Tipo y propiedades del biocatalizador
Las células empleadas en biorreactores pueden ser bacterias, levaduras, hongos, y células vegetales o animales. Cada una de ellas difiere en las demandas que hacen al ambiente, sus necesidades nutricionales y los productos que forman.
Procariotes
Poseen un tamaño entre 0,2 – 10 m m y se encuentran como células individuales o como micelios. Como crecen rápidamente, tienen requerimientos especiales en relación con una temperatura e intervalo de pH óptimos; y debe disponerse de un adecuado suplemento de nutrimentos en el reactor.
Figura 1. Cianobacteria, microorganismo procariote típico
Eucariotes
Como resultado de su compleja estructura y un tamaño de 5 – 30 m m, los microorganismos eucariotes son generalmente más difíciles de controlar en el biorreactor que los microorganismos procarióticos. Particularmente, en el caso de la formación inicial de micelios, se debe evitar cualquier tipo de esfuerzo mecánico. Por esta razón, la energía suministrada al fermentador por movimiento interno es frecuentemente desfavorable.
Figura 2. Célula eucariote animal
Células vegetales
Son frágiles y relativamente grandes (aprox. 50 m m). Crecen lentamente, demandan un gran suplemento nutricional y en el caso de embriones somáticos, un apropiado suministro de hormonas para el crecimiento y la diferenciación. Por esta razón, los biorreactores para el cultivo de células vegetales son relativamente pequeños. El oxígeno debe alimentarse con el uso de múltiples inyectores. Puede resultar ventajoso emplear reactores con circulación pneumática interna y externa.
Figura 3. Célula vegetal
Células animales
Como resultado de su gran tamaño (50 – 100 m m), estructura compleja (ver figura 2), y sensibilidad mecánica, el medio nutricional tiene que satisfacer grandes demandas y el biorreactor debe cumplir con requerimientos especiales. Las células animales pueden dañarse cuando las burbujas de aire estallan, coalescen o ascienden rápidamente a la superficie del líquido. Para tratar de prevenir el esfuerzo cortante que se origina por la formación y el ascenso de las burbujas durante la aireación, se emplean filtros cilíndricos concéntricos, que retienen el material celular y permiten el paso del líquido, el cual se recircula permanentemente hasta que el oxígeno y por consiguiente, las burbujas que lo contienen, se agoten por completo.
La aireación por medio de burbujas libres a través de tubos de silicona o poliuretano o la generación de un gran número de pequeñas burbujas de aire, se emplea frecuentemente para tratar de prevenir el esfuerzo cortante que se origina por la formación y el ascenso de las burbujas.
Las medidas tomadas para cultivar células animales sin paredes celulares incluyen el uso de grandes y lentos agitadores de rotación, pequeñas relaciones altura a diámetro del reactor, adición de agentes de protección viscosos, y minimización de la cavitación, flujo de impacto y colisión de las partículas.
Organismos con DNA recombinante
Estos cultivos contienen poblaciones con un número variado de copias de un plásmido. Células con un muy reducido número de copias proliferan más rápido que aquellas con un gran número de copias. Para contrarrestar la proliferación de organismos de plásmido libre, el cultivo puede llevarse a cabo en presencia de antibióticos si se ha introducido previamente un gen de resistencia a antibióticos.
Figura 4. Fotografía de un plásmido obtenida por medio del microscopio electrónico
