ما هي هندسة الكيمياء الحيوية

تعتبر الهندسة الحيوية مجموعة من التطبيقات لجميع المبادئ الهندسية والتي تهدف لتصميم وفهم وتطوير وعمل وتشغيل المنتجات والعمليات التي تبنى على الكيمياء الحيوية والظواهر الحيوية، وهي أحد فروع الهندسة الكيميائية المعروفة، والتي لها علاقة هامة بمجموعة من الصناعات المعروفة والمنتجات الزراعية والإنزيمات ومعالجة الطاقة والنفايات وعدد كبير من المواد الكيميائية .

الهندسة الكيميائية الحيوية والهندسة الطبية الحيوية

تتميز الهندسة الكيميائية عن الهندسة الطبية بأنها تتناول الكيمياء الحيوية والأحياء المتعمقة بشكل دقيق، ولا تركز كثيرًا على مجال الرعاية الصحية، ولكن في الوقتالحالي يشارك العديد من العلماء المتخصصين في الكيمياء الحيوية في تطوير منتجات الرعاية الصحية .

ولكن في الماضي، كانت الهندسة الكيميائية تتناول التكنولوجيا الحيوية لتلبية الحاجة للمنتجات المستقبلية، وتستخدم في ذلك عددًا من الكائنات الأكثر دقة والهندسة الجينية، وتخضع هذه الكائنات للعديد من القواعد التي تسمح بالاختبار والتقييم القانوني والبيع في المرحلة التالية .

مراحل الهندسة الكيميائية الحيوية

في بداية نشأة الهندسة الكيميائية، كان التركيز على تحسين نمو الكائنات الحية الدقيقة وتحكم في الظروف الهوائية المحيطة بها، وقد بلغت بعض المقاييس العشرات من الآلاف من الليترات. استمر هذا العمل لفترة طويلة حتى تطورت الدراسات في هذا المجال وأصبحت أكثر تنوعاً وتوسعاً .

تهدف الجهود التسويقية الحديثة إلى تطوير العمليات الاقتصادية من خلال تحليل الحالة النفسية والسلوك الخاص بالمستهلك، حيث أثبتت هذه الطريقة كفاءتها وفاعليتها الكبيرة في الوصول إلى المستهلكين من خلال رسائل حول المنتجات والعلامات التجارية والخدمات التي نقدمها لهم .

تركيبات الكيمياء الحيوية الهندسية

من الممكن إضافة جميع العناصر التي يتكون منها الكتلة الحيوية ، مثل الأوكسجين والكربون والنيتروجين والكبريت والأملاح المعدنية ونسب قليلة من المعادن المعينة وأقل من الفوسفور المفاعل الحيوي ، وهو ما يطلق عليه جهاز التخمير وهي تتكاثر عن طريق البكتريا والعمليات الأيضية التي تجريها .

يُمكن إضافة كمية جيدة من الأكسجين، ويُمكن أن تكون عبارة عن هواء معقم، إلى جهاز التخمير لرفع قدرة وكفاءة العناصر المزروعة، ويتم زراعة الكائن الدقيق الذي ينشط بطريقة عكسية مع الأكسجين المذاب .

يتكون الزرع غير الهوائي من التفاعل بين التخمر الذي يتم إنتاجه عن المذيبات والأحماض العضوية التي تتميز بكتلة حيوية قليلة وينمو ببطء، وتمثل عملية المعالجة التي تجرى على المخلفات تطبيقات كبيرة لجميع الكائنات الحية غير الهوائية .

تحتوي أجهزة الهضم على مزيج من التجمعات الحية اللاهوائية والدقيقة، وتستخدم لتقليل المواد الصلبة التي تنتج عن المخلفات البلدية والصناعية .

الهندسة الكيميائية الحيوية والزراعات الأخرى

تتمثل أهمية الهندسة الكيميائية في التقدم الذي يحدث في الكائنات الدقيقة، ولكن في الوقت الحالي، أصبحت القدرة على زرع خلايا متعددة ضرورية للغاية، وتشمل زراعة الخلايا الثديوية والنباتية والحشرات بمشاركة علماء الكيمياء الحيوية .

يستخدم علم الهندسة الأيضية الجينات الجزيئية ويدرس مسارات الأيض لتحسين أداء الخلايا والبروتينات والمنتجات الأيضية، وتستخدم هندسة الإنزيمات لتحديد المحفزات الحيوية وطرق استخدامها في إنتاج المواد الكيميائية وغيرها من الكيمياء الحيوية المفيدة .

وتقوم هندسة الأنسجة بتوفير ضمانات كبيرة من الجوانب المادية الكيميائية الحيوية وما يتعلق منها بالطب مثل زراعة الخلايا الحية التي تقوم بمعالجة الأمراض ، وساهم المتخصصين في هندسة الكيمياء الحيوية في جميع جوانب الإصلاحات الحيوية لتكنولوجيا المناعة ، والاستخدام الذي يقع على الإنزيمات والخلايا وتطوير اللقاحات ، والتي تستطيع القيام بمهامها في الظروف القاسية .

أهمية الهندسة الكيميائية الحيوية

في الصناعة

تعمل التفاعلات الكيميائية على تطوير عدد من الحلول التكنولوجية وحل بعض المشاكل التي تواجهها، كما تساعد الصناعات العضوية على التخلص من المخلفات والنفايات عن طريق تحقيق أقصى استفادة منها، مما يساعد في تقليل الإنفاق وزيادة الربح .

بالنسبة للإنسان

حيث قام علماء الكيمياء الحيوية بالعمل على إنتاج عدد من الكائنات العضوية التي تقوم بمعالجة بعض الأمراض التي قد تصيب الإنسان كما قد يساهم هذا الفرع من العلوم في التعرف على بعض حركات الجسم ، وتفسير بعض من التفاعلات الكيميائية التي قد تحدث فيه ، كما تساعد في التعرف على الخلايا التي تقوم في إنتاج البروتينات والطاقة .

في العمليات الزراعية

ساعد بشكل كبير في معرفة عدد من التفاعلات الكيميائية التي تستخدم في زراعة المحاصيل وزيادة الإنتاجية منها وكيفية التغلب على عوامل المناخ السيئة التي قد تحيط بها ، كما قد ترتبط بمجموعة من العلوم الأخرى وغيرها من المجالات أيضا مثل الصناعة والدواء والغذاء الناتج عنها وما يحققه من فائدة .

لقد ساعدت التكنولوجيا الحيوية الزراعية بشكل كبير في تطوير العديد من الأسمدة والمبيدات الحشرية، وقد ساعد الإنتاج الكيميائي في تحسين صناعة هذه المنتجات .

الهندسة الكيميائية الحيوية وعلاقتها بالبيئة

ساعدت دراسة التفاعلات الكيميائية التي تحدث في البيئة المحيطة بنا وتأثيراتها المحتملة، على تحسين فهمنا للعناصر الكيميائية التي تؤثر على جودة المياه والتي تساعد في تحسين جودة المياه عن طريق فهم مستوى الأكسجين المذاب فيها .

تعرف على المعادن التي يمكن أن تذوب في الماء، يمكن أن يساعد هذا في تحديد مدى تأثير العناصر الكيميائية الموجودة في الماء على صلاحيتها للاستخدام البشري. ويمكن أيضًا تحديد ما إذا كانت تحتوي على مواد ملوثة يمكن أن تتسبب في ضرر، وكيفية التخلص منها .

الهندسة الكيميائية الحيوية و العناصر الغذائية

فهي تقوم بتناول بعض المركبات الكيميائية التي تدخل في الغذاء من خلال التعرف على النشويات التي تعمل كوقود لجميع الخلايا الموجودة في الكائن الحية ، ومعرفة جميع الأجزاء الأساسية التي تشكل الخلايا من الليبيدات التي تحتوي على الزيوت والدهون ، ويعمل على مساعدة العضو الداخل في جسم الإنسان .

كما يمكن من خلالها التعرف على أنواع البروتينات وما تحتوي عليه من أجزاء معقدة وما تحويه من مئات الأحماض الأمينية التي تكون مفيدة للغاية لوظائف الخلايا المتنوعة،  كما يمكن من خلالها معرفة الأحماض التي تكون ضرورية لجسم الإنسان ومعرفة الكائنات غير العضوية من المعادن والفيتامينات .

الهندسة الكيميائية الحيوية و الطب

ساعد العلماء المتخصصون في هذا المجال على التعرف على التركيبات الكيميائية في الأدوية والفيتامينات التي تستخدم لعلاج الإنسان، وساعدوا في تطوير عدد كبير من الأدوية الطبية الحديثة .

يترابط هذا العلم بشكل كبير مع مجموعة من العلوم الأخرى ويساعد بشكل كبير في معرفة العديد من المعلومات المتعلقة به مثل المعادن الموجودة في الصخور الأرضية والظواهر الكيميائية التي قد تحدث، ويترابط هذا العلم بشكل كبير مع علم الجيولوجيا .