ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Мурманский государственный гуманитарный университет»
(МГГУ)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
ОПД.Ф.19 Введение в биотехнологию
Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям)
020201 Биология
Утверждено на заседании кафедры
биологии и химии
естественно-географического факультета
(протокол № 14 от 14 апреля 2008 г.)
Зав. кафедрой Харламова М.Н.
РАЗДЕЛ 1. Программа учебной дисциплины.
1.1 Автор программы: Меньшакова Мария Юрьевна, доцент кафедры биологии и химии
1.2 Рецензенты: Прохорова Татьяна Алексеевна, научный сотрудник лаборатории пелагических рыб ПИНРО
Харламова Марина Николаевна, кандидат биологических наук, доцент, зав. кафедрой биологии и химии
1.3 Пояснительная записка:
цель курса - усвоение студентами знаний о путях использования живых организмов в хозяйственной деятельности человека
Задачи курса: формирование у студентов представлений теоретических основах биотехнологии, об основных направлениях современной биотехнологии, производстве метаболитов и ферментов, применении биотехнологических процессов для решения экологических проблем
Курс биотехнологии изучается в 10-м семестре, то есть после освоения базовых биологических дисциплин, частных наук, после прохождения полевых практик по этим дисциплинам. Таким образом, биотехнология как учебная дисциплина подводит своеобразный итог изучения наук о живой природе и позволяет проследить возможности практического применения достижений различных биологических наук. Содержание курса биотехнологии опирается на знания студентов в области органической и биологической химии, молекулярной биологии, физиологии растений, экологии, цитологии, ботаники и зоологии
В результате освоения курса студенты должны знать основные направления современной биотехнологии, наиболее важные закономерности создания технологических схем с использованием живых организмов, перспективные направления биотехнологии; должны уметь характеризовать преимущества и недостатки биотехнологического производства по сравнению с традиционными технологиями.
ссылки на авторов и программы, которые использовались в подготовке
1.4 Извлечение (в виде ксерокопии) из ГОС ВПО
Биотехнология получения первичных (незаменимых аминокислот, витаминов, органических кислот) и вторичных метаболитов (антибиотиков, стероидов). Научный принцип обеспечения сверхпродукции. Перспективные источники углерода, азота и ростовых факторов. Биотехнология получения и использования иммобилизованных ферментов. Иммобилизованные ферменты. Промышленные процессы с использованием иммобилизованных ферментов. Биосенсоры для мониторинга. Микробиологический синтез белка и проблемы проблемы бесклеточной биотезнологии. Использование методов клеточной инженерии для получения ряда белков (инсулин человека, интерфероны, соматотропин, коровий антиген вируса гепатита В1 ). Получение трансгенных растений и животных. Генно-инженерные подходы к решению проблемы усвоения азота. Повышение устойчивости растений к различным факторам. Клеточная инженерия. Культура эукариотической клетки животных. Производство моноклональных антител. Получение, культивирование и гибридизация протопластов. Создание искусственных ассоциаций клеток высших растений с микроорганизмами как способ модификации растительной клетки. Технология получения гибридом. Клональное размножение растений и его классификация. Тотипотентность растительных клеток. Экологическая биотехнология. Защита окружающей среды (переработка отходов, контроль за патогенностью, деградация ксенобиотиков).
1.5 Объем дисциплины и виды учебной работы (для всех специальностей, на которых читается данная дисциплина):
№
|
Шифр и
наименование
специальности
|
Курс
|
Семестр
|
Виды учебной работы в часах
|
Вид итогового контроля
|
Трудоемкость
|
Всего аудит
|
ЛК
|
ПР
|
ЛБ
|
Сам. работа
|
1
|
020201 Биология
|
5
|
9
10
|
70
|
58
|
16
10
|
14
8
|
-
|
22
|
-
экзамен
|
1.6 Содержание дисциплины.
1.6.1 Разделы дисциплины и виды занятий (в часах). Примерное распределение учебного времени:
№
|
Наименование раздела,
темы
|
Количество часов
|
Всего ауд
|
ЛК
|
ПР
|
ЛБ
|
Сам. Раб.
|
1
|
Введение
|
2
|
2
|
-
|
-
|
2
|
2
|
Основы генетической инженерии
|
6
|
4
|
2
|
-
|
2
|
3
|
Основы клеточной инженерии
|
6
|
4
|
2
|
-
|
2
|
4
|
Получение первичных метаболитов
|
6
|
4
|
2
|
-
|
2
|
5.
|
Получение вторичных метаболитов
|
4
|
2
|
2
|
-
|
2
|
6.
|
Ферментативная биотехнология
|
4
|
2
|
2
|
-
|
2
|
7.
|
Инженерная энзимология
|
6
|
2
|
4
|
-
|
2
|
8.
|
Биотехнология в пищевой промышленности
|
6
|
2
|
4
|
-
|
4
|
9.
|
Биотехнология и охрана окружающей среды
|
6
|
4
|
2
|
-
|
4
|
|
Всего:
|
56
|
26
|
20
|
-
|
22
|
Примечание: Вариант 1 для специальности 020201 Биология.
1.6.2 Содержание разделов дисциплины.
Тема 1. Введение
Предмет, объекты и задачи биотехнологии. Связь биотехнологии с другими науками. Традиционные микробиологические производства.
Тема 2. Основы генетической инженерии. Методы получения рекомбинантной ДНК и ее переноса в реципиентную клетку. ДНК-векторы. Использование методов генетической инженерии для получения некоторых пептидов и белков. Изучение, клонирование и реконструкция ферментов фотосинтеза для повышения его эффективности. Получение биопестицидов
Получение трансгенных животных и растений. Выведение трансгенных пород животных и сортов культурных растений, устойчивых к вирусным, бактериальным, грибковым инфекциям и насекомым-вредителям. Выведение штаммов азотфиксирующих микроорганизмов с повышенной интенсивностью азотфиксации. Повышение способности к симбиогенезу растений-хозяев с помощью методов генетической инженерии.
Повышение устойчивости культурных растений к действию факторов внешней среды.
Тема 3. Основы клеточной инженерии.
Культура клеток эукариот. Методы получения клеточных культур. Питательные среды для культивирования клеток, условия культивирования. Каллюсные и суспензионные культуры, их получение и использование. Культивирование отдельных клеток.
Получение, культивирование, выращивание и пути утилизации протопластов. Создание искусственных ассоциаций клеток растений с микроорганизмами.
Трансплантация ядер и метафазных хромосом. Способы гибридизации соматических и половых эмбриональных клеток.
Методы получения моноклональных антител. Получение гибридом и их отбор в селективной среде. Использование моноклональных антител в современной медицине. Аффинная хроматография биологически активных соединений.
Тотипотентность растительных клеток. Регенерация тканей и органов растений из каллюсов. Способы клонального микроразмножения растений. Индукция развития меристематических тканей. Микрочеренкование побегов.
Тема 4. Получение первичных метаболитов биотехнологическим путем.
Стратегия «сверхсинтеза» незаменимых аминокислот, способы индуцирования сверхсинтеза. Питательные среды для биотехнологического производства. Синтез метаболитов в культуре клеток и каллюсных тканей. Биотехнологическое производство органических кислот и витаминов.
Тема 5. Биотехнологическое получение вторичных метаболитов.
Производство антибиотиков и вакцин. Методы предотвращения катаболитной депрессии ретроингибирования. Технология получения 6-амино-пенициллановой кислоты. Синтез полусинтетических антибиотиков. Биотехнология получения стероидных гормонов. Получение экстрацеллюмерных полисахаридов.
Тема 6. Ферментативная биотехнология.
Культивирование продуцентов ферментов. Переработка культуральной жидкости и методы очистки ферментов. Методы разделения ферментов.
Тема 7. Инженерная энзимология.
Методы иммобилизации ферментов. Пути использования иммобилизованных ферментов в производстве переработке углеводов, синтезе органических кислот. Ферментсодержащие электроды для мониторинга. Использование иммобилизованных ферментов в органическом синтезе и медицине ( заместительная терапия, направленный транспорт лекарственных средств). Перспективы развития инженерной энзимологии.
Тема 8. Биотехнологические процессы в пищевой промышленности.
Использование микроорганизмов в производстве молочных продуктов. Получение заменителей сахара и пищевых кислот биотехнологическим путем. Дрожжевое брожение и его использование в пищевой промышденности. Производство алкогольных напитков.
Тема 9. Биотехнология и защита окружающей среды.
Получение альтернативных источников энергии. Биотопливные элементы.
Переработка отходов, борьба с загрязнением и контроль за патогенной микрофлорой, биодеградация ксенобиотиков. Ликвидация нефтяных загрязнений
1.6.3 Темы для самостоятельного изучения.
№
|
Наименование раздела дисциплины.
Тема
|
Форма
Самостоятельной
работы
|
Количество часов
|
Форма контроля выполнения самостоятельной работы
|
1
|
Основы генетической инженерии
|
Вопросы для самостоятельного изучения
|
2
|
Проверка индивидуальных заданий
|
2
|
Основы клеточной инженерии
|
Вопросы для самостоятельного изучения. Контрольная работа
|
2
|
Проверка индивидуальных заданий и контрольной работы
|
3
|
Получение первичных метаболитов
|
Рефераты.
Вопросы для самостоятельного изучения
|
2
|
Проверка индивидуальных заданий, рефератов
|
4
|
Получение вторичных метаболитов
|
Рефераты
Вопросы для самостоятельного изучения
|
2
|
Проверка индивидуальных заданий, рефератов
|
5
|
Ферментативная биотехнология
|
Рефераты
Вопросы для самостоятельного изучения
|
2
|
Проверка индивидуальных заданий, рефератов
|
6
|
Инженерная энзимология
|
Рефераты.
Вопросы для самостоятельного изучения
|
2
|
Проверка индивидуальных заданий, рефератов
|
7
|
Биотехнология в пищевой промышленности
|
Рефераты.
Вопросы для самостоятельного изучения
|
4
|
Проверка индивидуальных заданий, рефератов
|
8
|
Биотехнология и охрана окружающей среды
|
Рефераты. Вопросы для самостоятельного изучения
|
4
|
Проверка индивидуальных заданий, рефератов
|
1.7 Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
1.7.1 Тематика и планы аудиторной работы студентов по изученному материалу (планы последовательного проведения занятий: ПР, СМ, ЛБ) по предлагаемой схеме:
Семинар 1. Генетическая инженерия.
Вопросы для коллективного обсуждения:
Теоретические основы генной инженерии
Методы получения гибридных ДНК
Пути использования гибридов
Клонирование генов.
Вопросы для самостоятельной работы:
Получение инсулина человека
Трансгенные сорта растений и породы животных
Применение трансгенных микроорганизмов в восстановлении плодородия почв.
Литература
Основная
Бейли Дж.Э., Оллис Д.Ф. Основы биохимической инженерии. М. 1989
Елинов Н.П. Основы биотехнологии. СПб. 1995
Шабарова З.А., Богданов А.А., Золотухин А.С. Химические основы генной инженерии. М. 1994.
Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии. М. 1984
Дополнительная
Кефели В.И., Дмитриева Г.А., Биотехнология. Пущино, 1989
Кучек Н.В. Генетическая инженерия высших растений. Киев. 1997
Семинар 2. Клеточная инженерия
Вопросы для коллективного обсуждения:
Методы культивирования клеток
Получение гибридных протопластов
Применение клеточной инженерии в сельском хозяйстве
Вопросы для самостоятельного изучения:
Клональное микроразмножение картофеля
Использование достижений клеточной инженерии для сохранения редких растений и животных
Литература
Основная :
Елинов Н.П. Основы биотехнологии. СПб. 1995
Сидоров В.А. Биотехнология растений. Киев. 1990
Кефели В.И., Дмитриева Г.А., Биотехнология. Пущино, 1989
Дополнительная:
Биотехнология: Принципы применение. М. 1987
Валиханова Г., Рахимбаев И. Культура клеток и биотехнология растений. Алма-Ата, 1989
Катаева Н.В., Бутенко Р.Г. Клональное микроразмножение растений. М.1983
Семинар 3.
Энергетика и биотехнология
Вопросы для коллективного обсуждения:
Этанол как экологически чистое топливо и биотехнологические методы его получения
Биогаз: микроорганизмы, используемые для производства биогаза, технологические установки и механизмы управления.
Биотехнология преобразования солнечной энергии
Фотопроизводство водорода
Вопросы для самостоятельного изучения:
Примеры конструкций и использования солнечной энергии с помощью микроорганизмов
Примеры сырья для производства этанола биотехнологическим путем
Литература
Основная
Бейли Дж.Э., Оллис Д.Ф. Основы биохимической инженерии. М. 1989
Елинов Н.П. Основы биотехнологии. СПб. 1995
Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии. М. 1984
Кефели В.И., Дмитриева Г.А., Биотехнология. Пущино, 1989
Дополнительная
Биотехнология, охрана среды. М.1990
Биотехнология: Принципы применение. М. 1987
Экологическая биотехнология. Л. 1990
Семинар 4.
Биотехнология для решения экологических проблем.
Вопросы для коллективного обсуждения:
Очистка сточных вод биотехнологическим путем
Биотехнология в переработке бытовых и промышленных отходов и извлечении из них полезных веществ
Ликвидация нефтяных загрязнений с помощью микроорганизмов
Биодеградация ксенобиотиков
Контроль за патогенной микрофлорой
Вопросы для самостоятельного изучения:
Примеры использования различных видов микроорганизмов для переработки отходов
Пример ликвидации нефтяных загрязнений на море и на суше биотехнологическим путем
Литература
Основная
Бейли Дж.Э., Оллис Д.Ф. Основы биохимической инженерии. М. 1989
Елинов Н.П. Основы биотехнологии. СПб. 1995
Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии. М. 1984
Кефели В.И., Дмитриева Г.А., Биотехнология. Пущино, 1989
Дополнительная
Биотехнология, охрана среды. М.1990
Биотехнология: Принципы применение. М. 1987
Экологическая биотехнология. Л. 1990
Семинар 5.
Биотехнологические процессы в пищевой промышленности
Вопросы для коллективного обсуждения:
Биотехнология в молочной промышленности: приготовление сыров и других молочнокислых продуктов
Производство заменителей сахара
Производство кормового белка
Производство алкогольных напитков
Использование водорослей и микроскопических грибов в производстве продуктов питания и пищевых добавок
Вопросы для самостоятельного изучения:
Производство отдельных видов сыров
Различные типы дрожжевого брожения
Литература
Основная
Бейли Дж.Э., Оллис Д.Ф. Основы биохимической инженерии. М. 1989
Елинов Н.П. Основы биотехнологии. СПб. 1995
Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии. М. 1984
Кефели В.И., Дмитриева Г.А., Биотехнология. Пущино, 1989
Дополнительная
Рыбальский Н.Г., Скуратовская О.Д. Белковая инженерия . М. 1990
Фогарти М., Бек К. Микробные ферменты и биотехнология. М. 1986
Семинар 6.
Биотехнология и медицина
I.Вопросы для коллективного обсуждения
Иммобилизация ферментов и ее применение в медицине: заместительная терапия, направленный транспорт лекарственных средств
Производство антибиотиков и вакцин
Производство витаминов и аминокислот
Производство стероидов
Получение инсулина, интерферонов
II.Вопросы для самостоятельного изучения
Примеры производства некоторых аминокислот , витаминов, гормонов
Литература
Основная
Бейли Дж.Э., Оллис Д.Ф. Основы биохимической инженерии. М. 1989
Елинов Н.П. Основы биотехнологии. СПб. 1995
Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии. М. 1984
Дополнительная
Кефели В.И., Дмитриева Г.А., Биотехнология. Пущино, 1989
Спирин А.С. Биосинтез белка и перспективы бесклеточной биотехнологии//Вестник АН СССР. 1989. №11. с. 30-38
Семинар 7.
Биотехнология и сельско-хозяйственное производство
III.Вопросы для коллективного обсуждения
Получение высокопродуктивных сортов растений и пород скота методами генной инженерии
Генная инженерия для восстановления и поддержания плодородия почв
Повышение эффективности процесса фотосинтеза
Повышение устойчивости растений к фитопатогенам, гербицидам, насекомым, засухе и другим стрессам
Клональное размножение и оздоровление растений
Вопросы для самостоятельного изучения:
Подобрать примеры трансгенных сортов растений и пород животных
Литература
Основная
Елинов Н.П. Основы биотехнологии. СПб. 1995
Муромцев Г.С., Бутенко Р.Г. Основы сельско-хозяйственной биотехнологии. М. 1990
Шабарова З.А., Богданов А.А., Золотухин А.С. Химические основы генной инженерии. М. 1994.
Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии. М. 1984
1.8 Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
1.8.1 Рекомендуемая литература учебные издания: учебники и учебные пособия, включая (при наличии) их электронные версии:
Егорова Т. А. Основы биотехнологии : Учеб.пособие для студ.пед.вузов,обуч.по спец. "Биология" / Егорова Т. А., Клунова С. М., Живухина Е. А. - М. : Академия, 2003. - 208 с.
Сельскохозяйственная биотехнология : учебник для студ. вузов, обуч. по с.-х., естественнонауч. и пед. спец.и магистерским прогр. / В. С. Шевелуха, Е. А. Калашникова, Е. С. Воронин и др. ; под ред. В. С. Шевелухи. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высшая школа, 2003. - 469 с.
Юрин В. М. Иммобилизованные клетки и ферменты : курс лекций / Юрин Владимир Михайлович. - Минск : БГУ, 2006. - 132 с.
Безбородов А.М. Основы биотехнологии микробных синтезов. Ростов. 1989
Березин И.В., Клесов А.А. Инженерная энзимология. М.1987
Биотехнология/Под. ред. А.А.Баева. М. 1984
Бейли Дж.Э., Оллис Д.Ф. Основы биохимической инженерии. М. 1989
Биотехнология, охрана среды. М.1990
Биотехнология: Принципы применение. М. 1987
Валиханова Г., Рахимбаев И. Культура клеток и биотехнология растений. Алма-Ата, 1989
Елинов Н.П. Основы биотехнологии. СПб. 1995
Катаева Н.В., Бутенко Р.Г. Клональное микроразмножение растений. М.1983
Кефели В.И., Дмитриева Г.А., Биотехнология. Пущино, 1989
Кучек Н.В. Генетическая инженери высших растений. Киев. 1997
Муромцев Г.С., Бутенко Р.Г. Основы сельско-хозяйственной биотехнологии. М. 1990
Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии. М. 1984
Рыбальский Н.Г., Скуратовская О.Д. Белковая инженерия . М. 1990
Скрябин Г., Головлева Л. Биотехнология защиты окружающей среды от ксенобиотиков//Изв. АН СССР. Сер. «биология2. 1986. №6. с. 805-813
Спирин А.С. Биосинтез белка и перспективы бесклеточной биотехнологии//Вестник АН СССР. 1989. №11. с. 30-38
Сидоров В.А. Биотехнология растений. Киев. 1990
Ферментные электроды//Итоги науки и техники. Сер. «биотехнология». М. 1988. т. 18
Фогарти М., Бек К. Микробные ферменты и биотехнология. М. 1986
Шабарова З.А., Богданов А.А., Золотухин А.С. Химические основы генной инженерии. М. 1994.
Экологическая биотехнология. Л. 1990
1.9 Материально-техническое обеспечение дисциплины
1.9.1 Перечень используемых технических средств: проектор слайдов, видеомагнитофон.
1.9.2 Перечень используемых пособий: иммобилизация ферментов, производство пищевых продуктов, получение биогаза
1.9.3 Перечень видео- и аудиоматериалов программного обеспечения: видеофильмы по темам: основы генной и клеточной инженерии, биотехнология и медицина, компакт-диск «Основы биотехнологии»
1.10 Примерные зачетные тестовые задания.
Тестовые задания по теме «Основы клеточной и генной инженерии»
Первые попытки культивирования растительных тканей были предприняты
А. Х. Фехтингом
Б.Ф. Скугом
В. Е. Коккингом
Г. Дж. Морелом
В ламинар-боксе поток стерильного воздуха должен быть направлен
А. Сверху вниз
Б. Снизу вверх
В. Наружу
3.Концентрация растворимых углеводов в питательной смеси для культуры клеток как правило составляет
А. 5-6%
Б. 2-3%
В. 10-12%
Г. не менее 20%
4 Каллусные ткани выращивают преимущественно
А. В полной темноте или при слабом освещении
Б. При ярком свете для протекания реакций фотосинтеза
В. При ультрафиолетовом освещении для обеспечения стерильности
5Синтез вторичных метаболитов в культурах растительных тканей можно стимулировать
А. Дефицитом фосфора
Б. Дефицитом азота
В. Добавлением фосфора
Г. Добавлением азота
6. Наиболее универсальной средой для культивирования клеток и тканей является седа
А. Гамборга и Эвелега
Б. Мурасиге и Скуга
В. Уайта
Г. Нича и Нич
7. Морфогенез растительных тканей в культуре можно стимулировать
А. Понижением температуры
Б. Повышением температуры
8.Для дедифференцировки тканей эксплантанта необходимы
А. Ауксины и цитокинины
Б. Гиббереллины
В. Абсцизины
9. Ткани средней плотности можно получить методами
А. Поверхностного культивирования
Б. Глубинного культивирования
В. Методами как поверхностного, так и глубинного культивирования
10. Метод культивирования одиночных клеток осуществляется в объеме
А. 1 мл
Б. 1 мкл
В. 20 мкл
Г. 50 мкл
1.11 Примерный перечень вопросов к зачету (экзамену).
Основные направления современной биотехнологии
Культура клеток эукариот. Культивирование на жидких и твердых питательных средах
Генная инженерия. Получение модифицированных геномов. Механизмы трансфекции. Отбор модифицированных организмов.
Биотехнология производства первичных метаболитов (аминокислоты, витамины)
Биотехнология производства иммунологических препаратов (вакцины и сыворотки)
Ферментная биотехнология. Иммобилизованные ферменты
Биотехнология в производстве пищевых продуктов
Производство топлива из биологического сырья
Экологическая биотехнология. Методы утилизации ксенобиотиков. Очистка сточных вод
Биотехнология в решении энергетических проблем
Биотехнологические процессы в металлургии и горно-обогатительном производстве
Генная терапия
1.12 Комплект экзаменационных билетов (утвержденный зав. кафедрой до начала сессии)
Экзамен по данной дисциплине не предусмотрен
1.13 Примерная тематика рефератов.
Клонирование позвоночных животных
Генная терапия: проблемы и перспективы
Промышленные процессы с использованием иммобилизованных ферментов
Биотехнологическая добыча металлов из морской воды
Перспективы использования трансгенных растений
Иммобилизованные ферменты в мониторинге токсических веществ
Биотехнология получения экстрацеллюлярных углеводов
Внеклеточный синтез белка
Полусинтетические антибиотики
1.14 Примерная тематика курсовых работ.
Выполнение курсовых работ по данной дисциплине не предусмотрено
1.15 Примерная тематика квалификационных (дипломных) работ.
Выполнение дипломных работ по данной дисциплине не предусмотрено
1.16 Методика(и) исследования (если есть). нет
1.17 Бально-рейтинговая система, используемая преподавателем для оценивания знаний
студентов по данной дисциплине.
При освоении дисциплины каждый студент получает по 1 баллу за активную работу на практических занятиях, по 5 баллов (максимум) за написание реферата, по 1 баллу на посещение лекции. Студенты, набравшие не менее 90 % от максимального количества баллов получают зачет
РАЗДЕЛ 2. Методические указания по изучению дисциплины (или её разделов) и
контрольные задания для студентов заочной формы обучения.
Задание 1. Оценить преимущества и недостатки желатина как носителя для иммобилизованных ферментов
Задание 2. Охарактеризовать различия культивирования эксплантов, полученных их корневых шишек ятрышника с целью получения слизей для нужд фармацевтической промышленности и с целью размножения для восстановления сокращающихся популяций.
Задание 3. Охарактеризовать сходства и различия различных типов вакцин ( состав, технология получения, спектр заболеваний, при которых наиболее эффективно использование вакцины, требования к пациенту)
|
