Procesy biotransformacji w produkcji kosmetyków i farmaceutyków

Wiadomości z zakresu chemii organicznej, biochemii i mikrobiologii stosowanej.

Godziny kontaktowe (z udziałem nauczyciela) realizowane w formie zajęć dydaktycznych:

wykład – 15

laboratorium – 30

łączna liczba godzin z udziałem nauczyciela – 45

Godziny niekontaktowe (praca własna studenta):

przygotowanie się studenta do zajęć laboratoryjnych – 15

przygotowanie się studenta do zaliczenia – 20

studiowanie przez studenta literatury przedmiotu – 25

łączna liczba godzin niekontaktowych – 60

Sumaryczna liczba godzin 105 (4 punkty ECTS)

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXV-8.10/21 z dnia 26 maja 2021 r., tj. od cyklu kształcenia 2021/2022:

Wykład (W01, W02, W04, W05, W06, W07, W08, W09, W12, U01, U06, U07, U08, U010, K01, K02, K03):

- zaliczenie na ocenę

- końcowa prezentacja

Obecność na wykładach (powyżej 50% godzin wykładowych)

Laboratorium (W01, W02, W04, W05, W06, W08, U02, U03, U04, U05, U06, U07, K02, K03):

sprawdziany i końcowa prezentacja

wykonanie doświadczeń

aktywność na ćwiczeniach

Wykłady

Charakterystyka procesów biotransformacji i potencjału stosowanych biokatalizatorów - specyficzność substratowa, regioselektywność, stereospecyficzność, enancjoselektywność. Omówienie sposobów prowadzenia procesów biotransformacji oraz wyzwań związanych z biotransformacją w produkcji różnych związków dla przemysłu kosmetycznego, farmaceutycznego i chemicznego.

Przykłady zastosowań reakcji biotransformacji w otrzymywaniu: związków zapachowych, biopolimerów, leków steroidowych, antybiotyków, statyn oraz nowych związków o działaniu terapeutycznym.

Zostaną przedstawione również zastosowania biokatalizatorów do przetwarzania ksenobiotyków, asymetrycznej syntezy syntonów, wytwarzania antyutleniaczy i innych biologicznie aktywnych substancji jako komponentów produktów kosmetycznych i farmaceutycznych

Celem kursu jest także aktywizacja studentów do samodzielnego opracowania zagadnień związanych z:

- planem procesu biotransformacji wraz z analizą wydajności, oczyszczaniem i izolacją wybranych produktów;

- otrzymywaniem, selekcją i doskonaleniem oraz projektowaniem biokatalizatorów;

- rozwiązywaniem najczęściej spotykanych problemów w zastosowaniach procesów biotransformacji;

- doborem wyposażenia laboratoriów badawczych dla przeprowadzenia procesów biotransformacji.

Laboratorium

Wytwarzanie związków zapachowych i biofarmaceutyków przy użyciu różnych form biokatalizatorów (całych komórek, enzymów immobilizowanych i nieimmobilizowanych preparatów enzymatycznych). Przygotowanie biokatalizatorów do przeprowadzenia biotransformacji wybranych związków organicznych. Przeprowadzenie reakcji biotransformacji ksenobiotyków z zastosowaniem enzymów z klasy oksydoreduktaz, transformacji monoterpenów przy użyciu biokatalizatorów w postaci całych komórek oraz reakcji estryfikacji, aminolizy i chemoenzymatycznej epoksydacji z użyciem biokatalizatorów o aktywności lipolitycznej. Określenie wydajności reakcji biotransformacji.

Gideon Grogan, Practical Biotransformations: A Beginner's Guide. Wiley-Blackwell, 2009.

Kafarski P., Lejczak B., Chemia bioorganiczna. Wydawnictwo Naukowe PWN, 1994.

Ratledge C., Kristiansen B.: Podstawy biotechnologii. Wydawnictwo PWN, Warszawa, 2011

Biochemia - Lubert Stryer, Wydawnictwo Naukowe PWN, 1996 (lub wydania późniejsze)

Artykuły przeglądowe i doświadczalne o tematyce wskazanej przez prowadzącego.

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXV-8.10/21 z dnia 26 maja 2021 r. tj. od cyklu kształcenia 2021/2022

WIEDZA: Absolwent zna i rozumie:

W1. w zaawansowanym stopniu wybrane zagadnienia i specjalistyczną terminologię polską z zakresu mikrobiologii, stereochemii i biochemii stosowaną do opisu i interpretacji procesów biotransformacji związków organicznych, zwłaszcza podstawowych mechanizmów na poziomie molekularnym - K_W01, K_W09

W2. powiązania biokatalizy z zagadnieniami nauk przyrodniczych, nauk ścisłych oraz społecznych, a także jej zastosowanie we współczesnej gospodarce - K_W02

W3. w stopniu zaawansowanym znaczenie i przebieg procesów biotransformacji w produkcji różnych związków dla przemysłu farmaceutycznego i kosmetycznego, w tym na poziomie molekularnym - K_W04

W4. pozytywne i negatywne skutki oddziaływania warunków hodowli na mikroorganizmy i warunków reakcji biotransformacji na aktywność biokatalizatorów wykorzystywanych zwłaszcza w przemyśle chemicznym i biotechnologii farmaceutycznej - K_W05, K_W06

W5. podstawowe narzędzia i metody badawcze stosowane w opracowaniu efektywnych biokatalizatorów, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień związanych z selekcją i doskonaleniem mikroorganizmów, ukierunkowaną ewolucją enzymów oraz metodyką hodowli komórkowych, analizą wydajności i izolacją produktów biotransformacji - K_W07

W6. zasady bezpieczeństwa i problemy towarzyszące rozwojowi procesów biotransformacji, w tym problemy technologiczne i ekonomiczne związane z użyciem biokatalizatorów do przetwarzania ksenobiotyków i otrzymywania biologicznie aktywnych substancji jako komponentów produktów kosmetycznych i farmaceutycznych - K_W08, K_W12

UMIEJĘTNOŚCI: Absolwent potrafi:

U1. właściwie dobierać, oceniać i wykorzystywać źródła informacji naukowej w celu zdobywania wiedzy oraz umiejętności badawczych i praktycznych w zakresie opracowania i zastosowania procesów biotransformacji – K_U01, K_U02

U2. posługiwać się specjalistycznym sprzętem, odpowiednio dobierać i stosować podstawowe narzędzia oraz metody badawcze używane do opracowania procesów biotransformacji związków organicznych dla przemysłu chemicznego, farmaceutycznego i kosmetycznego z uwzględnieniem technik właściwych współczesnej biotechnologii, biologii molekularnej i mikrobiologii, z zachowaniem zasad bezpieczeństwa w pracy laboratoryjnej – K_U03, K_U04

U3. wykonywać obliczenia chemiczne i biochemiczne, dokumentować, analizować i interpretować wyniki oraz formułować i prezentować w sposób prawidłowy wnioski na podstawie danych otrzymanych z przeprowadzenia procesów biotransformacji związków organicznych – K_U05, K_U06

U4. analizować, oceniać i brać udział w dyskusjach i debatach na temat aktualnych osiągnięć nauk biotechnologicznych w przemyśle kosmetycznym, chemicznym i farmaceutycznym, ze szczególnym uwzględnieniem prezentowania wyników samodzielnie przeprowadzonych obserwacji i doświadczeń – K_U07, K_U08

U5. planować ogólne założenia dla określonego procesu biotransformacji pod kątem otrzymywania i zastosowania produktów w kosmetologii i farmacji oraz uczestniczyć w pracach zespołów interdyscyplinarnych, w celu pogłębiania wiedzy w zakresie biotechnologii i nauk pokrewnych – K_U10

KOMPETENCJE SPOŁECZNE:

K1. absolwent jest gotów do uznawania znaczenia wiedzy naukowej i krytycznej oceny odbieranych treści w zakresie biotechnologii, biochemii i mikrobiologii oraz ciągłego rozwijania własnych kompetencji warunkujących profesjonalne rozwiązywanie poznawczych i praktycznych problemów spotykanych w zastosowaniach procesów biotransformacji, zwłaszcza w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym – K_K01, K_K02

K2. student ma świadomość potrzeby planowania i wprowadzania nowych i przyjaznych dla środowiska technologii bezodpadowych, opartych na biokatalizatorach, w tym organizowania działań w celu przekazywania społeczeństwu informacji o nowych rozwiązaniach w dziedzinie biotransformacji związków organicznych wspierających zrównoważony rozwój – K_K03