Рабочая программа дисциплины дисциплина дв2 – Генная инженерия промышленно-важных

Скачать 346.26 Kb.

Название	Рабочая программа дисциплины дисциплина дв2 – Генная инженерия промышленно-важных
страница	2/4
Дата публикации	15.01.2015
Размер	346.26 Kb.
Тип	Рабочая программа

100-bal.ru > Биология > Рабочая программа

1 2 3 4

2 Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы (72 часа). Из них на теоретическое обучение отводится 24 часа (8 – лекции и 16 – семинары), самостоятельная работа – 48 часов. Дисциплина читается в 12 семестре. Изучение дисциплины заканчивается зачетом.
Таблица 1. Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Всего зачетных единиц (часов)	Семестр
Вид учебной работы	Всего зачетных единиц (часов)	12
Общая трудоемкость дисциплины	2 (72)	2 (72)
Аудиторные занятия:	0,67 (24)	0,67 (24)
лекции	0,22 (8)	0,22 (8)
практические занятия	0,44 (16)	0,44 (16)
Самостоятельная работа:	1,33 (48)	1,33 (48)
изучение теоретического курса (ТО)	1,11 (40)	1,11 (40)
реферат	0,22 (8)	0,22 (8)
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	зачет	зачет

3 Содержание дисциплины

3.1 Разделы дисциплины и виды занятий в часах

№ п/п	Раздел дисциплины				Формируемые компетенции
№ п/п	Раздел дисциплины	Лекции, зачетные единицы (часы)	ПЗ, зачетные единицы (часы)	Самостоятельная работа, зачетные единицы (часы)	Формируемые компетенции
1	Принципы конструирования рекомбинантных организмов	0,03 (2)	0,11(4)	0,28 (10)	ОК-1, ОК-3, ОК-6, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-6, ПК-10, ПК-11, ПК-13
2	Экспрессия и выделение целевых белков	0,03 (2)	0,11(4)	0,25 (9)	ОК-1, ОК-3, ОК-6, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-6, ПК-10, ПК-11, ПК-13
3	Генетически важные продуценты	0,03 (2)	0,11(4)	0,25 (9)	ОК-1, ОК-3, ОК-6, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-6, ПК-10, ПК-11, ПК-13
4	Трансгенные растения и животные	0,03 (2)	0,11(4)	0,33 (12)	ОК-1, ОК-3, ОК-6, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-6, ПК-10, ПК-11, ПК-13

3.2 Содержание разделов и тем лекционного курса

Раздел 1. Принципы конструирования рекомбинантных организмов

Тема 1.1. Технологии рекомбинантных ДНК и общие принципы конструирования промышленно важных продуцентов для биотехнологии. Молекулярные основы генной инженерии.

Тема 1.2. Рестриктазы и другие ферменты для молекулярного клонирования. Рестрикционный анализ и секвенирование ДНК. Полимеразная цепная реакция. Общая схема молекулярного клонирования на примере создания штамма-продуцента в кишечной палочке.

Тема 1.3. Использование регуляторных элементов репликации и биосинтеза для конструирования векторов: сайты инициации репликации, маркерные гены - гены для селекции векторов и репортерные гены, регулируемые промоторы и другие регуляторные элементы экспрессии целевого гена. Использование внехромосомных элементов, подвижных генетических элементов и вирусов для конструирования векторов. Источники генов для целевых продуктов. Основные типы клонирующих векторов. Общая схема вектора на примере бактериальной экспрессионной плазмиды.

Тема 1.4. Методы введения рекомбинантных ДНК и РНК в реципиентные клетки: трансформация, трансфекция, с помощью вирусов, электропорация, липосомы, механические методы: микроинъекция и бомбардировка микрочастицами. Временная (транзиентная) экспрессия и интеграция в хромосому. Идентификация и изоляция рекомбинантных организмов.

Раздел 2. Экспрессия и выделение целевых белков

Тема 2.1. Проблемы экспрессии чужеродных генов в целевом организме. Причины использования разнообразных систем (простейшие, растения и животные) для биопродукции белков. Гетерологичная экспрессия, пострансляционные модификации и получение функционально активных аутентичных белков. Гликозилирование рекомбинантных белков в зависимости от клетки-хозяина. Стабилизация целевых продуктов в клетке.

Тема 2.2. Конструирование секретирующих организмов. Метаболическая инженерия. Активное использование регуляторных особенностей биосинтеза белка для оптимизации конструкции генно-инженерных организмов. Использование естественных систем биосинтеза и хранения запасных веществ организма-хозяина для конструирования продуцентов целевых продуктов. Выделение генетически-модифицированных организмов и проблема удаления маркерных генов.

Раздел 3. Генетически важные продуценты

Тема 3.1. Генно-инженерные организмы в хозяйственной деятельности человека и перспективы их дальнейшего использования. Использование рекомбинантных микроорганизмов различных систематических групп для получения коммерческих продуктов (ферменты, инсулин, гормон роста, интерфероны, моноклональные антитела и т.д.).

Тема 3.2. Клеточные культуры для продукции белков. Дрожжи – старый и новый организм в биотехнологии. Дрожжевые системы экспрессии.

Тема 3.3. Клетки насекомых и бакуловирусы для синтеза целевых белков.

Раздел 4. Трансгенные растения и животные

Тема 4.1. Трансгенные растения и животные как биореакторы для получения ценных для промышленности и медицины органических соединений. Конструирование трансгенных растений. Векторные системы для растений на основе Ti-плазмид и фитовирусов. Культуры растительных клеток. Биопродукция ценных для промышленности и медицины органических соединений в растениях и растительных клетках. Преимущества и проблемы биопродукции в растительной системе. Метаболическая инженерия растений. Создание растений, устойчивых к болезням, вредителям (растения, синтезирующие инсектициды), гербицидам (на примере раундапа). Изменение пищевой ценности и внешнего вида растений. Повышение продуктивности и устойчивости к внешней среде. Генетически-модифицированные продукты - мифы и реальность. Коммерциализация трансгенных растений и биобезопасность. Регулирование производства и сертификация генно-модифицированного сырья и пищевых продуктов.

Тема 4.2. Технологии создания трансгенных животных. Сложность и длительность создания трансгенных животных. Использование искусственных хромосом для переноса генов. Использование модифицированных эмбриональных стволовых клеток. Клонирование переносом ядра. Трансгенные животные как «биореакторы» биологически активных веществ.

3.3 Практические занятия

В ходе обучения предусматривается активное использование интерактивных форм ведения занятий: активный диалог с преподавателем, обсуждение в группах.

На практических занятиях более подробно обсуждаются ключевые и трудно усваиваемые моменты теоретического материала как лекционного, так и предложенного для самостоятельного изучения, на семинарах также проводится устный опрос студентов.

Рефераты представляются в виде презентаций, обсуждение проходит в интерактивной форме с участием преподавателя и студентов.

3.4 Лабораторные занятия

Учебным планом не предусмотрены.

3.5 Самостоятельная работа

Для самостоятельной работы студентами используются источники из списка рекомендованной литературы и электронные ресурсы, доступ к которым обеспечивается в электронных читальных залах библиотеки.

Учебной программой дисциплины «Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов» предусмотрено 48 часов на самостоятельную работу студентов. В ходе самостоятельного обучения студенты получают навыки работы с периодической и научной литературой, пользуются электронными базами данных и Интернет-ресурсами.

Студентам обеспечена возможность свободного доступа к фондам учебно-методической документации и интернет ресурсам. Все обучающиеся имеют открытый доступ к базе Электронного каталога и полнотекстовой базе данных внутривузовских изданий (http://lib.sfu-kras.ru/); ресурсам Виртуальных читальных залов (http://lib.sfu-kras.ru/eresources/virtual.php); к УМКД (http://lib.sfu-kras.ru/ecollections/umkd.php); к видеолекциям и учебным фильмам университета (http://tube.sfu-kras.ru/); к учебно-методическим материалам институтов(сайт Института фундаментальной биологии и биотехнологии (ИФБиБТ) - http://bio.sfu-kras.ru/).

Самостоятельная работа включает:

- изучение теоретического материала по разделам дисциплины с использованием рекомендованной литературы – 40 часов;

- подготовку рефератов – 8 часов;
Перечень вопросов теоретического цикла для самостоятельного изучения:

Модуль 1.

1. Что такое эндонуклеазы рестрикции типа II и почему они так важны для технологии рекомбинантных ДНК?

2. Опишите применение плазмиды pBR322 в качестве вектора. Какими особенностями она обладает?

3. Зачем рестрицированную плазмидную ДНК перед лигированием часто обрабатывают щелочной фосфатазой?

4. Что такое линкер и адаптер? Где их используют?

5. Что такое дидезоксинуклеотиды? Как с их помощью определяют нуклеотидную последовательность ДНК?

6. Какая реакция катализируется ферментом обратной транскриптазой? Как этот фермент используется в рекомбинантных ДНК-технологиях?

7. Что такое ДНК-микрочипы, и как они используются в функциональной геномике?

Модуль 2.

1. Почему плазмидный вектор с максимально сильным промотором не всегда является наилучшим экспрессирующим вектором?

2. Иногда стратегия синтеза белка-мишени включает получение этого белка в составе гибридного продукта. В чем преимущество такого подхода? Как создают гибридный белок?

3. Что такое тельца включения и как избежать их образования?

4. В чем преимущество локализации чужеродных белков на поверхности клеток? Какие стратегии используются для того, чтобы сделать белки секретируемыми?

5. Предложите несколько способов снижения метаболической перегрузки E. coli, синтезирующих в большом количестве рекомбинантный белок.

6. Почему для получения белков, использующихся в медицине, лучше применять эукариотические, а не прокариотические системы?

7. Что такое аффинная метка? Для чего ее используют?

8. Какие функции важны для бактериального вектора клонирования? Зачем вектор имеет более одного сайта клонирования?

9. Опишите двухгибридную систему, которая использует дрожжевой GAL4 белок, и объясните, как двухгибридная система обнаруживает взаимодействие между белками.

Модуль 3.

1. Что такое трансгенные организмы? Каково практическое применение трансгенных организмов?

2. Объясните роль рекомбинации в нацеливании гена в эмбриональных стволовых клеток. Как нацеливание гена может быть использовано для создания "нокаутных" мутаций?

3. Эксперимент по функциональной геномике проводится с использованием ДНК-микрочипов для анализа уровня экспрессии генов в бактерии. Какие гены вы ожидаете обнаружить избыточно экспрессируемыми в клетках, выращенных на минимальной среде по сравнению с клетками, выращенными на полной среде?

4. Вы хотите ввести человеческий ген инсулина в бактериальную клетку-хозяина в надежде на производство большого количества человеческого инсулина. Что вы используете – геномную ДНК или кДНК? Объясните ваши рассуждения.

5. В чем состоит экономическое преимущество использования генномодифицированных растений и животных в качестве «биореакторов»?
Темы для самостоятельного изучения и написания рефератов:

1. ПЦР (полимеразная цепная реакция) – проведение, методы, проблемы при постановке, использование.

2. Источники рисков от производства и использования ГМО (факторы риска, пищевые и медицинские риски, экологические и аграрные риски, экономические риски, биотерроризм и биобезопасность, контроль за использованием и распространением ГМО).

3. Законодательство в сфере ГМО (российское и зарубежное), патентование (правовое регулирование создания и использования ГМО, идентификация ГМИ в пищевых продуктах, стандарты, методы. Маркировка продуктов, содержащих ГМИ). Перспективы ГМО технологий.

4. Особенности применения методов генной инженерии для различных групп микроорганизмов (Bacillus, Streptococcus, Streptomyces, Pseudomonas, коринеформные бактерии, дрожжи).

5. Направленный или сайт-специфический мутагенез (Получение делеций и вставок, химический мутагенез, система сопряженного праймирования для мутагенеза, системы циклического отбора мутантных ДНК метод кассетного мутагенеза ПЦР в направленном мутагенезе).

6. Белковая инженерия (Библиотеки пептидов и эпитопов, белки-репортеры в гибридных белках, бесклеточные белоксинтезирующие системы, прокариотические, эукариотические, проточные системы синтеза белка, создание новых ферментов).

В течение семестра каждому студенту необходимо подготовить и оформить реферат. Защита рефератов проводится в соответствие с графиком дисциплины. Преподаватель, закрепляя за студентом тему реферата, выдает рекомендации по необходимой литературе, предоставляя также студенту самостоятельно провести поиск по базам данных в Интернете и в библиотеках.

Рекомендации по написанию реферата и других письменных работ призваны организовать самостоятельную работу студента и помочь ему выполнить требования, предъявляемые кафедрой. Студентам в рамках дисциплины «Избранные главы медицинской микробиологии» предоставляется право самостоятельно выбрать тему реферата из обозначенных преподавателем. Темы рефератов соответствуют тематике курса по соответствующим разделам. Оформление реферата осуществляется в соответствии с инструктивными материалами и ГОСТами:

1. ГОСТ 7.1-2003 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления. – Переиздание дата введ. 01.07.2004. Дата изм. 19.04.2010 – М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. – 80 с.

2. СТО 4.2-07-2012 Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности. – Переиздание. Дата введ. 27.02.2012 – Красноярск: СФУ, 2010. – 57 с.

Структура реферата:

– титульный лист;

– содержание;

– введение;

– основная часть;

– заключение;

– список использованных источников.

Титульный лист оформляется в соответствии со стандартом СТО 4.2-07-2010. Нумерация страниц реферата начинается с титульного листа, но номер на титульном листе не ставится. Введение должно содержать оценку современного состояния решаемой научно-технической проблемы, основание и исходные данные для разработки темы реферата. Содержание, представляющее собой обзор и анализ литературы, включает введение, наименование всех разделов, подразделов, заключение, список использованных источников. В данном разделе излагаются теоретические основы по выбранной тематике. Изложение должно вестись в форме теоретического анализа проработанных источников применительно к выполняемой теме логично, последовательно и грамотно. При необходимости данный раздел может состоять из отдельных подразделов. Из содержания теоретического обзора должно быть видно состояние изученности темы в целом и отдельных ее вопросов. Заключение должно содержать краткие выводы по результатам анализа литературы в ходе раскрытия заданной темы. Список литературы должен содержать сведения об источниках, использованных при составлении отчета. Сведения об источниках приводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 7.1.