منذ آلاف السنين، تم استخدام الكائنات الدقيقة لتسهيل التفاعلات الكيميائية في تخمير البيرة، وبالرغم من ذلك فإن العمليات البيوكيميائية معقدة بشكل لا يُصدق، ومع العديد من التفاعلات التي تجري في وقت واحد وتأثيرها على بعضها البعض، هناك عدد لا يحصى من العوامل التي تلعب دورًا، ولكن لا يمكن قياسها بشكل مباشر.
على الرغم من الصعوبات التي يحتويها الأمر، فإن الباحثين في الجامعة النمساوية (TU Wien) وشركة الأدوية الدولية “Sandoz” يعملون الآن على فحص هذه العمليات بالتفصيل، وقد تمكنوا من تحليل عملية إنتاج البنسلين وتكرارها بشكل شامل باستخدام نموذج الحاسوب، هذه العملية مكَّنت الباحثين من تحديد العوامل التي لا يمكن قياسها بشكل مباشر.
لفترة طويلة، كان يُنظر إلى مثل هذه العمليات على أنها “صندوق أسود” لا يمكن فهمه ولا يمكن استغلاله بفعالية إلا بالكثير من الخبرة.
يقول البروفيسور كريستوف هيرويغ “Christoph Herwig” الذي يقود فريق البحث في التكنولوجيا الحيوية في معهد (TU Wien) “نهجنا مختلف بعض الشيء” نريد أن نحلل العمليات الكيميائية في مفاعل حيوي بالتفصيل ونحدد المعادلات التي تصف هذه العمليات” فالهدف هو إنتاج نموذج رياضي يُكرر بدقة هذه العمليات داخل المفاعل الحيوي.
ويفسر جوليان كاجير “Julian Kager” الذي يعمل مع شركة (Sandoz GmbH) أن العديد من العوامل الحيوية للعملية لا يمكن قياسها بشكل مباشر، مثل “معدل نمو الكائنات الدقيقة” وهذا بالضبط هو السبب في أن النموذج الرياضي الشامل مفيد للغاية، فنحن نستخدم البيانات التي يمكن الوصول إليها من عملية الإنتاج في الوقت الفعلي، مثل تركيز المواد المختلفة في المفاعل الحيوي، ونستخدم نموذج حاسوبي لحساب الحالة الأكثر احتمالًا للعملية وبالتالي يمكن حساب العوامل التي لا يمكن قياسها، ويمكن استخدام المعلومات من النموذج لتحسين إمداد المغذيات إلى الخلايا المزروعة أثناء استمرار العملية.
إن نظام المعادلات المستخدمة في وصف المعالجات الحيوية رياضيًا معقد ومتعدد الأوجه مثل العملية نفسها، حيث أن نظام المعادلات يصف نظام ديناميكي غير خطي، حتى أصغر الاختلافات في ظروف البداية يمكن أن يكون لها تأثير كبير، وهذا يعني أنه ليس من الممكن ببساطة إيجاد حل يدوي، فهناك حاجة إلى المحاكاة الحاسوبية الدقيقة نسبيًا للحصول على النتائج المطلوبة.
وقد تم اعتماد هذه الأبحاث ليتم استخدامها في الصناعة ويتم الآن استخدام نموذج العملية والخوارزميات التي تم تطويرها في (TU Wien) بواسطة شركة “Sandoz GmbH” لعملية إنتاج البنسلين.
كتابة: آية أحمد
مراجعة: منار إبراهيم
تصميم: علاءالدين محمود
تحرير: عبدالرحمن سعد
