Biotehnologija I

Opis predmeta

SADRŽAJ PREDMETA

Uvod - I dio. Biotehnologija, bioproces, bioreaktor, biokatalizator (2 sata). Uvod - II dio. Aerobni mikrobni procesi i anerobni mikrobni procesi. Tri mjerila bioprocesa. Opća shema biotehnološkog procesa (procesi prije bioreaktora, bioproces i procesi nakon bioreaktora) (2 sata).

Biološki i inženjerski aspekti biotehnologije. Primjer mikrobnog bioprocesa - I dio. Definicije osnovnih pojmova: hranjiva podloga, hranjive tvari, sirovina (melasa, glukozni sirup), biogeni elementi (izvor ugljika kao izvor energije, izvor ugljika za sintezu biomase i sintezu proizvoda, izvor dušika, izvor fosfora i kalija, izvor magnezija, izvor sumpora), mikroelementi. Industrijska proizvodnja limunske kiseline s pomoću plijesni A. niger (2 sata). Biološki i inženjerski aspekti biotehnologije. Primjer mikrobnog bioprocesa - II dio. Priprema hranjive podloge i priprema cjepiva (upstream). Temeljni princip mikrobnog procesa. Aseptične tehnike rada (šaržna i kontinuirana sterilizacija, pasterizacija, hermetizacija) (2 sata). Biološki i inženjerski aspekti biotehnologije. Primjer mikrobnog bioprocesa - III dio. Nacjepljivanje hranjive podloge, aeriranje, dodatak protupjenića, submerzni i emerzni postupak, trofofaza i formiranje micelijskih peleta, idiofaza. Kinetika bioprocesa (dijagram bioprocesa). Suha tvar biomase i koeficijent konverzije supstrata u biomasu, prinos limunske kiseline, iskorištenje bioprocesa (2 sata). Biološki i inženjerski aspekti biotehnologije. Primjer mikrobnog bioprocesa - IV dio. Bioproces proizvodnje limunske kiseline: procesi nakon bioreaktora (downstream). Definicija nekih pojmova: filtracija, taloženje, rotirajući vakuum filter, komina. Kapaciteti proizvodnje limunske kiseline u svijetu (2 sata).

Biološki i inženjerski aspekti biotehnologije. „Nova biotehnologija“ - Uvod. Glavne karakteristike različitih industrijskih mikroorganizama (bakterije, kvasci, plijesni i više gljive, alge, praživotinje, virusi) i njihova primjena u proizvodnji: (kvaščeve) biomase, organskih kiselina (limunska i glukonska kiselina), enzima (amilaza i pektinaza) i sirila, antibiotika, etanola (tj. vina, piva, jabučnog vina, sakea, šećernih rakija, voćnih i žitnih rakija), proteina, proizvoda mliječne industrije, itd. Ekstremofili. Pregled mikrobnih bioprocesa: primjena bakterija octene kiseline (proizvodnja octene i glukonske kiseline i vitamina C), Streptomices sp. (sekundarni metaboliti), Clostridium sp. (aceton, butanol, etanol), Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae i tehnologija rDNA (proizvodnja inzulina, hormona rasta, interferona, leukina, vakcina) (2 sata). „Nova biotehnologija“ - I dio. Genetičko inženjerstvo - centralna dogma: transkripcija i translacija kod prokariota i eukariota. Princip genetičkog inženjerstva (DNA, gen, restrikcijski enzimi, palindromske sekvencije, vektori - plazmid, ligaze, transformacija, hibridna DNA). Bioprocesi koji se zasnivaju na rDNA tehnologiji (2 sata). „Nova biotehnologija“ - II dio. Genetičko inženjerstvo i genetički modificirani organizmi (GMO). Genetički modificirane biljke (soja, kukuruz, pšenica,...) i postizanje rezistencije na herbicide i štetnike. Genetički modificirane životinje. Pregled proizvoda koji se dobivaju u biotehnološkoj industrijskoj proizvodnji (biomasa, primarni i sekundarni metaboliti, enzimi i drugi proteini). Obrada otpadnih voda i bioremedijacija, bioenergenti. Biotehnološki proces sa kulturom stanica: princip i proizvodnja vrijednih proizvoda (terapeutski proteini, alkaloidi,...). Tehnologija hibridoma: monoklonska protutijela i beskonačno razmnožavanje tumorske stanice. „Nova biotehnologija“ – III dio. Enzimski procesi. Primjer enzimskog procesa – industrijska proizvodnja visoko-fruktoznog sirupa pomoću imobiliziranog biokatalizatora (enzimska izomerizacija glukoze u fruktozu): nomenklatura enzima, shematski prikaz bioprocesa, kolonski bioreaktor s nasutim slojem, parametri bioprocesa, hranjiva podloga. Imobilizacija enzima. Definicija biotehnologije, tradicionalna i „nova“ biotehnologija. Četiri područja primjene biotehnologije: biofarmaceutika (crvena), agrikultura (zelena), industrija (bijela) i okoliš (plava biotehnologija). Pogled u budućnost: tri konvergirajuće revolucije.

ISHODI UČENJA

• definirati temeljne pojmove iz područja biotehnologije, biokemijskog inženjerstva i genetičkog inženjerstva
• opisati i objasniti opću shemu bioprocesa (odabir sirovina i/ili supstrata za određeni bioproces, faze rasta mikroorganizma,  uvjete pri kojima se mogu provoditi bioprocesi,npr. aerobno ili anaerobno, šaržno i/ili s prihranjivanjem, različita mjerila bioprocesa) na primjeru bioprocesa proizvodnje limunske kiseline
• prisjetiti se određenih primjera bioprocesa koji se odvijaju s pomoću mikrobnih biokatalizatora – industrijski važnih vrsta bakterija, kvasaca i pijesni
• opisati centralnu dogmu molekularne genetike i temeljne principe genetičkog inženjerstva  i njihove primjene u bioprocesima koji se zasnivaju na tehnologiji rekombinantne DNK
• opisati bioproces proizvodnje visokofruktoznog sirupa kao tipičnog primjera enzimskog procesa
• opisati temeljne značajke bioprocesa koji se provode s pomoću kultura biljnih i životinjskih stanica
• opisati kratku povijest biotehnologije i trendove razvoja u budućnosti

Nastava

Literatura

Obvezna literatura

Preporučena literatura