BIOTECHNOLOGIA A RODOWISKO Program wykadw 1 Przedmiot i

BIOTECHNOLOGIA A ŚRODOWISKO

Program wykładów 1. Przedmiot i zakres biotechnologii. Ogólna charakterystyka metod biotechnologicznych wykorzystywanych w ochronie środowiska 2. Metabolizm pierwotny i wtórny. Enzymy. Metabolizm ksenobiotyków w komórkach drobnoustrojów i ssaków Podstawowe reguły i mechanizmy regulacji metabolizmu. Działanie i właściwości enzymów. Mechanizmy degradacji ksenobiotyków organicznych. Metabolizm związków azotu: reakcje nitryfikacji i denitryfikacji. Wewnątrzkomórkowa akumulacja polifosforanów. Mechanizmy biosorpcji, akumulacji i biotransformacji jonów metali. Reakcje detoksyfikacji ksenobiotyków w organizmach ssaków. 3. Biologiczne oczyszczanie ścieków Układy technologiczne oczyszczania ścieków z zastosowaniem osadu czynnego. Parametry technologiczne osadu czynnego.

4. Biotechnologiczne metody oczyszczania powietrza i gazów odlotowych Podstawy mikrobiologii gleby. Zanieczyszczenie środowiska ropą naftową i jej produktami. Mechanizmy biodegradacji węglowodorów. Metody oczyszczania gruntów z produktów ropopochodnych 5. Fermentacyjne technologie 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). 6. Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud, odpadów przemysłowych i osadów ściekowych 7. Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów Biotechnologie wytwarzania prostych związków organicznych. Polimery wytwarzane przez drobnoustroje. Czyste technologie z zastosowaniem drobnoustrojów w procesach przemysłowych.

8. Biotechnologie odsiarczania węgla i ropy naftowej 9. Biologiczne metody oceny stanu środowiska Biologiczne testy toksyczności, mutagenności i kancerogenności. Biomonitoring zanieczyszczeń atmosfery. Bioindykatory i bioczujniki. Immunoanaliza zanieczyszczeń środowiska. 10. Fermentacyjne technologie pozyskiwania źródeł energii odnawialnej Fermentacja metanowa. Technologie otrzymywania biogazu. Biopaliwa. Bioogniwa paliwowe 11. Biotechnologiczne metody ochrony upraw rolnych i zwiększenia wydajności produkcji roślinnej Mikrobiologiczne zwalczanie owadów, chwastów i chorób roślin. Rośliny transgeniczne. . 12. Biotechnologia środowiska morskiego

Literatura uzupełniająca: E. Klimiuk, M. Łebkowska. Biotechnologia w ochronie środowiska, PWN W-wa, 2004 W. Wardencki (red. ) Bioanalityka w ocenie zanieczyszczeń środowiska, praca zbiorowa, CEEAM, Gdańsk 2004 A. Scragg, Environmental Biotechnology, Oxford University Press, 2005 Przedmiot kończy się zaliczeniem w formie kolokwium pisemnego.

Przedmiot i zakres biotechnologii Charakterystyka metod biotechnologicznych wykorzystywanych w ochronie środowiska

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

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

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

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

Oczyszczanie gazów odlotowych Bioskrubery, biofiltry i reaktory membranowe z immobilizowaną biocenozą bakteryjno-grzybową Schemat procesu oczyszczania gazów z użyciem biofiltru zraszanego

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)

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 (C 1 do C 9)

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

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

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

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

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.

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 2010 - 2011 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 również zaleceń 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

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 państwo może 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

EUROBAROMETR dotyczący publicznego odbioru biotechnologii - Większość Europejczyków uważa różne zastosowania współczesnej biotechnologii za użyteczne dla społeczeństwa. Opracowywanie nowych metod diagnostycznych i leków są uważane za najbardziej przydatne i najmniej niebezpieczne - Wykorzystywanie osiągnięć biotechnologii w celu wytwarzania żywności oraz przenoszenie ludzkich genów do zwierząt w celu wytwarzania organów do transplantacji uznano za najmniej przydatne i potencjalnie niebezpieczne - Europejczycy uważają za mało prawdopodobne, że biotechnologia przyczyni się w znaczący sposób do redukcji zjawiska głodu w krajach Trzeciego Świata - Większość uważa, że produkty GM powinny być oznakowane - Większość uważa, że powinno się raczej kontynuować tradycyjne metody, aniżeli zmieniać nawyki żywieniowe zwierząt hodowlanych za pomocą metod BT - Mniej niż 25% uważa, że aktualnie obowiązujące przepisy prawne w sposób wystarczający chronią społeczeństwa przed ryzykiem związanym ze stosowaniem metod współczesnej biotechnologii - Tylko około 20% wyraża pogląd, że regulacje prawne dotyczące biotechnologii powinny się odnosić jedynie do przemysłu - Jedna trzecia badanych uważa, że organizacje takie jak ONZ lub WHO są lepiej predestynowane do opracowania regulacji prawnych dotyczących biotechnologii niż organizacje ściśle naukowe

Eurobarometr 2005

Eurobarometr 2005

Eurobarometr 2005 Żywność GMO

Wyniki sondażu na temat stosunku społeczeństw UE do stosowania manipulacji genetycznych

The Royal Society Report Public Understanding of Science. . . Our most direct and useful message must be to the scientist themselves: learn to communicate with the public, be willing to do so and consider you duty to do so!