Dijital Penisilin Üretimi
Mikroorganizmalar, binlerce yıldır bira mayalama gibi kimyasal reaksiyonları kolaylaştırmak amacıyla kullanılmıştır. Bununla birlikte, biyokimyasal prosesler, aynı anda meydana gelen ve birbirini etkileyen çok sayıda reaksiyonla inanılmaz derecede karmaşıktır. Sistemde rol oynayan ve tümü doğrudan ölçülemeyen sayısız parametre vardır.
İçerdiği zorluklara rağmen, Viyana Teknik Üniversitesi’nden araştırmacılar, bu tür proseslerin detaylı bir şekilde incelenmesi üzerine çalışıyorlar. Şimdilerde, ilaç üreticisi Sandoz ile işbirliği içerisinde bulunan Viyana Teknik Üniversitesi, penisilin üretim prosesini bir bilgisayar modeli kullanarak analiz etmeyi ve kapsamlı bir şekilde çoğaltmayı başardı. Bu proses, araştırmacılara, doğrudan ölçülemeyen parametreleri belirleme imkanı bile sunmuştur. Şu anda Sandoz, optimum kaliteyi sağlayarak biyoreaktörlerdeki prosesleri daima tam olarak gözden geçirebilmek için elde edilen bu bulguları kullanıyor.
Kara Kutunun Yerini Derin Bilgi Aldı
Pek çok kimyasal reaksiyonun anlaşılması kolaydır: hidrojen, oksijen ile yanarsa, önceden açıkça tahmin edilebilir bir şekilde ve kesin olarak hesaplanabilen bir hacimde su oluşur. Fakat, biyoreaktör içinde bir mantarın, sürekli değişen koşullarda ne kadar hızlı büyüyeceğini ve çoğalacağını nasıl hesaplayabilirsiniz?
Viyana Teknik Üniversitesi Kimya, Çevre ve Biyoloji Bilimleri Enstitüsü’nde biyoproses teknolojisi için çalışmalar yapan bir araştırma grubunu yöneten Prof. Christoph Herwig, ‘’Uzun bir süre boyunca, bu gibi prosesler anlaşılamayan ve sadece çok fazla deneyimle etkin bir şekilde sömürülebilecek bir ‘’kara kutu’’ olarak görüldü.’’ diyor. Ayrıca, ‘’Bizim yaklaşımımız biraz farklı: biz, biyoreaktör içerisindeki kimyasal prosesleri detaylı bir şekilde incelemek ve bu prosesleri tanımlayan denklemleri belirlemek istiyoruz.’’ diyerek ekliyor. Belirlenen amaç, biyoreaktör içerisindeki bu prosesleri tam olarak ifade edebilen matematik model elde edebilmektir.
Doktora tezinin bir parçası olarak Sandoz GmbH ile birlikte çalışan Julian Kager, ‘’Mikroorganizmaların büyüme hızları gibi proses için büyük öneme sahip olan pek çok parametre doğrudan kolay bir şekilde ölçülememektedir.’’ diyerek açıklama yapıyor. ‘’Kapsamlı bir matematik modelin bu kadar kullanışlı olmasının nedeni tam olarak şu şekilde açıklanabilir: gerçek zamanda, biyoreaktör içerisindeki çeşitli maddelerin konsantrasyonu gibi üretim prosesinden elde edilen ulaşılabilir verileri kullanırız ve prosesin en olası durumunu hesaplamak için bilgisayar modelimizi kullanırız.’’ diyerek ekliyor. Ölçülemeyen parametreler ise, bu sayede hesaplanabilir.
Elde edilen model bilgisi, proses devam ederken ekili hücrelere besin tedariğinin optimize edilmesi için kullanılabilir.
Biyoprosesi matematiksel olarak tanımlamak için kullanılan denklemler sistemi, prosesin kendisi kadar kompleks ve çok yönlüdür. Kager, ‘’Denklemler sistemi, doğrusal olmayan dinamik sistemleri tanımlar. Başlangıç koşullarındaki en küçük değişimler bile, çok büyük bir etkiye sahip olabilir.’’ diyerek açıklama yapıyor. ‘’Bu durum, el ile kolayca çözüm üretmenin gerçekten mümkün olmadığı anlamına geliyor, bunun yerine, gerekli sonuçları elde etmek için nispeten ayrıntılı bilgisayar simülasyonları gerekiyor.’’
Viyana Teknik Üniversitesi’nde geliştirilen proses modeli ve algoritmalar, şu an penisilin üretim prosesi için Sandoz GmbH’de kullanılıyor. Julian Kager, ‘’Temel araştırmamızın, endüstride bu kadar hızlı bir şekilde benimsenmesinden dolayı çok memnunuz ve bu biyokimyasal modelleme yaklaşımı şu an ilaç üretim proseslerinin otomatik kontrollerini sağlamak için kullanılıyor.’’ dedi.
Kaynak: sciencedaily.com
