Λευκή Βιοτεχνολογία (Βιομηχανική)
Μαθησιακά Αποτελέσματα
Οι φοιτητές θα μάθουν να:
- Να εξηγούν τις αρχές της λευκής (βιομηχανικής) βιοτεχνολογίας και τον ρόλο της στη μετάβαση προς μια βιώσιμη βιο-βασισμένη και κυκλική οικονομία.
- Να περιγράφουν τα μικροβιακά και ενζυμικά συστήματα που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή βιο-βασισμένων χημικών ουσιών, καυσίμων, πολυμερών και προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας.
- Να αναλύουν στρατηγικές μεταβολικής μηχανικής και βελτιστοποίησης μεταβολικών οδών για βιομηχανικές βιοδιεργασίες.
- Να αξιολογούν τις αρχές της βιοκατάλυσης, της μηχανικής ενζύμων και των τεχνολογιών ζύμωσης σε βιομηχανικές εφαρμογές.
Δεξιότητες
- Να σχεδιάζουν μικροβιακά κυτταρικά εργοστάσια για την παραγωγή στοχευμένων ενώσεων, χρησιμοποιώντας προσεγγίσεις μεταβολικής μηχανικής.
- Να εφαρμόζουν στρατηγικές βιοκατάλυσης και μηχανικής ενζύμων για βιομηχανικούς βιομετασχηματισμούς.
- Να αναλύουν και να βελτιστοποιούν διεργασίες ζύμωσης με στόχο την αύξηση της απόδοσης, της παραγωγικότητας και της αποδοτικότητας.
- Να αξιολογούν μελέτες περίπτωσης βιομηχανικής βιοτεχνολογίας και να προτείνουν βελτιώσεις με βάση κριτήρια βιωσιμότητας.
- Να εφαρμόζουν αρχές πράσινης χημείας και αποδοτικής χρήσης πόρων στον σχεδιασμό βιοτεχνολογικών διεργασιών.
- Να σχεδιάζουν και να αξιολογούν εφαρμογές της συνθετικής βιολογίας στη βιοϊατρική, τη βιομηχανική βιοτεχνολογία, τη γεωργία και το περιβάλλον.
- Να εφαρμόζουν το πλαίσιο Design–Build–Test–Learn (DBTL) για την ανάπτυξη και βελτιστοποίηση συνθετικών βιολογικών συστημάτων.
Ικανότητες
- Να αξιολογούν κριτικά την επιστημονική και βιομηχανική βιβλιογραφία στον τομέα της λευκής βιοτεχνολογίας.
- Να ενσωματώνουν παραμέτρους βιωσιμότητας, συμπεριλαμβανομένων των περιβαλλοντικών επιπτώσεων και της χρήσης πόρων, στον σχεδιασμό βιοδιεργασιών.
- Να λαμβάνουν τεκμηριωμένες αποφάσεις κατά την επιλογή βιολογικών συστημάτων και διεργασιών για βιομηχανικές εφαρμογές.
- Να συνεργάζονται αποτελεσματικά σε διεπιστημονικές ομάδες για την αντιμετώπιση προκλήσεων στη βιώσιμη βιομηχανική βιοτεχνολογία.
Περιεχόμενο Μαθήματος
- Εισαγωγή στη Λευκή Βιοτεχνολογία και τη Βιοοικονομία – Ορισμός, πεδίο εφαρμογής και ρόλος της βιομηχανικής βιοτεχνολογίας στη βιώσιμη παραγωγή και στη μετάβαση προς μια κυκλική βιοοικονομία.
- Μικροβιακά Εργοστάσια για τη Βιομηχανική Βιοτεχνολογία – Μικροβιακοί ξενιστές που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές βιοδιεργασίες και στρατηγικές ανάπτυξης και βελτιστοποίησης στελεχών.
- Μεταβολική Μηχανική για την Παραγωγή Βιο- Χημικών Προϊόντων – Σχεδιασμός και βελτιστοποίηση μεταβολικών οδών για την παραγωγή καυσίμων, χημικών και βιοϋλικών.
- Βιοκατάλυση και Μηχανική Ενζύμων – Αρχές ενζυμικής κατάλυσης, ανακάλυψη ενζύμων και πρωτεϊνική μηχανική για βιομηχανικές εφαρμογές.
- Τεχνολογίες Ζύμωσης στη Βιομηχανική Βιοτεχνολογία – Στρατηγικές ζύμωσης, συστήματα βιοαντιδραστήρων και βελτιστοποίηση διεργασιών για βιομηχανική παραγωγή.
- Παραγωγή Βιο- Χημικών και Υλικών – Βιομηχανικά παραδείγματα, όπως οργανικά οξέα, αλκοόλες, βιοπολυμερή και εξειδικευμένα χημικά προϊόντα.
- Βιοτεχνολογία για Βιοκαύσιμα και Ανανεώσιμη Ενέργεια – Μικροβιακές και ενζυμικές διεργασίες για την παραγωγή βιοκαυσίμων και η ενσωμάτωσή τους σε ενεργειακά συστήματα.
- Ολοκληρωμένες Διεργασίες και Βιο-διυλιστήρια – Έννοιες ολοκληρωμένων βιοδιεργασιών, αξιοποίηση βιομάζας και εκμετάλλευση παραπροϊόντων και αποβλήτων.
- Πράσινη Χημεία και Σχεδιασμός Βιώσιμων Διεργασιών – Περιβαλλοντικές παράμετροι στη βιομηχανική βιοτεχνολογία, συμπεριλαμβανομένης της αποδοτικής χρήσης πόρων και της μείωσης αποβλήτων.
- Μελέτες Περίπτωσης στη Λευκή Βιοτεχνολογία – Ανάλυση επιτυχημένων βιομηχανικών βιοδιεργασιών και αναδυόμενων τεχνολογιών στη βιώσιμη παραγωγή
Συνιστώμενη Βιβλιογραφία
- Stephanopoulos G, Aristidou AA, Nielsen J (1998) Metabolic engineering: principles and methodologies. Academic Press, San Diego.
- Nielsen J, Keasling JD (2016) Engineering cellular metabolism. Cell 164:1185–1197.
- Shuler ML, Kargi F (2017) Bioprocess engineering: basic concepts. 3rd ed. Prentice Hall, Upper Saddle River.
- Lee SY, Kim HU (2015) Systems strategies for developing industrial microbial strains. Nature Biotechnology 33:1061–1072.
- Nielsen J, Larsson C, van Maris A, Pronk J (2013) Metabolic engineering of yeast for production of fuels and chemicals. Current Opinion in Biotechnology 24:398–404.