Estrutura Curricular recomendada
Disciplinas Gerais
1º Trimestre
Disciplinas Específicas
2º Trimestre
Disciplinas Eletivas
3º e 4º Trimestre
- Métodos Matemáticos*
- Biofísica Geral*
- Bioestática e Planejamento Experimental
- Metodologia Científiica
*Os alunos ingressantes devem cursar pelo menos 01 disciplina em função da sua formação básica
Cursar 04 disciplinas, uma em cada grande área:
- Biocomputação
- Bioeconomia
- Bioengenharia
- Biossistemas
DISCIPLINAS GERAIS COMUNS:
Métodos Matemáticos - 30h
Ementa: Introdução a Matemática Aplicada: Álgebra, Geometria Analítica, Funções e Trigonometria; Limites; Cálculo Diferencial e Integral; Interpolação de Funções; Matrizes e Vetores; Sistemas de Equações Algébricas; Equações Diferenciais Ordinárias; Funções de duas ou mais variáveis independentes;
Biofisica Geral - 30h
Ementa: Composição e estrutura de ácidos nucléicos. Estrutura de cromatina. Conceito de genes, organização gênica. Replicação de DNA, mecanismos e enzimas envolvidas. Tipos de RNA e características estruturais. Transcrição. Maturação e processamento de RNAs. Biossíntese de proteínas, código genético. Estabilidade do genoma. Lesões e Reparo de DNA. Mutações. Estrutura primária, secundária, terciaria e quaternária de proteínas. Estrutura de açúcares e lipídeos. Princípios de enzimologia.
Bioestatística e Planejamento de Experimentos - 30h
Ementa: Introdução à probabilidade. Distribuições conjuntas de probabilidade. Distribuições discretas. Distribuições contínuas. Amostras e distribuições amostrais. Estimação de parâmetros. Teste de hipóteses. Análise de variância. Regressão linear simples e correlação. Planejamento de experimentos.
Metodologia Científica - 30h
Ementa: Introdução à Pesquisa. Teoria do Conhecimento. O Senso Comum. A Razão. A Verdade. Desenvolvendo o Problema. Utilizando a Literatura. Apresentando o Problema. Metodologia da Pesquisa. Fases da Pesquisa. Escrevendo a Ciência. Questões Éticas em Pesquisa e no Trabalho Acadêmico. Metodologias Ativas. Estudos de Caso. Mapas Conceituais. Noções de Patentes e Propriedade Intelectual.
DISCIPLINAS ESPECÍFICAS:
ÁREA BIOCOMPUTAÇÃO
Computação Científica Aplicada a Biossistemas - 30h
Ementa: Arquitetura de computadores (processador, memória, periféricos) e sistemas operacionais (GNU Linux, Windows, Mac OS). Programas científicos gratuitos aplicados à engenharia. Implementação de códigos aplicados a problemas científicos (C, C++, Fortran, Python, MatLab, R…) Uso de bibliotecas matemáticas gratuitas. Exemplos aplicados a biossistemas
Bioinformática - 30h
Ementa: Conceitos biológicos básicos: DNA, proteínas, domínios, motivos, genes, bancos de dados biológicos e ferramentas. Similaridade de sequências. Métodos de alinhamento. Predição de regiões codificantes. Anotação de sequências. Homologias distantes. Fundamentos de evolução e filogenia molecular. Introdução à genômica comparativa e filogenômica. Estrutura de proteínas, modelagem molecular.
Análise Multivariada de Dados Estatísticos - 30h
Ementa: Introdução aos métodos multivariados; Tipos de métodos multivariados; Tipos de dados e escalas; Análise de componentes principais (ACP); Análise de agrupamentos (segmentação ou análise de clusters); Análise por mínimos quadrados parciais (regressão PLS); Análise discriminante.
ÁREA BIOSSISTEMAS
Sistemas biomoleculares e celulares - 30h
Ementa: Estudo de processos moleculares e celulares dentro de uma escala hierárquica. Organização nuclear. Regulação e controle da expressão gênica. Fatores epissomais. Sinalização celular e vias de transdução de sinal. Ativação e ciclo celular. Morte celular e senescência. Populações celulares e organização tecidual.
Circuitos metabólicos - 45h
Ementa: Estudo das diferentes vias metabólicas com olhar integrativo e cooperativo. Metabolismo energético. Via das pentoses fosfato. Via das hexosaminas. Biossíntese de açúcares ativados, glicosilação, glicanos e glicoconjugados. Biossíntese e metabolismo lipídico. Integração de circuitos metabólicos. Técnicas ômicas para estudo de circuitos metabólicos: genômica, transcriptomica, metabolômica, glicômica e lipidômica.
Instrumentação e Medição de Sistemas Biológicos - 30h
Ementa: Métodos e instrumentos para análise quantitativa e qualitativa de propriedades gênicas, bioquímicas e biofísicas de sistemas biológicos. Sequenciamento de última geração. Reação em cadeia da polimerase. Espectroscopia de fluorescência. Espectroscopia de Dicroísmo Circular. Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier. Espectrometria de massas. Ressonância plasmônica de superfície. Microscopia de Força atômica. Microscopia óptica. Microscopia eletrônica. Espectrometria de massas. Citometria de fluxo.
Princípios de Biotecnologia molecular e farmacêutica - 45h
Ementa: Esta disciplina abrange os princípios biotecnológicos e de bioengenharia envolvidos no desenvolvimento de biomoléculas recombinantes para uso terapêutico. Expressão heteróloga de proteínas. Glicoengenharia de proteínas recombinantes. Anticorpos monoclonais. RNA terapêutico. Metodologias de edição gênica. Terapias baseadas em células-tronco. Engenharia protéica combinatorial.
Princípios de Biologia Sintética - 30h
Ementa: Fundamentos, conceitos e ferramentas; Modelagem matemática de circuitos gênicos; Engenharia metabólica para produção biocombustíveis e bioprodutos de importância industrial; Abordagens multi-ômicas ao nível de células únicas e individualidade celular; Tecnologias de edição de genomas de nova geração; Metagenômica para a descoberta de novos biocatalizadores; Biosensores para aplicações Point-of-care; Microrganismos promotores de crescimento de plantas; Engenharia de tecidos e órgãos e aplicações Body-on-a-Chip.
ÁREA BIOENGENHARIA
Sistemas Celulares Microbianos - 45h
Ementa: Uma visão geral da Microbiologia e sua interface com a engenharia de biossistemas. Conceito, estrutura e função das células eucariotas (modelos celulares de fungos filamentosos, leveduras, protozoários e microalgas). Conceito, estrutura e função das células procariotas (modelos celulares de bactérias e archaeas). Metabolismo Microbiano. Princípios de genética microbiana e regulação da expressão gênica. Principais aplicações biotecnológicas dos microrganismos e rotas de obtenção de bioprodutos em bioprocessos industriais.
Engenharia de Fermentações - 45h
Ementa: Evolução e tendências da biotecnologia industrial. Metabolismo celular e metodologias para avaliação dos processos metabólicos. Redes metabólicas. Modelos descritivos. Análise de fluxo metabólico e estimação dos coeficientes de controle metabólico. Configurações e operações de biorreatores. Cinética de bioprocessos em batelada simples, semi-contínuo e contínuo. Modelos característicos. Aeração em bioprocessos. Agitação em bioprocessos. Princípios de extrapolação de escala.
Engenharia Enzimática - 30h
Ementa: Introdução as Enzimas: Classificação, estrutura e uso na indústria. Cinética Enzimática com um ou mais substratos. Estabilidade e Estabilização Enzimática. Imobilização de Enzimas e Cinética Heterogênea. Reatores Enzimáticos. Sistemas Enzimáticos Multifásicos.
Separação e Purificação de Biomoléculas - 45h
Ementa: Biosseparação – caracterização de biomoléculas, biopartículas e suas escalas de tamanho e tempo. Introdução à termodinâmica de sistemas coloidais – Potenciais e cargas em interfaces; Interações entre partículas; Estabilidade de sistemas coloidais; Equilíbrio de fases; Fenômenos eletro-cinéticos; Caracterização de fatores de forma e estrutura por espalhamento de luz, raio-X e nêutrons. Filtração convencional e tangencial – micro, ultra, nanofiltração e osmose inversa; formação de camada-gel e deposição. Extração com solventes orgânicos e sistemas aquosos bifásicos. Precipitação e cristalização – teoria clássica da nucleação; crescimento e agregação; efeitos de pH, íons e co-solventes. Adsorção e cromatografia – interação hidrofóbica, fase reversa, troca iônica e afinidade. Integração entre unidades de separação e purificação.
BIOECONOMIA
Bioeconomia - 45h
Ementa: Conceitos de bioeconomia: surgimento e evolução; visões; bioeconomia e biotecnologia; bioeconomia e recursos biológicos; bioeconomia circular. Oportunidades em bioeconomia: principais mercados e demandas; oportunidades de valorização dos recursos; aproveitamento e valorização de resíduos. Bioeconomia como um processo de transição sociotécnica; paisagem sociotécnica, regimes, nichos de inovação; estruturação de novos sistemas tecnológicos. Estruturação das atividades em bioeconomia: dimensões-chave do processo de estruturação: recursos biológicos e matérias-primas; tecnologias de tratamento e conversão; produtos; modelos de negócio. Estratégias empresariais e competências em bioeconomia: startups, empresas estabelecidas, acesso a competências complementares, ecossistemas de inovação. Políticas e estratégias nacionais.
Dinâmica da Inovação - 45h
Ementa: A disciplina proporcionar o conhecimento das principais abordagens da economia e da gestão da inovação e aplicá-las no estudo das transformações industriais em curso, em particular as que envolvem a biotecnologia e os recursos biológicos. Situar a inovação e seus determinantes em relação à evolução da bioeconomia. Relacionar os eixos da competição e as estratégias tecnológicas e de inovação das empresas. Identificar e avaliar as dimensões da capacitação tecnológica e inovadora das empresas. Para tal, propõe como ementa: Conceitos introdutórios. Modelo da dinâmica da inovação. Inovação como processo e fontes de inovação. Inovação em modelos de negócio. Inovação aberta Características setoriais da inovação e ecossistemas de inovação. Transição sociotécnica. Inovação disruptiva. Inovação social. Construção de capacidades tecnológicas
Prospecção Tecnológica - 45h
Ementa: A importância da Prospecção em setores intensivos de P&D. Convergências entre Inteligência Competitiva, Gestão do Conhecimento e Foresight. Métodos de Prospecção. O Documento de Patente como Fonte de Informação Tecnológica. A Classificação Internacional de Patentes. Bases de Patente. Técnicas e Formulação de Estratégias de Busca de Patentes. Busca e Análise de Informações Extraídas de Documentos de Patente. Exercícios de prospecção: jogos de atores, matriz impacto-cruzado, roadmapping tecnológico e cenários.
DISCIPLINAS ELETIVAS:
ÁREA BIOCOMPUTAÇÃO
Métodos Numéricos Aplicados a Biossistemas (30h)
Ementa: Esta disciplina engloba tópicos interdisciplinares de métodos numéricos, ciências naturais, computação científica e as devidas áreas correlatas da engenharia que envolvem a solução de problemas da mecânica do contínuo. Seguindo este contexto, a disciplina cobre os fundamentos de modelagem, metodologias de discretização de equações diferenciais parciais, algoritmos de solução de sistemas de equações algébricas e as características da solução numérica. Exemplos de aplicações numéricas em fluidodinâmica também são abordados neste curso.
Fenômenos de Transporte Aplicados a Biossistemas (30h)
Ementa: Transporte de momento, lei da viscosidade de Newton, Balanço de momento em sistemas isotérmicos. Equação da continuidade e de Navier-Stokes. Fluidos não- newtonianos. Transporte de calor, lei de Fourier, Condutividade térmica. Balanço de energia em sistemas não-isotérmicos. Condução, convecção e radiação. Transporte de massa, lei de Fick. Balanço de massas em sistemas multicomponentes. Fluxos cruzados. Turbulência, flutuações e valores médios. Problema do fechamento. Modelos algébricos e modelos multi-equações.
Modelagem e Simulação de Processos Biotecnológicos (30h)
Ementa: Modelagem matemática de processos da engenharia química e bioquímica. Aplicação das leis de conservação e relações constitutivas em sistemas estacionários e dinâmicos. Balanço populacional. Modelagem em múltiplas escalas. Simulação estática e dinâmica de processos e operações da indústria bioquímica. Análise de consistência. Multiplicidade de soluções. Análise de estabilidade e sensibilidade paramétrica. Reconciliação de dados. Estimadores de estado. Simuladores de processos. Simulação em tempo real. Interfaces CAPE-OPEN.
Fundamentos em Aprendizado de Máquina (30h)
Ementa: Introdução e conceitos. Fundamentos matemáticos. Pré-processamento de dados. Aprendizado supervisionado: introdução, métodos e métricas, modelos. Aprendizado não supervisionado.
Dinâmica e Controle de Bioprocessos (30h)
Ementa: Introdução ao controle de processos e à instrumentação industrial. Análise da Dinâmica de Bioprocessos: Pontos de equilíbrios, linearização, funções de transferência, respostas típicas de sistemas lineares a perturbações, estabilidade. Malha de controle por realimentação: hardware de controle, representação por diagrama de blocos, sintonia de controladores, critérios de desempenho de controladores e auditoria de desempenho de malhas. Controle em Cascata. Controle antecipatório. Controle feedback multivariável: análise por RGA e SVD, projeto de estruturas multivariáveis. Aplicações a Bioprocessos.
Dinâmica Molecular para Biossistemas (30h)
Ementa: Modelagem computacional. Relações entre estrutura, dinâmica e função de macromoléculas biológicas. Aspectos físico-químicos da água em meio biológico e efeito hidrofóbico. Conformação e enovelamento de proteínas. Construção de modelos moleculares. Bases teóricas das interações intra e inter-moleculares e o campo de força. Potenciais harmônicos e potencial de torção. Interação de Van der Waals e potencial de Lennard-Jones. Tratamentos das interações eletrostáticas. Métodos para otimização de geometria. Algoritmos para minimização de energia. Equações de movimento para sistemas atômicos. Algoritmo de Verlet. Algoritmo Leapfrog. Simulação explícita do solvente. Condições periódicas de contorno. Dinâmica de proteínas. Banho térmico e pressórico. Movimentos em curta escala de tempo. Movimentos em larga escala de tempo. Transições estruturais locais e mudanças estruturais globais. Dinâmica da associação molecular. Cálculo da variação da energia livre de ligação. Planejamento computacional de fármacos. Simulações, análises estruturais e dinâmicas com os programas PyMol, Visual Molecular Dynamics, VMD e GROMACS.
ÁREA BIOSSISTEMAS
Sistema de expressão heteróloga de proteínas (30h)
Ementa: Estrutura do DNA e RNA. Fluxo da informação genética. Organização e estrutura de genes e do genoma. Cromossomos e cromatina. Elementos genéticos móveis. Replicação do DNA. Mutação e reparo do DNA. Síntese e processamento de RNA. Biossíntese de proteínas. Regulação da expressão gênica em bactérias. Regulação da expressão gênica em eucariotos. Metodologias e aplicações da tecnologia do DNA recombinante e da genômica. Transgenia e clonagem animal.
Redes metabólicas (30h)
Ementa: Identificação de circuitos metabólicos de interesse da biotecnologia. Quantificação de fluxos do metabolismo central. Modificação genética de sistemas de transporte para alteração de fluxos metabólicos. Otimização da produção de biocompostos pela redução da formação de subprodutos. Sistemas “in silicon”. Efeitos de baixas e altas cópias de plasmídeos. Alteração genética em vias metabólicas que levam à produção de biomassa microbiana. Modelos descritivos dos processos apresentados.
Biologia Molecular Avançada (30h)
Ementa: A disciplina visa compreender a evolução metodológica em biologia molecular culminando nas ômicas. Entender tópicos avançados de genômica, epigenética e engenharia genética. Compreender metodologias e limitações de sequenciamento de nova geração e estudos epigenéticos. Aprender na prática princípios básicos de análise de genomas e metagenomas microbianos voltados à obtenção de cepas aplicadas em bioprocessos e bioprodutos. Para tal, a disciplina possui como ementa: A evolução da biologia molecular e as ômicas: Genômica como estudo de caso; Genômica e sequenciamento de próxima geração; Análise de genomas microbianos; Epigenética e métodos de estudos epigenéticos; Metagenômica, microbiologia ambiental; Análise de metagenomas microbianos; Amplificação de DNA e single cell genomics; Engenharia genética I: expressão heteróloga de proteínas; Engenharia genética II: deleções knock outs.
Modelos in vivo: princípios e prática (30h)
Ementa: Fundamentos de anatomia e histologia. Fundamentos de embriologia. Imuno-citoquímica, hibridização in situ, microscopia intravital. Ressonância Magnética de Imagem. Princípios de toxicologia. Transgênicos.
Bioquímica Metabólica Microbiana (30h)
Ementa: A célula procariótica e eucariótica. Estrutura, composição e complexidade do genoma. Mecanismos genéticos. Fluxo da informação genética na célula. Expressão gênica em células procarióticas eucarióticas. Controle da expressão de genes. Composição, estrutura e função de membranas. Transdução de sinais celulares. Conceitos básicos de bioenergética e de cinética enzimática. Metabolismo Microbiano: Catabolismo de glicídios – Via glicolítica; Via das Pentoses; Via de Entner-Doudoroff e de Heterofermentação; Respiração Aeróbia e Anaeróbia; Transporte de elétrons em microrganismos organotróficos e litotróficos incluindo cadeias respiratórias aeróbias e anaeróbias. Catabolismo de Lipídios e Proteínas. Integração do metabolismo microbiano na obtenção de produtos de interesse biotecnológico. Importância das diferentes vias para os microrganismos, tanto como geradoras de energia como de precursores. Biossínteses microbianas (Estrutura e Função), Fotossíntese bacteriana. Indução enzimática e processos de regulação do metabolismo. Mecanismos bioquímicos de resposta aos diversos tipos de estresse.
Ultraestrutura celular (30h)
Ementa: Membrana Plasmática; estrutura, permeabilidade, transporte, receptores de membrana, sinalização celular. Sistemas internos de membrana: retículo endoplasmático, complexo de Golgi, síntese de proteínas. Endocitose, tráfego de membranas. O Citoesqueleto. Organelas produtoras de energia: mitocôndrias, cloroplastos, peroxissomos. Núcleo. Ciclo celular e seu controle. Divisão celular. Junções intercelulares, matriz extracelular. Métodos de estudo da célula.
Biologia de Sistemas no contexto de doenças crônicas (30h)
Ementa: Análises moleculares, celulares e de populações celulares no contexto de doenças crônicas neurodegenerativas, metabólicas e autoimunes. Avaliação da expressão diferencial de genes e proteínas. Redes de regulação metabólica e expressão gênica. Impactos de vias de sinalização celulares alteradas. Influência de diferentes populações celulares na patologia de doenças crônicas.