| Kods | DA1211 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nosaukums | Bioprocesu modelēšana un bioražošana | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Statuss | Obligātais/Ierobežotās izvēles | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Līmenis un tips | Augstākā līmeņa, Akadēmiskais | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tematiskā joma | Bioloģija | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Struktūrvienība | Dabaszinātņu un tehnoloģiju fakultāte | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Mācībspēks | Tālis Juhna, Māris Turks | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kredītpunkti | 15.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Daļas | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Anotācija |
Studiju kurss seko pilnam bioražošanas procesa ciklam no sākuma līdz beigām. Studenti sāk ar mērķa savienojuma izvēli, balstoties uz tā bioloģisko nozīmību, ražošanas potenciālu un analītisko nosakāmību. Pēc tam viņi izveido matemātiskos modeļus, lai prognozētu augšanas kinētiku, substrāta patēriņu un produkta veidošanos, izmantojot tādus rīkus kā MATLAB, Python vai COPASI. Šie modeļi palīdz eksperimentu plānošanā, nosakot optimālos procesa apstākļus un prognozējot sagaidāmo iznākumu.. Tālāk studenti izstrādā un veic fermentācijas stratēģiju laboratorijas mēroga bioreaktoros, pielāgojot barotnes sastāvu, pH, temperatūru, aerāciju un maisīšanu atbilstoši modelēšanas rezultātiem. Pēc fermentācijas viņi veic produkta ekstrakciju un attīrīšanu, izvēloties piemērotās metodes – centrifugēšanu, filtrēšanu, kristalizāciju, destilāciju vai sublimāciju – atkarībā no savienojuma fizikāli ķīmiskajām īpašībām un modeļos noteiktajām masas bilancēm.. Noslēgumā studenti veic produkta ķīmisko un analītisko raksturošanu, izmantojot gravimetriskās, titrimetriskās, hromatogrāfiskās un spektroskopiskās metodes, lai noteiktu iznākumu, tīrību un procesa efektivitāti. Tad viņi salīdzina eksperimentālos rezultātus ar modeļu prognozēm, pilnveido modeļus un izvērtē procesa veiktspēju.. Šī integrētā pieeja – modelēšana, eksperimenti, attīrīšana un analīze – atspoguļo reālu bioprocesu izstrādi un māca studentiem, kā datu vadīta pieeja uzlabo bioražošanas rezultātus.. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Studiju kursa saturs |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Mērķis un uzdevumi, izteikti kompetencēs un prasmēs |
Studiju kursa mērķis ir nodrošināt strukturētu, uz mērogošanu orientētu mācību pieredzi bioražošanā. Studiju kursa uzdevumi: - veidot izpratni par bioprocesu modelēšanas pamatiem un galvenajiem matemātiskajiem principiem bioloģisko sistēmu analīzē; - paplašināt zināšanas par sistēmbioloģijas un paredzošās modelēšanas principiem bioprocesu projektēšanai un optimizācijai; - attīstīt prasmes bioprocesu modelēšanā, simulācijā un optimizācijā, izmantojot MATLAB, Python un citus digitālos rīkus; - iemācīt plānot un veikt laboratorijas eksperimentus, integrējot modeļu prognozes ar praktiskajiem datiem; - veicināt spēju analizēt bioprocesu parametrus (augšanas kinētiku, substrāta patēriņu, produkta veidošanos); - iemācīt pielietot produktu ekstrakcijas, attīrīšanas un analītiskās metodes (gravimetrija, titrimetrija, hromatogrāfija, spektroskopija) procesa kvalitātes novērtēšanai; - nodrošināt praktisku pieredzi pilna bioprocesa izstrādē – no mērķa savienojuma izvēles līdz produkta iegūšanai un analīzei; - veicināt spēju integrēt modelēšanu ar eksperimentiem, salīdzināt modeļu prognozes ar eksperimentālajiem datiem un pilnveidot modeļus procesa efektivitātes uzlabošanai; - nostiprināt izpratni un spēju darboties uz mērogošanu orientētā bioprocesu vidē, aptverot visu ciklu no idejas līdz gatavam produktam. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Sasniedzamie studiju rezultāti un to vērtēšana |
Zināšanas:
- izprot bioprocesu modelēšanas pamatus un spēj analizēt bioloģisko sistēmu dinamiku;
- izprot sistēmbioloģijas un paredzošās modelēšanas principus bioprocesu projektēšanā. - Starpposma tests.
Kritēriji:
- pareizas atbildes uz teorētiskiem jautājumiem par bioprocesu modelēšanas un bioražošanas principiem;
- spēja skaidri definēt pamatjēdzienus un aprakstīt galvenos procesus. Prasmes: - spēj modelēt, simulēt un optimizēt bioprocesus, izmantojot specializētu programmatūru (MATLAB, Python u.c.); - prot plānot un veikt laboratorijas eksperimentus, integrējot modeļu prognozes ar praktiskajiem datiem; - spēj analizēt bioprocesu parametrus, tostarp augšanas kinētiku, substrāta patēriņu un produkta veidošanos; - prot pielietot produktu ekstrakcijas, attīrīšanas un analītiskās metodes (gravimetrija, titrimetrija, hromatogrāfija, spektroskopija) procesa novērtēšanai. - Laboratorijas darbi. Kritēriji: - pareiza metožu pielietošana (eksperimentu veikšana atbilstoši protokolam); - iegūto datu kvalitāte un precizitāte; - spēja interpretēt rezultātus un pamatot secinājumus. Modelēšanas uzdevumi. Kritēriji: - modeļu uzbūves korektums un simulāciju precizitāte; - spēja argumentēt izvēlētos parametrus un modelēšanas pieeju. Kompetences: - spēj izstrādāt pilnu bioprocesu – no mērķa savienojuma izvēles līdz produkta iegūšanai un analīzei; - spēj integrēt modelēšanu ar eksperimentiem, salīdzināt modeļu prognozes ar eksperimentālajiem datiem un pilnveidot modeļus procesa efektivitātes uzlabošanai; - spēj darboties uz mērogošanu orientētā bioprocesu vidē, aptverot visu ciklu no idejas līdz gatavam produktam. - Projekta darbs grupā. Kritēriji: - dizaina domāšanas pielietojums risinājuma izstrādē; - loģiska un pamatota risinājuma struktūra; - modelēšanas un eksperimentu integrācija projektā; - prezentācijas kvalitāte (argumentācija, vizualizācija, skaidrība). |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Studiju rezultātu vērtēšanas kritēriji |
Starpposma tests - 10%
Laboratorijas darbi - 30% Modelēšanas uzdevumi - 30% Projekta darbs grupā - 30% |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Priekšzināšanas | Mikrobioloģija; Reaktoru teorija, Programmēšanas pamati. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Studiju kursa plānojums |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||