الهندسة الإنزيمية

الفصل

العنوان

المحتوى

1

مدخل إلى علم الإنزيمات

1. الخلفية التاريخية 2. التعريف والأهمية 3. البنية العامة 4. الخصائص 5. التموضع الخلوي 6. الحجم والكتلة الجزيئية 7. التسمية والتصنيف

2

العلاقة بين البنية والوظيفة

1. المعمار الوظيفي 2. النظائر الإنزيمية وأدوارها 3. تركيب الموقع الفعّال وطوبولوجيته 4. موقع ارتباط الركيزة والموقع التحفيزي 5. دور الثمالات الأمينية 6. العوامل المؤثرة في الارتباط 7. نموذجا القفل والمفتاح والتلاؤم المستحث 8. التآثرات غير التساهمية

3

التفاعل الإنزيمي

1. التعريف والمبادئ 2. خطوات الآلية 3. العناصر الأساسية 4. العوامل المؤثرة 5. التفاعلات ثنائية الركيزة

4

طاقة التفاعلات المحفّزة إنزيميًا

1. طاقة التنشيط Ea 2. نظرية الحالة الانتقالية 3. تغيّر الإنثالبي ΔH 4. طاقة غيبس ΔG 5. التلقائية والعكوسية

5

الحركية الإنزيمية

1. مقدمة 2. مبادئ الحركية الكيميائية 3. أطوار التفاعل 4. السرعة الابتدائية V₀ 5. ميكايليس–منتن 6. Km وVmax 7. تمثيل لاينويفر–بورك وطرائق التحويل الخطي

6

الآليات الجزيئية للتحفيز الإنزيمي

1. أثر التقارب والتوجيه 2. التحفيز التساهمي 3. التحفيز الحمضي القاعدي 4. التحفيز بالأيونات المعدنية

7

تثبيط الإنزيمات

1. مقدمة 2. دور المؤثّرات في تعديل النشاط 3. أنواع المثبّطات 4. تصميم المثبّطات وتطبيقها في التكنولوجيا الحيوية والطب

8

تنظيم الإنزيمات

1. نظرة عامة 2. الإنزيمات التنظيمية ووظائفها 3. آليات التنظيم

الحصة

العنوان

المحور

1

القياس الكمي للنشاط الإنزيمي

طرائق القياس، ومنها القياس الطيفي الضوئي وتعريف الوحدات

2

تمارين قياس النشاط

حساب الوحدات والنشاط النوعي وسرعات التفاعل

3

تمارين الحركية

تحليل السرعات بتمثيلي ميكايليس–منتن ولاينويفر–بورك

4

تمارين التثبيط

التثبيط التنافسي وغير التنافسي واللاتنافسي وتغيّر Km وVmax

الحصة

العنوان

الهدف

الأنشطة

التقنيات

1

مدخل إلى الإنزيمات وإعداد القياس

تحضير قياسات النشاط وتوحيدها.

• استخلاص إنزيم بسيط أو إنتاجه • تقدير البروتين بطريقة برادفورد • إعداد قياس نشاط أساسي • حساب النشاط

• القياس الطيفي الضوئي • استخدام الماصّات • منحنيات المعايرة

2

أثر pH والحرارة

استكشاف تأثير الوسط في النشاط.

• قياس النشاط بين pH 2–10 • الاختبار بين 10°C–70°C • مناقشة التمسّخ والحالة الانتقالية

• المحاليل المنظّمة • التحكّم الحراري

7

حركية ميكايليس–منتن

تعيين Km وVmax.

• قياس السرعة عند تراكيز ركيزة مختلفة • رسم المنحنيات • تفسير المعاملات

• التحويل الخطي • ملاءمة المنحنيات • حساب المعاملات

8

التثبيط الإنزيمي

توصيف التثبيط التنافسي وغير التنافسي.

• اختبار إنزيم نموذجي مع مثبّطات • مقارنة السرعات بوجود المثبّط وغيابه • تصنيف التثبيط بلاينويفر–بورك

• تحضير المثبّطات • النمذجة الحركية

الفصل

العنوان

المحتوى

1

مدخل إلى البيولوجيا الجزيئية

الخلفية التاريخية والأهمية؛ المبدأ المركزي للبيولوجيا الجزيئية

2

بنية الأحماض النووية

المكوّنات الكيميائية؛ النيوكليوزيدات والنيوكليوتيدات؛ بلمرة النيوكليوتيدات؛ بنية الدنا وتنظيمه؛ بنية الرنا وأنواعه ووظائفه؛ التعامل مع الأحماض النووية

3

تنظيم الجينوم والجين

المفاهيم الأساسية؛ تنظيم الجينوم؛ تنظيم الجين

4

تضاعف الدنا

المبادئ والإنزيمات المشاركة؛ التضاعف لدى بدائيات وحقيقيات النوى

5

التنوّع الوراثي وصيانة الدنا

سلامة الدنا وأذياته؛ الاستجابات الخلوية؛ آليات الإصلاح؛ التنوّع الوراثي والطفرات

6

نسخ الدنا

مبادئ النسخ؛ وحدة النسخ؛ النسخ لدى بدائيات وحقيقيات النوى

7

الترجمة

الشفرة الوراثية؛ مكوّنات جهاز الترجمة؛ الترجمة لدى بدائيات وحقيقيات النوى؛ تعديلات ما بعد الترجمة. توضيح: يُترجَم الرنا المرسال، وليس الدنا مباشرةً.

8

مدخل إلى تطبيقات الذكاء الاصطناعي في البيولوجيا الجزيئية

أسس الذكاء الاصطناعي والتعلّم الآلي والعميق؛ قواعد البيانات البيولوجية؛ أدوات المعلوماتية الحيوية؛ تحليل التسلسلات والتنبؤ بالبنية بمساعدة الذكاء الاصطناعي؛ توصيف الجينوم؛ تطبيقات في تنظيم الجينات وتحليل البروتينات

ورقة العمل

العنوان

الأنشطة والمحاور الرئيسية

01

بنية الأحماض النووية

• البنية الكيميائية للدنا والرنا • النيوكليوتيدات وازدواج القواعد وروابط الفوسفوديستر • اللولب المزدوج للدنا وأنواع الرنا

02

تنظيم الجينوم والجين

• جينومات بدائيات النوى وحقيقياتها • بنية الجينات وأنواعها • العناصر القافزة وديناميكية الجينوم

03

تضاعف الدنا

• الآليات لدى بدائيات وحقيقيات النوى • إنزيمات التضاعف • منشأ التضاعف وشوكته

04

التنوّع الوراثي وصيانة الدنا

• أذيات داخلية وخارجية المنشأ • مسارات إصلاح الدنا • أنواع الطفرات وآثارها

05

نسخ الدنا

• الشريط القالب والشريط المشفِّر • نشاط بوليميراز الرنا • النسخ لدى بدائيات وحقيقيات النوى

06

الترجمة

• الشفرة الوراثية وجهاز الترجمة • البدء والاستطالة والإنهاء • الفروق بين ترجمة بدائيات النوى وحقيقياتها؛ المقصود ترجمة الرنا المرسال

07

تطبيقات الذكاء الاصطناعي في البيولوجيا الجزيئية

• مدخل إلى قواعد البيانات والأدوات البيولوجية، مثل BLAST وEnsembl وAlphaFold؛ ليست جميعها أدوات ذكاء اصطناعي • تصنيف تشابه التسلسلات • استخدام أداة محاذاة بسيطة قائمة على الذكاء الاصطناعي • عرض خوارزمية تعلّم خاضع للإشراف، مثل شجرة قرار لتصنيف الطفرات • التنبؤ ببنية الرنا والبروتين بأدوات عبر الإنترنت

الوحدة

العنوان

المحاور المتناولة

1

مدخل إلى الموازين الهندسية

• ما العملية؟ • النظام وحجم التحكم • العمليات المستقرة وغير المستقرة • المتغيرات الامتدادية والمكثفة • مخططات العملية الأساسية: المخطط الكتلي ومخطط تدفق العملية

2

أسس الوحدات والأبعاد

• التجانس البُعدي • تحويل الوحدات والنظام الدولي • التحليل البُعدي ومدخل إلى مبرهنة باكنغهام π • التحقّق من اتساق المعادلات الهندسية

3

موازنة الكتلة دون تفاعلات

• المعادلة العامة لموازنة الكتلة • الأنظمة الدفعية وشبه الدفعية والمستمرة • الحالة المستقرة والانتقالية • العمليات أحادية الوحدة ومتعددة الوحدات • حسابات إعادة التدوير والتحويل الجانبي والتطهير

4

موازنة الكتلة مع تفاعلات كيميائية أو كيميائية حيوية

• مدخل إلى ستوكيومترية التفاعل • المتفاعلات المحدِّدة والفائضة • التحوّل والمردود والانتقائية • الموازين مع النمو الميكروبي أو التفاعلات الإنزيمية • تطبيق: موازنة الأكسجين في التخمير الهوائي

5

موازنة الطاقة دون تفاعلات

• القانون الأول للديناميكا الحرارية في الأنظمة المغلقة والمفتوحة • الحرارة والشغل والطاقة الداخلية والإنثالبي • موازنة الطاقة في الحالتين المستقرة وغير المستقرة • حساب الإنثالبي: السعات الحرارية وتحولات الطور • موازين الطاقة في الخلط والتسخين والتبخير

6

موازنة الطاقة مع التفاعلات

• حرارة التفاعل • حرارة التكوين والاحتراق • موازين الطاقة في التفاعلات الكيميائية الحيوية، مثل مردود ATP • مسائل تجمع موازنتَي الكتلة والطاقة

7

مدخل إلى موازنة كمية الحركة

• فقد الضغط في الأنابيب: معادلة برنولي وفواقد الاحتكاك • القوى على الأسطح المغمورة • أسس سكون الموائع وديناميكيتها • تطبيقات في الخزانات المحرَّكة والمخمّرات والترشيح

8

تطبيقات في هندسة العمليات الحيوية

• موازين المادة والطاقة في المفاعلات الحيوية • حالة دراسية: التخمير الدفعي والدفعي المغذّى • حالة دراسية: التعقيم والمعالجة اللاحقة للإنتاج • مدخل إلى أدوات المحاكاة مثل SuperPro وHYSYS والنمذجة باستخدام Excel

الحصة

العنوان

المفاهيم الرئيسية

الصلة بهندسة العمليات الحيوية

مثال تطبيقي

1

الوحدات والأبعاد ومخططات العمليات

• وحدات النظام الدولي والتجانس البُعدي • مخططات التدفق: دفعي ومستمر، ومراحل سابقة للإنتاج ولاحقة له

• أساس لتحضير أوساط التخمير وأنظمة التعقيم والاسترجاع اللاحق

• تفسير مخطط تخمير وطرد مركزي • تحويل وحدات التدفق، مثل لتر/ساعة إلى م³/ثانية

2

موازين الكتلة دون تفاعلات

• الموازنة الواردة: الداخل = الخارج، وهي حالة دون تراكم • الأنظمة المستقرة وغير المستقرة

• تحضير الأوساط وتخفيف المغذيات وتحضير المحاليل المنظّمة للمزارع الدفعية

• حساب تركيز الغلوكوز بعد التخفيف • موازنة الكتلة في غسل الكتلة الحيوية

3

موازين الكتلة مع إعادة التدوير والتحويل الجانبي والتطهير

• تيارات إعادة التدوير والتحويل الجانبي والتطهير • أنظمة متعددة الوحدات

• إعادة تدوير الركائز غير المحوّلة أو الماء؛ وطرد CO₂ للتحكم في التلوث بحسب صياغة البرنامج

• تحليل مخمّر دفعي مغذّى مع إعادة تدوير جزئية للركيزة • حساب معدل التطهير في مخمّر هوائي

4

موازين الكتلة مع تفاعلات كيميائية أو كيميائية حيوية

• ستوكيومترية التفاعل • المتفاعلات المحدِّدة والفائضة والتحوّل والمردود والانتقائية

• أساس لنماذج النمو الميكروبي ومردود التخمير والتصميم الاستقلابي

• نمذجة تخمير الغلوكوز إلى إيثانول • حساب مردود الكتلة الحيوية ومعدلات استهلاك الأكسجين

5

موازين الطاقة دون تفاعل

• القانون الأول للأنظمة المغلقة والمفتوحة • الحرارة المحسوسة والكامنة والمبادلات الحرارية

• تقدير طاقة التعقيم وتسخين المفاعل وتبخير المذيب

• حساب طاقة تسخين 500 لتر من الوسط من 25 إلى 121 درجة مئوية • تقدير احتياجات البخار للتعقيم

6

موازين الطاقة مع التفاعلات

• حرارة التفاعل • إنثالبي التكوين • موازين مشتركة للكتلة والطاقة

• التخمير الطارد للحرارة والعمليات المحبّة للحرارة والهضم اللاهوائي

• تقدير الحرارة المنطلقة في تخمير الغلوكوز الهوائي • حساب احتياجات التبريد لإنتاج حمض اللاكتيك

7

مدخل إلى موازين كمية الحركة

• معادلة برنولي وفقد الضغط والاحتكاك • سكون الموائع وتحديد أبعاد المضخات

• التحريك وتوزيع الهواء والترشيح ونقل الموائع في المفاعلات

• حساب فقد الضغط في الترشيح الغشائي • تقدير قدرة مضخة إعادة التدوير في المفاعل

8

دراسة حالة متكاملة: التخمير والمعالجة اللاحقة

• موازين مشتركة للمادة والطاقة • تحليل تدفق عملية متعددة المراحل

• تفكير متكامل: مراحل الإنتاج وإدارة الحرارة وكفاءة الفصل

• حالة: تخمير الغلوكوز ← فصل الخلايا ← التقطير • حساب تدفقات المادة وإعادة التدوير واستهلاك الطاقة

المحور

الفصل

العنوان

الموضوعات

المحور 1 أسس طرائق التحليل

1

مدخل إلى الكيمياء التحليلية

• الدور والنطاق • التحليل النوعي والكمي • مراحل التحليل • الطرائق التقليدية والآلية • تطبيقات الصناعة والبيئة والصحة والغذاء

المحور 1 أسس طرائق التحليل

2

القياسات الكيميائية والخطأ التجريبي

• الوحدات والكميات • الأخطاء العشوائية والمنهجية والجسيمة • الصحة والإحكام وحدود الكشف والتقدير الكمي • العينات الفارغة والضوابط والمكرّرات • أسس المعايرة والتقييس

المحور 1 أسس طرائق التحليل

3

كيمياء المحاليل

• تآثر المذيب والمذاب • محاليل إلكتروليتية وغير إلكتروليتية • وحدات التركيز M وm وppm و% • التخفيف والمزج والقوة الأيونية • الذوبانية وتأثير الأيون المشترك

المحور 1 أسس طرائق التحليل

4

معالجة البيانات والتحليل الإحصائي

• الأرقام المعنوية والتقريب • المتوسط والانحراف المعياري والخطأ النسبي • فترات الثقة • اختبارات Q وt وF • منحنيات المعايرة والانحدار الخطي

المحور 2 التحليل الكيميائي الكمي

5

الاتزانات الكيميائية في التحليل

• ثابت الاتزان K وحاصل التفاعل Q وطاقة غيبس ΔG • اتزان الحمض والقاعدة وpH وpKa والمحاليل المنظّمة • الذوبانية والترسيب • التعقّد وثوابت الثبات

المحور 2 التحليل الكيميائي الكمي

6

الطرائق الكمية التقليدية

• التحليل الوزني: الترسيب والتجفيف • المعايرات الحجمية: — حمض–قاعدة — أكسدة واختزال باستخدام KMnO₄ وI₂ — معايرة معقّدية باستخدام EDTA — معايرة بالترسيب • المشعرات ونقاط النهاية • حساب تركيز المادة المحلَّلة

المحور 3 الطرائق الكهروكيميائية والطيفية

7

التحليل الكهروكيميائي

• الأسس • جهود الأقطاب ومعادلة نرنست • قياس الجهد: أجهزة pH والأقطاب الانتقائية للأيونات • قياس الناقلية • المعايرات الرِّدُكسية والقياس الكولومتري • مدخل إلى الفولتامترية والأمبيرومترية

المحور 3 الطرائق الكهروكيميائية والطيفية

8

المطيافية الجزيئية والذرية

• UV-Vis وقياس التألّق اختياريًا • AAS وAES وICP • قانون بير–لامبرت • منحنيات المعايرة • الأجهزة والصيانة

المحور 4 الفصل التحليلي

9

تقنيات الفصل والتحليل الآلي

• مبادئ الفصل • استخلاص سائل–سائل • الترشيح والطرد المركزي والأغشية • الاستشراب الورقي وTLC وGC وHPLC والتبادل الأيوني والاستبعاد الحجمي والألفة • الرحلان الكهربائي والشعري • مدخل إلى مطيافية الكتلة

الأسبوع

الموضوع

الأنشطة

التطبيق الصناعي والبرمجيات

1

طرائق التحليل والأخطاء

• تصنيف المنهجي والعشوائي • الأرقام المعنوية والخطأ النسبي % • مقارنة الطرائق، مثل فيتامين C في العصير

الوسم الغذائي الأداة المذكورة: مختبر ChemCollective الافتراضي لمحاكاة الأخطاء

2

التراكيز والتخفيف

• حساب المولارية وppm و% كتلة/حجم • تصميم التخفيف • تحويل الوحدات

تحضير كواشف ضبط الجودة الأداة المذكورة: Dilutions Interactive Tool — ChemCollective

3

القوة الأيونية والذوبانية وpH

• حساب القوة الأيونية • توقّع تغيّر الذوبانية • تقدير pH

تركيب المحاليل الوريدية وأوساط التخمّر الأداة المذكورة: PHET pH Simulator

4

المعايرة والإحصاء

• بناء منحنى المعايرة • اختبار Q والانحراف المعياري وفترات الثقة

معايرة UV-Vis لتقدير الأدوية Excel أو Desmos للانحدار الخطي

5

المنظّمات واتزان الحمض والقاعدة

• حساب pH والسعة التنظيمية • معادلة هندرسون–هاسلبالخ • مقارنة النظري والفعلي

تحضير منظّمات القياسات الإنزيمية الأداة المذكورة: Buffer Maker — OpenWetWare

6

الذوبانية والتحليل الوزني

• مسائل Ksp • توقّع الترسيب • حساب المردود الوزني

المعادن النزرة في الماء الأداة المذكورة: Virtual Gravimetric Analysis — ChemCollective

7

المعايرات الحمضية القاعدية والرِّدُكسية وEDTA

• حساب الستوكيومترية • التراكيز • اختيار المشعرات

عسر الماء وحموضة المشروبات الأداة المذكورة: Titration Simulator — ChemCollective

8

التحليل الكهروكيميائي

• تطبيق نرنست • تحليل بيانات pH • تفسير منحنيات المعايرة

ضبط pH في التخمّر والحساسات الأيونية البيئية الأداة المذكورة: Electrochemistry Sim — PHET

9

القياس الطيفي UV-Vis

• تطبيق بير–لامبرت • منحنى المعايرة • تحليل الامتصاصية

تقدير البروتين والاختبارات اللونية الغذائية الأداة المذكورة: Spectragryph

10

الاستشراب والفصل

• حساب Rf • تفسير المخططات • مقارنة GC وTLC وHPLC

بقايا المبيدات وضبط الجودة الدوائية الأداة المذكورة: TLC Viewer — ACD Labs، نسخة مجانية بحسب المصدر

11

الاستخلاص والتبلور والتنقية

• معاملات التوزيع • تصميم مراحل الاستخلاص • توقّع التبلور

تنقية المضادات الحيوية أو النكهات الأداة المذكورة: LibreChem Sketcher للرسم والمحاكاة

12

مسار متكامل ومراجعة

• تصميم تحليل كامل لعينة • مراجعة تصاميم الفرق • مسائل تكاملية

التحقّق من صلاحية التحليل الغذائي والصيدلاني Calc لعرض مخطط العملية والحسابات

الأسبوع

المحور

الأنشطة الأساسية

المخرج

1

إطلاق المشروع وتصميم التجربة وإعداد الدفتر

توجيهات السلامة وتشكيل الفرق والتعريف بالإنتاج متعدد الإنزيمات وأهميته الصناعية

خطة جماعية واستراتيجية أخذ العينات

2

أخذ العينات

جمع عينات التربة والمحيط الجذري وتسجيل بياناتها والتعامل معها

فهرس العينات البيئية

3

تحضير الأوساط والتخفيف التسلسلي

أوساط عامة وانتقائية بالنشاء والحليب منزوع الدسم وCMC والتريبوتيرين؛ تخفيفات تسلسلية

عينات مزروعة على أربعة أوساط

4

عزل أنواع Bacillus

المعالجة المسبقة بالصدمة الحرارية والزراعة على آغار مغذٍّ والتخطيط لعزل المستعمرات

مستعمرات معزولة ومنقّاة

5

فحص النشاط خارج الخلية

أميلاز على النشاء، وبروتياز على الحليب، وسليولاز على CMC، وليباز على التريبوتيرين

قياسات الهالات وجدول الأنشطة

6

التوصيف الشكلي والمجهري

شكل المستعمرات وتلوين غرام والكشف عن الأبواغ الداخلية

صور مجهرية وأوصاف العزلات

7

التعرّف الظاهري إلى العزلات المختارة

كاتالاز وأوكسيداز وتخمّر الغلوكوز واللاكتوز، وشرائط API اختياريًا

تعريف افتراضي للسلالات المختارة

8

إعداد دراسة تحسين النمو

تصميم مصفوفة pH والحرارة والملوحة للعزلات المختارة وتلقيح الزراعات البادئة

سجل الإعداد التجريبي

9

إنتاج الإنزيمات في الظروف المحسّنة

تخمّر مغمور وأخذ عينات زمنية وقياس OD600

منحنى نمو ومخطط إنتاج

10

القياس الكمي في السائل

DNSA للأميلاز، وتحرير التيروزين للبروتياز، والسكريات المختزلة من CMC للسليولاز وغيرها

جدول النشاط U/mL

11

اختبارات تطبيقية

إزالة البقع وتحسين العجين وإزالة لون الأصباغ، مثلًا

مقارنة بالصور أو الدرجات

12

تفسير البيانات والمقارنة

مقارنة الأنشطة وتقييم ظروف الإنتاج وأداء السلالات ومناقشة التطبيقات

مسودة ملخّص النتائج ومصفوفة مقارنة

المرحلة

العنوان

الأنشطة

المخرجات

النظرية المرتبطة والملاحظات

1

إطلاق المشروع وتوزيع العيّنات

• تحديد الأهداف • تسلّم التعليمات وعيّنة المرق • تحديد المواد المقيسة والمؤشرات: حمض الخليك والأس الهيدروجيني والسكريات والإيثانول والأيونات • توزيع الأدوار والمهام

• خطة تحليلية للفريق في صفحة واحدة • استمارة استلام العيّنة

تصميم المشروع وتحديد المواد المقيسة

2

المعالجة المسبقة للعيّنة

• الترشيح • الطرد المركزي عند العكارة • قياس الأس الهيدروجيني • التقسيم إلى أجزاء

• عيّنات محضَّرة • بيانات الأس الهيدروجيني الأولية

التعامل مع العيّنات وقابلية إعادة الإنتاج

3

تقدير حمض الخليك بالمعايرة

• المعايرة بهيدروكسيد الصوديوم باستخدام دليل أو مقياس الأس الهيدروجيني • حساب المولارية والكتلة

• تركيز حمض الخليك بالغرام/لتر أو بالنسبة الحجمية

اتزان الحمض والقاعدة وpKa

4

معايرة الأكسدة والاختزال للإيثانول المتبقي

• استخدام ثنائي الكرومات أو البرمنغنات • تقطير اختياري • ستوكيومترية الأكسدة والاختزال

• محتوى الإيثانول نوعيًا أو كميًا

تفاعلات الأكسدة والاختزال ومنتجات التخمير

5

معايرة الأيونات المعدنية بـEDTA — اختياري

• المعايرة مع أسود الإريوكروم T • المستهدف: Ca²⁺ وMg²⁺

• عسر الماء أو تركيز الأيونات بالملغ/لتر

المعايرة بتكوين المعقّدات

6

التحليل الوزني للأملاح المتبقية

• ترسيب الكبريتات أو الكلوريد • الترشيح والتجفيف والوزن • الحساب الرجعي

• كتلة الأيون المستهدف ونسبته

الذوبانية ومبادئ التحليل الوزني

7

التحليل الطيفي الضوئي للسكريات المختزِلة

• استخدام DNSA أو كاشف بندكت • بناء منحنى معياري للغلوكوز • تطبيق قانون بير–لامبرت

• تركيز السكريات بالملغ/لتر أو بالنسبة المئوية

قانون بير–لامبرت والسكريات المختزِلة

8

التحليل النوعي بالاستشراب على طبقة رقيقة

• إجراء الاستشراب مع معايير • الإظهار باليود أو الأشعة فوق البنفسجية • حساب قيم Rf

• مركبات محددة الهوية • صورة المخطط الاستشرابي

مبادئ الاستشراب

9

مراقبة الجودة والتحقّق من الاسترجاع

• اختبارات استرجاع إضافات معلومة • تجارب الشواهد الفارغة والمكررات • النسبة المئوية للاسترجاع والانحراف المعياري النسبي

• ورقة جودة بمعدلات الاسترجاع

صحة القياس وتكراريته

10

المعالجة النهائية للبيانات وتفسيرها

• تجميع البيانات • تحديد الارتباطات الرئيسية • المقارنة بالمراجع

• مسودة جداول وأشكال

تحليل البيانات والمقارنة بالأدبيات

11

التقرير النهائي والعرض

• كتابة التقرير الجماعي • تقديم ملصق أو عرض شفوي • ملاحظات الأقران والأستاذ

• علامة المشروع النهائية

التواصل العلمي والعمل الجماعي

الفصل

العنوان

المحاور الرئيسية

1

أسس الديناميكا الحرارية

• النظام الديناميكي الحراري ومحيطه • متغيّرات الحالة ودوالها U وH وS وG • القانونان الأول والثاني • الاتزان الديناميكي الحراري والعكوسية

2

طاقة غيبس الحرة والاتزان الكيميائي

• طاقة غيبس الحرة ΔG وΔG°′ • الإنثالبي والإنتروبي والتلقائية • ثابت الاتزان واتجاه التفاعل • اقتران التفاعلات وتحويل الطاقة

3

الطاقة الحيوية والتحوّلات الطاقية البيولوجية

• ATP بوصفه عملة الطاقة الخلوية • مركّبات الفوسفات عالية الطاقة • الاقتران الطاقي في الأنظمة البيولوجية • التحوّلات الطاقية الحيوية

4

الديناميكا الحرارية للأكسدة والاختزال وأيض الطاقة الميكروبي

• تفاعلات الأكسدة والاختزال وجهدها • حوامل الإلكترونات وسلاسل نقلها • أيض الطاقة الهوائي واللاهوائي

5

الديناميكا الحرارية للنمو الميكروبي والتحويل الحيوي

• طاقة النمو الميكروبي • تكوّن الكتلة الحيوية واستهلاك الركيزة • القيود الديناميكية الحرارية على الأيض الميكروبي • كفاءة الطاقة في التخمّر

6

الديناميكا الحرارية للتحفيز الحيوي والعمليات الحيوية الصناعية

• التفاعلات المحفَّزة إنزيميًا • الجدوى الديناميكية الحرارية للعمليات الحيوية • الاعتبارات الطاقية في التكنولوجيا الحيوية الصناعية • دراسات حالات لتحسين العمليات

الحصة

العنوان

المحور

1

أسس الديناميكا الحرارية

الأنظمة ومتغيّرات الحالة والقانونان الأول والثاني

2

طاقة غيبس الحرة والاتزان الكيميائي

طاقة غيبس والتلقائية وثوابت الاتزان واقتران التفاعلات

3

الطاقة الحيوية

ATP والتحوّلات الطاقية الحيوية والاقتران الطاقي

4

الديناميكا الحرارية للأكسدة والاختزال

تفاعلات الأكسدة والاختزال وحوامل الإلكترونات وأيض الطاقة الميكروبي

5

طاقة النمو الميكروبي

مردود الكتلة الحيوية واستهلاك الركيزة والقيود الديناميكية الحرارية على النمو

6

الديناميكا الحرارية للعمليات الحيوية

كفاءة الطاقة وطاقة التخمّر والتطبيقات الصناعية

7

حلّ مسائل تكاملية

تطبيق المبادئ على الأنظمة الميكروبية والإنزيمية

8

مراجعة ودراسات حالات

دمج المفاهيم الديناميكية الحرارية من خلال حالات في التكنولوجيا الحيوية

الوحدة

العنوان

الموضوعات الرئيسية

1

ما الهندسة؟

• التعريفات والمنهج الهندسي لحل المشكلات • الفروق بين العلوم والتكنولوجيا والهندسة • التخصصات الهندسية في القرن الحادي والعشرين • مسؤولية المهندس تجاه المجتمع

2

دور مهندس الإنزيمات والعمليات الحيوية

• وظائف مهندسي الإنزيمات والعمليات الحيوية • القطاعات الصناعية: الأغذية والأدوية والطاقة الحيوية والبيئة • أمثلة واقعية ودراسات حالات • مداخلة ضيف أو تحليل مادة وثائقية، اختياريًا

3

التكوّن كمهندس: طريقة التفكير والأدوات

• التفكير المنظومي وتصميم العمليات • الابتكار والإبداع ضمن القيود • الأدوات الهندسية الحديثة: الرسم التخطيطي والنمذجة وتخطيط المشاريع • العادات الهندسية: الفضول العلمي والدقة والقدرة على التكيّف مع الصعوبات

4

خريطة مسار برنامج هندسة الإنزيمات

• بنية التخصص الممتد لثلاث سنوات • المفاهيم والكفاءات الأساسية بحسب السداسي • تكامل مواد العلوم والهندسة • تخطيط المسار الدراسي الشخصي

5

الأخلاقيات والمسؤولية والاستدامة

• مواثيق أخلاقيات المهندسين • الهندسة وأهداف الأمم المتحدة للتنمية المستدامة • دراسة حالة: استخدام الإنزيمات في عمليات مستدامة • الأخلاقيات الشخصية في البحث والصناعة

6

المهارات المهنية والتطور الوظيفي

• أنواع الأدوار الهندسية: البحث والتطوير والإنتاج والجودة والشؤون التنظيمية والمقاولاتية • التواصل التقني: التقارير والعروض والعمل الجماعي • نظرة على سوق العمل والتربصات وبناء العلاقات المهنية • إعداد خطة للتطور الشخصي

7

المسارات الصناعية لمهندسي الإنزيمات

• البحث والتطوير • العمليات والإنتاج • هندسة التطبيقات والدعم التقني • الصياغة وتطوير المنتجات • الجودة والشؤون التنظيمية • الأعمال والمبيعات والاستراتيجية • الابتكار والمقاولاتية

8

العمل مع مهندسين آخرين في الصناعة

• بنية الفرق الهندسية في صناعات العمليات الحيوية • أدوار مهندسي الميكانيك والكهرباء والأتمتة والبيئة والجودة • أمثلة على التعاون بين الوظائف، مثل تركيب مخمّر والانتقال إلى نطاق أكبر • مهارات التواصل وديناميات الفريق

10

مشروع شخصي: «مساري كمهندس»

• تأمل موجّه في القيم والأهداف والدوافع • رسم المسار المهني المستقبلي • إعداد بيان الهوية الهندسية • عرض شفوي وتغذية راجعة من الزملاء

الحصة

الموضوع العلمي

الأنشطة

المحور اللغوي

1

مدخل إلى التواصل العلمي

• أنشطة تعارف • التعريف بالنفس بصفة طالب علوم

المفردات: التعريف الأكاديمي، مثل الدراسة والأهداف القواعد: المضارع البسيط، مثل “I study” و“I am interested in...” الوظيفة: التعريف بالنفس

2

أساسيات الأنظمة البيولوجية

• مفردات الخلايا والدنا والإنزيمات • تمارين النطق

المفردات: مصطلحات بيولوجية أساسية القواعد: الأسماء والصفات، مثل “cellular structure” و“genetic material” الوظيفة: وصف المفاهيم

3

الاستماع العلمي 1: علوم الحياة

• مشاهدة مقطع من TED-Ed أو BBC • فهم المعنى العام والكلمات المفتاحية

مهارات الاستماع: تحديد الأفكار الرئيسية المفردات: مصطلحات علوم الحياة القواعد: الماضي البسيط للحديث عن الاكتشافات

4

الحديث عن العمليات البيولوجية

• وصف عملية بيولوجية بسيطة، مثل التركيب الضوئي أو التخمّر

المفردات: أفعال العمليات، مثل “absorb” و“convert” و“release” القواعد: المبني للمجهول، مثل “Glucose is produced by...” الوظيفة: وصف الآليات

5

الاستماع العلمي 2: ابتكارات الهندسة الحيوية

• الاستماع إلى قصة ابتكار قصيرة • التلخيص والمناقشة

مهارات الاستماع: تمييز المصطلحات التقنية المفردات: التكنولوجيا الحيوية والابتكار القواعد: الأفعال الناقصة، مثل “can” و“could”

6

الإنجليزية الوظيفية: السؤال والشرح في العلوم

• التدرّب على طلب التوضيح • تقديم تفسيرات علمية بسيطة

المفردات: الشرح، مثل “This means that...” القواعد: صيغ الأسئلة، مثل “What does it do?” و“How does it work?” الوظيفة: الاستيضاح والشرح

7

العرض المصغّر 1: مفهوم بيولوجي بسيط

• إعداد عرض مدته دقيقتان عن مصطلح أو عملية بيولوجية وتقديمه

المفردات: كلمات العمليات، مثل “grow” و“transform” القواعد: أدوات الربط، مثل “first” و“then” و“finally” الوظيفة: عرض الأفكار بوضوح

8

الحديث عن البيانات العلمية

• وصف رسوم وجداول ونتائج تجريبية بسيطة

المفردات: وصف الاتجاهات، مثل “increase” و“decrease” و“stable” القواعد: المقارنة والتفضيل، مثل “higher” و“more significant” الوظيفة: تفسير البيانات

9

الاستماع العلمي 3: التطبيقات البيئية

• الاستماع إلى حديث قصير عن الوقود الحيوي أو الاستدامة مثلًا • استخلاص الحجج الرئيسية

مهارات الاستماع: متابعة الاستدلال المفردات: البيئة والتقنيات الخضراء القواعد: السبب والنتيجة، مثل “due to” و“as a result”

10

العرض المصغّر 2: تلخيص خبر علمي

• عرض خبر علمي حديث يُختار بمساعدة الأستاذ

المفردات: نقل الأخبار، مثل “recently discovered” و“researchers found” القواعد: أزمنة الماضي والكلام المنقول

11

ورشة التحضير النهائي

• التدريب على مهارات العرض • النطق والانسياب وعبارات الربط

المفردات: كلمات الانتقال، مثل “however” و“moreover” القواعد: الجمل المركّبة للاستدلال الوظيفة: تنظيم العرض

12

المهمة الشفوية النهائية

• امتحان شفوي نهائي: عرض فردي عن موضوع بسيط في الهندسة الحيوية ثم أسئلة وأجوبة

تقييم الطلاقة وتنوّع المفردات والتنظيم والنطق والوضوح العلمي

الفصل

العنوان

المحاور الرئيسية

1

مدخل إلى انتقال الحرارة والمادة في العمليات الحيوية

• أهمية النقل في العمليات الإنزيمية والميكروبية • تطبيقاته في الهندسة والفصل الحيوي • علاقته بالديناميكا الحرارية والموازين العيانية • دوره في تصميم المفاعلات والعمليات

2

آليات انتقال الحرارة

• التوصيل والحمل والإشعاع • الناقلية والانتشارية الحرارية والحرارة النوعية • الانتقال في المواد والموائع البيولوجية • المقاومة الحرارية

3

التوصيل الحراري

• قانون فورييه • التوصيل المستقر أحادي البعد في جدار وأسطوانة وكرة • الجدران المركّبة والعزل • التوصيل غير المستقر بنموذج السعة المركّزة

4

الانتقال الحراري بالحمل

• قانون نيوتن للتبريد • الحمل الطبيعي والقسري • رينولدز وبرانتل ونوسلت • علاقات الانتقال • المفاعلات وأنظمة التبريد

5

المبادلات الحرارية للعمليات الحيوية

• الغلاف والأنابيب والصفائح والأنبوب المزدوج • المعامل الكلي U • متوسط فرق الحرارة اللوغاريتمي LMTD • الفعالية وعدد وحدات الانتقال NTU • تعقيم الأوساط وضبط حرارة التخمّر

6

أسس انتقال المادة

• الانتشار الجزيئي والانتقال بالحمل • قانونا فيك الأول والثاني • معاملات الانتشار • التناظر بين انتقال الحرارة والمادة

7

انتقال المادة بالحمل

• نظرية الغشاء ومقاومة الانتقال • معاملات انتقال المادة • شيروود وشميدت ورينولدز • أنظمة غاز–سائل وصلب–سائل

8

انتقال المادة في تجهيزات العمليات الحيوية

• مبادئ غاز–سائل • الأكسجين في المخمّرات: kLa والتهوية والتحريك • الترشيح الفائق والنانوي والتناضح العكسي • الاستخلاص صلب–سائل واسترجاع الإنزيمات • قيود الانتقال عند التوسّع

9

الانتقال في العمليات الوحدوية الحيوية

• تجفيف الإنزيمات والكتلة الحيوية والبروبيوتيك • التجفيد والتجفيف بالرش • التبخّر وانتشار الرطوبة • الانتقال أثناء التعقيم والتنظيف في المكان CIP

الحصة

المحور

الأنشطة

الصلة بالعمليات الحيوية

1

مقدمة وخريطة التطبيقات

• عصف ذهني حول الانتقال • التعليق على مخطط مخمّر أو مجفّف رذاذي

تنشيط المكتسبات وربطها بالواقع

2

توصيل مستقر في جدران المخمّر

• حساب الفقد عبر المعدن والعازل • مقارنة مواد العزل

تصميم المخمّرات والخزانات

3

توصيل غير مستقر وتعطيل الإنزيم حراريًا

• نمذجة تسخين عابر لمحلول إنزيمي • ربطه بمنحنيات التمسّخ

التخزين والمعالجة الحرارية

4

الحمل القسري في المفاعلات

• حساب المعامل h • مقارنة غلاف التبريد والملف الداخلي

ضبط حرارة المفاعل

5

حساب أبعاد المبادل

• تصميم مبادل صفائحي • مقارنة الجريان المتوازي والمعاكس

التعقيم وتبريد الوسط

6

الانتشار عبر الأغشية البيولوجية

• حساب انتشار الغلوكوز عبر غشاء ديلزة • تقدير زمن الاتزان

تغليف الخلايا وتثبيتها

7

انتقال الأكسجين في المخمّر

• تقدير kLa • موازنة الإمداد والطلب الميكروبي

التخمّر الهوائي

8

الانتقال في الإنزيمات المثبّتة

• تقدير المقاومة في المصفوفات المسامية • مقارنة النقل الداخلي والخارجي

تصميم المفاعل والمردود

9

انتقال المادة بالحمل والاستخلاص

• تحليل استخلاص الأميلاز بالماء • تحسين التحريك

استرجاع المركّبات النشطة والإنزيمات

10

الانتقال أثناء التجفيف

• تقدير زمن تجفيف المساحيق الإنزيمية • مناقشة عوامل الثبات

إنتاج المساحيق وتجفيف البروبيوتيك

11

حالة تحسين عملية

• تحليل خلل أو انخفاض كفاءة في التجفيف بالرش أو التبريد • اقتراح تحسينات

حلّ مشكلات واقعية وخفض التكلفة

12

مراجعة واستعداد للامتحان

• مسائل انتشار ومبادل وتجفيف • تثبيت المعارف وأسئلة وأجوبة

ترسيخ المفاهيم للتقييم النهائي

الفصل

العنوان

الموضوعات الرئيسية

أمثلة من الهندسة الحيوية

1

مقدمة في تصميم التجارب

• مبادئ تصميم التجارب DoE وأهدافه • المتغيرات التجريبية والاستجابات • الخطأ التجريبي والتكرار والتوزيع العشوائي وتكوين الكتل • مقارنة تغيير عامل واحد في كل مرة OFAT بتصميم التجارب • مقدمة في تحليل التباين ANOVA

• تقييم تأثير pH في النشاط الإنزيمي • مقارنة سلالات ميكروبية لإنتاج الإنزيمات

2

التصاميم التجريبية العاملية

• التصاميم العاملية الكاملة • التأثيرات الرئيسية وتأثيرات التآثر • التصاميم العاملية الجزئية • اختلاط التأثيرات ورتبة تمييز التصميم • تصاميم فرز العوامل، ومنها بلاكيت–بورمان

• فرز عوامل التخمير المؤثرة في إنتاج الإنزيمات • تحديد العوامل الحاسمة في تحسين العمليات الحيوية

3

منهجية سطح الاستجابة وتحسين العمليات

• منهجية سطح الاستجابة RSM • التصميم المركّب المركزي CCD • تصميم بوكس–بنكن BBD • نماذج الانحدار • تحسين الاستجابة ودوال الاستحسان • التحقّق من صلاحية النموذج

• تحسين ظروف إنتاج الإنزيمات • تحسين أوساط التخمير الميكروبي وظروف التشغيل

4

التصاميم المتقدمة والتطبيقات الصناعية

• تصاميم المخاليط • نظرة عامة على تصاميم القطع المنشقة والتصاميم المتداخلة • التصميم المتين للعمليات بطرائق تاغوتشي • التطبيقات الصناعية لتصميم التجارب • مقدمة في R وDesign-Expert وJMP وMinitab

• تحسين التركيبات الإنزيمية • دراسات التوسّع في الحجم وتحسين العمليات الحيوية الصناعية

العنصر

التفاصيل

عنوان المشروع

تصميم إنتاج الإنزيمات وتحسينه باستخدام طرائق تصميم التجارب

الهدف

تطبيق الدورة الكاملة لتصميم التجارب، من تحليل عامل واحد إلى التحسين المتقدم، لتحسين إنتاج ألفا أميلاز بواسطة سلالة ميكروبية أو فطرية. تصمّم الفرق مشروعها التجريبي وتنفّذه وتحلّله وتعرضه.

المخرجات

• النتائج التجريبية لجميع المراحل • تقارير تحليل البيانات، بمخرجات Excel أو R • عرض شفوي جماعي • تقرير نهائي مكتوب

الجدول الزمني

6 حصص مخبرية، مدة كل منها 3 ساعات

الحصة

المحور

الأنشطة

المخرجات المتوقعة

المخبر 1

المقدمة وتجربة العامل الواحد

• اختيار متغير أساسي، مثل درجة الحرارة أو pH أو مصدر الكربون • إجراء دراسة بتغيير متغير واحد في كل مرة OVAT • رسم النشاط الإنزيمي مقابل المتغير

• منحنى OVAT • تحديد الاتجاهات والفرضيات الأولية

المخبر 2

تصميم عاملي كامل 2² أو 2³

• اختيار عاملين أو ثلاثة عوامل رئيسية • بناء مصفوفة عاملية كاملة • إجراء التجارب • إعداد رسوم التأثيرات الرئيسية والتآثرات

• بيانات التصميم العاملي • تفسير التأثيرات الرئيسية والتآثرات

المخبر 3

تصاميم فرز العوامل: بلاكيت–بورمان

• تطبيق تصميم بلاكيت–بورمان • فرز مكوّنات متعددة للوسط، مثل مصدر النيتروجين والأملاح والمعادن • إجراء تحليل إحصائي أساسي

• تحديد العوامل الأكثر تأثيراً • اقتراح دراسة للتحسين

المخبر 4

تصميم سطح الاستجابة CCD أو BBD

• استخدام عاملين أو ثلاثة عوامل رئيسية لتصميم تجارب CCD أو BBD • جمع بيانات الاستجابة • التحليل باستخدام حزمة rsm في R أو برنامج Design-Expert

• نموذج سطح الاستجابة • رسوم خطوط الكنتور والرسوم ثلاثية الأبعاد • نتائج التحسين

المخبر 5

التحقّق من النموذج وتحليل البواقي

• إجراء تجارب تأكيدية • تحليل البواقي وجودة المطابقة: التوزيع الطبيعي وثبات التباين • حساب R² وR² المعدّل وPRESS وغيرها

• تقرير التحقّق من النموذج • تحديد الظروف المحسّنة النهائية

المخبر 6

التقرير والعرض النهائيان

• إعداد ملصق علمي أو عرض شفوي وتقديمه • الدفاع عن اختيارات التصميم والنتائج واستراتيجية التحسين • مراجعة متبادلة بين المجموعات

• عرض نهائي بشرائح أو ملصق • تقرير نهائي مكتوب ببنية مقال علمي: مقدمة وطرائق ونتائج ومناقشة

الفصل

العنوان

المحاور الرئيسية

1

مدخل إلى التثبيت

• الأهمية الصناعية والبيئية • الأنظمة الحرة والمثبّتة: المزايا والحدود • الإنزيمات والخلايا بوصفها محفّزات مثبّتة

2

طرائق التثبيت

• الطرائق الفيزيائية • الطرائق الكيميائية • الاستراتيجيات المدمجة • اختيار الطريقة المناسبة

3

الدعامات والحوامل

• مواد عضوية وغير عضوية واصطناعية • الخصائص الفيزيائية والكيميائية • معايير اختيار الدعامات

4

الحركية وانتقال المادة في الأنظمة المثبّتة

5

تثبيت الخلايا الميكروبية

• فوائد تثبيت الخلايا الكاملة • مقارنة الخلايا المثبّتة والحرة • الاحتجاز والتغليف • إنتاج الإيثانول والمعالجة الحيوية

6

تصميم المفاعل الحيوي وتكامله

• المفاعلات الدفعية والحشوة الثابتة والمميّعة والغشائية • زمن المكوث واختيار المفاعل • الثبات وإعادة الاستخدام • التوسّع وتقييم الإنتاجية • التكامل والمعالجة اللاحقة

7

تطبيقات صناعية وحالات

• أزمرة الغلوكوز بإيزوميراز الغلوكوز المثبّت • الإيثانول الحيوي بالخميرة المثبّتة • إزالة لون الأصباغ باللاكاز المثبّت • المستشعرات الحيوية والحوامل النانوية والدعامات ثلاثية الأبعاد

العنصر

التفاصيل

عنوان المشروع

تصميم الأنظمة الإنزيمية وتثبيتها وتقييمها مقارنًا باستخدام طرائق فيزيائية وكيميائية

الإنزيم أو النظام

تختاره لجنة تنسيق المقرر، مثل ألفا-أميلاز أو ليباز أو لاكاز أو خلايا الخميرة.

المخرجات

• بيانات كل طريقة • تحليل مقارن • ملصق علمي جماعي وعرض شفوي • تقرير مكتوب

الحصة

المحور

الأنشطة

النتائج المتوقعة

1

التعريف بأنظمة التثبيت وتحضيرها

• مقارنة الفيزيائي والكيميائي • تحضير العينات بطرائق: – الامتزاز – الاحتجاز، مثل حبيبات الألجينات – التغليف في الليبوسومات – التجمّعات الإنزيمية المتشابكة CLEAs

• تتاح أربع طرائق، وتختار كل مجموعة واحدة بالقرعة لدراستها طوال المشروع.

2

مردود التثبيت والنشاط الأولي

• مقارنة نشاط الإنزيم المثبّت والحر • حساب كفاءة التثبيت % • تحليل قابلية التكرار بثلاث مكرّرات

• جدول المردود • رسوم مقارنة النشاط الأولي

3

السلوك الحركي: الألفة الظاهرية للركيزة Km وVmax

• قياسات حركية لكل طريقة • تعيين القيم الظاهرية • رسم Lineweaver–Burk أو الملاءمة غير الخطية

• Km وVmax للإنزيم الحر والأشكال المثبّتة • تفسير التغيّرات الحركية

4

الثبات التشغيلي وإعادة الاستخدام

• تفاعلات دفعية متكررة • قياس النشاط المتبقي ورسمه بعد كل دورة • مناقشة تسرّب الإنزيم أو فقد النشاط

• منحنيات إعادة الاستخدام • مقارنة الثبات التشغيلي

5

انتقال المادة وتأثير الوسط الدقيق

• دراسة سرعة التحريك أو نوع الحبيبات والمصفوفة • تقدير قيود الانتشار • مناقشة تأثير الليبوسومات وCLEAs

• النشاط مقابل التحريك أو نوع المصفوفة • فرضيات عن العوائق الفراغية والانتشارية

6

التحليل المقارن والتقرير والعروض

• تلخيص مزايا الطرائق وحدودها ومقارنتها • إعداد ملصق أو عرض شفوي وتقديمه • تسليم تقرير علمي

• جدول مقارن واستنتاجات • عرض منجز • تقرير المشروع مسلّم

الفصل

العنوان

المحاور الرئيسية

1

مدخل إلى الوراثة الميكروبية

• الأهمية والمحطات التاريخية • جينومات البكتيريا والعتائق والكائنات الدقيقة حقيقية النوى

2

تنظيم الجينوم البكتيري

• بنية الصبغي وطوبولوجيته • البلازميدات: البنية والتصنيف والتضاعف والخصائص • العناصر الوراثية المتنقلة: – العناصر القافزة وأنواعها وآلياتها التضاعفية والمحافظة – الإنتغرونات وبنيتها وأصولها والكاسيتات الجينية • ترتيب الجينات وبنية الأوبيرون

3

تضاعف الدنا والطفرات والإصلاح البكتيري

• آلية التضاعف • أنواع الطفرات وعواقبها • العوامل المطفِّرة والكشف عن الطفرات • الإصلاح المباشر والاستئصال وإصلاح عدم التطابق واستجابة SOS

4

النقل الأفقي للجينات

• التحوّل: الكفاءة الطبيعية والاصطناعية • الاقتران: بلازميدات F وسلالات Hfr • التنبيغ العام والمتخصص • رسم الخرائط وتحليل إعادة التركيب

5

التعبير الجيني وتنظيمه

• النسخ والترجمة • أوبيرونا lac وtrp • التوهين ومضادّة الإنهاء • التنظيم فوق الجيني والرنا التنظيمي • انقلاب التسلسلات والمفاتيح التنظيمية

6

وراثة الخميرة كنظام نموذجي

• بيولوجيا وزراعة Saccharomyces cerevisiae • الجينوم والترانسكريبتوم والبروتيوم • تعطيل الجينات وتحليل الرباعيات • التكامل والتحويل الجيني • وراثة المتقدّرات في الخميرة

7

العتائق: التنوّع والوراثة

• الخصائص والأدوار البيئية • تنظيم الجينوم وتضاعف الدنا • التعبير الجيني • عتائق أسغارد والمنظور التطوّري

8

أدوات وراثية وتطبيقات حيوية

• البلازميدات والعناصر القافزة والاندماجية • CRISPR-Cas لتحرير الجينوم • البيولوجيا التركيبية والدوائر التنظيمية • حالات تحسين السلالات

الحصة

المحور

الأنشطة

المهارات

1

الجينومات الميكروبية

• مقارنة الحجم والبنية والخصائص لدى البكتيريا والعتائق والخميرة • ربط نوع الجينوم بالتكيّف البيئي

• تفسير البيانات • فهم بنية الجينوم

2

الأوبيرونات وتنظيم الجينات

• تحليل خرائط lac وtrp مثلًا • توقّع التعبير عند حدوث طفرات مختلفة

• تحليل الأوبيرونات • الاستدلال التنظيمي

3

العناصر الوراثية المتنقلة

• دراسة إدخال العناصر القافزة وعواقبه • أثرها في التنظيم وتطوّر الجينوم

• حلّ المشكلات • توقّع العواقب الوراثية

4

الطفرات والإصلاح

• تصنيف طفرات من تسلسلات مقدّمة • مطابقة الأذيات بالإصلاح المباشر وعدم التطابق والاستئصال وSOS

• تحليل الطفرات • تحديد استراتيجية الإصلاح

5

آليات النقل الأفقي

• تحليل تصاميم تجارب التحوّل والاقتران والتنبيغ • توقّع نتائج النقل

• فهم الآليات • التفكير النقدي في حركة الجينات

6

التنظيم الجيني خارج الأوبيرونات

• مسائل التوهين ومضادّة الإنهاء، مثل ضبط trp • تحليل مفاتيح ريبية ورنا صغير تنظيمي افتراضي

• التنظيم المتقدم للنسخ • التحكّم القائم على الرنا

7

وراثة الخميرة وتحليل الرباعيات

• تفسير نتائج تشريح الرباعيات لتحليل الارتباط • مسائل اختبارات التكامل والتحويل الجيني

• رسم الخرائط الكلاسيكي • استخدام نموذج الخميرة

8

وراثة العتائق

• مقارنة تضاعف البكتيريا والعتائق ونسخهما • تحليل التعبير لدى محبّات الظروف القصوى

• التحليل التطوّري والوظيفي

9

CRISPR-Cas وتحرير الجينوم

• تصميم تجربة أساسية تشمل الرنا الدليل ونوع Cas والاستراتيجية • تحليل الآثار خارج الهدف والأخلاقيات

• فهم عملي للتحرير • التأمل الأخلاقي

10

تطبيقات الوراثة الميكروبية

• تحسين سلالة لإنتاج الإيثانول أو إفراز الإنزيمات • تصميم مسار عمل أساسي للتحسين

• تطبيق الوراثة على مشكلات فعلية • التفكير التجريبي

الحصة

العنوان

الأنشطة الرئيسية

1

تقديم الورشة: خطة المشروع والسلامة البيولوجية وتحضير المحاليل المنظّمة

• عرض المشروع والسلامة البيولوجية • تحضير المحاليل المنظّمة والمحاليل الأساسية

2

استخلاص الدنا الجينومي بطريقة التمليح

• الاستخلاص بطريقة التمليح • تقييم النقاوة بنسبة A260/A280

3

استخلاص الدنا الجينومي بأعمدة الطرد المركزي ومقارنة الطريقتين

• الاستخلاص بأعمدة الطرد المركزي • مقارنة المردود والنقاوة بطريقة التمليح

4

مبادئ PCR واختيار البادئات وإعداد التفاعل

• مبادئ PCR واختيار البادئات • تحضير مزيج التفاعل لجيني الرنا الريبوسومي 16S وألفا-أميلاز • اختيار الضوابط الموجبة والسالبة وتحضيرها • الممارسات المخبرية الجيدة في PCR: منع التلوث والسحب العقيم بالماصّة واستخدام رؤوس ذات مرشّحات

5

تنفيذ PCR وتشخيص مشكلاته

• تشغيل تفاعل PCR • التشخيص الأولي الفوري للمشكلات عند ظهورها

6

الرحلان الكهربائي على هلام الأغاروز وتوثيق الهلام

• إجراء الرحلان • توثيق الحزم • تقدير أحجام القطع من الحزم

7

تنقية نواتج PCR والتحضير للتسلسل

• التنقية بالإكسونوكلياز وSAP أو بأطقم جاهزة • تحضير العيّنات للتسلسل

8

مدخل إلى تطبيقات PCR الكمي — حصة نظرية

• مقدمة موجزة لمبادئ PCR الكمي وتطبيقاته الصناعية والبحثية

9

المعلوماتية الحيوية 1: تقييم جودة التسلسل وBLAST ومحاذاة التسلسلات

• تقييم الجودة وتشذيب المناطق منخفضة الجودة — نظرة عامة • تصدير التسلسلات بصيغة FASTA • البحث باستخدام BLAST في قاعدة NCBI • استرجاع التسلسلات المتماثلة الأصل • إجراء محاذاة متعددة أساسية

10

المعلوماتية الحيوية 2: بناء شجرة تطورية وتقييم جودة التسلسل

• مراجعة جودة التسلسل والمخططات الكروماتوغرافية • بناء شجرة تطورية بطريقة ضمّ الجار • تفسير العلاقات التطورية وتأكيد تحديد الهوية الميكروبية

11

ورشة كتابة التقرير

• كيفية تنظيم التقرير • عرض البيانات: الأشكال والجداول وشروحها • تنسيق المراجع، مثلًا باستخدام Zotero

12

عروض الطلبة الشفوية وملاحظات الأقران

• عرض النتائج شفويًا • ملاحظات الأقران والأستاذ

الحصة

العنوان

الأنشطة الرئيسية

المخرجات المتوقعة

1

تقديم الورشة وجمع الكتلة الحيوية

• عرض أهداف الورشة والسلامة البيولوجية • زيارة منشأة زراعية صناعية أو تسلّم مخلفات موفّرة • جمع عيّنات الكتلة الحيوية وتوثيقها وتصنيفها

عيّنات موصَّفة وسجلات أخذ العيّنات

2

تحضير الكتلة الحيوية وتخطيط المعالجة المسبقة

• تجفيف الكتلة الحيوية وطحنها • تحديد الرطوبة • اختيار استراتيجية المعالجة المناسبة للمادة المستهدفة

كتلة حيوية محضَّرة وخطة معالجة مسبقة

3

المعالجة المسبقة والتجزئة

• معالجة قلوية أو حمضية أو إنزيمية • فصل أجزاء السليلوز والهيميسليلوز والليغنين أو النشاء • استرجاع الأجزاء وغسلها

أجزاء كتلة حيوية معالجة مسبقًا

4

تخطيط المشروع وتوزيع الفرق

• تخصيص مسارات المشاريع: بلورات وألياف السليلوز النانوية، وPHB/PHA، والنشاء اللدن حراريًا، وكربوكسي ميثيل السليلوز، ومواد الليغنين والمركّبات • التخطيط التجريبي وتصميم سير العمل • تحضير الكواشف والمواد

خطة مشروع وسير عمل تجريبي

5

إنتاج المواد الحيوية — المرحلة 1

• بدء بروتوكولات الإنتاج الخاصة بالمادة وفق المشروع • تحضير السليلوز النانوي أو المزارع البكتيرية أو السليلوز المعدّل أو المواد السلفية

منتجات حيوية وسيطة

6

إنتاج المواد الحيوية — المرحلة 2

• مواصلة الاستخلاص أو التخليق • تحضير المصفوفات البوليمرية أو المزائج أو الصيغ السلفية • تحسين العملية

صيغ مواد حيوية جاهزة للتشكيل

7

تشكيل المواد وصنع النماذج الأولية

• صبّ الأغشية أو القولبة أو تحضير الهلام • التجفيف والتصلّب • تحضير نماذج أولية

نماذج أولية للمواد الحيوية

8

المعالجة اللاحقة وتهيئة العيّنات

• التشابك أو التثبيت عند انطباقه • استخلاص البوليمرات الحيوية المستهدفة وتنقيتها • تهيئة العيّنات قبل الاختبار

عيّنات مهيّأة للتوصيف

9

التوصيف الفيزيائي الكيميائي

• قياس السُمك والكتلة الحجمية والرطوبة وامتصاص الماء والانتفاخ والشفافية والذوبانية

بيانات التوصيف الفيزيائي الكيميائي

10

الأداء الميكانيكي والتحلل الحيوي

• اختبارات مقاومة الشد والاستطالة والمرونة • تقييم التحلل الحيوي • توصيف بنيوي اختياري بالمجهر الإلكتروني الماسح أو FTIR إن توفّرا

نتائج ميكانيكية ونتائج التحلل الحيوي

11

تقييم العملية والاستدامة

• حساب مردود المادة وكفاءة العملية • حساب موازين الكتلة • مناقشة الأثر البيئي والجدوى الصناعية

تقييم الاستدامة والعملية

12

عرض المشروع النهائي والتقرير العلمي

• عرض النتائج شفويًا أو بملصق • تسليم التقرير النهائي • مناقشة الأقران وتقييم المشروع

تقرير نهائي وعرض شفوي أو ملصق

الفصل

العنوان

المحاور الرئيسية

1

الموائع وسلوك الجريان في أنظمة العمليات الحيوية

• أنواع الموائع: مرق الزرع والمعلّقات والغازات • الخصائص الفيزيائية: اللزوجة والكتلة الحجمية والتوتر السطحي والريولوجيا • سكون الموائع والضغط الهيدروستاتيكي في المفاعلات الحيوية • الصلة بتخزين السوائل ومنافذ أخذ العيّنات وخزانات الأوساط

2

انحفاظ الكتلة والطاقة الميكانيكية

• استمرارية الكتلة وحساب التدفقات في المضخات والأنابيب • معادلة برنولي وانحفاظ الطاقة في تصميم العمليات الحيوية • تطبيقات: السحب بالسيفون والجريان عبر مجسّات أخذ العيّنات وأداء المضخات

3

أنظمة الجريان وحركة الموائع

• الجريان الصفحي والمضطرب في المفاعلات والأنابيب • عدد رينولدز وتطبيقاته في التخمير وحلقات الجريان • توزيعات السرعة في أوساط الزرع • السلوك النيوتوني وغير النيوتوني لمرق الزرع

4

موازين كمية الحركة وفواقد الحمل في العمليات الحيوية

• موازين كمية الحركة على أغلفة تفاضلية ورسم خرائط الجريان في الأوعية • فواقد الاحتكاك في الأنابيب الصغيرة وأنابيب الفولاذ غير القابل للصدأ • الفواقد الموضعية: الأكواع والصمامات وموزّعات الغاز والحواجز • دراسة حالة: فقد الضغط في حلقة تخمير

5

الجريان عبر الأوساط المسامية وانتقال الجسيمات

• الجريان في الأسرّة المحشوة: أعمدة الاستشراب ومفاعلات الإنزيمات المثبّتة • الترشيح: الوحدات الغشائية والمرشّحات العميقة • قوة السحب وسلوك الترسيب في أجهزة الطرد المركزي وأحواض الترسيب • تطبيق: حصاد الكتلة الحيوية وترويق مرق الزرع

6

التصميم والخلط وأجهزة القياس وتوسيع النطاق

• التحليل البُعدي لتحقيق التشابه الهندسي والديناميكي • معايير توسيع النطاق للمفاعلات المحرَّكة وأنظمة الموائع: ثبات عدد رينولدز أو القدرة لكل وحدة حجم أو سرعة طرف الدافع • أسس التحريك والخلط: أنواع الدوافع وأنماط الخلط واستهلاك القدرة وزمن الخلط • قياس التدفق وأجهزة العملية: مقاييس التدفق ذات العوّامة وفرق الضغط والكهرومغناطيسية وكوريوليس • اعتبارات تصميم العمليات الحيوية نصف الصناعية والصناعية

الحصة

العنوان

الأنشطة الرئيسية

1

تقدير خصائص الموائع في مرق التخمير

• حساب اللزوجة والكتلة الحجمية والتوتر السطحي لأوساط نموذجية • مقارنة السلوك النيوتوني وغير النيوتوني

2

سكون الموائع في المفاعلات وخزانات الأوساط

• تطبيق معادلات الضغط الهيدروستاتيكي • حساب الضغط عند منافذ أخذ العيّنات وقاع الخزانات

3

التدفق الكتلي والسرعة في أنابيب العمليات الحيوية

• حساب التدفقات الكتلية والحجمية • ربط سرعة الجريان بقطر الأنبوب وخصائص الوسط

4

تطبيقات برنولي في أنظمة الضخ وأخذ العيّنات

• تطبيق معادلة برنولي • حلّ مسائل السيفون والجريان عبر أجهزة أخذ العيّنات

5

حساب عدد رينولدز في أنابيب التخمير

• حساب أعداد رينولدز • تحديد الجريان الصفحي والمضطرب في المخمّرات وشبكات الأنابيب

6

توزيعات سرعة جريان الغلوكوز والكتلة الحيوية في المفاعلات

• رسم توزيعات السرعة لمكوّنات مرق الزرع وتفسيرها • فهم آثارها في انتقال الكتلة والخلط

7

فقد الضغط والحمل في حلقات إعادة التدوير

• حساب الفواقد الناجمة عن الاحتكاك والوصلات • تحليل أمثلة واقعية من دوائر التخمير

8

قانون دارسي والنفاذية في أغشية الترشيح

• تطبيق قانون دارسي على الترشيح الغشائي والعميق • حساب نفاذية الأغشية وقابليتها للتلوث

9

سرعة ترسيب الكتلة الحيوية الميكروبية

• تطبيق قانون ستوكس على الجسيمات الميكروبية • تقدير معدلات الترسيب في المروّقات وأجهزة الطرد المركزي

10

التحليل البُعدي وتوسيع نطاق المفاعلات الحيوية

• تطبيق مبرهنة باكنغهام π • اشتقاق الأعداد اللابُعدية ذات الصلة، مثل رينولدز وفرود وويبر

11

علاقات الجريان التجريبية وملاءمة بيانات الموائع الحيوية

• ملاءمة البيانات التجريبية لنماذج الجريان • تحليل العلاقات الخاصة بالموائع الحيوية غير النيوتونية

12

دراسة حالة متكاملة: انتقال كمية الحركة في نظام مفاعل حيوي وفصل

• حلّ مسألة مركّبة تجمع جريان التخمير وإعادة التدوير وحصاد الكتلة الحيوية • مناقشة تحسينات التصميم وتشخيص المشكلات

الحصة

العنوان

الأنشطة والمحتويات الرئيسية

1

مدخل إلى الابتكار الحيوي

تعريف الابتكار الحيوي؛ الابتكار في هندسة الإنزيمات والتشخيص والغذاء والصحة والزراعة والتحفيز الحيوي؛ الفرق بين الاكتشاف العلمي والابتكار.

2

الابتكارات الناشئة في التكنولوجيا الحيوية وهندسة الإنزيمات

الإنزيمات الصناعية والكيمياء الخضراء وتصنيع الأغذية المستدام والتشخيص القائم على الإنزيمات والمستشعرات الحيوية والتحفيز الحيوي؛ أمثلة على التطبيقات الحالية.

3

من البحث إلى التطبيق

مستويات النضج التكنولوجي، وإثبات المفهوم، والنموذج الأولي، والانتقال إلى نطاق أكبر، والجدوى التقنية، وحدود النتائج المخبرية.

4

دراسات حالات في الابتكار التكنولوجي الحيوي

تحليل منتجات أو شركات ناجحة مرتبطة بالإنزيمات، مثل الإنزيمات الصناعية ومجموعات التشخيص وإنزيمات تصنيع الأغذية والمبادرات المحلية في التكنولوجيا الحيوية.

5

الملكية الفكرية ونقل التكنولوجيا

براءات الاختراع، وحماية الاختراعات المرتبطة بالإنزيمات، ونقل التكنولوجيا الجامعية، والتراخيص، والشركات المنبثقة، والتعاون مع الصناعة.

6

التنظيم والشهادات

المسارات التنظيمية الأساسية للإنزيمات الغذائية والتشخيصية والصناعية، والسلامة، ومراقبة الجودة، ومتطلبات الحصول على الشهادات.

7

منظومة الابتكار وهياكل الدعم

• منظومة الابتكار في التكنولوجيا الحيوية: الجامعات ومراكز البحث والصناعة والحكومة • هياكل دعم الابتكار: الحاضنات والمسرّعات والحدائق العلمية ومكاتب نقل التكنولوجيا • آليات التمويل: منح البحث والتمويل الأولي والمستثمرون الملائكيون ورأس المال المخاطر ومسابقات الشركات الناشئة والبرامج العمومية للابتكار • الشراكات بين الجامعة والصناعة والبحث التعاوني • مسارات التسويق: التراخيص والشركات المنبثقة وإنشاء الشركات الناشئة

8

ورشة مشروع مصغّر: تصميم تصور لابتكار حيوي

• تحديد مشكلة واقعية أو حاجة غير ملبّاة في التكنولوجيا الحيوية أو الغذاء أو الصحة أو الزراعة أو البيئة • تحديد الأطراف المعنية الرئيسية والمستخدمين النهائيين المحتملين • تطوير حل قائم على الإنزيمات أو التكنولوجيا الحيوية باستخدام مبادئ التفكير التصميمي الأساسية • تحديد الأساس العلمي والفوائد المتوقعة والجدوى التقنية والقيمة المقترحة للابتكار

9

مرافقة المشروع والتحقق من وجاهة الابتكار

• عرض تصور الابتكار للحصول على ملاحظات الزملاء والأستاذ • تقييم حاجة السوق والمستخدمين المحتملين من خلال استكشاف العملاء • مناقشة الجدوى التقنية والملكية الفكرية والاعتبارات التنظيمية ومسارات التسويق • تنقيح التصور بناءً على الملاحظات

10

عرض موجز للابتكار

تقديم مختصر لتصور الابتكار الحيوي: المشكلة والحل الإنزيمي والأساس العلمي والتطبيق والجدوى وإمكانات التثمين.

الوحدة

العنوان

الموضوعات التفصيلية

1

التلوث والآثار البيئية للصناعة

- أنواع التلوث: الهواء والماء والتربة والنفايات الخطرة - مصادر التلوث الصناعية: التصنيع والتعدين والطاقة والزراعة - التلوث وصحة الأنظمة البيئية: التخثث والأمطار الحمضية وانبعاثات غازات الدفيئة - أسباب إعادة تصميم الصناعات: التدهور البيئي واستنزاف الموارد والمخاطر العالمية - دور علم البيئة الصناعية: إغلاق الدورات ومنع النفايات وإعادة تصميم الاستقلاب الصناعي

2

مدخل إلى علم البيئة الصناعية

- التعريفات والتاريخ - من الأنظمة الخطية إلى الأنظمة الدائرية - علم البيئة الصناعية بوصفه «علم الاستدامة»

3

التفكير المنظومي والاستقلاب الصناعي

- تدفقات المواد والطاقة - الاستقلاب الحضري مقارنة بالاستقلاب الصناعي - دراسات حالات: الأنظمة البيئية الحضرية والمناطق الصناعية

4

أدوات علم البيئة الصناعية وطرائقه

- تقييم دورة الحياة: المفاهيم والأسس - تحليل تدفقات المواد - تحليل الإيمرجي والإكسرجي

5

التفكير بمنظور دورة الحياة والتقييم البيئي

- تحديد الهدف والنطاق - تحليل الجرد - تقييم الأثر: البصمة الكربونية والبصمة المائية - التفسير والحدود

6

التكافل الصناعي والحدائق الصناعية البيئية

- مفهوم التكافل الصناعي - أمثلة: كالوندبورغ في الدنمارك وحدائق صناعية بيئية حول العالم - تصميم شبكات التكافل

7

الاقتصاد الدائري ونماذج الأعمال المستدامة

- مبادئ الاقتصاد الدائري - أنظمة المنتج والخدمة - المحاكاة الحيوية والتصميم من المهد إلى المهد - نقاش نقدي حول التصورات الخاطئة والواقع في الدائرية

8

دراسات حالات وتطبيقات

- التطبيقات في الصناعات الزراعية الغذائية - التطبيقات في التكنولوجيا الحيوية والمصافي الحيوية - التطبيقات في البناء والتصنيع

9

السياسات والتنظيم والاتجاهات المستقبلية

- السياسات البيئية الداعمة لعلم البيئة الصناعية، مثل الصفقة الخضراء الأوروبية والمسؤولية الممتدة للمنتج - مستقبل علم البيئة الصناعية: التوائم الرقمية والذكاء الاصطناعي في الاستدامة - التحديات والفرص

الفصل

العنوان

المحاور الرئيسية

1

مقدمة

• مفهوم الهندسة الإنزيمية • من الزراعة إلى الصناعة: العمليات الغذائية الزراعية • سوق الصناعات الغذائية الزراعية في الجزائر • الجوانب الصحية والتنظيمية لاستخدام الإنزيمات • سوق الإنزيمات الغذائية

2

إنتاج الإنزيمات الصناعية

• مصادر الإنزيمات • تطوير السلالات • التخمّر • المعالجة اللاحقة للإنتاج

3

الإنزيمات الداخلية ودورها في تطوير الغذاء

• تعريف الإنزيمات الداخلية المنشأ • دورها في تصنيع الأغذية • التحكّم فيها • تحديات استخدامها وفرصه

4

الإنزيمات الصناعية ودورها في تطوير الغذاء

• صناعة الألبان • المخبوزات • الأغذية غير المعتمدة على القمح • تحويل النشاء • تصنيع منتجات الأسماك • تصنيع اللحوم • صناعة العصائر • صناعة زيت الزيتون • صناعة النكهات

5

الإنزيمات في الزراعة

• تحسين التربة والمعالجة الحيوية. • مبيدات حيوية قائمة على إنزيمات ميكروبية لمكافحة الآفات. • نمو النبات: امتصاص المغذّيات وتحلّل الجدار الخلوي والتحكّم في النمو الفطري. • تحويل المخلفات الزراعية إلى منتجات ذات قيمة. • التسميد العضوي وإعادة تدوير النفايات العضوية.

6

الإنزيمات في أعلاف الحيوان

• المكمّلات الإنزيمية لتحسين هضم البروتين وتوافر المغذّيات. • السليولازات والزيلانازات لتحلّل الألياف. • الفيتازات لتحرير الفوسفور. • البروتيازات لدعم معدلات النمو. • تحليل التكلفة والمنفعة للإضافة الإنزيمية في تصنيع الأعلاف.

الحصة

العنوان

القطاع

محور التعلّم

1

الاسمرار الإنزيمي للفاكهة والخضر الطازجة المقطّعة

المنتجات الطازجة

التحكّم في الإنزيمات الداخلية مثل PPO وآليات الاسمرار واستراتيجيات المعالجة.

2

تفكيك اللاكتوز وتحسين الجودة: ابتكارات Milky Way

الألبان

التحلّل المائي الإنزيمي للاكتوز وتطبيق اللاكتاز صناعيًا والتحديات الحسية والتنظيمية.

3

تحسين تصنيع الكسكس بالابتكار الإنزيمي

صناعة الحبوب والكسكس

تحسين القوام والترطيب والقيمة الغذائية باستخدام الإنزيمات.

4

تثمين مستدام للمخلفات لإنتاج IMOs

المكوّنات الغذائية الوظيفية والاقتصاد الدائري

التحويل الإنزيمي للمخلفات إلى سكريات قليلة التعدّد ذات أثر بريبايوتيكي وتصميم عمليات مستدامة.

5

استراتيجية إنزيمية لحماية محصول الطماطم

الزراعة وحماية النبات

تطوير محفّزات دفاع أو مبيدات حيوية إنزيمية لتعزيز دفاع النبات أو مكافحة مسبّبات المرض.

6

تحسين المكمّلات الإنزيمية لكفاءة أعلاف الدواجن

صناعة الأعلاف

تعزيز امتصاص المغذّيات وكفاءة التحويل الغذائي في تربية الدواجن.

الفصل

العنوان

الموضوعات

1

مدخل إلى التفاعلات والمفاعلات الحيوية

• التفاعلات الكيميائية الحيوية مقابل الكيميائية • دور المفاعل في تصنيع المنتجات الحيوية • تفاعلات إنزيمية وميكروبية وزراعات مختلطة • مقارنة المفاعلات الكيميائية والحيوية

2

الحسابات الستوكيومترية والموازين المولية

• التحوّل والانتقائية والمردود • الموازين في الدفعي وCSTR وPFR • تطبيقات كيميائية حيوية • مفهوم الركيزة المحدِّدة/المختزِلة كما ورد في البرنامج؛ مفهومان لا يُعدّان مترادفين

3

حركية التفاعلات الكيميائية الحيوية

• ميكايليس–منتن والتثبيط التنافسي • نمو Monod والتثبيط بالركيزة أو المنتج • روابط الكتلة الحيوية والركيزة والمنتج، مثل Luedeking–Piret • حركية الموت وعدم استقرار البلازميد

4

تصميم المفاعلات المثالية

• معادلات الدفعي وCSTR وPFR • التحجيم وتقييم الأداء • الزمن الفراغي والسرعة الفراغية • الطرائق البيانية والتكامل • ترتيبات المفاعلات على التوالي والتوازي • مقارنة الأداء في التطبيقات الحيوية

5

التفاعلات العكوسة والمتعددة

• التحفيز الحيوي العكوس • تفاعلات متوازية ومتتالية في التحويل الحيوي • تحسين الانتقائية بترتيب العملية، مثل المفاعلات الغشائية

6

الأنواع والتشغيل ومبادئ تغيير المقياس

• مقلّبة STR ورفع هوائي وسرير محشو وغشائية وضوئية • الترتيب والمزج والتهوية وانتقال الأكسجين • الحرارة وpH والأكسجين المذاب والتحريك ومعدل التهوية وزمن المكوث • مفاعلات الإنزيمات المثبّتة والخلايا الكاملة • التخمّر في الوسط الصلب SSF وظروفه • الحفاظ على المزج وانتقال الأكسجين وإزالة الحرارة والإنتاجية عند التوسّع • اختيار المفاعل وفق الكائن والمنتج والأهداف

7

التفاعلات الحيوية غير المتجانسة وقيود انتقال المادة

• الانتقال الداخلي والخارجي • معامل Thiele ومعامل الفعالية • تقليل قيود الانتشار • الإنزيمات المثبّتة والأغشية الحيوية

8

الطرائق التجريبية وتحليل الحركية

• تحديد قانون السرعة من بيانات دفعيّة • الطريقتان التكاملية والتفاضلية • السرعات الابتدائية والمتفاعل الفائض • تصميم التجارب وتجنّب الآثار المصطنعة

الحصة

العنوان

التركيز

الأنشطة الأساسية

1

الموازين المولية

الدفعي وCSTR وPFR

موازين إنتاج الكتلة الحيوية؛ مقارنة زمن تحوّل 90%؛ تخمّر إيثانول دفعي

2

التحوّل والمردود والانتقائية

مؤشرات الأداء

معاملات المردود؛ المفاضلة بين التحوّل والانتقائية؛ تخمّر حمض الستريك

3

الحركية الإنزيمية والتثبيط

ميكايليس–منتن

رسم v بحسب [S]، وLineweaver–Burk وEadie–Hofstee؛ Km وVmax؛ تثبيط أوكسيداز الغلوكوز

4

النمو وتكوين المنتج

Monod وLuedeking–Piret

ملاءمة معاملات Monod وحساب µmax وKs ومعاملات الصيانة؛ بروتين مؤتلف في E. coli

5

تصميم الدفعي وCSTR

الحجم والزمن

تحجيم دفعي ومقارنته بـCSTR؛ تحدّي إنتاج حمض اللاكتيك

6

PFR والتكامل البياني

التحجيم البياني

رسم 1/(−rA) بحسب XA؛ جمع CSTR وPFR؛ تحلّل اللاكتوز بإنزيم مثبّت

7

التفاعلات المتوازية والعكوسة

التحوّل والانتقائية

تخليق المضادات الحيوية؛ شروط الانتقائية القصوى؛ إنتاج التريبتوفان

8

التثبيت وقيود الانتشار

الانتقال الخارجي والداخلي

معامل الفعالية من Thiele وأثر حجم الجسيمات وتطبيق خرز إنزيمي

9

التحفيز غير المتجانس والسرير المحشو

انتقال وتفاعل في وسط مسامي

السرعة تحت القيود الداخلية والإنتاجية؛ شراب الفركتوز

10

تقدير المعاملات الحركية

السرعة من البيانات

الطريقتان التكاملية والتفاضلية وملاءمة الحركية وإعداد انحدار غير خطي

11

تحدّي تصميم جماعي

اختيار المفاعل

عملية مسندة للفريق؛ اقتراح النوع والحجم والأداء وعرض مبرّر

12

مراجعة واختبار تجريبي قصير

دمج المفاهيم

المعادلات والأسئلة المركّبة وتحويل الوحدات وتفسير البيانات

الفصل

العنوان

المحاور

1

مدخل إلى علوم الأوميكس وتنظيم الجينوم

• مفهوم علوم الجينوم والنسخ والبروتينات والمستقلبات وتطوّرها • بيولوجيا الأنظمة والتحليل التكاملي • تنظيم جينوم بدائيات وحقيقيات النوى • بنية الصبغيات ومعمار الجينوم • الدنا خارج الصبغي: البلازميدات والمتقدرات والبلاستيدات الخضراء • نظرة عامة إلى تقنيات إنتاج بيانات الأوميكس

2

رسم خرائط الجينوم وتسلسله وتجميعه

• الخرائط الوراثية والفيزيائية • الواسمات الجزيئية: SNP وSSR والبصمات الجزيئية • تسلسل سانغر وعالي الإنتاجية والقراءات الطويلة • التجميع: القراءات والمقاطع المتصلة والسقالات • قواعد الجينوم واسترجاع التسلسلات • مدخل إلى سير عمل توصيف الجينوم

3

علم الجينوم المقارن والوظيفي

• مقارنة الجينومات والتحليل التطوري • تحديد المناطق المحفوظة والمتغيرة • الجينات المتماثلة الناتجة عن التباعد النوعي وعن التضاعف والعائلات الجينية • تحديد الهوية الميكروبية: الرنا الريبوسومي 16S ومقارنة الجينوم الكامل • التوصيف الوظيفي والتنبؤ بوظائف الجينات • التطبيقات في التكنولوجيا الحيوية الميكروبية وتحسين السلالات

4

علم النسخ وتحليل التعبير الجيني

• مبادئ علم النسخ الشامل • تسلسل الرنا والرنا الصغير والمصفوفات الدقيقة • تطبيقات PCR بالنسخ العكسي ونسخته الكمية • معالجة بيانات الرنا: الجودة والتطبيع والترشيح • تحليل التعبير الجيني التفاضلي • تحليل إثراء مجموعات الجينات وتفسير المسارات

5

علم البروتينات وتحليل وظائفها

• أهداف علم البروتينات وتحدياته • استراتيجيات استخلاص البروتينات وفصلها • الرحلان ثنائي الأبعاد والتركيز عند نقطة التعادل الكهربي • مطيافية الكتلة: MALDI-TOF وLC-MS/MS • قواعد تحديد هوية البروتينات • تآثرات البروتينات وشبكاتها • اكتشاف الإنزيمات والتكنولوجيا الحيوية

6

علم الجينوم الوظيفي وبيولوجيا الأنظمة

• ربط الجينات والنسخ والبروتينات بوظائفها • الوراثة الأمامية والعكسية • تعطيل الجينات واستراتيجيات التحقّق الوظيفي • الشبكات التنظيمية وتحليل المسارات • تآثرات البروتين مع الدنا ومع البروتين • مدخل إلى علوم المستقلبات والليبيدات والميتاجينوم

7

تكامل الأوميكس المتعددة وتحليل الشبكات

• مبادئ التكامل • جمع بيانات الجينوم والنسخ والبروتينات • إعادة بناء الشبكات البيولوجية • تحليل المسارات وإثراء KEGG وGO • اكتشاف الواسمات الحيوية والبصمات الجزيئية • التطبيقات في التكنولوجيا الحيوية وعلم الأحياء الدقيقة البيئي

8

الذكاء الاصطناعي والتعلّم الآلي في الأوميكس

• مفاهيم التعلّم الآلي للبيانات البيولوجية • المعالجة المسبقة وانتقاء السمات • تصنيف البيانات وعنقدتها • توصيف الجينوم وتحليل التسلسل بمساعدة الذكاء الاصطناعي • التعرّف إلى أنماط النسخ بالتعلّم الآلي • التنبؤ ببنية البروتين ووظيفته • تحديات الذكاء الاصطناعي وحدوده في العلوم البيولوجية

الحصة

العنوان

الهدف

النشاط والأداة

1

تطبيقات مقاربات الأوميكس

تقديم المقاربات عبر نشاط تلخيص بصري.

عمل جماعي: خريطة مفاهيم وبحث ببليوغرافي انطلاقًا من مقالة عن دور تقنيات الأوميكس في هندسة النبات ورصد النظم البيئية وصحة الإنسان والحيوان. [ How ‘omics technologies can drive plant engineering, ecosystem surveillance, human and animal health ]

2

رسم خرائط الجينوم

فهم أسس الخرائط الوراثية والفيزيائية.

ورقة عمل موجّهة بأسئلة وتفسير نتائج، اعتمادًا على مقالة Qingyi Yu وزملائه (2009) عن خريطة فيزيائية لجينوم البابايا تدمج الخريطة الوراثية وتسلسل الجينوم. [ A physical map of the papaya genome with integrated genetic map and genome sequence – Qingyi Yu et al., 2009 ]

3

تحليل النسخ والرنا الطويل غير المشفّر

مدخل إلى علم النسخ الوظيفي والرنا الطويل غير المشفّر.

ورقة عمل موجّهة بأسئلة وتفسير، استنادًا إلى مقالة Xu Feng وزملائه (2018) عن التعبير التفاضلي للرنا المرسال والرنا الطويل غير المشفّر المرتبط بغزارة التناسل في أغنام Hu. [ Genome-wide differential expression profiling of mRNAs and lncRNAs associated with prolificacy in Hu sheep – Xu Feng et al., 2018 ]

4

التحليل الوظيفي باستخدام ShinyGO وSTRING

تحليل مجموعات الجينات بإثراء GO/KEGG باستخدام ShinyGO واستكشاف تآثرات البروتينات باستخدام STRING.

ورقة عمل موجّهة بأسئلة وتفسير نتائج تمارين التوصيف الوظيفي.

5

سلسلة معالجة مبسطة للأوميكس المتعددة — دراسة حالة

دمج بيانات RNA-seq مع ShinyGO وSTRING وAlphaFold وInterPro لبناء تفسير بيولوجي مترابط.

ورقة عمل ببيانات محاكاة أوحالة حقيقية، مثل استجابة النبات أو الحيوان للإجهاد.

6

الذكاء الاصطناعي والتعلّم الآلي لتحليل الأوميكس

مدخل إلى العنقدة والشبكات الجينية والتعلّم العميق المطبّق على الأوميكس.

ورقة عمل باستخدام Orange أو DeepGO، اعتمادًا على المقالة المذكورة عن التنبؤ بمساعدة الذكاء الاصطناعي بارتباطات الجينات بالأمراض. [ AI-assisted prediction of gene-disease associations ]

الوحدة

العنوان

الموضوعات

1

مقدمة في المعلوماتية الحيوية وقواعد البيانات البيولوجية

• نطاق المعلوماتية الحيوية وتطبيقاتها • أنواع البيانات وتدفّق المعلومات البيولوجية • الموارد وقواعد البيانات الرئيسية: NCBI وEBI وGenBank وRefSeq وUniProt وPDB وEnsembl • معرّفات التسلسلات وأرقام الإيداع • صيغ الملفات: FASTA وFASTQ وGFF وGenBank وBED وVCF • مقدمة في سطر أوامر Linux ومسارات عمل المعلوماتية الحيوية القابلة لإعادة الإنتاج

2

تحليل التسلسلات والبحث عن التشابه

• استرجاع التسلسلات والاستعلام في قواعد البيانات • المحاذاة الزوجية الشاملة والموضعية • المحاذاة المتعددة • خوارزميات BLAST وتفسير نتائجها • أنماط التسلسل والمجالات المحفوظة • التقييم الأساسي لجودة التسلسلات

3

توسيم الجينوم والتحليل الوظيفي

• التنبؤ بالجينات وتوسيم الجينوم • تحديد أطر القراءة المفتوحة ORF • التوصيف الوظيفي باستخدام GO وKEGG وInterPro وPfam • تصميم البادئات ومحاكاة PCR • مقدمة في متصفّحات الجينوم

4

علم الجينوم المقارن والتطور الجزيئي

• مفاهيم علم الجينوم المقارن • الجينات المتناظرة الناتجة عن تباعد الأنواع ونظائرها الناتجة عن التضاعف الجيني • تعدّد أشكال النوكليوتيد المفرد SNP والتباين الجينومي • مفاهيم تجميع الجينوم: القراءات والمقاطع المتصلة والسقالات • طرائق استنتاج العلاقات التطورية • التطور الجزيئي ونماذج الاستبدال

5

المعلوماتية الحيوية البنيوية والتطبيقات المتكاملة

• التنبؤ ببنية البروتين بالنمذجة بالتماثل والذكاء الاصطناعي • العرض البصري للبروتينات • التنبؤ بوظيفة البروتين • قواعد بيانات تآثرات البروتين–ربيطة والبروتين–بروتين • مسار عمل متكامل من التسلسل إلى التفسير البيولوجي • مقدمة في التطبيقات الجينومية والنسخية والبروتيومية

الحصة

العنوان

المحور

1

قواعد البيانات البيولوجية

استكشاف NCBI وGenBank وRefSeq وUniProt وPDB وEnsembl

2

استرجاع التسلسلات وإدارة الملفات

تنزيل التسلسلات وأرقام الإيداع وصيغ FASTA وFASTQ وGFF وGenBank

3

البحث عن التشابه باستخدام BLAST

إجراء البحث وتفسير التشابه بين التسلسلات

4

المحاذاة المتعددة للتسلسلات

CLUSTAL Omega وMUSCLE وJalview

5

تصميم البادئات ومحاكاة PCR

Primer3 ومحاكاة PCR

6

توسيم الجينوم

التنبؤ بالجينات وتوسيمها باستخدام RAST وGeneMark وInterPro

7

التوصيف الوظيفي

تحليل الإثراء في GO وتحليل مسارات KEGG وBlast2GO

8

التنبؤ ببنية البروتين

SWISS-MODEL وAlphaFold وPyMOL

9

علم الجينوم المقارن

تحديد الجينات المتناظرة بين الأنواع ومقارنة الجينومات

10

تحليل العلاقات التطورية

بناء الأشجار وتفسيرها باستخدام MEGA

11

متصفّحات الجينوم والتحليل المتكامل

UCSC Genome Browser وEnsembl وGeneious أو أدوات مماثلة

12

مشروع ختامي في المعلوماتية الحيوية

مسار كامل: استرجاع التسلسل ← التوسيم ← التنبؤ الوظيفي ← تحليل العلاقات التطورية

الحصة

العنوان

المحاور

1

افتتاح الورشة والتذكير بالسلامة مدخل إلى استراتيجيات تنقية الإنزيمات

• عرض الورشة والتذكير بالسلامة • المبادئ الأساسية للتنقية • أهمية المردود والنقاوة والنشاط النوعي • مراحل الترسيب والديلزة والكروماتوغرافيا • جدول التنقية: المردود % ومعامل التنقية والنشاط النوعي • المعالجة الإحصائية الأساسية: المتوسط والانحراف المعياري

2

تحضير المحاليل وأوساط الزرع

• تحضير المحاليل المنظِّمة واستعمال الكواشف والتقنيات العقيمة

3

إنتاج ألفا-أميلاز بالتخمّر

• الزراعة الميكروبية وإنتاج الإنزيم

4

الترسيب التجزيئي بكبريتات الأمونيوم

• تركيز ألفا-أميلاز وتنقيته جزئيًا

5

إزالة كبريتات الأمونيوم بالديلزة

• نزع الأملاح والتحضير للكروماتوغرافيا

6

كروماتوغرافيا الاستبعاد الحجمي وتحليل الأجزاء

• فصل البروتينات بحسب الحجم الجزيئي، بالترشيح الهلامي • جمع أجزاء الإزاحة • قياس الامتصاصية عند 280 nm، أي A280 • تحديد الأجزاء المحتوية على البروتين والفعّالة إنزيميًا • تجميع الأجزاء الفعّالة للمراحل التالية

7

كروماتوغرافيا الألفة وتحليل الأجزاء

• تنقية تعتمد على الارتباط النوعي بين الربيطة والبروتين • موازنة العمود • تحميل العينة • غسل البروتينات غير المرتبطة • إزاحة الإنزيم المستهدف • جمع أجزاء الإزاحة • قياس A280 • تحديد الأجزاء الفعّالة إنزيميًا • تجميعها لتوصيف الإنزيم

8

تقييم التنقية

• إعداد جدول المردود والنقاوة والنشاط النوعي • حساب المتوسط والانحراف المعياري للاختبارات المكررة

9

تحليل SDS-PAGE والزيموغرام

• تحليل نقاوة البروتين بالرحلان الكهربائي • الكشف عن النشاط الإنزيمي بالزيموغرام

10

توصيف الإنزيم

• تحديد pH والحرارة المثليين ومعاملات الثبات

11

التحليل الحركي

• تحديد Km وVmax • التحليل البياني: منحنيات ميكايليس–منتن ولاينويفر–بورك

12

التقييم والمناقشة واختتام الورشة

• مناقشة جماعية للنتائج ومصادر الخطأ ومقارنتها بالأدبيات • التركيز على التفسير العلمي، وليس النجاح التقني وحده

الحصة

العنوان

محاور التركيز

1

الحصة الافتتاحية: تقديم الورشة وتعليمات السلامة

• عرض الأهداف وسير العمل والمهارات المتوقعة • الاستدامة والاقتصاد الحيوي الدائري وتثمين المخلفات المائية • السلامة المخبرية والتعامل مع العيّنات وتنظيم التجارب

2

إنتاج الببتيدات الحيوية من المخلفات البروتينية للأسماك

• تحضير محلّلات بروتينية بالمعالجة بالبروتياز • تحسين ظروف التحلل: نسبة الإنزيم إلى الركيزة والزمن والحرارة • التوصيف الفيزيائي الكيميائي: محتوى البروتين بكيلدال أو برادفورد والذوبانية ومردود التحلل

3

تثمين مخلفات القشريات: إنتاج الكيتين والكيتوزان

• استخلاص الكيتين من أصداف القشريات • نزع الأسيتيل لإنتاج الكيتوزان • تحضير مواد من الكيتوزان: هلاميات مائية أو كبسولات دقيقة • إنتاج قليلات سكاريد الكيتوزان باستخدام الكيتيناز

4

التقييم الوظيفي للجزيئات الفعالة حيويًا

• اختبارات مضادات الأكسدة DPPH وABTS • تقييم النشاط المضاد للبكتيريا باختبارات التثبيط أو التخفيف المجهري إن توفّر • معالجة إحصائية: المتوسط والانحراف المعياري ومقارنة النتائج

5

إنتاج مسحوق السمك وصياغة أعلاف وظيفية

• معالجة المخلفات بالتجفيف والطحن وتقييم الجودة • صياغة أعلاف مدعّمة بالببتيدات الحيوية وقليلات سكاريد الكيتوزان • تقييم إمكانات التحسين الغذائي ووظائف العلف

6

عزل الكولاجين من المنتجات الثانوية للأسماك

• استخلاص الكولاجين من المخلفات • تحديد مردود الاستخلاص • توصيف الذوبانية وخصائص الهلام والثبات

7

توصيف المنتجات المثمَّنة وتقييم جودتها

• مقارنة البروتينات ومشتقات الكيتوزان والكولاجين • تحليل FTIR إن توفّر • تحديد المجموعات الوظيفية والخصائص البنيوية • مقارنة المنتجات وتقييم الأداء

8

التحليل الاقتصادي وإمكانات التثمين

• تقدير موازنة المادة ومردود العملية • تحليل أولي للتكلفة على النطاق المخبري • تحليل SWOT لاستراتيجيات التثمين • مناقشة التطبيقات الصناعية وفرص السوق

الحصة

العنوان

المحاور الرئيسية

1

مقدمة: لماذا نجمع بين التخصصات؟

أنشطة تعارف. محاضرة قصيرة: ما التفكير المتعدد التخصصات؟ نشاط: كيف تتناول العلوم والتكنولوجيا والفن والمجتمع المشكلة نفسها بطرائق مختلفة؟ مهمة: دفتر الاستكشاف — اختيار قضية واقعية لمتابعتها طوال المقرر.

2

الطبيعة والهندسة: دروس من المحاكاة الحيوية

دراسات حالة: المحاكاة الحيوية في العمارة والمواد والتكنولوجيا. مداخلة ضيف: مهندس أو عالم أحياء أو مهندس معماري. نشاط جماعي: تحليل ظاهرة طبيعية واقتراح تطبيق لها.

3

العلم في الفن والفن في العلم

أمثلة: فنون بصرية مستلهمة من اكتشافات علمية والعكس. ورشة: تحليل أعمال فنية واختراعات تأثرت بالتفكير العلمي. نقاش جماعي: كيف يصل الخيال بين العلم والفن؟

4

الابتكار الاجتماعي والتكنولوجيا

دراسات حالة: كيف غيّرت التكنولوجيا المجتمع إيجاباً وسلباً؟ نقاش: هل تحسّن التكنولوجيا الحياة دائماً؟ ورشة: رسم خريطة التأثيرات التكنولوجية في المجتمع الجزائري في التعليم والصحة والاقتصاد.

5

الأخلاقيات والابتكار والمسؤولية

استكشاف التقنيات الناشئة: الذكاء الاصطناعي والهندسة الوراثية والتقنيات الخضراء. نقاش: المعضلات الأخلاقية في العلوم والتكنولوجيا الحديثة. تحدٍّ جماعي: صياغة ميثاق أخلاقي للمبتكرين المستقبليين.

6

يوم التفكير المتعدد التخصصات — من تنظيم الطلبة

فعالية يقودها الطلبة: تنظيم مؤتمر مصغّر أو جلسة ملصقات حول التفكير المتعدد التخصصات. العروض النهائية: يقدّم كل طالب أو مجموعة مشروعاً يحلل قضية واقعية عبر تخصصات متعددة. تأمل جماعي: يقود الطلبة نقاشاً حول ترابط التخصصات والتحديات التي واجهوها. نشاط ختامي: إعداد لوحة التزامات أو بيان جماعي للاستكشاف والتعلّم المتعدد التخصصات مدى الحياة.

الفصل

العنوان

الموضوعات الرئيسية

1

مدخل إلى الاقتصاد القائم على الموارد الحيوية

- لماذا نطوّر اقتصاداً قائماً على الموارد الحيوية؟ - التقنيات الحيوية الداعمة للاقتصاد الحيوي. - الكتلة الحيوية بوصفها مورداً متجدداً. - الفوائد البيئية والاقتصادية والمجتمعية للإنتاج الحيوي المصدر.

2

أنواع المنتجات ذات المصدر الحيوي

- المواد الكيميائية ذات المصدر الحيوي. - المواد المصنّعة من مصادر حيوية. - الطاقة ذات المصدر الحيوي. - القطاعات الناشئة والابتكارات.

3

تطبيقات المنتجات ذات المصدر الحيوي

التطبيقات الطبية: - سقالات مسامية لهندسة الأنسجة. - أنظمة إيصال الأدوية. - مواد التئام الجروح. التطبيقات الميكروبيولوجية: - تغليف الكائنات الدقيقة في كبسولات، في الصناعات الغذائية والبروبيوتيك. - أغلفة غذائية مضادة للميكروبات. تطبيقات المواد والصناعة: - مواد البناء والمواد المركّبة. - صناعات الورق والتغليف. - السماد العضوي والأسمدة ذات المصدر الحيوي. - الدهانات والطلاءات ومواد التشحيم والموائع الوظيفية ذات المصدر الحيوي. - اللدائن الحيوية: • واقع الإنتاج الحالي. • قابلية التحلل الحيوي وإعادة التدوير. • تطبيقات التغليف بمواد ذات مصدر حيوي.

4

تحديات المنتجات ذات المصدر الحيوي وحدودها

- التكلفة والتوسّع في الإنتاج. - التنافس مع إنتاج الغذاء. - التحديات التنظيمية وتحديات الحصول على الشهادات. - العوائق التكنولوجية.

5

الآفاق المستقبلية والابتكارات

- المصافي الحيوية من الجيل القادم. - البيولوجيا التركيبية والأنظمة الحيوية المهندسة. - نماذج الاقتصاد الدائري. - اتجاهات تطوير المنتجات ذات المصدر الحيوي والأسواق العالمية.

الفصل

الموضوع

الموضوعات الفرعية

1

مقدمة في البرمجة

ما البرنامج؟ لغات البرمجة؛ لماذا تُستخدم Python في البيولوجيا؟ أمثلة على التطبيقات العلمية.

2

التثبيت والبدء في الاستخدام

تثبيت Anaconda؛ كتابة أول برنامج نصي بلغة Python؛ تنفيذ الخلايا وحفظ الملفات واستخدام التعليقات.

3

المتغيرات وأنواع البيانات

الأنواع الأساسية int وfloat وstr وbool؛ الصفوف والمجموعات والقوائم والقواميس؛ المعاملات الرياضية والمنطقية؛ التعابير والتعليمات الأساسية (القراءة والكتابة والإسناد).

4

بنى التحكم

التعليمات الشرطية if وelif وelse؛ معاملات المقارنة.

5

الحلقات

حلقتا for وwhile؛ تعليمتا break وcontinue؛ اجتياز القوائم.

6

الدوال

تعريف دالة باستخدام def؛ المعاملات والقيم المُعادة.

7

التعامل مع الملفات

قراءة ملفات .txt و.csv وكتابتها؛ الدوال open() وread() وwrite().

الأسبوع

المحور

الأنشطة

العمل المطلوب

1

حصة توجيهية

التعريف بمتطلبات المقرر وقطاعات العمليات الحيوية والتكنولوجيا الحيوية وآداب الزيارة المهنية.

واجب التحضير للزيارة

2

الزيارة 1: التصنيع الصيدلاني الحيوي

جولة في مصنع أدوية حيوية: التخمّر والتنقية والغرف النظيفة والامتثال لممارسات التصنيع الجيد GMP.

ملاحظات ميدانية وتأمل نقدي حول الموقع

3

ندوة: تحديات التوسّع الصناعي

محاضرة لمهندسي عمليات عن الانتقال من المختبر إلى المستوى التجريبي ثم الصناعي.

مقالة تأملية قصيرة

4

الزيارة 2: منشأة عمليات حيوية زراعية وصناعية

التركيز على التخمّر الميكروبي والتثمين والاقتصاد الحيوي.

ملاحظات ميدانية وتأمل نقدي حول الموقع

5

الزيارة 3: التكنولوجيا الحيوية البيئية وتثمين النفايات

زيارة موقع لتثمين النفايات الحيوية أو المعالجة الحيوية، مع التركيز على الاستدامة والاقتصاد الدائري.

ملاحظات ميدانية وتحليل للاستدامة

6

ندوة: الجودة والشؤون التنظيمية

لقاء مع مختص في ضمان الجودة أو ضبطها أو الشؤون التنظيمية، مثل GMP ومعايير ISO وHACCP.

واجب رسم خريطة نظام الجودة

7

الزيارة 4: التكنولوجيا الحيوية الغذائية أو الصناعية

التركيز على مكوّنات الأغذية والمواد ذات المصدر الحيوي أو ابتكار المنتجات الحيوية.

ملاحظات ميدانية وتقرير عن الابتكار

8

مائدة مستديرة مهنية: العمل في صناعات التكنولوجيا الحيوية

نقاش مع مهندسين وعلماء ومسؤولين من المؤسسات المزارة.

تأمل نقدي في المهارات المهنية

9–10

التحضير للمشروع الجماعي

تشكيل فرق لتوليف مكتسبات الزيارات في تقارير موضوعية.

مسودة تقرير عن المعارف الصناعية المكتسبة

11

إتمام المشروع

استكمال التقرير وتلقي ملاحظات الزملاء.

التقرير النهائي عن المعارف الصناعية المكتسبة

12

العروض النهائية

عروض جماعية تلخّص المعارف القطاعية والتأملات والتوصيات.

عرض شفوي وملاحظات الزملاء

الفصل

العنوان

المحاور الرئيسية

1

مدخل إلى الهندسة الإنزيمية

- حدود الإنزيمات الطبيعية - مقاربات الهندسة الإنزيمية - محطات تطوير الإنزيمات المهندسة

2

التصميم العقلاني

- مبادئ التصميم والتعديلات الموجّهة بالبنية - اختيار الثمالات المستهدفة - هندسة الثبات: الجسور الملحية وروابط ثنائي الكبريتيد والشحنات السطحية - دراسات حالات

3

التطفير الموجّه للموقع

- التقنيات الجزيئية لإدخال الطفرات - تصميم البادئات والتطفير المعتمد على PCR - تحليل الطافرات والتحقّق منها - التعبير عن المتغيّرات وتنقيتها

4

التطوّر الموجّه

- الانتخاب الطبيعي والتطفير التكراري - التطفير العشوائي: PCR المولّد للأخطاء والسلالات المطفِّرة - إعادة التركيب: خلط الدنا وStEP - الفحص عالي الإنتاجية واستراتيجيات الانتقاء

5

المكتبات شبه العقلانية والذكية

- اختبار الإشباع التوافقي للموقع الفعّال CASTing - التطفير الإشباعي التكراري ISM - تقليص حجم المكتبة بالمعلوماتية الحيوية - التصميم الذكي للمكتبات التوافقية

6

الأدوات الحاسوبية للهندسة الإنزيمية

- النمذجة بالتماثل والتنبؤ بالبنية - الالتحام الجزيئي والديناميكا الجزيئية - PyMOL وRosetta وFoldX وAlphaFold

7

تحسين خصائص الإنزيم

- الثبات الحراري وتحمّل pH - نوعية الركيزة والانتقائية بين المتماكبات المرآتية - مقاومة المذيبات ومردود التعبير - وسوم الاندماج والمتغيّرات المهيّأة للتثبيت

8

دراسات حالات وتطبيقات

- الإنزيمات المهندسة في التحفيز الحيوي والأدوية والتشخيص والأغذية - تصميم الإنزيمات للكيمياء الخضراء - أمثلة براءات الاختراع والتسويق

الحصة

العنوان

الأنشطة الرئيسية

1

تصميم بادئات التطفير الموجّه للموقع

- تخطيط البادئات المطفِّرة. - التدريب على تصميم بادئات لتغييرات محدّدة في الأحماض الأمينية.

2

تحليل بنية البروتين لتحديد مواقع التطفير

- استخدام بيانات البنية، مثل ملفات PDB، لاختيار الثمالات المهمة. - عرض المواقع الفعالة والمناطق المرنة والطفرات المعزِّزة للثبات.

3

تصميم تجربة PCR مولّد للأخطاء

- وضع استراتيجية للتطفير باستخدام PCR. - دراسة تعديل الظروف، مثل Mn²⁺ وعدم توازن dNTP، لاستهداف معدلات الطفرات المطلوبة.

4

تخطيط سير فحص للتطوّر الموجّه وتقييمه

- تصميم خطة أساسية للفحص أو الانتقاء. - تحديد معايير النشاط والثبات والنوعية واستراتيجيات الإنتاجية.

5

استخدام FoldX أو AlphaFold لدراسة آثار الطفرات

- التنبؤ بآثار الطفرات النقطية في ثبات البروتين. - عرض التغيّرات البنيوية المتوقعة؛ التنبؤ بالبنية وحده لا يثبت تغيّر الثبات.

6

محاذاة التسلسلات وتحليل الحفظ لرسم خريطة الموقع الفعّال

- إنجاز محاذاة متعددة للتسلسلات. - تحديد الثمالات المحفوظة والمتغيّرة للتطفير العقلاني.

7

دراسة حالات ناجحة للهندسة الإنزيمية

- تحليل أمثلة فعلية من الأدبيات. - مناقشة الاستراتيجيات والنتائج والدروس المستخلصة.

8

مقارنة حركية الإنزيم البري والطافر: مسائل تطبيقية

- تفسير Km وVmax وثوابت النوعية. - مقارنة الإنزيم البري بالطافرات المهندسة لتقييم النجاح.

الفصل

العنوان

المحاور الرئيسية

I

تاريخ الهندسة الوراثية

- المحطات التاريخية الرئيسية للتعديل الوراثي.

II

الأدوات الإنزيمية للهندسة الوراثية

- إنزيمات التقييد: الآلية ومواقع التعرّف والأنواع والتسمية والمثيلة والتطبيقات. - البوليميرازات وإنزيمات الربط والفوسفاتازات والنوكليازات.

III

تقنيات التهجين الجزيئي

- المبدأ ودرجة الانصهار Tm والعوامل المؤثرة. - التهجين في الطور السائل والصلب. - التهجين الموضعي ISH. - تصميم المسابير ووسمها بطرائق مشعّة وغير مشعّة.

IV

نواقل الهندسة الوراثية

- المفهوم والخصائص. - البلازميدات: أجيالها وتحضيرها ومنشأ تضاعفها. - العاثيات وأنواعها واستخداماتها. - الكوزميدات وYACs وBACs والنواقل المكوكية والفيروسية.

V

استنساخ البروتينات المؤتلفة والتعبير عنها

- مبادئ الاستنساخ، بما فيها PCR وتصميم البادئات واختيار الإنزيمات. - إنشاء مكتبات جينومية ومكتبات الدنا المتمّم. - أنظمة التعبير مثل E. coli وتعديلات ما بعد الترجمة. - تصميم وحدات التعبير. - إنتاج البروتينات غير المتجانسة في أنظمة مضيفة.

VI

الكائنات المعدّلة وراثيًا

- طرائق نقل الجينات إلى النبات والحيوان. - النقل المباشر وغير المباشر. - بناء الجينات المنقولة. - التطبيقات. - التتبّع والوسم.

VII

التقنيات الجديدة للهندسة الوراثية

- مبادئ تحرير الجينوم. - النوكليازات القابلة للبرمجة: أصابع الزنك وTALENs وCRISPR/Cas9. - تداخل الرنا RNAi والطرائق الناشئة.

الحصة

العنوان

الأنشطة الرئيسية

1

تحديد مواقع التقييد وتحليل خرائط النواقل

- تحليل خرائط البلازميدات والنواقل. - تحديد المواقع وتخطيط الاستنساخ.

2

تصميم بادئات الاستنساخ وPCR

- تصميم البادئات الأمامية والخلفية. - اختيار مواقع التقييد. - التحقّق من Tm ونسبة GC.

3

الاستنساخ الحاسوبي باستخدام SnapGene أو Benchling

- محاكاة مراحل الاستنساخ. - عرض الإدخالات وتحليل التقييد. - إعداد ملفات الاستنساخ الحاسوبي.

4

تخطيط تجارب التعبير عن البروتينات المؤتلفة

- اختيار النواقل والوسوم وأنظمة التعبير. - تخطيط التحريض والتنقية. - مراعاة خصائص المضيف، مثل E. coli والخميرة.

5

تصميم الرنا الدليل وتحليل المواقع غير المستهدفة في CRISPR

- التصميم باستخدام Benchling أو CHOPCHOP. - التنبؤ المبسّط بالمواقع غير المستهدفة. - مناقشة معايير جودة الرنا الدليل.

6

حالات نجاح: محاصيل Bt والإنسولين والسلمون المعدّل وراثيًا

- دراسة مشاريع هندسة وراثية. - تحديد الطرائق والأثر المجتمعي.

7

قراءة نقدية وعرض أبحاث حديثة

- اختيار مقالة بحثية حديثة. - تلخيص الأهداف والطرائق والنتائج وعرضها. - تطوير مهارات التواصل العلمي.

8

محاكاة لطخة ساوثرن وتصميم المسابير

- تخطيط لطخة ساوثرن ومحاكاتها. - تصميم مسابير التهجين. - مناقشة النوعية والوسم.

9

محاكاة إجراءات اعتماد كائن معدّل وراثيًا

- محاكاة التقييم التنظيمي، مثل أطر الاتحاد الأوروبي أو USDA. - تحديد اعتبارات السلامة الحيوية والتتبّع والوسم.

10

القضايا الأخلاقية في الهندسة الوراثية؛ حصة جديدة

- تحليل حالات فعلية أو افتراضية: تحرير الجينات البشرية ووسم المنتجات المعدّلة ومخاطر التنوّع الحيوي. - نقاش جماعي واتخاذ قرار أخلاقي.

11

المشروع الجماعي النهائي: مقترح تطبيق للهندسة الوراثية

- اقتراح مشروع لكائن معدّل أو تطبيق علاجي أو صناعي. - إعداد ملصق. - مناقشة شفوية أمام الزملاء.

الفصل

العنوان

المحور الرئيسي

1

أهمية الإنزيمات في التكنولوجيا الحيوية الصناعية

- مبادئ الاستخدام ومزاياه. - النوعية وظروف التشغيل المعتدلة والفوائد البيئية. - المقارنة بالعمليات الكيميائية التقليدية.

2

التطبيقات الصيدلانية

- الإنتاج الإنزيمي للمركّبات الصيدلانية: • المضادات الحيوية: إنتاج 6-APA وتعديل السيفالوسبورينات وتخليق الغراميسيدين. • الستيرويدات: الهيدروكسلة ونزع الهيدروجين وشطر السلسلة الجانبية. - أمثلة صناعية وتحسين العمليات.

3

التطبيقات في الكيمياء الدقيقة

- إنتاج الأحماض الأمينية والعضوية: • L-lysine وL-tryptophan وL-DOPA وL-phenylalanine وL-citrulline. • أحماض الغلوكونيك والماليك والطرطريك. - تخليق مواد كيميائية متخصصة، مثل الأكريلاميد ومشتقات النيوكليوتيدات.

4

التطبيقات الصناعية في الأغذية والمشروبات

- الإنتاج الإنزيمي الغذائي: • المُحلّيات: إيزوميراز الغلوكوز لإنتاج شراب غني بالفركتوز. • تحلّل السكروز بإنزيم الإنفرتاز. • إنتاج السيكلودكسترينات. • إنتاج L-sorbose لتخليق فيتامين C. - تحسين كفاءة تصنيع الأغذية.

5

الإنزيمات في صناعة المنسوجات

- التطبيقات: • الصقل الحيوي للأقمشة بالسليولازات. • تشطيب الدنيم والغسل الحجري الإنزيمي. • إزالة مواد التنشية إنزيميًا. - الفوائد البيئية والتحديات الصناعية.

6

الإنزيمات في صناعة المنظّفات

- الأدوار: • البروتيازات والأميلازات والليبازات والسليولازات في منظّفات الملابس والأواني. • متطلبات الثبات تجاه pH والحرارة. - تحديات الصياغة واتجاهات الابتكار.

7

الإنزيمات في صناعة مستحضرات التجميل

- الاستخدامات الناشئة: • التقشير الإنزيمي بالباباين والبروميلين مثلًا. • تخليق المركّبات النشطة حيويًا. • تحديات الثبات والإيصال. - اتجاهات الابتكار التجميلي القائم على التكنولوجيا الحيوية.

الرقم

عنوان الحالة

وصف موجز

1

مقاربة علمية قائمة على المخاطر للتحفيز الحيوي الصيدلاني

استراتيجيات دمج الإنزيمات بسلامة وفاعلية في تصنيع المواد الصيدلانية الفعالة، عبر إطار علمي لتقييم المخاطر يضمن سلامة المريض وجودة المنتج.

2

تقييم دورة حياة الإنزيمات للتطبيقات الصيدلانية

تقييم الأثر البيئي من استخراج الموارد حتى بوابة المصنع، بما يشمل الطاقة والمواد الأولية ومعالجة النفايات وطرائق تقدير معيارية لجرد دورة حياة الإنزيمات.

3

إنتاج حمض 7-أمينو سيفالوسبورانيك 7-ACA؛ Biochemie، ألمانيا/النمسا

استراتيجيات إنزيمية وتخميرية لإنتاج وسيط السيفالوسبورينات على نطاق واسع، مع الابتكارات والتحديات.

4

الإنتاج الحيوي للسيفالكسين؛ DSM، هولندا

دراسة العملية الإنزيمية الصناعية للسيفالكسين شبه الاصطناعي، وخصائصه مقارنة بالسيفالوسبورينات الطبيعية، ودمج التخمّر واسع النطاق والتحفيز الحيوي.

5

تصنيع الريبوفلافين، فيتامين B2؛ Hoffmann-La Roche، ألمانيا

الإنتاج الميكروبي للريبوفلافين كمكمّل غذائي وعلفي، وتوسيع عمليات إنتاج الفيتامينات الإنزيمية والتخميرية.

6

العمليات الحيوية لتصنيع الأحماض الأمينية؛ Tanabe، اليابان

تطوير العمليات بالإنزيمات والكائنات الدقيقة المثبّتة وتصنيعها، ومقارنة أجيال الابتكار.

7

تصنيع حمض S-كلورو بروبيونيك؛ Avecia، المملكة المتحدة

الإنتاج الإنزيمي لوسيط كيرالي S-CPA مهم للصناعات الزراعية والصيدلانية، مع أهمية النقاوة المرآتية وخفض التكلفة.

8

الإنتاج الإنزيمي للأكريلاميد؛ Mitsubishi Rayon، اليابان

التخليق الصناعي لمادة مستخدمة في البوليمرات، مع التركيز على الكفاءة والكيمياء الخضراء والطلب الصناعي.

9

تصميم التركيبات والعمليات في صناعة المنظّفات

منهج تحسين رياضي للتصميم المتزامن لتركيبة المنظّف وعملية تصنيعه، يوازن الأثر البيئي والتكلفة وقبول المستهلك.

10

تصميم مفاعلات غشائية إنزيمية لتفكيك المضادات الحيوية وتقييمها اقتصاديًا

تصميم مفاعلات بأغشية خزفية وإنزيمات مثبّتة، وتقدير تكلفتها وتحسينها، مع عمر المفاعل والحركية الإنزيمية والجدوى الاقتصادية.

الفصل

العنوان

المحاور المتناولة

1

مدخل إلى المعالجة اللاحقة للإنتاج

- نظرة عامة إلى العمليات الحيوية: المراحل السابقة للإنتاج واللاحقة له. - خصائص المنتج ومتطلبات النقاوة. - تصنيف عمليات المعالجة اللاحقة: إزالة الخلايا والالتقاط والتنقية والتنقية النهائية.

2

تفكيك الخلايا والفصل بين الصلب والسائل

- الطرائق الميكانيكية وغير الميكانيكية لتفكيك الخلايا. - الترشيح والترشيح الدقيق. - الطرد المركزي: أجهزة دفعية ومستمرة.

3

تقنيات الاستخلاص والترسيب

- مبادئ الاستخلاص بالمذيبات. - الأنظمة المائية ثنائية الطور. - ترسيب البروتينات والإنزيمات، مثل كبريتات الأمونيوم.

4

الامتزاز والفصل الاستشرابي

- مبادئ الامتزاز: منحنيات تساوي الحرارة والامتزاز الدفعي. - استشراب التبادل الأيوني والألفة والاستبعاد الحجمي والتآثر الكاره للماء. - تصميم الأعمدة وتوسيع النطاق وتحليل منحنيات الاختراق.

5

عمليات الفصل الغشائي

- مبادئ الترشيح الفائق والترشيح النانوي. - تطبيقات التناضح العكسي والديلزة. - تلوّث الأغشية واستراتيجيات التنظيف واعتبارات التصميم.

6

التجفيف والصياغة

- التجفيف بالتجميد والتجفيف بالرش. - تقنيات التحبيب بالرش والتجفيف بالسرير المميّع. - تثبيت المنتج وصياغته وتغليفه والتحرّر المضبوط.

7

تكامل العمليات ودراسات حالة

- استراتيجيات دمج العمليات الوحدوية. - نمذجة العمليات ومبادئ المحاكاة الأساسية. - أمثلة تطبيقية: المعالجة اللاحقة للإنزيمات الصناعية والمضادات الحيوية والببتيدات الفعالة حيويًا.

8

التكلفة والاستدامة والجوانب التنظيمية

- موازين الكتلة: المردود ومعدل المعالجة والكفاءة الاقتصادية. - الأثر البيئي وإدارة النفايات في المعالجة اللاحقة. - الامتثال التنظيمي: ممارسات التصنيع الجيدة الحالية للمنتجات الحيوية.

الحصة

الموضوع

الأنشطة الرئيسية

1

تصميم مرحلة الطرد المركزي

- حساب حجم جهاز الطرد المركزي اللازم لحصاد الخلايا الميكروبية. - تحليل مبادئ الترسيب ومؤشرات الأداء: القوة النسبية للطرد المركزي ومعدل التدفق.

2

إعداد مخطط تنقية البروتين

- تصميم مخطط معالجة لاحقة كامل وفق خصائص المنتج، مثل الكتلة الجزيئية والثبات والشحنة. - اختيار العمليات الوحدوية: الفصل والالتقاط والتنقية والتنقية النهائية.

3

تقدير المردود ومعامل التنقية

- حساب موازين الكتلة عبر المراحل المتعاقبة. - حساب المردود ومعامل التنقية ومعدل الاسترجاع. - تحديد نقاط الاختناق في سلسلة التنقية.

4

تحديد أبعاد عمود الاستشراب وتحليل الاختراق

- حساب حجم العمود الملائم وفق حمولة المنتج. - تفسير منحنيات الاختراق لاختيار الراتنج وتحسين العمود. - فهم منحنيات التحميل والغسل والإزاحة.

5

مقارنة تقنيات تجفيف المنتجات الإنزيمية

- مقارنة التجفيف بالتجميد وبالرش وبالسرير المميّع لإنزيم حساس. - تقييم أثر الطريقة في النشاط والمردود والتكلفة. - اقتراح استراتيجيات للتثبيت بعد التجفيف.

6

مشروع مصغّر: تحدّي تصميم المعالجة اللاحقة

- عمل الطلبة في مجموعات. - السيناريو: تصميم معالجة لاحقة كاملة لمنتج حيوي محدد (إنزيم أو بروتين أو ببتيد فعال حيويًا) مع قيود الإنتاج: نقاوة أكبر من 95%، ومردود أكبر من 60%، وجدوى اقتصادية. - المطلوب: مخطط وموازنة كتلة وتبرير التقنيات وعرض شفوي قصير (10 دقائق) أو ملصق. - التركيز: تكامل العمليات الوحدوية ومفاضلات التحسين والتفكير الأولي في التكلفة والجوانب التنظيمية، ومنها ممارسات التصنيع الجيدة عند انطباقها.

الأسبوع

عنوان الحصة

الأنشطة ومحاور التركيز

المخرجات

1

المقدمة وتخطيط المشروع

- عرض استراتيجيات الاستنساخ والنواقل. - تصميم البادئات والتخطيط للناقل والعائل.

خطة المشروع: خريطة الاستنساخ والبادئات المصمَّمة.

2

تحضير المحاليل والخلايا الكفؤة

- تحضير أوساط الزرع والمحاليل المنظّمة. - تحضير خلايا E. coli DH5α الكفؤة كيميائيًا. - السلامة وتقنيات العمل العقيم.

خلايا كفؤة جاهزة وأوساط معقّمة.

3

استخلاص الدنا الجينومي والتضخيم بـPCR

- استخلاص الدنا الجينومي. - تضخيم الجين المستهدف بـPCR. - تشخيص مشكلات PCR.

ناتج تضخيم مؤكَّد بالرحلان الكهربائي.

4

الاستخلاص من الهلام والهضم بإنزيمات التقييد

- تنقية ناتج PCR من الهلام. - هضم القطعة المدرجة والناقل بإنزيمات التقييد. - التخطيط للربط.

دنا منقّى جاهز للربط.

5

الربط والتحويل

- إعداد تفاعل الربط. - التحويل إلى E. coli DH5α. - الزرع على الأطباق والحضانة.

مستعمرات محوَّلة نامية.

6

انتقاء المؤتلفات

- الفحص بتفاعل PCR على المستعمرات. - استخلاص البلازميدات على نطاق مصغّر. - التحقّق بالهضم والرحلان.

بلازميد مؤتلف مؤكَّد.

7

النقل إلى عائل التعبير

- التحويل إلى E. coli BL21(DE3). - اختبار التحريض على نطاق صغير. - التحقّق بـSDS-PAGE.

بيانات أولية عن التعبير.

8

تحسين التعبير

- اختبار تراكيز مختلفة من IPTG ودرجات الحرارة وأزمنة التحريض. - تقدير التعبير بـSDS-PAGE وقياس كثافة الحزم إن أمكن.

ظروف تعبير محسّنة.

9

تنقية البروتين باستشراب الألفة

- تحليل الخلايا. - التنقية بالألفة، مثل وسم الهيستيدين. - تحليل الأجزاء بـSDS-PAGE.

عيّنة بروتين منقّى.

10

اختبار النشاط الإنزيمي

- إجراء اختبارات النشاط الإنزيمي أو التألّق. - حساب النشاط النوعي والمردود.

بيانات النشاط وتحليلها.

11

تشخيص المشكلات والتوصيف النهائي

- معالجة المشكلات في الخطوات الحاسمة عند الحاجة. - مناقشة كفاءة التنقية ومستويات التعبير والحدود.

بيانات تجريبية نهائية.

12

عرض المشروع وتقييمه

- عرض شفوي أو ملصق علمي. - مناقشة جماعية وملاحظات. - تسليم التقرير الكتابي النهائي.

التقرير النهائي والمناقشة.

الأسبوع

العنوان

الأنشطة ومحاور التركيز

1

مدخل إلى أدوات المحاكاة

- تثبيت COCO Simulator أو DWSIM وإعداده. - الواجهة: مخططات التدفق ومكتبة العمليات الوحدوية. - إدخال المكوّنات والأطوار والوحدات.

2

مدخلات المادة وإعداد الخصائص

- تعريف المواد الخام والتيارات. - ضبط الخصائص، مثل الكتلة الحجمية واللزوجة والذوبانية للماء والغلوكوز والكتلة الحيوية. - إدخال التدفقات الكتلية والتراكيز.

3

نمذجة المفاعلات الحيوية

- نمذجة مخمّر دفعي بوحدة مفاعل عامة. - تعريف ستوكيومترية التفاعل، مثل غلوكوز ← كتلة حيوية ومنتج. - ضبط المردود والتحوّل وزمن المكوث.

4

المعالجة اللاحقة 1: الترشيح والطرد المركزي

- نمذجة الفصل بين الصلب والسائل بالترشيح الأساسي وجهاز الطرد المركزي المروِّق. - إعداد حصاد الخلايا بعد التخمير.

5

المعالجة اللاحقة 2: الاستخلاص والتجفيف

- نمذجة الاستخلاص بالمذيب باستخدام فاصل سائل–سائل. - محاكاة مبسطة للتجفيف بوحدة مجفف هوائي تمثّل التجفيف بالرش تقريبًا.

6

موازين الطاقة والمبادلات الحرارية

- إضافة وحدات تسخين وتبريد للمخمّرات والمجففات. - تتبّع استهلاك البخار وماء التبريد.

7

جدولة العمليات الدفعية

- محاكاة التشغيل الدفعي بجدولة مبسطة ومنطق مخططات كتلية. - مناقشة أزمنة الدورة ونقاط الاختناق.

8

تحليل الحساسية

- تغيير تحوّل التفاعل وكفاءة الفصل. - تحليل الأثر في المردود ومعدل المعالجة واستهلاك الطاقة.

9

إعداد دراسة الحالة 1: بناء العملية

- اختيار حالة مثل تخمير حمض اللاكتيك أو إنتاج الإنزيمات. - تحديد المواد والتفاعلات الأساسية والوحدات المطلوبة.

10

إعداد دراسة الحالة 2: المحاكاة وحلّ المشكلات

- بناء مخططات كاملة. - تشغيل المحاكاة وحلّ مشكلات التقارب والتحقّق من موازين المادة والطاقة.

11

إعداد التقرير

- استخراج موازين المادة والطاقة واستهلاك المرافق. - إعداد مخططات التدفق والتقديرات التقنية الاقتصادية.

12

عرض المشروع والملاحظات

- عرض المخططات والتحليل الاقتصادي الأساسي. - ملاحظات الأقران والأستاذ. - تسليم تقرير المحاكاة النهائي.

الوحدة

العنوان

الموضوعات التفصيلية

1

الجامعة الريادية والجامعة 4.0

تطوّر الجامعات من 1.0 إلى 4.0 خصائص الجامعة 4.0 التحوّل الرقمي والذكاء الاصطناعي في التعليم العالي دور الجامعات في اقتصاد المعرفة تثمين البحث العلمي تحويل مخرجات البحث إلى شركات ناشئة الجامعات بوصفها محرّكاً للابتكار والتنمية الاقتصادية أمثلة دولية: MIT وStanford وCambridge وTsinghua وNUS وTUM وPSL/Polytechnique.

2

منظومة ريادة الأعمال والابتكار في الجزائر والجامعة

تعريف المنظومة الريادية الفاعلون الأساسيون سياسة دعم الابتكار في الجزائر الحاضنات والمسرّعات صناديق الاستثمار القرار الوزاري 1275: الشركات الناشئة والمؤسّسات المصغّرة وبراءات الاختراع الحاضنات الجامعية ومراكز الدعم التكنولوجي دور الذكاء الاصطناعي في المنظومة ربط الجامعات بالمحيط الاقتصادي.

3

مقدمة في الشركات الناشئة والمنهجية الرشيقة

الفرق بين المؤسّسات التقليدية والشركات الناشئة مفهوم الابتكار عدم اليقين في المشاريع الريادية نشأة المقاربة الرشيقة المبادئ الأساسية التعلّم المتحقَّق منه تقليل الهدر دورة البناء–القياس–التعلّم محاسبة الابتكار الفرق بينها وبين المحاسبة التقليدية قياس التقدّم في ظل عدم اليقين مؤشرات التعلّم بدلاً من مؤشرات الربح.

4

فهم السوق واكتشاف العملاء

مراحل إنشاء الشركة: الفكرة والفريق والنموذج الأولي والاستثمار منهجية ستيف بلانك تطوير العملاء: فهم السوق وسلوك العميل تحديد المشكلة تحليل احتياجات العملاء المقابلات الريادية صياغة الفرضيات توافق المشكلة والحلّ.

5

مخطّط نموذج الأعمال

مفهوم مخطّط نموذج الأعمال عرض القيمة شرائح العملاء القنوات تدفّقات الإيرادات الهيكل المالي وهيكل التكاليف.

6

المنتج بالحدّ الأدنى القابل للاستخدام MVP

مفهوم MVP أنواعه: رقمي وتجريبي وخدمي واختبار بوابة طلب لمنتج لم يُنفَّذ بعد اختبار الفرضيات النمذجة الأولية السريعة أدوات تطوير النماذج الأولية النماذج الرقمية والصناعية كيفية رصد الفشل في أقصر وقت ممكن.

7

الذكاء الاصطناعي وTRIZ للابتكار

الذكاء الاصطناعي في ريادة الأعمال توليد الأفكار تحليل السوق تطوير MVP التسويق الذكي منهجية TRIZ لحلّ المشكلات ابتكارياً التناقضات التقنية النتيجة النهائية المثالية دمج الذكاء الاصطناعي وTRIZ الشركات الناشئة في التقنيات العميقة.

8

القياس والتحليل وإدارة الفشل

مؤشرات الأداء الرئيسية KPI إدارة الشركات الناشئة قيادة فرق الابتكار مفاهيم قياس النمو مؤشرات AARRR لقياس تطور الشركة عبر خمس مراحل: الاكتساب: كيف نصل إلى العملاء ونجذبهم؟ التفعيل: هل يجرّب المستخدم المنتج لأول مرة؟ الاحتفاظ: هل يعود المستخدمون لاستخدامه؟ الإيرادات: هل يحقّق المشروع دخلاً أو ربحاً؟ الإحالة: هل يوصي المستخدمون الآخرين بالمنتج؟

9

التحوّل الاستراتيجي أو الاستمرار

مفهوم التحوّل الجزئي أو الكامل في الاستراتيجية الاستمرار في الاتجاه الحالي متى نغيّر الاتجاه؟ أنواع التحوّل مؤشرات القرار.

10

التمويل والنمو والتوسّع

التمويل الأولي التمويل الذاتي المستثمرون المستثمرون الملائكيون رأس المال المخاطر التمويل الجماعي مراحل التمويل تقنيات تسريع النمو محرّكات النمو.

الحصة

العنوان

المحور

1

دراسة حالة: MIT والجامعة الريادية

تحليل أسباب نجاح MIT في إنشاء آلاف الشركات الناشئة؛ وتحديد العلاقة بين البحث والابتكار؛ وشرح دور الحاضنات والمسرّعات؛ ومقارنة MIT بالجامعات الجزائرية؛ واقتراح خطة لتحويل جامعة جزائرية إلى جامعة 4.0.

1

ورشة: تصميم جامعة جزائرية 4.0

تصميم مركز ابتكار وحاضنة ومسرّعة ومركز دعم تكنولوجي وابتكار وشركة فرعية وصندوق استثمار جامعي ضمن فرق؛ وتسليم خريطة طريق تنظيمية متكاملة لنموذج الجامعة 4.0.

2

دراسة حالة: مسار شركة ناشئة جزائرية

اختيار شركة جزائرية حصلت على علامة شركة ناشئة؛ وتحليل الجهات الداعمة ومصادر التمويل؛ ورسم خريطة منظومتها؛ واقتراح آليات لتسريع نموها.

2

ورشة: رسم خريطة المنظومة الريادية

استخدام Miro أو Canvas لتمثيل الجامعات ومراكز البحث والحاضنات والمسرّعات والمستثمرين والبنوك والشركات والهيئات العمومية والشركات الناشئة والمبتكرين؛ وإظهار العلاقات واقتراح التحسينات.

3

دراسة حالة: فشل شركة تكنولوجية ناشئة

تحليل شركة أنفقت موارد قبل التحقّق من حاجة السوق؛ وتحديد الأخطاء والهدر؛ وبيان كيف كان يمكن للمنهجية الرشيقة تقليل المخاطر؛ وتصميم دورة بديلة للبناء–القياس–التعلّم.

3

ورشة: Dropbox والتحقّق الرشيق

تحليل كيفية تحقّق Dropbox من الطلب قبل تطوير المنتج الكامل؛ وتحديد الفرضيات المختبرة؛ ومقارنة تكلفة التجربة بتكلفة التطوير الكامل؛ وشرح قيمة التحقّق المبكر.

4

دراسة حالة: منصة ذكاء اصطناعي للطلبة

تحليل منصة مقترحة للمساعدة الأكاديمية بالذكاء الاصطناعي. يصوغ الطلبة 10 فرضيات ويعدّون دليل مقابلة ويجرون 20 مقابلة ميدانية لاستخلاص المشكلات الحقيقية. المخرج: صياغة مشكلة متحقَّق منها ومدعومة بأدلة المقابلات.

4

ورشة: المقابلات الريادية

محاكاة مقابلات بأدوار رائد الأعمال والعميل المحتمل والمستثمر. التدريب على الأسئلة وجمع الملاحظات وتحليل النتائج. المخرج: تقرير قصير بالفرضيات المؤكّدة والمرفوضة وأهم المعارف المكتسبة عن العملاء.

5

ورشة مخطّط نموذج الأعمال

بناء مخطّط كامل لمشروع مختار؛ وتحديد القيمة والعملاء والقنوات والإيرادات والشركاء والتكاليف؛ والدفاع عنه أمام القسم أو لجنة تقييم.

6

دراسة حالة: تطبيق توصيل ذكي

تحليل مشروع بميزانية فريق محدودة. تصميم MVP بأقل تكلفة وتحديد الفرضيات الحاسمة واختيار النوع الأنسب وتحديد مؤشرات واضحة للنجاح والفشل. المخرج: خطة تصميم بفرضيات قابلة للاختبار ومعايير تقييم.

6

ورشة: بناء MVP فعلي

بناء منتج أولي باستخدام Figma أو Glide أو Bubble أو Canva أثناء الحصة أو إتمامه في المنزل. المخرج: نموذج وظيفي أو بصري بسيط قابل للاختبار مع العملاء.

7

دراسة حالة: شركة للزراعة الذكية

تحليل مشروع يزيد الإنتاج ويقلّل استهلاك المياه. تحديد التناقض التقني وتطبيق مبادئ TRIZ واستخدام مساعدات الذكاء الاصطناعي التوليدي لتوليد الحلول وتقييمها. المخرج: حلول ابتكارية مبرّرة تجمع توليد الأفكار بالذكاء الاصطناعي واستدلال TRIZ.

7

ورشة: سباق ابتكار بالذكاء الاصطناعي

خلال 90 دقيقة، يستخدم الطلبة أدوات الذكاء الاصطناعي فقط لتوليد فكرة مبتكرة وتحديد MVP وبناء نموذج أعمال أولي. المخرج: تصور موجز يتضمن المشكلة والحلّ والمنتج الأولي وبنية نموذج الأعمال.

8

دراسة حالة: منصة تعليم إلكتروني

تحليل بيانات: 10,000 زيارة و1,000 تسجيل و400 مستخدم نشط و40 عميلاً دافعاً. حساب مؤشرات AARRR وتحديد عنق الزجاجة واقتراح التحسينات وتقييم التقدّم نحو توافق المنتج والسوق. المخرج: تقرير تحليلي قصير قائم على المؤشرات.

8

ورشة: لوحة قيادة شركة ناشئة

بناء لوحة تشمل الاكتساب والتفعيل والاحتفاظ والإيرادات والإحالة ومعدّل استهلاك السيولة. تفسير النتائج وبيان إسهام اللوحة في القرار. المخرج: لوحة بصرية بسيطة وتعليقات على الأداء ونقاط الضعف والإجراءات المقترحة.

9

دراسة حالة: من Burbn إلى Instagram

تحليل الانتقال بوصفه تحوّلاً استراتيجياً: السبب والبيانات الداعمة والنتائج والبدائل الممكنة. المخرج: تحليل قصير يبرّر التحوّل.

9

ورشة: محاكاة اجتماع مجلس الإدارة

تحليل ملف يحوي مؤشرات الأداء وآراء العملاء والبيانات المالية، ثم اتخاذ قرار جماعي بالتحوّل أو الاستمرار أو إيقاف المشروع. المخرج: قرار استراتيجي مبرّر بالإحصاءات والأدلة والأرقام.

10

مشروع مخبر الشركات الناشئة طوال السداسي

تطوير مشروع يشمل اختيار مشكلة حقيقية واكتشاف العملاء وإعداد مخطّط الأعمال وتصميم MVP واستخدام الذكاء الاصطناعي وTRIZ وقياس النتائج وتحليلها واتخاذ قرار التحوّل أو الاستمرار وإعداد خطة التمويل والنمو والعرض النهائي. المخرج: ملف مشروع كامل وعرض إقناعي نهائي.