Mikrobiologia przemysłowa

obowiązkowe

Przed przystąpieniem do realizacji przedmiotu studenci kierunku Biotechnologia muszą zaliczyć I rok studiów I stopnia. Student powinien posiadać wiedzę z zakresu budowy komórki prokariotycznej i eukariotycznej, fizjologii bakterii, znać podstawy genetyki mikroorganizmów oraz biochemii.

w sali

Przedmiot ma na celu przedstawienie wiadomości o mikroorganizmach wykorzystywanych w przemyśle, poznanie genetycznych i biochemicznych podstaw biosyntezy wielu wartościowych produktów. Omawiane są klasyczne i molekularne metody otrzymywania szczepów produkcyjnych. Prezentowane są zagadnienia dotyczące wybranych procesów biosyntezy oraz produkcji przemysłowej, wykorzystującej nowe odkrycia i osiągnięcia biotechnologiczne.

Na ćwiczeniach studenci poznają metodykę i zasady biosyntezy ważnych produktów przemysłowych (metabolity pierwotne i wtórne) z wykorzystaniem różnych grup mikroorganizmów.

Przedmiot prezentuje mikroorganizmy o znaczeniu przemysłowym (bakterie należące do różnych grup taksonomicznych) oraz organizmy eukariotyczne (drożdże oraz grzyby strzępkowe). Przedstawiana jest ogólna charakterystyka metabolizmu, w tym metabolizm oddechowy i fermentacyjny, szlaki degradacji glukozy, reakcje anaplerotyczne, uzyskiwanie i wykorzystywanie energii, metabolity pierwotne i wtórne. Omawiane są: metody ulepszania i przechowywania szczepów, klasyczne i nowoczesne techniki mutagenizacji, klonowanie i ekspresja genów w komórkach bakterii oraz drożdży, wektory wahadłowe i ekspresyjne. Prezentowana jest nowa metodologia ulepszania szczepów w oparciu o badania genomowe. Tematyka obejmuje także nadprodukcję metabolitów w wyniku genetycznych zmian w systemach regulacyjnych komórki. Zasadnicza część wykładów poświęcona jest wykorzystaniu mikroorganizmów w różnych gałęziach przemysłu, do otrzymywania wielu wartościowych produktów. Prezentowane są drobnoustroje zdolne do fermentacji alkoholowej - Saccharomyces cerevisiae oraz Zymomonas mobilis oraz technologia otrzymywania bioetanolu/biopaliwa oraz napojów fermentowanych. Tematem są bakterie mlekowe i ich znaczenie w technologii otrzymywania produktów spożywczych (produkty fermentacji) oraz dekstranu czy lantybiotyków. Przedstawiane są genetyczne i biochemiczne podstawy biosyntezy antybiotyków - wykorzystanie Streptomyces spp, Bacillus spp. oraz Penicilium spp. Omawiane są zasady skriningu antybiotyków, aktywność biologiczna oraz biotechnologia tetracyklin, antybiotyków beta-laktamowych, makrolidowych, aminoglikozydowych oraz polipeptydowych. Prezentowane są antybiotyki półsyntetyczne – zasady otrzymywania i właściwości biologiczne, mechanizmy oporności bakterii na antybiotyki. Wykład obejmuje także zagadnienia związane z biosyntezą oraz biotechnologią D- i L-aminokwasów (metoda fermentacyjna i enzymatyczna), wykorzystaniem mikroorganizmów w procesach biotransformacji do otrzymywania: D-fruktozy, L-sorbozy, L-jabłczanu, D- i L-aminokwasów, kwasu octowego oraz leków steroidowych. Omawiane są zagadnienia związane z technologią otrzymywania preparatów enzymatycznych (inżynieria enzymów przemysłowych - modyfikowanie właściwości ksylanazy i subtilizyny, metody immobilizacji komórek i enzymów) oraz wykorzystaniem enzymów w różnych gałęziach przemysłu. Omawiane są: metody produkcji (rodzaje hodowli, aparatura), procesy okresowe, ciągłe z zawracaniem biofazy, typy bioreaktorów oraz podstawowe problemy techniczne, optymalizacja bioprocesów.

Zagadnienia:

1. Drobnoustroje o znaczeniu przemysłowym. Metody izolacji ze środowiska oraz modyfikacje genetyczne. 2. Biosynteza metabolitów wtórnych – identyfikacja i oznaczanie aktywności biologicznej antybiotyków. 3. Fermentacja mlekowa - bakterie homo- i heterofermentatywne. Otrzymywanie kwasu mlekowego z udziałem Lactobacillus delbrueckii. 4. Fermentacja alkoholowa – drożdże piwowarskie oraz ich zastosowanie w produkcji piwa. 5.Zastosowanie biofermentora ze zautomatyzowanym systemem sterowania do monitorowania procesu biosyntezy rekombinowanego białka w komórkach Escherichia coli - przeniesienie procesu ze skali laboratoryjnej do przemysłowej. 6. Metody immobilizacji komórek i białek enzymatycznych. 7. Biosynteza acylazy penicylinowej i jej wykorzystanie do produkcji kwasu penicylanowego (6-AP). 8. Produkcja kwasu octowego - optymalizacja procesu w biofermentorze. 9. Metody otrzymywania kwasu cytrynowego z udziałem Aspergillus niger. 10. Diagnostyka mikrobiologiczna w przemyśle. Identyfikacja bakterii z rodziny Enterobacteriaceae. 11. Kontrola mikrobiologiczna produktów leczniczych i kosmetyków. Badanie jałowości i czystości mikrobiologicznej.

1. Baj J., Markiewicz Z. Biologia molekularna bakterii. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, 2006.

2. Bednarski W., Fiedurka J. Podstawy biotechnologii przemysłowej. Wyd. Nauk-Tech. Warszawa, 2007.

3. Chmiel A. Biotechnologia - Podstawy mikrobiologiczne i biochemiczne. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, 1998.

4. Chmiel A. Biotechnologia i chemia antybiotyków. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, 1998.

5. Długoński J. Biotechnologia mikrobiologiczna. Wyd. Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź, 1997.

6. El-Mansi E.M.T., Bryce C.F.A., Demain A.L., Allman A.R. Fermentation Microbiology and Biotechnology wyd. Taylor and Francis Group, 2007.

7. Libudzisz Z., Kowal K., Żakowska Z. Mikrobiologia techniczna. Tom I i II, PWN, 2007 i 2010.

8. Madigan M.T., Martinko J.J., Dunlup, Clark. Brock biology of microorganisms, wyd. Pearson Int. Edition, 12-th edition, 2009

9. Schlegel H.G. Mikrobiologia ogólna. PWN, 2003.

10. Singelton P. Bakterie w biologii, biotechnologii i medycynie. PWN, 2000.

WIEDZA

- Ma elementarną wiedzę w zakresie mikrobiologii przemysłowej oraz rozumie związki i zależności między wiedzą mikrobiologiczną i biochemiczną a bioinżynierią procesową (K_W01 BT1)

- Posiada wiedzę dotyczącą rozwoju mikrobiologii przemysłowej oraz historii odkryć, najnowszych badań oraz zastosowań mikroorganizmów w praktyce przemysłowej (K_W02 BT1)

- Wykazuje znajomość podstawowych technik i narzędzi w badaniach właściwości fizjologicznych i biochemicznych mikroorganizmów wykorzystywanych w przemyśle i rozumie znaczenie pracy doświadczalnej w mikrobiologii przemysłowej oraz potrafi opisać znaczenie analiz molekularnych w konstrukcji zmodyfikowanych mikroorganizmów (K_W04 BT1)

- Ma wiedzę dotyczącą technologicznych aspektów procesów fermentacyjnych, planowania i optymalizacji procesu produkcyjnego z wykorzystaniem bioreaktorów (K_W05 BT1)

-Wykazuje znajomość podstawowego słownictwa związanego z mikrobiologią przemysłową w języku angielskim (K_W06 BT1)

- Zna i wykorzystuje narzędzia informatyczne do pozyskiwania informacji, przetwarzania tekstów, korzystania ze światowych baz danych, w tym z kolekcji kultur mikroorganizmów (K_W08 BT1)

- Rozumie zasady bezpieczeństwa i higieny pracy (K_W09 BT1)

UMIEJĘTNOŚCI

- Wykorzystuje różnorodne metody i techniki badawcze w celu izolacji i identyfikacji mikroorganizmów o pożądanych cechach metabolicznych a także w celu identyfikacji metabolitów pierwotnych i wtórnych (K_U01 BT1)

-Wykazuje umiejętność czytania ze zrozumieniem literatury fachowej w języku angielskim (K_U02 BT1)

-Wykazuje umiejętność wykorzystania dostępnych źródeł informacji, w tym ze źródeł elektronicznych (K_U03 BT1)

- Potrafi pod nadzorem opiekuna naukowego przeprowadzić prosty eksperyment (K_U04 BT1)

-Wykonuje w laboratorium proste pomiary fizyczne, chemiczne i biologiczne a także dokonuje obserwacji oraz stosując metody matematyczne przeprowadza analizę otrzymanych danych (K_U05 BT1)

- Wykazuje umiejętność poprawnego wnioskowania i interpretowania wyników badań na podstawie zebranych danych (K_U06 BT1)

-Wykazuje umiejętność izolacji mikroorganizmów ze środowiska naturalnego i charakterystyki materiału biologicznego (K_U8 BT1)

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

- Jest świadomy znaczenia technologii fermentacyjnych i mikroorganizmów w rozwiązywaniu problemów energetycznych i żywieniowych oraz w ochronie środowiska naturalnego (K_K01 BT1)

- Docenia wagę metod matematycznych oraz narzędzi bioinformatycznych stosowanych dla opisu procesów biotechnologicznych (K_K02 BT1)

- Wykazuje odpowiedzialność za wykonywaną pracę oraz sprzęt, szanuje pracę innych (K_K03 BT1)

-Wykazuje umiejętność efektywnej pracy w zespole (K_K04 BT1)

- Rozumie podstawowe zasady etycznego postępowania w pracy zawodowej i życiu (K_K05 BT1)

-- Rozumie potrzebę przekazywania społeczeństwu informacji o nowych osiągnięciach w mikrobiologii przemysłowej, w tym genetycznie modyfikowanych mikroorganizmach oraz ich potencjalnym zastosowaniu w technologiach fermentacyjnych (K_K06 BT1)

Warunki zaliczenia ćwiczeń:

1. obecność studenta na min 85% zajęć;

2. praca na zajęciach, która pozwoli na pozytywną ocenę wiedzy, umiejętności i kompetencji społecznych jakie w toku zajęć uzyskał;

3. uzyskanie w sumie co najmniej 51% punktów z testu kontrolnego pojedynczego wyboru.

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest zaliczenie ćwiczeń na ocenę pozytywną.

Warunkiem zaliczenia egzaminu (przedmiotu) jest uzyskanie co najmniej 51% punktów z egzaminu pisemnego zawierającego pytania testowe pojedynczego wyboru.

Nie