Die jüngsten Fortschritte in unserer Fähigkeit, Genomsequenzen in großem Maßstab zu lesen und zu schreiben, haben zu einer ehrgeizigen Vision für eine neue Generation der Biotechnologie geführt, die oft als Synthetische Biologie bezeichnet wird. Die Synthetische Biologie zielt darauf ab, die Biologie in eine Ingenieursdisziplin zu verwandeln, in der Organismus-Ingenieure computergestützte Werkzeuge verwenden, um biologische Systeme mit neuartigen, wertvollen Funktionen zu entwerfen, die dann mit Hilfe fortschrittlicher Hochdurchsatz-Gentechnik gebaut und durch schnelle Screening-Technologien getestet werden, die diagnostische molekulare Profile sammeln, um verbesserte Designs in einem iterativen Design-Build-Test-Zyklus voranzutreiben. Dieses Modul führt in die ingenieurwissenschaftlichen Konzepte ein, die der Synthetischen Biologie zugrunde liegen, sowie in die Spitzentechnologien, die unserer dramatisch zunehmenden Fähigkeit zugrunde liegen, lebende Systeme mit maßgeschneiderten Funktionalitäten zu konstruieren. Alle Phasen des Design-Build-Test-Zyklus für neuartige Biosysteme werden erörtert, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf ihrer Integration in eine einheitliche Bioengineering-Plattform liegt. Beispiele werden sich auf die Anwendung der Synthetischen Biologie als Grundlagentechnologie für die Bioindustrie konzentrieren, insbesondere für die verbesserte mikrobielle Produktion von hochwertigen Chemikalien und Medikamenten. Ein Abschnitt über verantwortungsbewusste Forschung und Innovation wird das transformative Potenzial dieser innovativen Technologie in einem breiteren sozioökonomischen Kontext untersuchen und ein Bewusstsein für die ethischen und politischen Auswirkungen der Forschung in diesem Bereich schaffen.

Die Biochemie- und Bioprozesstechnik befasst sich mit der Entwicklung von Prozessen, die biologische Umwandlungen beinhalten, um eine Reihe von biobasierten Chemikalien, Biopharmazeutika und Biokraftstoffen herzustellen. Durch die Anwendung von Kenntnissen über Prozessbedingungen, die in der Regel mathematisch beschrieben werden, sind Bioverfahrenstechniker in der Lage, eine Reihe von integrierten Prozessschritten oder "Unit Operations" zu entwerfen, die zusammen einen Bioprozess bilden. Dieses Modul vermittelt ein Verständnis für die Schlüsselrolle, die die Bioverfahrenstechnik bei der Umsetzung von Entdeckungen aus den Biowissenschaften und der synthetischen Biologie spielt, wie z.B. verbesserte mikrobielle Plattformen für die Produktexpression, in wirtschaftlich tragfähige Produktionsprozesse im großen Maßstab. Wichtige ingenieurwissenschaftliche Konzepte und Problemlösungsansätze, die für die Entwicklung von Bioprozessen erforderlich sind, werden von einer Gruppe von Biochemie-Ingenieuren der University of Manchester, des University College London und der Technical University of Denmark vermittelt.

Dieses Modul befasst sich mit der Herstellung von Pharmazeutika und Feinchemikalien mithilfe der Biokatalyse. Insbesondere werden wir uns mit isolierten biokatalytischen Umwandlungen befassen, bei denen isolierte Enzyme oder ganze Zellen als Katalysatoren verwendet werden, um kommerziell wichtige Produkte wie Pharmazeutika, industrielle Monomere und Körperpflegeprodukte herzustellen. Dieses Modul wird von Dr. Andy Wells von CHEM21 geleitet, Europas größter öffentlich-privater Partnerschaft, die sich der Entwicklung der Herstellung nachhaltiger Pharmazeutika widmet und von der University of Manchester und dem Pharmaunternehmen GlaxoSmithKline geführt wird. Dr. Wells wird zusammen mit Dr. Tom Dugmore von der University of York sechs industrielle Beispiele für biokatalytische Reaktionen mit sechs verschiedenen Enzymumwandlungen untersuchen. Bei jedem Beispiel werden das Produkt, der Herstellungsweg, der Mechanismus der Enzymreaktion und einige der Nachhaltigkeitsfaktoren und -metriken für die Einführung von IB als Teil des Herstellungsweges untersucht. Anhand der sechs Beispiele wird eine Reihe von Schlüsseleigenschaften enzymkatalysierter Prozesse untersucht, die für ein erfolgreiches Scale-up berücksichtigt werden müssen. Dazu gehören die Wahl des freien Enzyms oder des Ganzzellkatalysators, Co-Faktoren und das Recycling von Co-Faktoren, mehrphasige Reaktionen, die Stabilität der Enzyme und der Durchsatz. Zu jedem Beispiel gibt es eine Reihe von Verweisen auf die Primärliteratur, die das Produkt und den Enzymtyp abdeckt, damit Sie auch außerhalb des Moduls weiter lernen können.

Bioenergie ist erneuerbare Energie, die aus Biomasse (organisches biologisches Material wie Pflanzen und Tiere, Holz, Abfälle, (Wasserstoff-)Gas und Alkoholbrennstoffe) gewonnen wird. Biomasse ist der Brennstoff, Bioenergie ist die in diesem Brennstoff enthaltene Energie. In diesem Modul befassen wir uns mit der Produktion von Biokraftstoffen und den Forschungs- und Wissensherausforderungen, die damit verbunden sind, den Beitrag der britischen Bioenergie zur Erreichung der strategischen Umweltziele auf kohärente, nachhaltige und kosteneffektive Weise zu erhöhen. Darüber hinaus befassen wir uns mit der Wissenschaft der Biomaterialien und insbesondere mit der Entwicklung neuartiger Biomaterialien und ihrer Anwendung in einer Vielzahl von industriellen und medizinischen Produkten. Biomaterialien können entweder aus der Natur stammen oder im Labor mit Hilfe verschiedener chemischer Verfahren aus metallischen Komponenten, Polymeren, Keramiken oder Verbundwerkstoffen synthetisiert werden. Als Wissenschaft ist sie etwa 50 Jahre alt, daher werden wir uns mit den aktuellen Trends und der Zukunft der Biomaterialforschung und der Bioproduktionstechnologien beschäftigen.

Glykowissenschaft ist die Wissenschaft und Technologie der Kohlenhydrate, die die am häufigsten vorkommenden biologischen Moleküle auf der Erde sind und einen Teil der Biologie aller lebenden Organismen ausmachen. In diesem Modul werden die grundlegenden Konzepte der Glykowissenschaft vorgestellt, um dann auf die Vorteile für die Gesellschaft einzugehen und zu erläutern, wie sie die Bioökonomie antreibt und beeinflusst. Anhand einer Reihe von Fallstudien werden einige der wichtigsten Herausforderungen und glykanbasierten Lösungen in den Bereichen Pharmazeutika und personalisierte Medizin, Lebensmittelsicherheit und Biomaterialien vorgestellt. Biopharmazeutika sind neue Medikamente, die biologisch hergestellt werden. "Biologisch" bedeutet, dass die Herstellung zu komplex für einfache Chemie ist und dass wir derzeit biologische Materialien - Zellen, unter Nutzung des Spektrums natürlicher katalytischer Reaktionen - einsetzen müssen, um diese revolutionären Medikamente herzustellen. Wir werden uns mit der Revolution bei der Entwicklung dieser Medikamente im klinischen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Kontext befassen und mit den Ansätzen, die für die Herstellung sicherer und wirksamer Biopharmazeutika verwendet werden, wobei verschiedene Arten von Expressionssystemen eingesetzt werden. Die Studenten werden mit detaillierten Fallstudien vertraut gemacht, die veranschaulichen, wie die in anderen Untermodulen entwickelten Prinzipien in der industriellen Praxis umgesetzt werden.