METODY BIOTECHNOLOGICZNE W OCHRONIE ŚRODOWISKA

1. METODY BIOTECHNOLOGICZNE W OCHRONIE ŚRODOWISKA

2. Program wykładów • Ogólna charakterystyka metod biotechnologicznych • wykorzystywanych w ochronie środowiska • 2. Metody segregacji i utylizacji odpadów stałych • (dr inż Maria Pertkiewicz-Piszcz) • 3. Metabolizm związków uciążliwych dla środowiska • w komórkach drobnoustrojów • Mechanizmy degradacji ksenobiotyków organicznych. Metabolizm związków • azotu: reakcje nitryfikacji i denitryfikacji. Wewnątrzkomórkowa akumulacja • polifosforanów. Mechanizmy biosorpcji, akumulacji i biotransformacji • jonów metali. • 4. Biotechnologiczne metody oczyszczania ścieków, powietrza • i gazów odlotowych. Biotechnologie zagospodarowania • odpadów komunalnych

3. 5. Biotechnologie remediacji gleby i wód powierzchniowych • Podstawy mikrobiologii gleby. Zanieczyszczenie środowiska ropą naftową • i jej produktami. Mechanizmy biodegradacji węglowodorów. • Metody oczyszczania gruntów z produktów ropopochodnych. • Biotechnologie remediacji jezior, rzek i stawów. • Biotechnologie wykorzystania odpadów przemysłowych • Biologiczny rozkład polisacharydów. Biokonwersja materiałów • ligninocelulozowych i skrobiowych. Biotechnologie wykorzystania odpadów • przemysłu drzewnego i papierniczego do otrzymywania drożdży paszowych, • etanolu i SCP (Single Cell Protein). • 7. Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud i osadów ściekowych • 8. Biotechnologie odsiarczania węgla i ropy naftowej • 9. Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów • Biotechnologie wytwarzania prostych związków organicznych. Polimery • wytwarzane przez drobnoustroje. Czyste technologie z zastosowaniem • drobnoustrojów w procesach przemysłowych.

4. 9. Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów Biotechnologie wytwarzania prostych związków organicznych. Polimery wytwarzane przez drobnoustroje. Czyste technologie z zastosowaniem drobnoustrojów w procesach przemysłowych. 10. Biologiczne metody oceny stanu środowiska Biologiczne testy toksyczności, mutagenności i kancerogenności. Biomonitoring zanieczyszczeń atmosfery. Bioindykatory i bioczujniki. Immunoanaliza zanieczyszczeń środowiska. 11.Biotechnologie pozyskiwania źródeł energii odnawialnej Technologie otrzymywania biogazu, bioetanolu i biologicznego oleju napędowego 12. Biotechnologiczne metody ochrony upraw rolnych i zwiększenia wydajności produkcji roślinnej Mikrobiologiczne zwalczanie owadów, chwastów i chorób roślin. Rośliny i zwierzęta transgeniczne. 13. Biotechnologia środowiska morskiego

5. Literatura uzupełniająca: E. Klimiuk, M. Łebkowska. Biotechnologia w ochronie środowiska, PWN W-wa, 2007 W. Wardencki (red.) Bioanalityka w ocenie zanieczyszczeń środowiska, praca zbiorowa, CEEAM, Gdańsk 2004 A. Jędrczak. Biotechnologiczne przetwarzanie odpadów, PWN, W-wa, 2008 A. Scragg, Environmental Biotechnology, Oxford University Press, 2005 Przedmiot kończy się zaliczeniem w formie kolokwium pisemnego. Warunkiem przystąpienia do kolokwium zaliczeniowego jest zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych. Konsultacje: wtorek, godz. 11.05 – 13.00, p. 23.

6. BIOTECHNOLOGIA Zintegrowane zastosowanie wiedzy z zakresu biochemii, mikrobiologii i nauk inżynierskich w celu racjonalnego wykorzystania możliwości drobnoustrojów, hodowanych komórek zwierzęcych i roślinnych lub ich części dla celów przemysłowych, w rolnictwie, ochronie zdrowia i w ochronie środowiska. Biotechnologia zielona – zastosowania metod biotechnologicznych w rolnictwie Biotechnologia czerwona – zastosowania metod biotechnologicznych w ochronie zdrowia Biotechnologia biała – wykorzystanie systemów biologicznych w produkcji przemysłowej i ochronie środowiska Biotechnologia biała – wykorzystanie systemów biologicznych w produkcji przemysłowej i ochronie środowiska

7. Metody biotechnologiczne Ochrona środowiska Odnowa środowiska bioremediacja oczyszczanie ścieków unieszkodliwianie odpadów oczyszczanie gazów odlotowych biomonitoring środowiska procesy biohydrometalurgiczne produkcja biopolimerów wytwarzanie biopaliw „czyste” technologie

8. Eliminacja ksenobiotyków Zależność pomiędzy rozpuszczalnością związków organicznych w wodzie a parametrem charakteryzującym ich bioakumulację

9. Biomonitoring Bioindykatory – organizmy używane jako wskaźniki stanu środowiska Biomarkery – składniki materii ożywionej (najczęściej biomakromolekuły) używane jako elementy układów analizujących stan środowiska Przykłady: 1. drobnoustroje zawierające gen kodujący GFP pod kontrolą genu, którego ekspresja jest zależna od stanu środowiska 2. Bakterie luminescencyjne jako elementy testów toksyczności i mutagenności Biosensory – wyizolowane biomarkery wbudowane w układy pomiarowe

10. Biologiczne oczyszczanie ścieków Zastosowanie drobnoustrojów do eliminacji ze ścieków związków organicznych, związków azotu (sole amonowe, azotany, azotyny), nieorganicznych związków fosforu. Oczyszczalnie działające technologią osadu czynnego

11. Oczyszczanie gazów odlotowych Używa się bioskrubery, biofiltry i reaktory membranowe z immobilizowaną biocenozą bakteryjno-grzybową Schemat procesu oczyszczania gazów z użyciem biofiltru zraszanego

12. Bioremediacja Procesy polegające na zastosowaniu drobnoustrojów aktywnie rozkładających zanieczyszczenia (głównie ropa naftowa i substancje ropopochodne) do przywracania właściwego stanu gleby i wód gruntowych Zdjęcie lotnicze terenu zanieczyszczonego w wyniku wycieku ropy z uszkodzonego rurociągu (Bemidji, Minnesota, USA)

13. Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów Związki proste wytwarzane przez drobnoustroje Biopolimery Polisacharydy • Etanol • Glicerol • Aceton • Butanol • 1,3-propandiol • Kwas mlekowy • Kwas cytrynowy • Kwas octowy • Kwas fumarowy • Akrylamid • biosurfaktanty • Kurdlan • Dekstran • Gellan • Pullan • Skleroglukan • Ksantan Biodegradowalne tworzywa plastyczne - polihydroksykwasy R = H lub alkil (C1 do C9)

14. Procesy biohydrometalurgiczne • pozyskiwanie metali z rud • odsiarczanie paliw • ługowanie metali z popiołów i odpadów przemysłowych • ługowanie metali z osadów ściekowych

15. Fermentacyjne technologie wykorzystywania odpadów przemysłowych ścieki odpady płynne osady ściekowe odpady komunalne odpady z przemysłu rolno-spożywczego ścieki oczyszczone osady ustabilizowane Fermentacja metanowa biogaz INSTALACJA DO WYTWARZANIA BIOGAZU Z ORGANICZNYCH ODPADÓW STAŁYCH (SALZBURG, AUSTRIA)

16. Czyste technologie z zastosowaniem drobnoustrojów i enzymów w procesach przemysłowych. • Odsiarczanie ropy naftowej i węgla. Usuwanie związków azotu z ropy • Zastosowanie enzymów to produkcji proszków do prania • Zastosowanie drobnoustrojów i enzymów do biotransformacji • związków organicznych • Zastosowanie drobnoustrojów i białek ekstremofilnych w przemyśle • spożywczym • Wykorzystanie enzymów proteolitycznych i hydrolaz polisacharydów • w przemyśle tekstylnym, papierniczym i skórzanym

17. Zastosowanie GMO w ochronie środowiska • wprowadzenie do organizmu genu nadającego mu nową cechę • Przykłady: • oporność roślin użytkowych na herbicydy; • zdolność drobnoustrojów do wykorzystywania • polisacharydów jako źródła węgla; • konstrukcja drobnoustrojów zdolnych • do metabolizmu ksenobiotyków • zmiana działania istniejącego genu w sposób, który zmienia cechy organizmu • Przykład: przedłużenie trwałości pomidorów metodą technologii antysensowej • (zmniejszenie aktywności genu kodującego poligalaktouronazę) • wprowadzenie genu w celu uzyskania możliwości wytwarzania nowego produktu • GMO jako bioreaktor • Przykład: produkcja białek terapeutycznych przez komórki drobnoustrojów, • roślin i zwierząt transgenicznych

18. Międzynarodowe i krajowe akty prawne zawierające wytyczne dotyczące GMO • Brak regulacji na poziomie światowym • UE • Dyrektywa parlamentu Europejskiego i Rady Europy 2001/18/WE • z 12.03.2001 w sprawie zamierzonego uwalniania do środowiska organizmów • zmodyfikowanych genetycznie i uchylająca dyrektywę Rady 90/220/EWG • Konieczność zgłoszenia zamiaru uwolnienia do środowiska organizmów GM • do odpowiedniej komisji krajowej i przeprowadzenia analizy przewidywanych • skutków a w efekcie uzyskania zezwolenia; • Podawanie do publicznej wiadomości wszystkich uwolnień GMO; • Informacja o zawartości GMO w produktach wprowadzanych do obrotu; • Państwa Członkowskie nie mogą zakazywać, ograniczać ani utrudniać • wprowadzenia do obrotu GMO w charakterze lub w składzie produktów, • które są zgodne z wymaganiami ustanowionymi w niniejszej dyrektywie; • Państwa członkowskie mogą wprowadzić zakaz GMO na ich terytorium, jeśli • uznają to za niezbędne, jednak wniosek musi być „oparty na nowych dowodach • naukowych dotyczących ochrony środowiska naturalnego lub środowiska • pracy ze względu na specyficzny problem tego państwa, który pojawił się • po przyjęciu środka harmonizującego”. Konieczna zgoda KE.

19. Polska • Ustawa o organizmach genetycznie modyfikowanych z dnia 22.06.2001, Dz. U. • 2001.76.118. Nowelizacja w 2003. • Utworzenie krajowej Komisji ds. GMO przy Ministrze Środowiska – organ • opiniodawczy • Przepisy dotyczące zamkniętego użycia GMO • Uwolnienie GMO do środowiska w celach innych niż wprowadzenie do obrotu • lub w celu wprowadzenia do obrotu wymagają zgody ministra. • Dyskusja nad kolejną nowelizacją • Rząd zmierza do stworzenia jak największej ilości barier, zachowując przy tym iluzoryczną • zgodność z prawem unijnym. Jednak takie zapisy jak tworzenie przez samorządy wojewódzkie • stref wolnych od GMO czy nadanie szerokich kompetencji regionalnym inspekcjom • na wprowadzenie zakazu uprawy roślin GM są sprzeczne z regulacjami prawnymi Unii • Europejskiej. Przyszła polska ustawa nie wypełnia równieżzaleceń KE dla współistnienia • upraw konwencjonalnych, ekologicznych i biotechnologicznych • Ustawa paszowa i nasienna z 2008 • zakaz wpisywania roślin GM do krajowego rejestru i obrotu materiałem siewnym • takich roślin • zakaz dopuszczania pasz z surowców GM • moratorium na powyższe zakazy do 2012

20. 8 września 2004 Komisja Europejska podjęła decyzję o dodaniu do listy nasion dopuszczonych do sprzedaży na terenie UE 17 odmian zmodyfikowanej kukurydzy - MON 810, opracowanej przez biotechnologiczny koncern Monsanto. Zastosowana modyfikacja uodparnia roślinę na larwy szkodnika - omacnicy prosowianki (Ostrinia nubilalis).Każde państwomoże na wystąpić o zgodę na zakaz uprawy na swoim terytorium. Polska wystąpiła o taką zgodę w 2005. Uzyskała zgodę na dwuletni zakaz, przedłużony o następne dwa lata