Skaitmeninių technologijų integravimas leidžia kurti bioinovacijas įvairiose srityse – nuo bioproduktų iki aplinkosauginių sprendimų. Skaitmenizacija biotechnologijoje taikoma bioprocesų inžinerijoje, sintetinėje biologijoje ir šiuolaikinėse technologijose.
Naudojant bioprocesus galima sukurti didelės vertės produktus, tokius kaip vaistai, fermentai, biokuras ar biopolimerai. Tarp dažniausiai gaminamų bioproduktų – biofarmaciniai preparatai, biopolimerai, bioplastikai, organinės rūgštys, aminorūgštys, biotrąšos bei pramoniniai fermentai.
Gyvybės mokslų ateitis – skaitmeninė
Skaitmenizacija tampa neatsiejama biotechnologijos pramonės dalimi ir reikšminga priemone bioekonomikos plėtrai. Ji kuria pridėtinę vertę jau nuo pirmųjų etapų – bioskaitmeninis modeliavimas leidžia tiksliai atkurti realius procesus, analizuoti įvairius scenarijus ir optimizuoti gamybą nestabdant fizinių operacijų.
Skaitmeninės technologijos leidžia realiuoju laiku rinkti, analizuoti ir valdyti didelius duomenų kiekius, dažnai viršijančius žmogaus galimybes. Tai sudaro sąlygas išmaniosioms sistemoms automatizuotai modeliuoti ir optimizuoti bioprocesus visuose jų etapuose – nuo idėjos iki produkto.
Tarp pažangiausių sprendimų – skaitmeniniai dvyniai, daiktų internetas (IoT), dirbtinis intelektas (DI). Skaitmeniniai dvyniai atkuria bioprocesų virtualius atitikmenis, leidžia stebėti, prognozuoti ir optimizuoti eigą, mažinti sąnaudas, didinti tikslumą ir kontrolę. Jie taikomi visose grandyse – pradedant žaliavų analize, tęsiant fermentacijos procesu ir baigiant galutinio produkto vertinimu.
Skaitmeninis bioprodukto kūrimo kelias
Skaitmenizuota ksantano gamyba
Vienas iš biotechnologinio produkto pavyzdžių – biopolimeras ksantanas, kuris gaminamas iš Xanthomonas campestris bakterijų, pasitelkiant atsinaujinančius šaltinius. Jis gali būti naudojamas chemijos, maisto, farmacijos, kosmetikos, naftos pramonėse.
Jo gamybos procesas priklauso nuo daugelio veiksnių: naudojamo bakterijų kamieno, terpės sudėties (anglies ir azoto šaltinių), fermentacijos parametrų bei produkto išgryninimo būdų. Gautas ksantanas yra biologiškai suderinamas, suyrantis, aplinkai nekenksmingas ir pasižymi antioksidacinėmis, antibakterinėmis bei priešvėžinėmis savybėmis.
Ksantano gamybos technologinė linija gali būti visiškai skaitmenizuota – nuo bakterijų parinkimo, terpės sudėties ir maistinių medžiagų optimizavimo, energijos ir medžiagų balanso skaičiavimo, fermentacijos proceso modeliavimo, produkto išgryninimo iki ekonominio ir aplinkosauginio vertinimo bei galutinės kokybės analizės.
Ateities perspektyvos ir tendencijos
Įvairių sričių ekspertų integracija leidžia ne tik analizuoti ir interpretuoti proceso metu surinktus duomenis, bet ir kurti bei tobulinti matematinius modelius, skaitmeninti infrastruktūrą, taip pat efektyviau perkelti laboratorinius eksperimentus į komercinę gamybą.
Bioskaitmeninės inovacijos keičia taikomas technologijas ir kelia naujus reikalavimus specialistų kompetencijoms, tarpdisciplininiam bendradarbiavimui bei sprendimų priėmimo procesams. Skaitmenizacijoje ypač svarbus glaudus biotechnologų, bioprocesų inžinierių, bioinformatikų, duomenų analitikų ir IT specialistų bendradarbiavimas.
