Les progrès récents de notre capacité à lire et à écrire des séquences de génomes à grande échelle ont conduit à une vision ambitieuse pour une nouvelle génération de biotechnologies, souvent appelée biologie synthétique. La biologie synthétique vise à transformer la biologie en une discipline d'ingénierie, dans laquelle les ingénieurs des organismes utilisent des outils informatiques pour concevoir des systèmes biologiques dotés de nouvelles fonctionnalités utiles, qui sont ensuite construits à l'aide d'une ingénierie génétique avancée à haut débit, et testés par des technologies de criblage rapide qui recueillent des profils moléculaires de diagnostic pour améliorer les conceptions dans un cycle itératif de conception-construction-test. Ce module présentera les concepts d'ingénierie qui sous-tendent la biologie synthétique et les technologies de pointe qui sont à la base de notre capacité de plus en plus grande à construire des systèmes vivants dotés de fonctionnalités sur mesure. Toutes les étapes du cycle de conception-construction-test de nouveaux biosystèmes seront abordées, avec un accent particulier sur leur intégration dans une plateforme de bio-ingénierie unifiée. Des exemples porteront sur l'application de la biologie synthétique en tant que technologie habilitante pour la bioindustrie, en particulier pour l'amélioration de la production microbienne de produits chimiques et de médicaments de grande valeur. Une section sur la recherche et l'innovation responsables explorera le potentiel de transformation de cette technologie innovante dans un contexte socio-économique plus large, en sensibilisant aux implications éthiques et politiques de la recherche dans ce domaine.

L'ingénierie biochimique et des bioprocédés s'intéresse à la conception de processus qui impliquent des transformations biologiques pour fabriquer une gamme de produits chimiques d'origine biologique, de produits biopharmaceutiques et de biocarburants. En appliquant la connaissance des contraintes du processus, qui sont généralement décrites mathématiquement, les ingénieurs biochimistes sont en mesure de concevoir une série d'étapes de processus intégrées ou "opérations unitaires" qui, ensemble, constituent un bioprocédé. Ce module permettra d'apprécier le rôle clé de l'ingénierie biochimique dans la traduction des découvertes issues des sciences de la vie et de la biologie synthétique, telles que les plates-formes microbiennes améliorées pour l'expression des produits, en processus de production à grande échelle économiquement viables. Les concepts clés de l'ingénierie et l'approche de résolution de problèmes nécessaires à la conception de bioprocédés seront enseignés par un groupe d'ingénieurs biochimiques de l'Université de Manchester, de l'University College London et de l'Université technique du Danemark.

Ce module porte sur la production de produits pharmaceutiques et de produits chimiques fins à l'aide de la biocatalyse. Plus précisément, nous étudierons les transformations biocatalytiques isolées utilisant des enzymes isolées ou des cellules entières comme catalyseurs pour fabriquer des produits commercialement importants, notamment des produits pharmaceutiques, des monomères industriels et des produits de soins personnels. Ce module sera dispensé par le Dr Andy Wells de CHEM21, le plus grand partenariat public-privé d'Europe consacré au développement de la fabrication de produits pharmaceutiques durables, dirigé par l'université de Manchester et la société pharmaceutique GlaxoSmithKline. Le Dr Wells et le Dr Tom Dugmore de l'université de York étudieront six exemples industriels de réactions biocatalytiques impliquant six transformations enzymatiques différentes. Chaque exemple portera sur le produit, le procédé de fabrication, le mécanisme de la réaction enzymatique et certains des facteurs de durabilité et des mesures pour l'adoption de la réaction biocatalytique dans le cadre du procédé de fabrication. Dans les six exemples, un certain nombre d'attributs clés des processus enzymatiques qui doivent être pris en compte pour une mise à l'échelle réussie seront examinés. Il s'agit notamment du choix de l'enzyme libre ou du catalyseur à cellules entières, des cofacteurs et de leur recyclage, des réactions multiphases, de la stabilité de l'enzyme et du débit. Chaque exemple comportera un certain nombre de références à la littérature primaire couvrant le produit et le type d'enzyme pour un apprentissage plus approfondi en dehors du module.

La bioénergie est une énergie renouvelable extraite de la biomasse (matière biologique organique telle que les plantes et les animaux, le bois, les déchets, le gaz (hydrogène) et les carburants à base d'alcool). La biomasse est le combustible, la bioénergie est l'énergie contenue dans ce combustible. Dans ce module, nous étudierons la production de biocarburants et les défis en matière de recherche et de connaissances associés à l'augmentation de la contribution de la bioénergie britannique à la réalisation des objectifs environnementaux stratégiques d'une manière cohérente, durable et rentable. En outre, nous étudierons la science des biomatériaux et, en particulier, le développement de nouveaux biomatériaux et leur application dans une variété de produits industriels et médicaux. Les biomatériaux peuvent être dérivés de la nature ou synthétisés en laboratoire à l'aide d'une variété d'approches chimiques utilisant des composants métalliques, des polymères, des céramiques ou des matériaux composites. En tant que science, les biomatériaux ont une cinquantaine d'années d'existence. Nous examinerons donc les tendances actuelles et l'avenir de la recherche sur les biomatériaux et des technologies de biofabrication.

La glycoscience est la science et la technologie des hydrates de carbone, qui sont les molécules biologiques les plus abondantes sur Terre et qui font partie de la biologie de tous les organismes vivants. Ce module présentera les concepts fondamentaux de la glycoscience, ainsi que les avantages pour la société et la manière dont ils influencent la bioéconomie. Une série d'études de cas sera utilisée pour présenter certains des principaux défis et des solutions basées sur les glycanes dans les domaines des produits pharmaceutiques et de la médecine personnalisée, de la sécurité alimentaire et des biomatériaux. Les produits biopharmaceutiques sont de nouveaux médicaments fabriqués biologiquement. "Biologiquement" signifie que la production est trop complexe pour la chimie simple et que nous devons actuellement utiliser des matériaux biologiques - des cellules, en utilisant le spectre des réactions catalytiques naturelles - pour fabriquer ces médicaments révolutionnaires. Nous examinerons la révolution de ces médicaments dans un contexte clinique, sociétal et économique, ainsi que les approches utilisées pour garantir la production de produits biopharmaceutiques sûrs et efficaces, en utilisant différents types de systèmes d'expression. Les étudiants seront initiés à des études de cas détaillées qui illustrent comment les principes développés dans d'autres sous-modules sont mis en pratique dans le contexte industriel.