Předmět slouží zejména k získání širšího rozhledu v problematice bioreaktorů. Studenti jsou seznámeni se stavbou buňky, její strukturou a funkcemi, se základními buněčnými pochody, buněčnou energetikou, typy buněčných produktů atd. V další části je probírána kinetika enzymových reakcí - enzymová inhibice, jedno- a vícesubstrátová kinetika, kinetika allosterických enzymů a enzymových kaskád. Navazuje popis různých typů růstových kinetik pro biomasu a přehled typů mikrobiálních interakcí. Studenti jsou seznámeni s vytvářením matematického/bilančního popisu běžných typů bioreaktorů s volnými enzymy, imobilizovanými enzymy a bioreaktorů s buňkami. Zvláštní důraz je kladen na popis transportu hmoty, tepla a reakčních dějů ve vícefázových fermentorech. Další část předmětu je věnována přehledu procesů získávání rozmanitých mikrobiálních produktů. Závěrem jsou předneseny principy vybraných DNA a proteinových technologií, například metody sekvenace DNA, amplifikace DNA, vytváření rekombinantních proteinů nebo mono/polyklonálních protilátek, principy imunoanalýzy atd. Předmět je pouze přednášen a zakončen ústní zkouškou. V průběhu semestru vypracovává každý student přednášku na zvolené téma.
Poslední úprava: Přibyl Michal prof. Ing. Ph.D. (14.11.2018)
The course serves to gain a broader experience in bioreactor problematics. Students will become familiar with cell structure and functions, basic cellular processes, cellular energetics, types of cellular products, etc. In the next part the kinetics of enzyme reactions - enzyme inhibition, single- and multi-substrate kinetics, kinetics of allosteric enzymes and enzyme cascades are discussed. Various models of microbial growth are introduced as well as different types of microbial interactions. Students will be skilled to create of mathematical models of different types of bioreactors with free enzymes, immobilized enzymes and cells. Particular emphasis is placed on the description of mass and heat transport and reaction processes in multi-phase fermenters. Another part of the course is devoted to the overview of the processes for obtaining of cellular products. Finally, the principles of selected DNA and protein technologies, such as DNA sequencing methods, DNA amplification, preparation of recombinant proteins or mono / polyclonal antibodies or principles of immunoassay are presented. The course is terminated by oral examination. During the semester, each student prepares a lecture on the chosen topic.
Výstupy studia předmětu -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (28.05.2018)
Studenti budou umět:
Orientovat se v problematice bioreaktorů.
Rozumět transportním a reakčním dějům probíhajícím v nejrůznějších typech bioreaktorů s enzymy a buňkami.
Zapisovat a řešit matematické modely bioreaktorů.
Orientovat se v moderních DNA a proteinových technologiích.
Poslední úprava: Přibyl Michal prof. Ing. Ph.D. (14.11.2018)
Students will be able to:
Formulate mass and heat balances of different types of bioreactors.
Understand the transport and reaction processes taking place in various types of enzyme and cell bioreactors.
Solve mathematical models of bioreactors.
Orient in modern DNA and protein technologies.
Literatura -
Poslední úprava: Přibyl Michal prof. Ing. Ph.D. (04.05.2022)
Harrison R.G., Todd P., Rudge S.R., Petrides D.P., Bioseparations science and engineering, 2nd edition, Oxford University Press, 2015, 978-0-19-539181-7.
Villadsen J., Lee S.Y., Nielsen J., Stephanopoulos G. (eds.), Fundamental Bioengineering, Wiley-Blackwell, 2016, 978-3527336746.
Alberts B. et al., Essential Cell Biology, 5th edition, Garland Science, 2019, 978-0-393679533.
Studijní opory -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (28.05.2018)
Nejsou.
Poslední úprava: Přibyl Michal prof. Ing. Ph.D. (14.11.2018)
None.
Sylabus -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (28.05.2018)
1. Typy buněk, eukaryotní a prokaryotní buňky, struktura buněk, chemické složení buněk, od DNA k proteinu, fáze
buněčného cyklu, získávání energie buňkami, energetika mikrobiálního růstu.
2. Rozdělení enzymů, enzymové reakce, kinetika enzymových reakcí, inhibice enzymů, vliv pH, iontové síly, teploty.
3. Imobilizované enzymy a mikrobiální buňky, metody imobilizace, vliv imobilizace na kinetiku enzymových reakcí.
4. Transport hmoty v systémech s imobilizovanými biokatalyzátory, limitující děje.
5. Kinetika mikrobiálního růstu a produkce metabolitů, modely mikrobiálního růstu.
6. Pohyb buněk a chemotaxe, matematický model chemotaxe v prostorově jednorozměrném systému.
7. Typy mikrobiálních interakcí, matematické modely mikrobiálních interakcí, soutěžení a vliv chemotaxe, systémy dravec-kořist.
8. Reaktory s enzymy a mikrobiálními buňkami a s enzymy, příklady použití reaktorů, jevy ovlivňující chod reaktorů, ideální chod reaktorů.
9. Přenos hmoty a tepla v bioreaktorech, transport kyslíku a jeho rozpustnost, kLa.
10. Tepelná sterilizace, zařízení pro sterilizaci, koeficient prostupu tepla.
11. Procesy získávání mikrobiálních produktů, separace buněk od kultivačního média, destrukce buněk, metody izolace
produktů, purifikace produktů.
12. Sekvence separačních kroků, ekonomické zásady při separaci buněčných produktů.
13. DNA a proteinové technologie. Sekvenování DNA, amplifikace DNA, cDNA knihovny, genové inženýrství.
14. Rekombinantní proteiny, geneticky modifikované organizmy (postup přípravy, přínosy a rizika, příklady), příprava speciálních proteinů v geneticky
modifikovaných organizmech, příprava monoklonálních a polyklonálních protilátek.
Poslední úprava: Přibyl Michal prof. Ing. Ph.D. (14.11.2018)
1. Cell types, eukaryotic and prokaryotic cells, cell structure, chemical composition of cells, from DNA to protein, cell cycle, cell energetics, energetics of microbial growth.
2. Enzymes, enzyme reactions, kinetics of enzyme reactions, inhibition of enzymes, effects of pH, ionic strength, temperature.
3. Immobilized enzymes and microbial cells, immobilization methods, effect of immobilization on kinetics of enzyme reactions.
4. Transport in systems with immobilized biocatalysts, limiting process.
5. Kinetics of microbial growth and metabolite production, models of microbial growth.
6. Cell chemotaxis, mathematical model of chemotaxis in spatially one-dimensional system.
7. Types of microbial interactions, mathematical models of microbial interactions, competition and influence of chemotaxis, predator-prey systems.
8. Bioreactors with enzymes and microbial cells, examples of the use, bioreactor control.
9. Mass and heat transfer in bioreactors, transport of oxygen in fermeters, oxygen solubility, kLa.
10. Thermal sterilization, sterilization equipment, heat transfer coefficients.
11. Separation and purification of microbial products, separation of cells from the culture medium, destruction of cells, product separation and purification.
12. Typical sequences of separation steps, economic principles of the downstream process.
13. DNA and protein technology. DNA sequencing, DNA amplification, cDNA libraries, gene engineering.
14. Recombinant proteins, genetically modified organisms (preparation, benefits and risks, examples), preparation of special proteins in genetically engineered
modified organisms, preparation of monoclonal and polyclonal antibodies.
Studijní prerekvizity -
Poslední úprava: Přibyl Michal prof. Ing. Ph.D. (14.11.2018)
Chemické inženýrství
Biochemie
Poslední úprava: Přibyl Michal prof. Ing. Ph.D. (14.11.2018)
Chemical engineering
Biochemistry
Podmínky zakončení předmětu -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (28.05.2018)
Pro splnění ústní zkoušky musí student úspěšně zodpovědět tři otázky ze seznamu otázek.
Poslední úprava: Přibyl Michal prof. Ing. Ph.D. (14.11.2018)
In oral exam, a student answers three questions from a list of questions.
