Engenharia Metabólica e Celular/Metabolic and Cellular Engineering
6.2.1.2. Docente responsável e respectivas horas de contacto na unidade curricular (preencher o nome completo): Manuel José Vieira Simões (42 h TP – 1 turma/class; 28 h PL – 1 turma/class)
6.2.1.3. Outros docentes e respectivas horas de contacto na unidade curricular:
6.2.1.4. Objectivos de aprendizagem (conhecimentos, aptidões e competências a desenvolver pelos estudantes): Fornecer aos estudantes as competências necessárias à quantificação dos fluxos metabólicos através da utilização de metodologias baseadas em modelos cinéticos e estequiométricos. Conferir aos estudantes proficiência na utilização de ferramentas informáticas para análise e simulação destes processos.
-Compreender a importância da engenharia metabólica na bioengenharia moderna
-Conhecer os principais modelos matemáticos de análise de sistemas metabólicos e celulares-Desenvolver competências na análise biomatemática de redes metabólicas
-Desenvolver competências na análise biomatemática de fluxos metabólicos
-Adquirir conhecimentos e desenvolver competências na utilização de bases de dados em engenharia metabólica -Adquirir conhecimentos nas tecnologias e estratégias de cultivo de células animais e vegetais
6.2.1.4. Learning outcomes of the curricular unit:
Provide students with the necessary skills for the quantification of metabolic fluxes using methodologies based on kinetic and stoichiometric models. Grant proficiency in the use of computing tools for the analysis and simulation
of these processes.
-Understand the importance of metabolic engineering in modern bioengineering
-Know the main mathematical models for the analysis of metabolic and cellular systems -Develop skills in biomathematical analysis of metabolic networks
-Develop skills in biomathematical analysis of metabolic fluxes
-Acquire knowledge and develop skills in the use of databases in metabolic engineering -Acquire knowledge on technologies and strategies for cultivation of animal and plant cells
6.2.1.5. Conteúdos programáticos: 1. Apresentação de conceitos:
-Engenharia metabólica; Ómicas; Biologia de sistema; Biologia sintética 2.Abordagens estratégicas em engenharia metabólica:
-Teoria dos sistemas bioquímicos -Análise de controlo metabólico
-Análise de fluxos metabólicos e análise de redes metabólicas -Métodos analíticos em engenharia metabólica
3. Bases de dados em biotecnologia
4. Tecnologia de células animais: Biorreatores
5. Tecnologia de células vegetais: Introdução aos métodos e parâmetros de cultura de células vegetais 6. Aplicações emergentes de engenharia metabólica.
7. Componente prática - Bioinformática: -Introdução à bioinformática
-Geração da matriz estequiométrica e cálculo de fluxos
-Utilização de bases de dados em biotecnologia e ferramentas computacionais em engenharia metabólica -Bioinformática estrutural e funcional
-Predição quantitativa do metabolismo celular com base em modelos de restrição -Ferramentas para otimização em engenharia metabólica
6.2.1.5. Syllabus:
1. Presentation of concepts:
-Metabolic engineering; Omics; System Biology; Synthetic Biology 2. Strategic approaches in metabolic engineering:
-Biochemical systems theory -Metabolic control analysis
-Metabolic flux analysis and metabolic network analysis -Analytical methods in metabolic engineering
3. Databases in biotechnology
4. Animal cell technology: Bioreactors
5. Plant cell technology: Introduction to methods for plant cell culture. 6. Emerging applications of metabolic engineering.
7. Practical component - Bioinformatics: -Introduction to bioinformatics
-Metabolic stoichiometric matrix creation and flux calculation
-Use of databases in biotechnology and computational tools for metabolic engineering -Structural and functional bioinformatics
-Quantitative prediction of cellular metabolism with constraint-based models -Tools for optimisation in metabolic engineering
6.2.1.6. Demonstração da coerência dos conteúdos programáticos com os objectivos da unidade curricular. Esta unidade curricular (UC) apresenta os elementos fundacionais da Engenharia Metabólica e Celular. Beneficiando do conhecimento e competências adquiridas num primeiro e segundo ciclo de estudos; com a multidisciplinaridade desta UC fornece-se um tratamento abrangente e coerente de conceitos e ferramentas comuns para aplicações envolvendo extração, processamento, uso e análise de informação em múltiplos cenários. A UC de Engenharia Metabólica e Celular aborda conceitos fundamentais para a modelação matemática do
metabolismo celular, para a extração de informação bioinformática e para o tratamento e a análise crítica de biossistemas.
Os objetivos pretendidos (quantificação dos fluxos metabólicos e a utilização de ferramentas informáticas para análise e simulação de processos celulares e metabólicos) estão compreendidos no programa, em particular nos pontos 2, 3, 6 e 7.
6.2.1.6. Demonstration of the syllabus coherence with the curricular unit's objectives.
This curricular unit (CU) presents the foundational elements of Metabolic and Cellular Engineering. Benefits from the knowledge and skills acquired in the first and second cycles; together with its multidisciplinary, this CU also provides a comprehensive and coherent treatment of common tools and concepts for applications involving the extraction, processing, use and analysis of information in multiple scenarios. The Metabolic and Cellular
Engineering CU addresses fundamental concepts for mathematical modelling of cellular metabolism, for the accurate extraction of bioinformatic information and for the treatment and critical analysis of biosystems. The aims (quantification of metabolic fluxes and the use of computing tools for the analysis and simulation of metabolic processes) are included in the syllabus, particularly in the points 2, 3, 6 and 7.
6.2.1.7. Metodologias de ensino (avaliação incluída):
Exposição formal dos fundamentos teóricos e práticos, usando videoprojetor e material online, acessível através da Internet. Desenvolvimento tutorial de alguns exemplos e resolução de problemas, com o recurso a software
adequado.
Tipo de Avaliação: Avaliação distribuída sem exame final
6.2.1.7. Teaching methodologies (including evaluation):
Formal presentation of the theoretical and practical basis, using the video projector and online material accessible via the Internet. Tutorial development of examples and problem solving resorting to the appropriate software.
Type of evaluation: Distributed evaluation without final exam.
6.2.1.8. Demonstração da coerência das metodologias de ensino com os objectivos de aprendizagem da unidade curricular.
No seu processo formativo o estudante participará em aulas expositivas, realizará trabalhos teóricos e práticos, individuais e em grupos, de natureza multidisciplinar, convenientemente acompanhados pelo docente; participará ainda em workshops e palestras proferidas por individualidades reconhecidas por elevados padrões científicos e/ou profissionais.
O processo de ensino-aprendizagem estará centrado no trabalho (autónomo e tutorado) do estudante e será efetuada uma monitorização constante da evolução e da aquisição de conhecimentos e competências pelo mesmo. Deverá resultar daqui uma aprendizagem mais proativa e dinâmica, com recurso a metodologias mais
diversificadas, que globalmente apoiem o estudante na assunção da sua responsabilidade pessoal no processo de aprendizagem, tornando-o gradualmente mais autónomo e independente.
Concretamente, na unidade curricular de Engenharia Metabólica e Celular será adotada uma metodologia de ensino que privilegia a aquisição das competências, especializadas e específicas, em ambos os contextos teórico e prático, que capacitem para o exercício profissional competente, para a intervenção social e para a investigação.
6.2.1.8. Demonstration of the coherence between the teaching methodologies and the learning outcomes.
In his/her formative process, the student will participate in theoretical lessons, conduct multidisciplinary theoretical and practical assignments, individually or in group, whilst properly monitored by the teacher; the student will also participate in workshops and lectures held by renowned experts acknowledged due to their high scientific and/or professional standards.
The teaching/learning process is focused on the student’s (autonomous and supervised) work, together with a regular monitoring of the development and acquisition of knowledge and skills by the said student. The aim is to obtain a more proactive and dynamic learning, by resorting to several technologies, that can overall lead the student to accept his/her personal responsibility in the learning process, making him/her gradually more autonomous and independent. More to the point, the Metabolic and Cellular Engineering course unit adopts a teaching methodology that privileges the acquisition of specialised and specific competencies, both in a theoretical as well as practical context, that qualify the student for the competent exercise of his/her profession, and for social intervention and research.
6.2.1.9. Bibliografia principal:
Stephanopoulos G N, Aristidou A A, Nielsen J; Metabolic engineering: principles and methodologies. Academic Press, London, 1998.
Torres N V, Voit E O; Pathway analysis and optimization in metabolic engineering. Cambridge University Press, 2002.
Cortassa S, Aon M A, Iglesias A A, Lloyd D; An introduction to metabolic and cellular engineering. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd, 2002.
Neumann K-H, Kumar A, Imani J; Plant cell and tissue culture – a tool in biotechnology, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009.
Freshney R I ; Culture of animal cells: a manual of basic technique, John Wiley & Sons Inc, 2005
Mapa IX - Política Energética e Ambiental/Energy and Environmental Policy