Математичне моделювання мікробіологічних процесів
Спеціальність: Біотехнології та біоінженерія
Код дисципліни: 6.162.00.O.032
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Технологія біологічно-активних сполук, фармації та біотехнологія
Лектор: д.е.н., к.х.н., с.н.с., професор Василюк Софія Володимирівна
Семестр: 6 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях
Здатність використовувати професійно-профільні знання і практичні навички для вирішення конкретних завдань в галузі біотехнології та біоінженерії.
Здатність використовувати знання з математики та фізики в обсязі, необхідному для досягнення інших результатів освітньої програми.
Здатність розуміти і застосувати математичне моделювання для вивчення режимів, умов та закономірностей мікробіологічних процесів.
Результати навчання: Вміти застосовувати сучасні математичні методи для розв’язання практичних задач, пов’язаних з дослідженням і проектуванням біотехнологічних процесів. Використовувати знання фізики для аналізу біотехнологічних процесів.
Вміти розраховувати основні критерії оцінки ефективності біотехнологічного процесу (параметри росту біологічних агентів, швидкість синтезу цільового продукту, синтезувальна здатність біологічних агентів, економічний коефіцієнт, вихід цільового продукту від субстрату, продуктивність, вартість поживного середовища тощо).
Проводити розрахунки параметрів біотехнологічного
устаткування на підставі аналізу тепло масообмінних
процесів.
Здатність усвідомлювати необхідність навчання впродовж усього життя з метою поглиблення набутих та здобуття нових фахових знань.
Здатність використання різноманітних методів, зокрема сучасних інформаційних технологій, для ефективно спілкування на професійному та соціальному рівнях.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: пререквізити: загальна мікробіологія і вірусологія; загальна біотехнологія; біофізика; Інформатика
кореквізити: процеси та апарати біотехнологічних виробництв; Проектування та устаткування біотехнологічних виробництв
Короткий зміст навчальної програми: Дисципліна дозволяє майбутнім інженерам-біотехнологам вивчити закономірності, що лежать в основі біотехнологічних процесів – кінетику росту і розвитку мікробних популяцій, синтезу продуктів метаболізму мікроорганізмів, а також гідродинамічні, масообмінні і теплообмінні процеси в біореакторах.
Предметом дисципліни є вивчення математичних моделей процесів періодичного та безперервного культивування мікроорганізмів з врахуванням впливу різноманітних фізико-хімічних факторів та їх аналіз. Розглядаються методи визначення кількісних характеристик росту і розвитку мікробних культур, синтезу цільових продуктів, розрахунку оптимальних умов синтезу продуктів метаболізму.
Опис: Задачі та зміст курсу. Теоретичні основи моделювання. Специфіка математичного моделювання живих систем. Математичне моделювання біотехнологічних (мікробіологічних) процесів.
Процес росту популяції мікроорганізмів. Кінетичні криві росту біомаси. Постулати Мальтуса і Моно. Математичний опис росту біомаси. Інгібування росту мікроорганізмів. Інтегральна форма рівняння росту мікробної популяції. Модель РЛК. Визначення ємності ферментера періодичної дії. Відомі кінетичні моделі росту біомас. Кінетика ферментативних реакцій Міхаеліса — Ментен. Розрахунок ємності апаратів безперервної дії. Одноступеневе гомогенне безперервне культивування. Багатоступеневе гомогенне безперервне культивування. Від'ємно-доливний метод культивування біомас. Одноступеневе гомогенне культивування з рециркуляцією біомаси. Фізико-хімічне обґрунтування рівняння Моно. Найпростіша схема взаємодії клітини з субстратом. Схема з рівноважним «насиченням» клітин мікроорганізму субстратом. Схема з незворотною трансформацією субстрату в клітині. "Мікроскопічний" підхід до кінетики росту біомас. Математичне моделювання біосинтезу продуктів метаболізму
Методи та критерії оцінювання: Основними методами діагностики знань є: поточний (ПК) і семестровий контроль (СК), який здійснюється з навчального матеріалу, обсяг якого визначений робочою програмою дисципліни за семестр.
Поточний контроль здійснюється під час лекцій і лабораторних занять з метою перевірки рівня засвоєння теоретичних і практичних знань та умінь студента. ПК проводиться у формі: виконання і захисту контрольної роботи та експрес-опитування на лабораторних заняттях.
Семестровий контроль проводиться у формі диференційованого заліку
Критерії оцінювання результатів навчання: Семестровий контроль проводиться у формі диференційованого заліку.
Виконання лабораторних робіт - 20;
Письмово-усний експрес контроль - 65;
Контрольна робота -15
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. О.В. Болотін, І.М. Мага, В.В. Нечипорук, В.І. Ткач. Математичне моделювання в мікробіології та хімічній технології харчових добавок: Навч. посібник.-Ужгород: Вид-во В.Падяка, 2014. – 361, [4] с.
2. Біотехнології та біоінженерія. Частина 1. Основи біотехнології. Рекомендації до виконання практичних робіт [Електронний ресурс] : навчальний посібник для здобувачів ступеня бакалавра, які навчаються за освітньо-професійною програмою «Регенеративна та біофармацевтична інженерія» спеціальності 163 Біомедична інженерія / КПІ ім. Ігоря Сікорського ; уклад.: В. В. Мотроненко, Т. М. Луценко, Л. М. Дронько. – Електронні текстові данні (1 файл: 1,13 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022. – 96 с.
3. Варфоломеев С.Д., Калюжный СВ. Биотехнология: Кинетические основы микробиологических процессов: Учеб. пособие для биол. и хим. спец. вузов. - М.: Высш. шк, 1990.-296 с.
4. Сидоров ЮЛ., Влязло Р.Й., Новіков В.П. Процеси і апарати мікробілогічної промисловості. Технологічні розрахунки. Приклади і задачі. Частина І. Ферментація. - Львів: Видво НУ "Львівська політехніка", 2004.- 240 с.
5. Васильев Н.А., Амбросов В.А., Складнев А.А. Моделирование процессов микробиологического синтеза. – М., Изд. «Лесная промышленность», 1975, 344
6. Succurro A, Ebenhoh O. Review and perspective on mathematical modeling of microbial ecosystems. Biochem Soc Trans. 2018 Apr 17;46(2):403-412. doi: 10.1042/BST20170265. Epub 2018 Mar 14. PMID: 29540507; PMCID: PMC5906705.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).
Математичне моделювання мікробіологічних процесів (курсова робота)
Спеціальність: Біотехнології та біоінженерія
Код дисципліни: 6.162.00.O.035
Кількість кредитів: 2.00
Кафедра: Технологія біологічно-активних сполук, фармації та біотехнологія
Лектор: д.е.н., к.х.н., с.н.с., професор Василюк Софія Володимирівна
Семестр: 6 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях
Здатність використовувати професійно-профільні знання і практичні навички для вирішення конкретних завдань в галузі біотехнології та біоінженерії.
Здатність використовувати знання з математики та фізики в обсязі, необхідному для досягнення інших результатів освітньої програми.
Здатність розуміти і застосувати математичне моделювання для вивчення режимів, умов та закономірностей мікробіологічних процесів.
Результати навчання: Вміти застосовувати сучасні математичні методи для розв’язання практичних задач, пов’язаних з дослідженням і проектуванням біотехнологічних процесів. Використовувати знання фізики для аналізу біотехнологічних процесів.
Вміти розраховувати основні критерії оцінки ефективності біотехнологічного процесу (параметри росту біологічних агентів, швидкість синтезу цільового продукту, синтезувальна здатність біологічних агентів, економічний коефіцієнт, вихід цільового продукту від субстрату, продуктивність, вартість поживного середовища тощо).
Проводити розрахунки параметрів біотехнологічного
устаткування на підставі аналізу тепло масообмінних
процесів.
Здатність усвідомлювати необхідність навчання впродовж усього життя з метою поглиблення набутих та здобуття нових фахових знань.
Здатність використання різноманітних методів, зокрема сучасних інформаційних технологій, для ефективно спілкування на професійному та соціальному рівнях.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: пререквізити: загальна мікробіологія і вірусологія; загальна біотехнологія; біофізика; Інформатика
кореквізити: процеси та апарати біотехнологічних виробництв; Проектування та устаткування біотехнологічних виробництв.
Короткий зміст навчальної програми: Вивчення дисципліни дозволить студентам закріпити знання про загальні теоретичні закономірності процесів росту біомас мікроорганізмів. Знання цих закономірностей дозволить розраховувати об"єми ферментаційної апаратури, свідомо застосовувати технологічні варіанти в тому чи іншому конкретному процесі культивування біомас і, в кінцевому результаті, грамотно підходити до практичного проектування мікробіологічних виробництв.
Опис: Виконання індивідуального науково-дослідного завдання.
Підготовка до презентації та захисту курсової роботи
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль за виконанням студентом кожного етапу курсової роботи здійснюється викладачем під час консультацій. Семестровий контроль під час виконання курсової роботи здійснюється у формі диференційованого заліку під час презентації та захисту курсової роботи.
Критерії оцінювання результатів навчання: Курсову роботу виконану відповідно до виданого завдання, оцінюють в 100 балів за роботу. Бали розподіляють наступним чином: 65 балів — максимальна кількість балів, якими оцінюють інформацію та оформлення курсової роботи, 25 бали — максимальна кількість балів, якими оцінюють усну презентацію курсової роботи з усною доповіддю; 10 балів — максимальна кількість балів, якими оцінюють відповіді на питання за темою індивідуальної роботи.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. О.В. Болотін, І.М. Мага, В.В. Нечипорук, В.І. Ткач. Математичне моделювання в мікробіології та хімічній технології харчових добавок: Навч. посібник.-Ужгород: Вид-во В.Падяка, 2014. – 361, [4] с.
2. Біотехнології та біоінженерія. Частина 1. Основи біотехнології. Рекомендації до виконання практичних робіт [Електронний ресурс] : навчальний посібник для здобувачів ступеня бакалавра, які навчаються за освітньо-професійною програмою «Регенеративна та біофармацевтична інженерія» спеціальності 163 Біомедична інженерія / КПІ ім. Ігоря Сікорського ; уклад.: В. В. Мотроненко, Т. М. Луценко, Л. М. Дронько. – Електронні текстові данні (1 файл: 1,13 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022. – 96 с.
3. Варфоломеев С.Д., Калюжный СВ. Биотехнология: Кинетические основы микробиологических процессов: Учеб. пособие для биол. и хим. спец. вузов. - М.: Высш. шк, 1990.-296 с.
4. Сидоров ЮЛ., Влязло Р.Й., Новіков В.П. Процеси і апарати мікробілогічної промисловості. Технологічні розрахунки. Приклади і задачі. Частина І. Ферментація. - Львів: Видво НУ "Львівська політехніка", 2004.- 240 с.
5. Васильев Н.А., Амбросов В.А., Складнев А.А. Моделирование процессов микробиологического синтеза. – М., Изд. «Лесная промышленность», 1975, 344
6. Succurro A, Ebenhoh O. Review and perspective on mathematical modeling of microbial ecosystems. Biochem Soc Trans. 2018 Apr 17;46(2):403-412. doi: 10.1042/BST20170265. Epub 2018 Mar 14. PMID: 29540507; PMCID: PMC5906705.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).