Escuela de Ingeniería Bioquímica
La Biotecnología de Enzimas es aquella área de la Ingeniería Bioquímica abocada al análisis, diseño y operación de sistemas, para la producción y utilización de estos biocatalizadores. En la actualidad existe un notable incremento en el uso de enzimas en la industria de procesos y en medicina. En Chile, el consumo de enzimas se ha incrementado notoriamente en los últimos años, y existen interesantes perspectivas de aplicación en la industria alimenticia, vinícola y farmacéutica. Se han desarrollado proyectos relacionados con la producción y utilización de lactasa soluble e inmovilizada para su aplicación en la industria láctea, penicilina acilasa inmovilizada para las etapas hidrolítica y de síntesis de la obtención de antibióticos β-lactámicos modificados, celulasas y pectinasas para su uso en la industrialización de frutas y en la producción de vinos. Además, la utilización de enzimas en la producción y modificación de aceites y grasas vegetales, en la revaloración de residuos agroindustriales. También se trabaja activamente en la optimización de la operación de reactores enzimáticos, y en la cinética enzimática en fase orgánica.
Los principales enfoques de trabajo son:
• Producción, aplicación y estudios cinéticos de enzimas inmovilizadas
• Cinética enzimática en solventes orgánicos
• Utilización de enzimas en aplicaciones industriales y revaloración de residuos
La contaminación ambiental, el cambio climático y el desarrollo de nuevas fuentes de energía renovable son problemas, y al mismo tiempo desafíos de gran magnitud que afectan seriamente las condiciones de vida en nuestro país y a nivel mundial. Esta situación, por su magnitud y alcances, requiere de esquemas de solución multidisciplinarios. Dentro de este contexto el rol del ingeniero civil bioquímico es de gran importancia, al conjugar sus conocimientos integrados sobre sistemas biológicos e ingeniería de procesos.
Por ello, se encuentran actualmente en desarrollo proyectos de investigación para la transformación de biomasa en biocombustibles líquidos y gaseosos (como metano e hidrógeno), mediante digestión microbiana anaerobia o procesos de fermentación. Se trabaja activamente en el tratamiento aerobio y anaerobio de efluentes industriales y domiciliarios, utilizando biorreactores de última generación. Además, se estudia el proceso de nitrificación y desnitrificación, mediante el cual se puede eliminar de las aguas los compuestos nitrogenados responsables de la eutrofización de ecosistemas. Más recientemente se han iniciado proyectos en el área de producción de microalgas, y recuperación de compuestos de valor agregado desde residuos orgánicos bajo el concepto de biorefinería. Por otro lado, se cuenta con una amplia experiencia en el campo de la biofiltración de gases y la biorremediación de suelos. Todos los procesos mencionados anteriormente son continuamente evaluados y representados bajo distintos modelos matemáticos, con el fin de poder predecir el comportamiento de los biorreactores y entregar herramientas de diseño y optimización.
Las células constituyen sistemas de producción muy versátiles y altamente especializados. Sin embargo, para expresar plenamente sus potencialidades su cultivo requiere de condiciones ambientales y nutricionales muy definidas, tomando en cuenta tanto los factores fisiológicos como los de ingeniería y operación.
En esta área se estudia la interrelación entre las condiciones de cultivo y la respuesta fisiológica de la célula, a través del diseño de estrategias optimizadas de cultivo, basadas en la mejora del medio, elección de la modalidad de cultivo (cultivo por lote, cultivo por lote alimentado, cultivo continuo) y disposición de las células (libres o inmovilizadas); para la producción de enzimas, proteína y metabolitos tanto primarios como secundarios.
Para ello se emplean principalmente células microbianas como bacterias, levaduras y hongos filamentosos, que pueden ser cepas nativas como de colección, mutantes y recombinantes. En los últimos años se han incorporado cultivos de células animales recombinantes para la producción de biofármacos, siendo la EIB pionera a nivel nacional en la investigación en este campo.
A partir de 1974 la Escuela de Ingeniería Bioquímica ha desarrollado diversos proyectos de investigación, en aspectos relacionados con la fisiología y cinética de los microorganismos lixiviantes, la biolixiviación de minerales de baja ley, de relaves y de concentrados de flotación, y el uso de biorreactores con agitación mecánica y neumática.
En la actualidad se trabaja en la bioxidación de minerales y concentrados refractarios de oro en reactores. Esta tecnología -implementada a gran escala en Australia, Sudáfrica, Ghana y Brasil- permite una mejor recuperación del oro por el proceso de cianuración, cuando el metal se encuentra recubierto de una película de sulfuros insolubles.
Se pueden definir tres áreas de investigación:
• Ingeniería de Fermentaciones
• Ingeniería de Cultivo de Microorganismos Recombinantes, y
• Cultivo de Células Animales Recombinantes
La línea de investigación de Recuperación de Biomoléculas centra sus esfuerzos en el desarrollo de procesos y tecnologías para la obtención de moléculas con actividad biológica y de interés científico – comercial, tales como aceites y ácidos grasos poliinsaturados, antioxidantes, oligosacáridos y péptidos entre otros, ya sea mediante su recuperación desde matrices vegetales, animales, e incluso microorganismos, o por la síntesis de las mismas mediante biotecnologías. Estos procesos pueden incluir además de la separación, la concentración y purificación de estas moléculas, mediante técnicas convencionales o por técnicas alternativas y ambientalmente amigables con los productos y con el ambiente.
Sub-Líneas de Investigación:
• Recuperación Metabolitos Primarios y Secundarios desde Caldos Fermentados.
• Uso de Enzimas en la Recuperación y/o Producción Moléculas Bioactivas.
• Revalorización de Residuos de la Agroindustria como Fuente de Biomoléculas.