Metody biotechnologiczne w działalności antropogenicznej - opis przedmiotu

(1)

Metody biotechnologiczne w działalności antropogenicznej - opis przedmiotu

Informacje ogólne

Nazwa przedmiotu Metody biotechnologiczne w działalności antropogenicznej

Kod przedmiotu 13.9-WB-BTP-met.bt-S19

Wydział Wydział Nauk Biologicznych

Kierunek Biotechnologia

Profil ogólnoakademicki

Rodzaj studiów pierwszego stopnia z tyt. licencjata

Semestr rozpoczęcia semestr zimowy 2020/2021

Informacje o przedmiocie

Semestr 5

Liczba punktów ECTS do zdobycia 2

Typ przedmiotu obowiązkowy

Język nauczania polski

Sylabus opracował dr hab. Piotr Kamiński, prof. UZ

Formy zajęć

Forma zajęć Liczba godzin w semestrze (stacjonarne)

Liczba godzin w tygodniu (stacjonarne)

Liczba godzin w semestrze (niestacjonarne)

Liczba godzin w tygodniu (niestacjonarne)

Forma zaliczenia

Laboratorium 25 1,67 - - Zaliczenie na

ocenę

Cel przedmiotu

Celem cyklu zajęć programowych jest zapoznanie studentów z aspektami zastosowania i wykorzystania metod biotechnologicznych w zróżnicowanych formach działalności antropogenicznej. Studenci zaznajamiają się ze znaczeniem i praktycznym stosowaniem zjawisk i procesów biotechnologicznych w działalności antropogenicznej:

Biotechnologia; funkcje, znaczenie w rolnictwie, przemyśle, medycynie, ochronie środowiska. Działalność antropogeniczna. Technologie ochrony atmosfery. Metody usuwania zanieczyszczeń pyłowych i gazowych. Biotechnologiczne wykorzystanie odpadów. Uzdatnianie wody. Usuwanie żelaza i manganu z wód głębinowych. Biologiczne oczyszczanie ścieków. Metoda osadu czynnego. Złoża biologiczne. Filtry biologiczne. Złoża fluidalne. Nitryfikacja i denitryfikacja. Oczyszczalnie dwu- i wielostopniowe. Chemiczno-fizyczna i biologiczna eliminacja fosforu. Filtracja w oczyszczaniu ścieków. Usuwanie substancji biogennych w oczyszczalniach komunalnych. Uzdatnianie ścieków tłuszczowo- białkowych z przemysłu. Oczyszczalnie glebowo-roślinne. Utylizacja odpadów. Odzyskiwanie surowców i energii z odpadów. Unieszkodliwianie odpadów komunalnych, organicznych, przemysłowych, niebezpiecznych. Bioremediacja. Biotechnologiczne usuwanie efektów eksploatacji surowców ropopochodnych. Biotechnologiczne zwalczanie pasożytów i ich identyfikacja w wodzie i glebie. Wykorzystanie biotechnologii w regulacji stanów fizjologicznych komórki.

Wymagania wstępne

Wymagane jest wstępne zapoznanie się z podstawowymi wiadomościami z zakresu planowania eksperymentu biologicznego i biotechnologicznego, jego pełnej, reprezentatywnej i pomyślnej realizacji, w warunkach naturalnych i laboratoryjnych, prawidłowego opracowania wyników badań, właściwego wnioskowania i interpretacji.

Studenci powinni zaznajomić się ze strukturą projektu naukowego i klasyfikacją metod badawczych. Powinni zapoznać się z empirycznymi metodami badawczymi, zasadami obserwacji naukowej, metodami eksperymentalnymi. Studenci powinni także poznać proces badania statystycznego, analizy statystyczne, czynniki warunkujące wybór metod bazujących na eksperymentach diagnostycznych. Sukcesywnie studiowane zagadnienia metodyczne pozwolą poznać zasady planowania metod biotechnologicznych, ogólnych zasad eksperymentowania, wybranych metod statystycznych stosowanych do opracowania wyników badań. Słuchacze powinni znać zasadnicze prawidłowości wnioskowania statystycznego, metody weryfikacji hipotez, estymacji, zasady analizy danych empirycznych, formułowania wniosków, kryteria doboru, czynniki determinujące wybiórczość otrzymanych wyników, techniki weryfikacji. Studenci winni zaznajomić się z badaniami przeglądowymi, wykrywaniem zależności przyczynowo-skutkowych i metodami badania procesów biologicznych, analizą szeregów czasowych i trendów.

Wymagane jest wstępne zapoznanie się z podstawowymi wiadomościami z zakresu możliwości wykorzystania metod biotechnologicznych w ochronie środowiska, medycynie, rolnictwie, biochemii, chemii, fizyki, optyki, wykorzystania biokatalizatorów w ochronie środowiska, przemyśle, przetwarzaniu sygnałów oraz we wszelkich formach działalności antropogenicznej w środowisku.

Zakres tematyczny

Techniki i metodologie wykorzystania biotechnologicznych procesów i metod doświadczalnych we wszelkich formach działalności antropogenicznej: rolnictwie, przemyśle, medycynie, ochronie środowiska. Wybrane przykłady zastosowania metod doświadczalnych w działalności człowieka. Technologie ochrony atmosfery. Metody usuwania zanieczyszczeń pyłowych i gazowych. Metody biotechnologicznego wykorzystanie odpadów. Metody uzdatniania wody. Usuwanie żelaza i manganu z wód głębinowych. Metody biologicznego oczyszczania ścieków i wody. Metoda osadu czynnego. Złoża biologiczne. Filtry biologiczne. Metody złóż fluidalnych. Nitryfikacja i denitryfikacja. Metody oczyszczania dwu- i wielostopniowego. Chemiczno-fizyczna i biologiczna eliminacja fosforu. Filtracja w oczyszczaniu ścieków. Metody doświadczalne usuwania substancji biogennych w oczyszczalniach komunalnych. Metody uzdatniania ścieków tłuszczowo-białkowych z przemysłu. Metody stosowane w oczyszczalniach glebowo-roślinnych.

Utylizacja odpadów. Odzyskiwanie surowców i energii z odpadów. Metody unieszkodliwiania odpadów komunalnych, organicznych, przemysłowych, niebezpiecznych. Metody doświadczalne biotechnologicznego zwalczania pasożytów i ich identyfikacji w glebie i wodzie. Wykorzystanie odpowiedniej metodologii w regulacji stanów fizjologicznych komórki.

- Biotechnologia; definicja, funkcje i znaczenie.

(2)

- Historia biotechnologii (odkrycia i nowe techniki biologiczne na przestrzeni dziejów).

- Trendy współczesnej biotechnologii (w rolnictwie; w przemyśle; w medycynie; w ochronie środowiska).

- Energochłonność i zaopatrzenie energetyczne.

- Metody stosowane w badaniach atmosfery.

- Usuwanie związków chloroorganicznych.

- Wykorzystanie mikroorganizmów biodegradujących.

- Ochrona atmosfery (monitoring; ochrona powietrza przed skażeniami chemicznymi).

- Technologie ochrony atmosfery. (Metody usuwania zanieczyszczeń pyłowych. Metody usuwania zanieczyszczeń gazowych).

- Metody usuwania odpadów i ponowne ich wykorzystanie.

- Uzdatnianie wody pitnej.

- Uzdatnianie wody przemysłowej.

- Zmiękczanie wody.

- Biologiczny aspekt zanieczyszczania wód powierzchniowych.

- Mikrobiologiczna ocena zanieczyszczenia wód powierzchniowych.

- Wskaźniki eutrofizacji wód.

- Usuwanie żelaza i manganu z wód głębinowych na złożach aktywowanych.

- Biologiczne metody oczyszczania ścieków. (Rodzaje ścieków. Ścieki jako roztwór odżywczy. Tlenowe procesy przemiany materii. Beztlenowe procesy przemiany materii.

Mechanizmy i kinetyka enzymów w biologicznym oczyszczaniu ścieków).

- Metoda osadu czynnego. (Osad czynny jako czynnik oczyszczający. Istotne czynniki w metodzie osadu czynnego. Obciążenie i wiek osadu. Stężenie tlenu i zapotrzebowanie na tlen).

- Złoża biologiczne. (Przebieg procesu oczyszczania w złożu biologicznym. Temperatura i napowietrzenie. Denitryfikacja w złożu biologicznym. Eliminacja fosforu w złożu biologicznym. Złoża zanurzane. Inne metody stosowane w złożach biologicznych).

- Filtry biologiczne.

- Złoża fluidalne.

- Procesy nitryfikacji w oczyszczaniu ścieków; podstawy mikrobiologiczne i eliminacja azotu.

- Podstawy i metody denitryfikacji. Warunki denitryfikacji. Czynniki oddziałujące na denitryfikację.

- Nitryfikacja i denitryfikacja w oczyszczalniach wielostopniowych.

- Oczyszczalnie dwustopniowe. Przystosowania oczyszczalni dwustopniowych do eliminacji azotu.

- Dodatkowe zabiegi ulepszające skład ścieków.

- Chemiczno-fizyczna eliminacja fosforu (podstawy i metody).

- Biologiczna eliminacja fosforu (podstawy; gromadzenie fosforu w mikroorganizmach; usuwanie fosforu ze ścieków; krążenie fosforu; biotechnologiczne metody eliminacji fosforu).

- Oczyszczalnie z osadem czynnym do biologicznego usuwania fosforu. Zakres i możliwości optymalizacji.

- Filtracja (zastosowanie w oczyszczaniu ścieków; sprawność urządzeń filtracyjnych; systemy filtrów).

- Usuwanie substancji biogennych z osadu nadmiernego w oczyszczalniach komunalnych.

- Uzdatnianie ścieków tłuszczowo-białkowych z przemysłu mięsnego.

- Techniczne metody ochrony hydrosfery.

- Różnorodność biotechnologicznych metod oczyszczania ścieków.

- Proces remediacji gleb. (Definicje i znaczenie remediacji gleb. Podział i charakterystyka metod remediacji gleb. Chemiczne metody remediacji gleb (blokowanie metali ciężkich). Biotechnologiczne metody remediacji gleb. Biodegradacja związków organicznych w glebie).

- Oczyszczalnie glebowo-roślinne (różnorodność biotechnologicznych zastosowań).

- Biotechnologiczne metody ochrony litosfery.

- Odpady jako źródło zanieczyszczeń środowiska. (Podział odpadów. Zasady gospodarki odpadami. Utylizacja odpadów. Metody ograniczania ilości odpadów. Technologie i

(3)

odzyskiwanie surowców i energii z odpadów. Gospodarowanie surowcami wtórnymi).

- Odpady komunalne (charakterystyka; właściwości technologiczne). (Gospodarowanie odpadami komunalnymi (gromadzenie, usuwanie i gospodarcze wykorzystanie).

Unieszkodliwianie odpadów komunalnych (składowanie odpadów na wysypiskach; eksploatacja wysypiska; procesy zachodzące na wysypiskach odpadów; powstawanie biogazów; rekultywacja i poeksploatacyjne zagospodarowanie terenu wysypiska; kompostowanie; technologie kompleksowego przerobu odpadów komunalnych; fermentacja metanowa w komorach).

- Odpady organiczne. (Odpady przetwórstwa surowców zwierzęcych (przemysł drobiowy; przemysł mleczarski). Osady ściekowe (klasyfikacja; wykorzystanie;

unieszkodliwianie).

- Odpady przemysłowe. (Odpady z górnictwa (wykorzystanie gospodarcze; rekultywacja składowisk odpadów górniczych). Odpady energetyczne (składowanie; gospodarcze wykorzystanie; biotechnologiczna rekultywacja składowisk).

- Odpady niebezpieczne (charakterystyka; gospodarka odpadami niebezpiecznymi; biotechnologie).

- Biotechnologiczne metody intensywnej ochrony środowiska.

- Zastosowanie metod biotechnologicznych w ekologii człowieka.

- Ekonomiczne aspekty uwarunkowane inwazjami pasożytów u człowieka i zwierząt. (Kontrola inwazji pasożytniczych. Leki przeciwpasożytnicze i mechanizmy ich działania.

Lekooporność pasożytów i przyczyny jej powstawania. Mechanizmy lekooporności. Metody wykrywania lekooporności. Immunoprofilaktyka inwazji pasożytniczych u człowieka i zwierząt).

- Szczepionki przeciwko pasożytom.

- Biotechnologiczne metody zwalczania pasożytów.

- Rola pasożytów w biologicznym monitorowaniu środowiska.

- Metody wykrywania pasożytów w środowisku.

- Biotechnologiczne metody identyfikacji pasożytów w wodzie i glebie.

- Parazytologiczna diagnostyka laboratoryjna.

- Spalarnie odpadów.

- Fizjologiczne i biochemiczne metody obrony organizmu człowieka przed substancjami toksycznymi.

- Wybór, absorpcja i powstawanie kompleksów zawierających metale. (Dostępność biologiczna jonów metali).

- Toksyczne metale ciężkie. Enzymy uczestniczące w detoksykacji. Regulacja genów detoksykacji.

- Generowanie i wykorzystywanie gradientów stężenia jonów metali. Generowanie gradientów jonowych. Transport jonów przez kanały jonowe. Receptor acetylocholinowy.

Kanały sodowe bramkowane przez napięcie.

- Wiązanie się jonów metali i kompleksów z centrami aktywnymi biocząsteczek. Wybór i włączanie jonów metali w aktywne miejsca białek. Dostępność biologiczna.

- Wiązanie się jonów i kompleksów metali z kwasami nukleinowymi.

- Promowanie przez biopolimery oddziaływań metal-ligand.

- Mechanizmy obrony organizmu przed reaktywnymi formami tlenu. (Białka chroniące przed reaktywnymi formami tlenu. Rola antyoksydantów w obronie organizmu. Naprawa uszkodzeń DNA).

Metody kształcenia

Metody dydaktyczne:

W celu zwiększenia efektywności nauczania przedmiotu prowadzący:

- przed rozpoczęciem zajęć praktycznych (konwersatoriów), oprócz sprawdzenia przygotowania merytorycznego studentów do zajęć wyjaśnia wszystkie niezrozumiałe kwestie, zarówno dotyczące zagadnień merytorycznych, jak i praktycznych,

- zwraca uwagę na kwestie najbardziej istotne w danym podstawowym temacie, w celu uniknięcia ew. błędów przez uczestniczących w zajęciach oraz podkreślenia stopnia istotności danych zagadnień,

- odpowiada na pytania studentów dotyczące tematyki analiz danych, jednak studenci samodzielnie przeprowadzają dyskusję, wyciągają wnioski i wykonują sprawozdania z każdorazowo odbytego konwersatorium, gdyż praktyczne podejście do danego zagadnienia jest najbardziej efektywnym, w kwestii szybkości nauczania.

Zajęcia laboratoryjne (konwersatoria). Podczas semestru odbywają się stałe kolokwia (=rozmowy ze studentem) ustne, podczas konwersatoriów. Pod koniec cyklu zajęć kolokwium końcowe (koniec semestru) ze znajomości zagadnień obejmujących treści konwersatoriów. Końcowy egzamin ustny z zakresu merytorycznego tematyki konwersatoriów.

- podczas realizacji zajęć praktycznych przeprowadzane są systematycznie kolokwia (rozmowy), co pozwoli na ciągłą rejestrację i ocenę bieżącego przygotowania do zajęć i aktywności studenta podczas ich trwania. Stanowi to podstawę do zaliczenia poszczególnych zajęć.

(4)

Efekty uczenia się i metody weryfikacji osiągania efektów uczenia się

Opis efektu Symbole efektów Metody weryfikacji Forma zajęć

K_W01: rozumie znaczenie metod matematycznych i statystycznych w opisie i interpretacji zjawisk fizycznych, chemicznych i biologicznych. K_W02: posiada wiedzę w zakresie fizykochemicznych i biologicznych podstaw zjawisk zachodzących w przyrodzie. K_W03: rozumie biochemiczne, molekularne i komórkowe podstawy funkcjonowania organizmów żywych. K_W04: ma podstawową wiedzę dotyczącą mechanizmów regulacji procesów rozwojowych i fizjologicznych organizmów żywych, przede wszystkim człowieka. K_W05: rozumie możliwość i znaczenie wykorzystania materiału biologicznego, na różnym poziomie jego organizacji, w biotechnologii.

K_W01 K_W02 K_W03 K_W04 K_W05 K_W06 K_W07 K_W08 K_W09 K_W10

aktywność w trakcie zajęć

bieżąca kontrola na zajęciach dyskusja kolokwium konspekt

obserwacja i ocena aktywności na zajęciach odpowiedź ustna projekt przygotowanie projektu przygotowanie referatu referat

zaliczenie - ustne, opisowe, testowe i inne

Laboratorium

K_W06: rozumie zjawiska biologiczne, chemiczne i fizyczne leżące u podstaw metod analityczno- diagnostycznych. K_W07: ma podstawową wiedzę z zakresu zagadnień inżynieryjnych występujących przy prowadzeniu procesów biotechnologicznych. K_W08: zna podstawowe metody, techniki, narzędzia i materiały stosowane w laboratoriach biomedycznych i biotechnologicznych. K_W09: zna podstawowe aspekty budowy i działania bioreaktorów i aparatury stosowanej w technologiach biochemicznych. K_W10: zna podstawy ekologii i ochrony środowiska oraz rozumie potrzebę stosowania metod biotechnologicznych w ochronie środowiska.

bieżąca kontrola na zajęciach dyskusja konspekt

Laboratorium

K_W11: zna i rozumie podstawowe pojęcia z zakresu ochrony własności intelektualnej i przemysłowej. K_W12: rozumie wielopłaszczyznowe powiązania między biotechnologią, a biomedycyną i medycyną. K_W13: posiada elementarną wiedzę z zakresu mikro- i makroekonomii.

K_W14: ma elementarna wiedzę o bezpieczeństwie i higienie pracy.

Laboratorium

(5)

Opis efektu Symbole efektów Metody weryfikacji Forma zajęć K_U01: potrafi pozyskać informacje z literatury, baz danych oraz innych właściwie dobranych źródeł.

K_U02: potrafi integrować pozyskane informacje naukowe, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski. K_U03: posługuje się językiem nowożytnym w stopniu wystarczającym do porozumiewania się, a także czytania ze zrozumieniem literatury naukowej związanej z biomedycyną i biotechnologią. K_U04: potrafi posługiwać się metodami i technikami laboratoryjnymi właściwymi do realizacji zadań typowych podejmowanych w biomedycynie i biotechnologii.

K_U01 K_U02 K_U03 K_U04 K_U05 K_U06 K_U07

Laboratorium

K_U05: potrafi założyć i utrzymać hodowlę komórek linii ustalonych. K_U06: potrafi zaplanować i wykonać doświadczenia w warunkach in vivo, ex vivo i in vitro. K_U07: posiada umiejętność przygotowania typowych prac pisemnych i wystąpień ustnych, dotyczących zagadnień z zakresu biomedycyny i biotechnologii.

K_U08 K_U09 K_U10 K_U11 K_U12 K_U13 K_U14

Laboratorium

K_U08: potrafi dokonać wybory właściwych narzędzi do analizy statystycznej. K_U09: jest przygotowany do pracy w przemyśle biotechnologicznym i pokrewnych gdzie wymagana jest umiejętność pracy w laboratoriach badawczych, kontrolnych i diagnostycznych. K_U10: potrafi realizować samokształcenie.

K_U15 K_U16 K_U17 K_U18 K_U19 K_U20 K_U21 K_U22 K_U23

Laboratorium

(6)

Opis efektu Symbole efektów Metody weryfikacji Forma zajęć K_K01: ma świadomość poziomu swojej wiedzy i umiejętności, rozumie potrzebę ciągłego

dokształcania się zawodowego i rozwoju osobistego. K_K02: potrafi współdziałać i pracować w grupie oraz ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania, związane z pracą zespołową. K_K03: jest świadomy znaczenia umiejętności komunikowania społecznego.

K_K01 K_K02 K_K03

Laboratorium

K_K04: jest świadomy istnienia etycznego wymiaru w badaniach naukowych. K_K05: jest świadomy konieczności zachowania tajemnicy dotyczącej dokumentacji medycznej. K_K06: potrafi ocenić ekonomiczną racjonalność podejmowanych decyzji.

K_K04 K_K05

Laboratorium

K_K07: ma świadomość znaczenia nowoczesnych biotechnologii w różnych gałęziach przemysłu.

K_K08: jest przygotowany do podjęcia studiów drugiego stopnia.

K_K06 K_K07

Laboratorium

(7)

Warunki zaliczenia

Forma i warunki zaliczenia przedmiotu: kolokwia cząstkowe i kolokwium końcowe (koniec semestru) ze znajomości zagadnień obejmujących treści konwersatoriów, zaliczenie ustne z zakresu merytorycznego tematyki konwersatoriów.

Podczas realizacji wykładów i zajęć dyskusyjnych przeprowadzane są systematycznie śródsemestralne pisemne testy kontrolne, śródsemestralne ustne kolokwia, ocena ciągła (bieżące przygotowanie do zajęć i aktywność) oraz końcowe zaliczenie ustne, kolokwia końcowe, zaliczenie ustne. W trakcie semestru odbywa się systematyczne sprawdzanie stopnia znajomości i przygotowania do konwersatoriów (kolokwia ustne; =rozmowy ze studentem).

Warunki odrabiania zajęć opuszczonych z przyczyn usprawiedliwionych: w uzasadnionych przypadkach przewiduje się możliwość wprowadzenia jednorazowego odrobienia ćwiczeń lab. (konwersatoriów) opuszczonych, dla grupy studentów, którzy opuścili zajęcia planowe z przyczyn usprawiedliwionych.

Literatura podstawowa

- Bugno M., Rokita H. (red.). 1999. Podstawowe techniki biologii molekularnej i biotechnologii. Wyd. Inst. Biol. Mol. UJ, Kraków.

- Klimiuk E., Łebkowska M. 2009. Biotechnologia w ochronie środowiska. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.

- Kirschner H. 1996. Zarys medycyny środowiskowej. Wyd. Akad. Med., Warszawa.

- Kocwowa E. 1975. Biologia w ochronie zdrowia i środowiska. PWN, Warszawa.

- Singleton P. 2000. Bakterie w biologii, biotechnologii i medycynie. PWN, Warszawa.

- Walker C.H., Hopkin S.P., Sibly R.M., Peakall D.B. 2002. Podstawy ekotoksykologii. PWN, Warszawa.

- Zieliński S. 2000. Skażenia chemiczne w środowisku. Wyd. Polit. Wrocł., Wrocław.

Literatura uzupełniająca

- Ambrożewicz P. 1999. Zwarty system zagospodarowywania odpadów. Wyd. Ekonomia i Środowisko, Białystok.

- Baran S., Turski R. 1995. Degradacja, ochrona i rekultywacja gleb. Wyd. Akad. Roln., Lublin.

- Bartkowski T. 1979. Kształtowanie ochrony środowiska. PWN, Warszawa.

- Gajewski W., Węgleński P. 1986. Inżynieria genetyczna. PWN, Warszawa.

- Juda J., Chruściel S. 1974. Ochrona powietrza atmosferycznego. WNT, Warszawa.

- Jurasz F. 1989. Gospodarka surowcami wtórnymi. PWN, Warszawa.

- Kowal A.L., Świderska-Bróz M. 1997. Oczyszczanie wody. PWN, Warszawa-Wrocław.

- Monahan S.E. 1983. Environmental chemistry. Brooks & Cole Pub. Comp. Monterey, California. USA.

- Namieśnik J., Jamrógiewicz Z. (red.). 1998. Fizykochemiczne metody kontroli zanieczyszczeń środowiska. WNT, Warszawa.

- Roman M. 1995. Roślinne oczyszczalnie ścieków. Wyd. MOŚZNiL, Dep. Gosp. Wod., Warszawa.

- Urbaniak M. 1997. Przerób i wykorzystanie osadów za ścieków komunalnych. Wyd. Ekoinżynieria, Lublin-Łódź.

- Zalewski M. (red.). 1995. Procesy biologiczne w ochronie i rekultywacji nizinnych zbiorników zaporowych. Bibl. Monit. Środ., PIOŚ, ZES UŁ, Łódź.

Uwagi

Zmodyfikowane przez dr hab. Piotr Kamiński, prof. UZ (ostatnia modyfikacja: 05-05-2020 21:17) Wygenerowano automatycznie z systemu SylabUZ