Metody biotechnologiczne w ochronie środowiska 1600-BM12OCHR-1

Zasadniczym celem nauczania w zakresie przedmiotu jest zaznajomienie studentów z interpretacją zasad biotechnologii, ekologii, biogeochemii i prawidłowo rozumianej ochrony środowiska, w odniesieniu do uwarunkowań zdrowia i kondycji organizmu.
Omawiane są zróżnicowane efekty tych działań i możliwości procesów biotechnologicznych w ochronie zdrowia i środowiska:
Funkcje i znaczenie metod biotechnologicznych.
Historia biotechnologii (odkrycia i nowe techniki biologiczne na przestrzeni dziejów). Trendy współczesnej biotechnologii (w medycynie, rolnictwie, przemyśle, ochronie środowiska).
Funkcje i znaczenie metod biotechnologicznych w medycynie, rolnictwie, przemyśle, ochronie środowiska.
Energochłonność procesów biotechnologicznych i zaopatrzenie energetyczne.
Metody biotechnologiczne ochrony atmosfery. 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 uzdatniania wody. Usuwanie żelaza i manganu z wód głębinowych. Zmiękczanie wody. Biologiczny aspekt zanieczyszczania wód powierzchniowych. Mikrobiologiczna ocena zanieczyszczenia wód powierzchniowych. Wskaźniki eutrofizacji wód.
Metody biologicznego oczyszczania ścieków i wody. 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. 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.
Oczyszczalnie glebowo-roślinne (różnorodność biotechnologicznych zastosowań).
Metody biotechnologicznego wykorzystania i utylizacji odpadów.
Odzyskiwanie surowców i energii z odpadów. Metody unieszkodliwiania odpadów komunalnych, organicznych, przemysłowych, niebezpiecznych. Odpady jako źródło zanieczyszczeń środowiska. Różnorodność odpadów. Zasady gospodarki odpadami. Utylizacja odpadów. Metody ograniczania ilości odpadów. Technologie i 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). Spalarnie odpadów.
Proces remediacji gleb. Znaczenie bioremediacji gleb. Podział i charakterystyka metod remediacji gleb. Chemiczne metody remediacji gleb (blokowanie metali ciężkich). Biotechnologiczne metody remediacji gleb. Biodegradacja związków organicznych w glebie. Biotechnologiczne metody ochrony litosfery.
Biotechnologiczne metody intensywnej ochrony środowiska.
Zastosowanie metod biotechnologicznych w ekologii człowieka.
Ekonomiczne aspekty uwarunkowane inwazjami pasożytów człowieka. 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.
Fizjologiczne i biochemiczne metody obrony organizmu człowieka przed substancjami toksycznymi. Wybór, absorpcja i powstawanie kompleksów zawierających metale. Dostępność biologiczna jonów metali i związków chemicznych. 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. Receptory acetylocholinowe. 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. Obrona organizmu przed toksykantami. Stres oksydacyjny. Mutagenne działanie reaktywnych form tlenu. Znaczenie obronne reaktywnych form tlenu.
Reaktywne formy tlenu a stany patologiczne organizmu. Reaktywne formy tlenu a leki. Reaktywne formy tlenu a szkodliwe działanie czynników środowiskowych. Reaktywne formy tlenu a rośliny. Wykorzystanie metod biotechnologicznych w kształtowaniu równowagi pro-antyoksydacyjnej organizmu. Rola reaktywnych form tlenu jako substratów reakcji enzymatycznych. Indukcja biosyntezy białek przez reaktywne formy tlenu. Reaktywne formy tlenu jako mediatory i regulatory metabolizmu. Możliwości wykorzystania biotechnologii w regulacji stanów fizjologicznych.
Biokatalizatory; możliwości wykorzystania, znaczenie w medycynie, rolnictwie, przemyśle, ochronie środowiska. Testy toksyczności. Biotechnologiczna ocena wykorzystania odpadów. Zastosowanie biosensorów w biologicznym oczyszczaniu ścieków. Mikro- i biosensory. Nowe metody analityczne. Metody enzymatyczne. Selektywność biokatalizatorów. Przetwarzanie sygnałów. Podstawowe elektrody jonoselektywne. Metody unieruchamiania enzymów. Sensory chemiczne. Elementy biokatalizatorów; części receptorowe i przetwornikowe. Rodzaje elektrod. Reakcje enzymatyczne. Procedury immobilizacyjne. Inertna matryca białkowa. Enzymatyczne elektrody potencjometryczne. Biokatalizatory mikrobiologiczne. Biokatalizatory wykorzystujące materiał bakteryjny, komórki roślinne i zwierzęce. Sensor glutaminowy. Biokatalizatory wykorzystujące receptory i przeciwciała. Ligandy. Podstawowe sposoby detekcji; bezpośredni i pośredni. Znaczniki. Elektrody potencjometryczne. Sensory elektrochemiczne. Membranowe elektrody jonoselektywne. Elektrody wskaźnikowe i odniesienia. Termodynamiczna równowaga jonów. Zastosowanie warstwy żelowej i membrany szklanej. Biosensory z zastosowaniem potencjometrycznych elementów detekcyjnych. Biokatalizatory do oznaczania penicyliny. Biokatalizatory amperometryczne. Elektroda tlenowa Clarka. Amperometryczne czujniki enzymatyczne do pomiaru stężenia glukozy. Czujnik kroplowy. Glukozomierze. Systemy sensorowe. Metody suchych testów paskowych. Elektrody optyczne. Światłowody. Optyczny sensor chemiczny (optroda). Układy transmisyjne. Układy reflektancyjne (odbiciowe). Układ pomiarowy z rozwidlonym układem włókien. Biosensory wykorzystujące optyczne metody detekcji. immunochemiczną reakcję wypierania. Zastosowanie fazy zawierającej oksydazę glukozy i fluorofor. Katalizatory półprzewodnikowe. Zastosowanie biokatalizatorów w ekologii i biotechnologii: 1) Biosensory czystości wód; 2) Sensory do oznaczania i monitorowania fosforanów w środowisku; 3) Sensory jakości żywności. Zastosowanie biokatalizatorów w metodach z użyciem bakterii przy oczyszczaniu ścieków i wód. Sensory do oznaczania i monitorowania fosforanów w środowisku. Przepływowe stanowiska pomiarowe. Biokatalizatory jakości żywności. Biokatalizatory jako naturalny narząd zmysłu. Biokatalizatory on-line, at-line i off-line. Biokatalizatory wykorzystywane w kontroli produkcji żywności, kosmetyków i leków. Biokatalizatory wykorzystujące impulsy elektryczne, fale elektromagnetyczne, ultradźwięki i środki selektywne. Wykorzystanie biokatalizatorów w badaniach jakościowych. Biokatalizatory do monitorowania stanu środowiska. Biosensory czułe na mutageny. Biokatalizatory elektrod enzymatycznych i optod wykorzystujących fluorescencję. Wykorzystanie materiałów biomimetycznych kompleksów miedzi. Przetworniki elektrochemiczne. Biosensory wykorzystujące preparaty komórkowe z szerokozakresową czułością. Biokatalizatory chemiczne w biotechnologii, ekotoksykologii i farmakologii.
Wykorzystanie metod biotechnologicznych w projektowaniu procesów i linii produkcyjnych w różnych obszarach medycyny, farmakologii, przemyśle spożywczym, produkcji nawozów chemicznych i preparatów biologicznych.