Κίτρινη Βιοτεχνολογία (Εντόμων)

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση να:

• Να εξηγούν τις αρχές της Κίτρινης Βιοτεχνολογίας στο πλαίσιο της συνθετικής βιολογίας και της κυκλικής βιοοικονομίας.
• Να περιγράφουν εντομο-βασισμένες πλατφόρμες (π.χ. Black Soldier Fly) ως ολοκληρωμένα βιολογικά συστήματα που συνδυάζουν τον ξενιστή, το μικροβίωμα και το περιβάλλον.
• Να αναλύουν διεργασίες βιομετατροπής μέσω εντόμων ως προς τις εισροές, τις εκροές και τους δείκτες απόδοσης.
• Να αξιολογούν τον ρόλο των μικροβιωμάτων που σχετίζονται με έντομα ως λειτουργικά και δυνητικά μηχανεύσιμα συστατικά βιοτεχνολογικών συστημάτων.
• Να περιγράφουν στρατηγικές μηχανικής μικροβιώματος, συμπεριλαμβανομένου του σχεδιασμού συνθετικών κοινοτήτων και της βελτιστοποίησης μεταβολικών οδών.
• Να εφαρμόζουν εννοιολογικά το πλαίσιο Design–Build–Test–Learn (DBTL) σε εντομο-βασισμένα συστήματα.
• Να ερμηνεύουν δεδομένα προερχόμενα από τεχνολογίες -omics για την κατανόηση και βελτίωση της απόδοσης του συστήματος.
• Να αναγνωρίζουν βασικές παραμέτρους διεργασίας που επηρεάζουν την αποδοτικότητα, την ανθεκτικότητα και τη δυνατότητα κλιμάκωσης.
• Να αναλύουν τους συμβιβασμούς μεταξύ ανάπτυξης, κατανομής πόρων και απόδοσης προϊόντος σε βιολογικά συστήματα παραγωγής.
• Να αξιολογούν στρατηγικές κατάντη επεξεργασίας και προκλήσεις τυποποίησης προϊόντων.
• Να εφαρμόζουν βασικές αρχές τεχνοοικονομικής ανάλυσης (TEA) και ανάλυσης κύκλου ζωής (LCA) σε εντομο-βασισμένα συστήματα.
• Να αναγνωρίζουν περιορισμούς που σχετίζονται με τη βιοασφάλεια, το κανονιστικό πλαίσιο και τη βιωσιμότητα στην εντομο-βιοτεχνολογία.
• Να σχεδιάζουν εννοιολογικά εντομο-βασισμένα βιοτεχνολογικά συστήματα, ενσωματώνοντας τον ξενιστή, το μικροβίωμα και παραμέτρους διεργασίας.
• Να επικοινωνούν με σαφήνεια και αποτελεσματικότητα σχέδια συστημάτων και στρατηγικές μηχανικής.

Περιεχόμενο Μαθήματος

Θεμελιώδεις Αρχές Συστημάτων

• Κίτρινη Βιοτεχνολογία ως Μηχανικά Βιολογικά Συστήματα. Τα έντομα ως προγραμματιζόμενα βιολογικά εργοστάσια στο πλαίσιο της συνθετικής βιολογίας. Εισαγωγή στις έννοιες της κυκλικής βιοοικονομίας και ο ρόλος των εντομο-βασισμένων συστημάτων στη βιώσιμη γεωργία και την αξιοποίηση αποβλήτων.
• Βιολογία Ξενιστή και Επιλογή Πλατφόρμας. Συγκριτική βιολογία εντομο-πλατφορμών με έμφαση στη Black Soldier Fly (Hermetia illucens) και στο Yellow Mealworm (Tenebrio molitor). Κύκλος ζωής, φυσιολογία, πέψη και μεταβολικές ικανότητες που σχετίζονται με την απόδοση βιομετατροπής.
• Αλληλεπιδράσεις Εντόμου–Μικροβιώματος ως Λειτουργικό Στρώμα Συστήματος. Σύσταση και λειτουργία του εντερικού μικροβιώματος στα έντομα. Ρόλος στην πέψη, αποτοξίνωση και μεταβολική συνεργασία. Το μικροβίωμα ως επιπλέον, μηχανεύσιμο βιολογικό επίπεδο στο σύστημα παραγωγής.

Σχεδιασμός και Λειτουργική Μηχανική

• Συστήματα Βιομετατροπής και Σχεδιασμός Υποστρωμάτων. Σχεδιασμός εντομο-βασισμένων συστημάτων βιομετατροπής με χρήση διαφορετικών υποστρωμάτων (υπολείμματα τροφίμων, γεωργικά απόβλητα, κοπριά). Αξιολόγηση παραμέτρων διεργασίας που επηρεάζουν την αποδοτικότητα και τη σταθερότητα του συστήματος.
• Παραγωγή Προϊόντων Υψηλής Προστιθέμενης Αξίας από Έντομα. Παραγωγή και ανάκτηση βιοδραστικών και βιομηχανικών προϊόντων όπως αντιμικροβιακά πεπτίδια, ένζυμα, λιπίδια για βιοκαύσιμα και παράγωγα χιτίνης/χιτοζάνης. Επισκόπηση εφαρμογών στη βιοτεχνολογία και τα υλικά.
• Ομικές Τεχνολογίες και Συστημική Βιολογία στην Εντομο-Βιοτεχνολογία. Εφαρμογή μεθόδων metagenomics, transcriptomics και metabolomics για συστημική κατανόηση. Λειτουργική ερμηνεία δεδομένων και ανάλυση μεταβολικών οδών για βελτιστοποίηση της απόδοσης.

Μηχανική, Εφαρμογές και Βιωσιμότητα

• Μηχανική Μικροβιώματος και Προσεγγίσεις Συνθετικής Βιολογίας. Στρατηγικές τροποποίησης των μικροβιακών κοινοτήτων που σχετίζονται με τα έντομα. Σχεδιασμός συνθετικών μικροβιακών κοινοτήτων και εννοιολογική εφαρμογή εργαλείων συνθετικής βιολογίας.
• Σχεδιασμός Διεργασιών, Κλιμάκωση και Βελτιστοποίηση. Μηχανικές αρχές εντομο-βιοδιεργασιών. Προκλήσεις κλιμάκωσης, ενσωμάτωση σε βιομηχανικές αλυσίδες αξίας και βελτιστοποίηση απόδοσης και σταθερότητας.
• Τεχνοοικονομική Ανάλυση και Ανάλυση Κύκλου Ζωής. Εισαγωγή στις μεθοδολογίες TEA και LCA για εντομο-βιοτεχνολογικά συστήματα. Αξιολόγηση οικονομικής βιωσιμότητας, περιβαλλοντικού αποτυπώματος και δεικτών βιωσιμότητας.
• Βιοασφάλεια, Ρύθμιση και Μελλοντικές Προοπτικές. Πλαίσια αξιολόγησης κινδύνου για εντομο-βιοτεχνολογικά συστήματα. Κανονιστικό πλαίσιο στην ΕΕ και τον Καναδά. Ηθικά ζητήματα, κοινωνική αποδοχή και αναδυόμενες εφαρμογές.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

• Insects as Sustainable Food Ingredients – Production, Processing and Food Applications (2016). Aaron T. Dossey, Juan A. Morales-Ramos and M. Guadalupe Rojas. Academic Press 2016. ISBN: 978-0-12-802856-8 (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128028568000120).
• Stull, V., Patz, J. Research and policy priorities for edible insects. Sustain Sci15, 633–645 (2020). https://doi.org/10.1007/s11625-019-00709-5
• Abbasi, E. Edible insects in human nutrition: nutritional value, economic potential, and environmental implications for sustainable food production. Agric & Food Secur15, 19 (2026). https://doi.org/10.1186/s40066-026-00603-1