Спецкурс - Інженерна езимологія целюлолітичних ферментів

Спеціальність: Біотехнології та біоінженерія (освітньо-наукова програма)
Код дисципліни: 7.162.00.O.014
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Технологія біологічно-активних сполук, фармації та біотехнологія
Лектор: Гавриляк Вікторія Василівна, д.б.н., с.н.с., проф. кафедри
Семестр: 3 семестр
Форма навчання: денна
Мета вивчення дисципліни: Мета вивчення навчальної дисципліни полягає у ознайомленні студентів із основними принципами отримання, конструювання та використання целюлолітичних ензимів у керованих біотехнологічних процесах. У результаті вивчення дисципліни студенти отримають практичні знання та навики, необхідні для вирішення складних проблем інноваційного характеру та здатності приймати продуктивні рішення не лише у сфері інженерної ензимології, а також і біотехнології загалом.
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у студентів необхідних компетентностей: інтегральна компетентність: ІНТ - Здатність розв’язувати складні задачі і проблеми біотехнологій та біоінженерії, що передбачає проведення досліджень та\або здійснення інновацій та характеризується невизначеністю умов і вимог. загальні компетентності: ЗК1. Здатність проведення досліджень на відповідному рівні. фахові компетентності: ФК7. Здатність розробляти та вдосконалювати комплексні біотехнології на основі розуміння наукових сучасних фактів, концепцій, теорій, принципів і методів біоінженерії та природничих наук. ФК17. Здатність застосовувати знання з біодоступності ліків, ефективності біодіагностикумів; розробляти технології конструювання біоорганічних каталізаторів із заданими властивостями на основі ферментів або їх комплексів.
Результати навчання: ПРН7. Мати навички виділення, ідентифікації, зберігання, культивування, іммобілізації біологічних агентів, здійснювати оптимізацію поживних середовищ, обирати оптимальні методи аналізу, виділення та очищення цільового продукту, використовуючи сучасні біотехнологічні методи та прийоми, притаманні певному напряму біотехнології. ПРН13. Оцінювати актуальність досліджуваних наукових проблем, придатність відомих наукових методів для їх дослідження на основі аналізу наявних даних та публікацій у провідних виданнях. ПРН20: Вміти застосовувати знання з біодоступності ліків, ефективності біодіагностикумів; розробляти технології конструювання біоорганічних каталізаторів із заданими властивостями на основі ферментів або їх комплексів. КОМ2. Здатність до використання різноманітних методів, зокрема сучасних інформаційних технологій, для ефективного спілкування на професійному та соціальному рівнях. АіВ3. Здатність відповідально ставитись до виконуваної роботи, самостійно приймати рішення, досягати поставленої мети з дотриманням вимог професійної етики.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: пререквізити: Сучасне застосування біотехнологічних методів (біоіндустрія) Біобезпека та методи контролю в біотехнології Методологія та організація наукових досліджень, інтелектуальна власність та інноватика кореквізити: Наукові дослідження та семінари за їх тематикою Спецкурс - Біологічна активність фізіологічно активних субстанцій Спецкурс – Клітинна інженерія рослин
Короткий зміст навчальної програми: Дисципліна «Спецкурс-Інженерна ензимологія целюлолітичних ферментів» забезпечує сучасні уявлення про структурну організацію ензимів – целюлаз, молекулярні механізми деградації целюлозовмісної сировини, особливості культивування мікроорганізмів – продуцентів бактеріальних та грибних целюлаз, біоінженерні підходи до конструювання цих мікроорганізмів, вплив різних параметрів на біотехнологічні процеси отримання целюлолітичних ензимів. Особлива увага буде приділена можливостям використання целюлолітичних ферментів у різних сферах: біоконверсія целюлозовмісної сировини в біоетанол, у хімічній, харчовій, паперово-картонній, текстильній галузям промисловості, а також у медицині та сільському господарстві.
Опис: Вступ до предмету. • Целюлолітичні ферменти, їх роль у гідролізі целюлози. • Джерела отримання ферментів • Класифікація целюлолітичних ензимів. • Сфери застосування целюлаз Молекулярна структура та функції целюлаз • Мультидоменна організація целюлаз • Каталітичний та домен зв’язування целюлози • Молекулярні механізми деградації целюлози: • Гідроліз неповними та повними целюлазними системами • Деградація целюлози за допомогою Trichoderma reesei • Деградація целюлози Clostridium thermocellum • Будова целюлосом Метаболічні шляхи перетворення лігноцелюлози • Будова лігноцелюлози: • Лігнін • Целюлоза • Геміцелюлоза • Метаболічні шляхи деградації лігноцелюлози • Фактори, що впливають на ці шляхи Бактеріальні целюлази • Продуценти бактеріальних целюлаз • Властивості бактеріальних целюлаз • Особливості гідролізу целюлози бактеріальними целюлазами • Параметри для оптимізації отримання бактеріальних целюлаз Грибні целюлази • Продуценти грибних целюлаз • Властивості грибних целюлаз • Особливості гідролізу целюлози грибними целюлазами • Параметри для оптимізації отримання грибних целюлаз. • Особливості культивування та отримання целюлаз з Trichoderma reesei Біотехнологічні аспекти отримання целюлаз • Особливості ферментації мікроорганізмів – продуцентів целюлаз • Особливості очищення ферментів • Комерційні препарати. Ринок целюлазних препаратів • Особливості масштабування виробництва целюлаз Генна інженерія целюлолітичних ензимів • Цільові гени у бактерій та грибів – продуцентів целюлаз • Біоінженерні стратегії для отримання целюлаз • Генна інженерія транскрипційних регуляторів • Епігенетична регуляція та інженерія. Пектинові та ксиланолітичні ензими. • Пектинази та ксиланази мікробного походження. • Фізико-хімічні характеристики ксиланаз та пектиназ • Субстратна специфічність ксиланаз та пектиназ • Ензиматичний гідроліз бета-гліканів.
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 письмово-усного контролю, виконання та захисту лабораторних робіт. Підсумковий контроль – проведення підсумкового контрольного заходу у письмовому вигляді
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль (ПК): виконання і захист лабораторних робіт –10 балів письмово-усний контроль (усне опитування, тестування у ВНС з теоретичного матеріалу) - 30 балів; виконання контрольної роботи — 20 балів (змістове наповнення — 10 балів, презентація і доповідь — 10 балів) Контрольний захід (КЗ) – підсумкова контрольна робота, письмово – 40 балів. Підсумковий семестровий контроль (СК) – диференційований залік: сума ПК та КЗ (в т.ч. можуть додаватися заохочувальні бали за публікації наукових робіт, участь в олімпіадах за профілем дисципліни тощо – до 5 балів). Загальна кількість балів не може перевищувати 100.
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: Матеріали у Віртуальному навчальному середовищі «Львівської політехніки»: https://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=14573. 1. Глікозидази мікроорганізмів і методи їх дослідження /Варбанець Л.Д., Борзова Н.В. – К.: Наукова думка, 2010. – 440 с. 2. Швед О.В., Петріна Р.О., Комаровська-Порохнявець О.З., Новіков В.П. Екологічна біотехнологія. Книга І. Львів: Вид-во НУ “Львівська політехніка”, 2018. 424 с. 3. Швед О.В., Петріна Р.О., Комаровська-Порохнявець О.З., Новіков В.П. Екологічна біотехнологія. Книга ІІ. Львів: Вид-во НУ “Львівська політехніка”, 2018. 368 с. 4. Галкін Б.М., Іваниця В.О., Галкін М.Б. Інженерна ензимологія. – Одеса: ОНУ.- 2017. – 103 с. 5. Current status and future scope of microbial cellulases/D.K.Tuli and H.Kuila. - Elsevier, Amsterdam, 2021 – 414 р. 6. Microbial Cellulases: An Overview and Application / Sandhya Jayasekara and Renuka Ratnayake. – 2019. - DOI: 10.5772/intechopen.84531 7. Ястремська Л. С. Целюлолітичні мікроорганізми доменів Bacteria и Archaea / Л. С. Ястремська. – [Eлeктpoнний peсуpс]. – //Проблеми екологічної біотехнології. – 2015. – №2. – Peжим дoступу дo стaттi: http://ecobio.nau.edu.ua/index.php/ecobiotech/article/view/9620. – Problems of Environmental Biotechnology. 8. Ejaz, U.; Sohail, M.; Ghanemi, A. Cellulases: From Bioactivity to a Variety of Industrial Applications. Biomimetics 2021, 6, 44. https://doi.org/10.3390/ biomimetics6030044
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).