Kursplan för Industriell bioteknik

Kursplan fastställd 2024-02-07 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnIndustrial biotechnology
  • KurskodBBT065
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPBIO
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeBioteknik, Kemiteknik
  • InstitutionBIOLOGI OCH BIOTEKNIK
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 08120
  • Max antal deltagare60 (minst 10% av platserna reserveras för utbytesstudenter)
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0122 Inlämningsuppgift 2 hp
Betygsskala: UG		 2 hp
0222 Projekt 2 hp
Betygsskala: UG		 2 hp
0322 Tentamen 3,5 hp
Betygsskala: UG		 3,5 hp
  • 11 Okt 2024 fm J DIG

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Systembiologi (KMG060 eller liknande kurs). Grundkurs i minst ett av följande ämnen: Tillämpad mikrobiologi, Bioreaktionsteknik, Bioprocessteknik, Kemisk reaktionsteknik. Grundläggande erfarenhet av programmering i Matlab eller liknande rekommenderas.

Syfte

Kursen syftar till att studenterna ska

  • erhålla en kvantitativ förståelse av olika typer av bioreaktorer och odlingstekniker
  • förstå de krav på odlingsförhållanden och processtyrning som ställs pga av metabola, fysiologiska och morfologiska egenskaper hos olika cellsystem (bakterier, jäst, filamentösa svampar och högre eukaryota celler)
  • få kunskap om industriella tillämpningar av sådana cellfabriker
  • utveckla ingenjörskompetenser, som till exempel att arbeta med modeller och simulering, arbeta med komplexa och öppna frågeställningar, kommunicera vetenskapliga frågeställningar både skriftligt och muntligt och inom givna tidsramar

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

  • Beskriva hur förnyelsebara råvaror kan användas för produktion av fin- och bulk-kemikalier med hjälp av industriell bioteknik
  • Utforma vanliga mikrobiella odlingstekniker som satsvis, semi-satsvis (fed-batch), kontinuerlig och perfusionsodling, inlusive cellrecirkulering
  • Kvantitativt beskriva tillväxt och metabolism i industriliknande odlingssystem med hjälp av biokemiskt strukturerade matematiska modeller och simulering i Matlab
  • Utforma strategier för utveckling av mikrobiella cellfabriker för industriella tillämpningar, även med hänsyn till extra krav som ställs vid användande av förnyelsebara lignocellulosabaserade råvaror
  • Välja lämpliga odlingstekniker och celler för olika tillverknings- och forskningsändamål samt diskutera för- och nackdelar av alternativa odlingstekniker och celler
  • Utforma metaboliskt motiverade strategier för att styra odling av olika bakterier, jästar, filamentösa svampar och högre eukaryota celler
  • Formulera och kommunicera (skriftligt och muntligt) en ansökan för ett biotekniskt forsknings- eller utvecklingsprojekt, inklusive val av modellorganism, odlingsteknik, och analyser
  • Beskriva några viktiga industriella tillämpningar av mikrobiologi

Innehåll

  • Design av bioreaktorer
  • Principer för odlingsmetodik; sats-, semisats-, kontinuerlig och perfusionsodling.
  • Syreöverföring
  • Strategier för mätning och styrning av biologiska processer i industriell och laboratorieskala
  • Uppskalning från liten skala till produktionsskala
  • Tillväxtkinetik och processdynamik
  • Mikrobiell fysiologi och overflow-metabolism
  • Stamutveckling genom Metabolic Engineering och Evolutionary Engineering
  • Odling av mammalieceller, filamentösa svampar, jästar och bakterier
  • Industriell produktion av bland annat enzymer, antibiotika, startkulturer, organiska syror, etanol som biobränsle och öl 
  • Fysiologiskt baserad styrning av tekniska processer
  • Matematisk modellering och simulering i Matlab

Organisation

Kursen består av föreläsningar, övningar, en simuleringsbaserad inlämningsuppgift, en projektuppgift samt ett studiebesök.

Föreläsningarna är en viktig del av kursen och ger grunden för större delen av slutbetyget. C:a hälften av föreläsningarna behandlar dynamiska materialbalanser, mikrobiell kinetik samt fysiologiskt baserad styrning av bioreaktorer. Den andra hälften ägnas åt olika organismer och deras tillämpningar inom industrin, och de krav dessa ställer på odlingsteknik för olika ändamål.

Simuleringsuppgiften handlar om syreöverföring, biokemiskt strukturerad kinetikmodellering samt fysiologiskt baserad styrning av system av storskaliga bioreaktorer. Uppgiften görs i små grupper och examineras via en skriftlig rapport med muntlig uppföljning. För att stödja programmeringen erbjuds några övningar för att träna på grundläggande teoretiska koncept och för att skapa den Matlab-kod som är nödvändig för att lösa den relativt komplexa simuleringsuppgiften.

Projektuppgiften handlar om att formulera en ansökan om ett forskningsprojekt, som ska innehålla några av de odlingstekniska frågeställningar som behandlas i kursen. Projektinnehållet är i övrigt fritt. Ansökan ska lämnas in skriftligt och presenteras vid ett seminarium. Projektet görs i små grupper.

Litteratur

Kurslitteraturen består av utdelat material samt utvalda bokkapitel och vetenskapliga artiklar. Detta inkluderar:

Kap 3 och 4 i:
Stephanopoulos, Aristidou and Nielsen (1998), Metabolic engineering. Principles and methodologies. Academic Press. (Tillgänglig som e-bok via Chalmers bibliotek)

Utvalt material från:
Moo-Young, M (editor) (2011): Comprehensive Biotechnology (Second Edition), Elsevier (tillgänglig som e-bok).

Kurslitteratur från tidigare kurser kan användas som referensböcker:

  • Madigan MT (2012) Brock biology of microorganisms (13th edition). Pearson Education (även andra utgåvor)
  • Matthews, Appling, Anthony-Cahill, van Holde (2013) Biochemistry (4th edition). Pearson education (även andra utgåvor)
  • Nielsen J, Villadsen J, Lidén G (2011) Bioreaction Engineering Principles (3rd  edition), Springer (tillgänglig som E-bok)

Examination inklusive obligatoriska moment

Kursen examineras genom tentamen, simuleringsuppgiften och projektuppgiften, och alla bidrar till slutbetyget.

Tentamen innehåller beskrivande och kvantitativa frågor på föreläsningarnas, övningarnas och kurslitteraturens innehåll. För godkänt krävs minst 20 av 60 poäng. För godkänd simuleringsuppgift krävs minst 10 av 30 poäng. För projektet ges upp till 25 poäng för den skriftliga projektansökan och 5 poäng för den muntliga projektpresentationen. För godkänt projekt krävs minst 10 av 30 poäng.

Slutbetyget baseras på summan av erhållna poäng i de tre momenten. 50-69 poäng ger betyg 3, 70-89 poäng ger betyg 4 och 90-120 poäng ger betyg 5.

Inlämning av simulerings- och projektuppgifterna sker med strikta tidsgränser. Ytterligare information, t.ex. bedömningskriterier för rapporter, ges på kurshemsidan.

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.