3.3. Практические (семинарские) занятия
Учебным планом не предусмотрены.
3.4. Лабораторные занятия
Наименования и краткая характеристика лабораторных работ представлены в табл. 4.
Таблица 4
№
п/п
|
Номер раздела
дисциплины
|
Наименование лабораторных работ
|
1
|
Модуль 1. Введение в предмет «Современные проблемы
и методы биотехнологии»
|
–
|
2
|
Модуль 2. Успехи современной геномики: трансгенные организмы
|
Тема 2.1. Выделение и анализ ДНК из бактериальных
клеток
Цель лабораторной работы – приобретение студентами знаний и навыков работы с биологическим объектом для выделения ДНК. Будут освоены методы дезинтеграции и разделения фракций клеточных макромолекул. Методом электрофореза детектирована гомогенность полученной фракции ДНК. Знакомство и освоение методов получения генов (рестрикция, химико-ферментный синтез, ферментный синтез), необходимых для последующего конструирования генетически модифицированных продуцентов.
Тема 2.2. Методы введения чужеродной ДНК в клетки дрожжей и Е. coli
Цель лабораторной работы – получение студентами знаний о способах переноса генетической информации, получении и идентификации рекомбинантных организмов (освоение методов химической трансформации и электропорации). Будет проведена процедура отбора рекомбинантов, несущих маркерные Lux-гены. В результате работы студентами будут приобретены теоретические знания и основные приемы работы с генетическим материалом и техникой генетического конструирования.
Тема 2.3. ПЦР качественная и количественная
Количественное определение присутствия генетически модифицированных продуктов в продуктах питания методом ПЦР в реальном времени с использованием коммерческих наборов
Цель лабораторной работы – ознакомление студентов
с проблемой генетически модифированных продуктов питания и обучение тестированию наличия ГММ в образцах продуктов.
|
3
|
Модуль 3. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний
|
Тема 3.1. Биолюминесценция – распространение в природе, основные закономерности явления, перспективы применения в молекулярной диагностике
Цель лабораторной работы – приобретение студентами знаний об общих закономерностях функционирования различных биолюминесцентных систем (бактериальной, кишечнополостных и др.) и применении этого явления в медицинской диагностике. В ходе работы будут освоены методы определения биолюминесцентной активности различных белков и проведения твердофазного иммуноанализа.
|
|
|
Тема 3.2. Метод геномной дактилоскопии (ДНК-типирование) и его применение
Цель лабораторной работы – приобретение студентами знаний о методе ДНК-типирования (основные закономерности, возможности и применение) и навыков работы с генетическим материалом. В ходе работы будут освоены методы проведения реакции рестрикции ДНК и анализа полученных фрагментов с помощью гель-электрофореза. В работах по данному модулю студенты будут ознакомлены с устройством и принципом работы оборудования: спектрофотометр SmatSpecPlus (BioRad); устройство для промывки планшет ВОШЕР, модель PW40 (BioRad), электрофоретическая ячейка Mini-Sub Cell GT System (BioRad); источник питания для электрофореза с термодатчиком PowerPac HV (BioRad); ридер для микропланшетов, модель 680 (BioRad).
|
4
|
Модуль 4. Культура растительных клеток и тканей
|
Тема 4.1. Сравнение эффективности разных по гормональному и минеральному составу питательных сред при культивировании изолированных тканей растений
Цель лабораторной работы – приобретение студентами знаний и навыков работы с донорными растениями и эксплантами для культивирования изолированных тканей. Будут освоены приемы проведения 1 этапа микроразмножения в культуре изолированных тканей растений, определены условия, необходимые для проведения следующих этапов микроразмножения (формирования проростков или каллуса в культуре изолированных зародышей).
Тема 4.2. Индукция возникновения адвентивных почек непосредственно на тканях экспланта
Цель лабораторной работы – получение студентами знаний
о способах и возможностях микроразмножения растений и роли фитогормонов в этом процессе. Будет проведено получение растений-регенерантов путем прямого органогенеза у бегонии и сенполии. В результате работы студентами будут приобретены теоретические знания и освоены основные приемы второго способа микроклонального размножения растений
Тема 4.3. Оздоровление посадочного материала растений
в культуре апикальных меристем
Цель лабораторной работы – ознакомление студентов
с проблемой и способами освобождения растений от вирусной инфекции. Будет проведено выделение апикальных меристем картофеля и введение их в культуру, дано представление о следующих этапах микроразмножения на примере микрочеренкования пробирочных растений картофеля.
|
5
|
Модуль 5.
Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения
|
_
|
6
|
Модуль 6.
Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии
|
Тема 6.1. Выделения целевого продукта на примере разрушаемого биопластика
Цель лабораторной работы – знакомство с методами и приемами работы с биологическим материалом и целевыми продуктами, сепарация (центрифугирование биомассы), разрушение биомассы, экстракция биопластика, осаждение, очистка; знакомство с основными методами получения целевых продуктов биотехнологии. В процессе работы будет проведено центрифугирование суспензии бактериальных клеток на высокоскоростной центрифуге Avanti J-26XPI (Beckman Int., США). Из полученной пасты после предварительного ее разрушения механическим диспергатором IKA (Германия) будет экстрагирован биопластик 20 объемами растворителя, произведена отгонка растворителя на роторном испарителе ROTOVAPOR R210/V (Buchi, Германия), затем осаждение биопластика и его очистка. 2 часа.
Тема 6.2. Изучение распределения молекулярных масс биопластиков методом гель-фильтрации
Цель работы – приобретение навыков работы с жидко-жидкостной хроматографией. Для работы будет использована изократическая система высокоэффективной жидкостной хроматографии «Бриз» с рефрактометрическим детектором 2414 (Waters, США). Для определения распределения молекулярных масс биопластика будут приготовлены растворы определенной концентрации, проведена калибровка прибора по полистериновым стандартам (Sigma, США), будет освоена программа, контролирующая работу хроматографа «Бриз».
|
|
|
Тема 6.3. Исследование состава жирных кислот и биопластика, выделенных из биомассы R.eutropha, методом хромато-масс-спектрометрии
Цель работы – приобретение навыков работы с газовой хроматографией и идентификация индивидуальных компонентов с помощью масс-спектрометрии. В работе будет использован газо-жидкостный хроматограф с масс-спектрометрическим детектором 6890N/5975 (Agilent, США). Для этого будут выделены липиды и полимер из биомассы водородокисляющих бактерий, получены метиловые эфиры жирных кислот и полимера, проведено их хроматографическое разделение и проведен анализ полученных хроматограмм.
|
7
|
Модуль 7.
Инженерные основы биотехнологии
|
Тема 7.1. Исследование тепловыделения и потребления кислорода при росте бактерий
Цель работы – показать экспериментально действие общей закономерности вытекающей из теории материально-энергетического баланса. В ходе работы будет использован автоматизированный комплекс для культивирования водородоокисляющих бактерий, биореактор BioFlo110 с датчиками по измерению pH-среды, температуры, концентрации кислорода; перистальтические насосы DP2-2; аэропомпа EL-200 с системой очистки и стерилизацией воздуха. Анализ полученных данных позволит приобрести навыки в составлении материального и теплового баланса системы, проводить расчеты тепловыделения и скорости потребления кислорода микроорганизмами при аэробном росте.
Тема 7.2. Определение величины коэффициента массоотдачи в газожидкостном биореакторе и его влияния на продуктивность биотехнологического процесса
Цель работы – приобретение знаний и навыков по определению и расчету величины объемного и поверхностного коэффициентов массопередачи в газо-жидкостном биореакторе и оценке продуктивности процесса биосинтеза водородоокисляющих бактерий при гетеротрофном культивировании. В ходе работы будет продемонстрирован ферментационный процесс в биореакторе BioFlo110. Обработка и анализ полученных экспериментальных данных позволит приобрести навыки по оценке влияния кинетики массообмена на производительность процесса и его контроль.
Тема 7.3. Определение величины межфазной поверхности в системе газ-жидкость в ферментерах различных конструкций
Цель работы – приобретение знаний и навыков по определению и расчету величины межфазной поверхности в биореакторах разного типа для оценки эффективности их воздействия на биологический объект. 1 час. Теоретический раздел работы закрепляет базовые знания по методам конструирования и выбора ферментационного оборудования с заданными тепломассообменными характеристиками.
|
База для проведения лабораторных занятий включает: современные комплексы лабораторного оборудования для проведения ферментации в различных режимах (для синтеза биомассы, белка, разрушаемых биопластиков, деградации ксенобиотиков); аналитическое оборудование для определения субстратов, клеточных макромолекул и продуктов; опытное производство разрушаемых биопластиков; серию ферментационного оборудования, оборудование для разделения веществ и получения готового продукта (см. конкретные работы).
Для выполнения лабораторных работ по учебной дисциплине «Современные проблемы и методы биотехнологии» используется оборудование, которым укомплектован Центр коллективного пользования; приборами лаборатории и кафедры Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ и Института биофизики СО РАН:
Термостатируемый шейкер-инкубатор Exella E-24, «New Brunswick» (США) для выращивания клеточных культур;
Система видеодокументирования гелей «Molecular Imager Gel Doc XR» производства «Bio-Rad» (США) с трансиллюминатором;
Микроцентрифуга для пробирок «Eppendorf» 5417R (США);
Оборудование для горизонтального ДНК гель-электорфореза фирмы «Bio-Rad» (США): источник постоянного тока «PowerPac HV Power Supply» и «Sub-Cell GT» камеры с заливочными столиками;
Лабораторный шейкер-вортекс V-1 фирмы «BioSan»;
Охлаждаемый термостат, модель КВ53 фирмы «Binder» (Германия);
Бокс-ламинар БАВнп-01-«Ламинар-С»-1,2 производства «Ламинарные системы» (Россия), I класс защиты;
Универсальный электропоратор «GenePulser Xсell» фирмы «Bio-Rad» (США) с одноразовыми кюветами для электропорации;
Водяная баня-термостат WB-4MS фирмы «BioSan»;
Градиентный термоциклер для амплификации нуклеиновых кислот «MJ Mini» фирмы «Био-Рад» (США);
Градиентная реал-тайм ПЦР система «Chromo4» фирмы «Bio-Rad»; (США) для проведения ПЦР в реальном времени;
Установки для гель-электрофореза Mini-Sub cell GT фирмы «Bio-Rad» (США);
Микропланшетный денситометр Model 680 фирмы «Bio-Rad» (США);
Микропланшетный люминометр Luminoscan v1.30 фирмы «ThermoElectron» (Финляндия);
Высокоскоростная центрифуга Avanti J-26XPI фирмы «Beckman Int. (США);
Роторный испаритель Rotovapor R210/V фирмы «Buchi» (Швейцария);
Система высокоэффективной жидкостной хроматографии Breeze фирмы «Waters» (США);
Хромато-масс-спектрометр Agilent 5975Inert фирмы «Agilent» (США);
Лабораторные весы «Adventurer» ™ OH – AR2140 (США);
Стационарный pH-метр фирмы «Sartorius» (Германия).
В ходе освоения дисциплины студенты знакомятся с современным научным оборудованием, закупленным по программе развития СФУ и активно его используют в ходе выполнения лабораторных работ и научных исследований
|
