kara Kutu Derinlemesine Bilgi ile Değiştirildi
Birçok kimyasal reaksiyonun anlaşılması kolaydır: Hidrojen oksijenle yakılırsa, su önceden tahmin edilebilir şekilde ve önceden kesin olarak hesaplanabilen bir hacimde üretilir. Fakat bir biyoreaktörde bir mantarın sürekli değişen koşullarda ne kadar hızlı büyüyeceğini ve çoğaldığını nasıl hesaplayabilirsiniz?
“Uzun bir süre boyunca, bu gibi süreçler, anlaşılamayacak ve sadece çok fazla deneyimle etkin bir şekilde sömürülebilecek bir“ kara kutu ”olarak görülüyor. TU Wien’in Kimya, Çevre ve Biyoloji Bilimleri Enstitüsü’nden Biyoteknoloji teknolojisi için araştırma grubunu yöneten Prof. Dr. Christoph Herwig “Yaklaşımımız biraz farklı: Bir biyoreaktördeki kimyasal süreçleri detaylı olarak analiz etmek ve bu süreçleri tanımlayan denklemleri belirlemek istiyoruz. Buradaki amaç, biyo-reaktör içinde bu işlemleri doğru bir şekilde kopyalayan matematiksek bir model üretmek.”
Sandoz GmbH ile birlikte yürütülen çalışmanın bir parçası olan Julian Kager, “Bu süreç için hayati olan birçok parametre ile , mikroorganizmaların büyüme hızı vb. doğrudan ölçülemez” diye açıklıyor. “Tam olarak kapsamlı bir matematiksel modelin bu kadar kullanışlı olmasının nedeni şudur: biyo-reaktördeki çeşitli maddelerin konsantrasyonu gibi gerçek zamanlı olarak üretim sürecinden elde edilen erişilebilir verileri kullanırız ve sürecin en olası durumunu hesaplamak için bilgisayar modelimizi kullanırız” Ölçülemeyen parametreler bu nedenle hesaplanabilir.
Süreç devam ederken, model bilgisi, ekili hücrelerde ki beslenmeyi optimize etmek için kullanılabilir.
Biyolojik süreci matematiksel olarak tanımlamak için kullanılan denklemler sistemi, işlemin kendisi kadar karmaşık ve çok yönlüdür. “Denklem sistemi doğrusal olmayan dinamik bir sistemi tanımlar. Başlangıç koşullarındaki en küçük değişiklikler bile çok büyük bir etkiye sahip olabilir,” diye açıklıyor Kager. “Bu, bir çözümü el ile halletmenin gerçekten mümkün olmadığı anlamına geliyor, bunun yerine gerekli sonuçları elde etmek için nispeten ayrıntılı bilgisayar simülasyonları gerekiyor.”
TU Wien’de geliştirilen süreç modeli ve algoritmalar, penisilin üretim prosesi için Sandoz GmbH tarafından kullanılıyor. Julian Kager, “Endüstriye bu kadar hızlı bir şekilde kullanım için temel araştırmamızın benimsenmesi ve biyokimyasal modelleme yaklaşımımızın farmasötik üretim süreçlerinin otomatik kontrolünü kolaylaştırmak için kullanılmasından çok memnunuz,” diyor.
Kaynak : sciencedirect.com
