1. Цели освоения дисциплины
| 1.1. | Цель освоения дисциплины - формирование современных представлений об уровне научных достижений в области биоинженерии и биотехнологии, клеточной и генетической инженерии, энзимологии; знакомство с современными промышленными биотехнологическими процессами. |
|---|
2. Место дисциплины в структуре ООП
| Цикл (раздел) ООП: Б1.О.04 |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ОПК-5 | Способен применять в профессиональной деятельности современные представления об основах биотехнологических и биомедицинских производств, генной инженерии, нанобиотехнологии, молекулярного моделирования; |
| ОПК-5.1 | Знает принципы современной биотехнологии, приемы генетической инженерии, основы нанобиотехнологии и молекулярного моделирования |
| ОПК-5.2 | Умеет оценивать и прогнозировать перспективность объектов своей профессиональной деятельности для биотехнологических производств |
| ОПК-5.3 | Владеет приемами определения биологической безопасности продукции биотехнологических и биомедицинских производств |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | Знает принципы современной биотехнологии, приемы генетической инженерии, основы нанобиотехнологии и молекулярного моделирования |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | Умеет оценивать и прогнозировать перспективность объектов своей профессиональной деятельности для биотехнологических производств |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | Владеет приемами определения биологической безопасности продукции биотехнологических и биомедицинских производств |
4. Структура и содержание дисциплины
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Предмет, история развития и основные направления биотехнологии | ||||||
| 1.1. | Цели, задачи, основные направления и перспективы развития биотехнологии | Лекции | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| Раздел 2. Основы промышленной биотехнологии | ||||||
| 2.1. | Основные стадии биотехнологических производств | Лекции | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 2.2. | Типовая схема биотехнологического производства | Лабораторные | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 2.3. | Принципы составления питательных сред в биотехнологическом производстве | Лабораторные | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 2.4. | Получение лимонной кислоты путем культивирования плесневого гриба поверхностным способом на жидкой питательной среде | Лабораторные | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 2.5. | Методы количественного учета микроорганизмов | Сам. работа | 5 | 6 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 2.6. | Особенности развития биотехнологии в главных регионах мира | Сам. работа | 5 | 6 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| Раздел 3. Биотехнология бродильных производств | ||||||
| 3.1. | Молочнокислое брожение | Лабораторные | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 3.2. | Спиртовое брожение | Лабораторные | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 3.3. | Уксуснокислое брожение | Лабораторные | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 3.4. | Маслянокислое брожение | Сам. работа | 5 | 6 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| Раздел 4. Инженерная энзимология | ||||||
| 4.1. | Иммобилизованные ферменты | Лекции | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| Раздел 5. Экологическая биотехнология | ||||||
| 5.1. | Аэробная и анаэробная очистка сточных вод | Сам. работа | 5 | 4 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 5.2. | Биологическая очистка и дезодарация газовоздушных выбросов | Сам. работа | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 5.3. | Компостирование и биодеградация растительных отходов | Сам. работа | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 5.4. | Биоремидиация водных и почвенных систем | Сам. работа | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 5.5. | Биодеградация ксенобиотиков, нефтяных загрязнений | Сам. работа | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| Раздел 6. Биотехнологическая биоэнергетика и биологическая переработка минерального сырья | ||||||
| 6.1. | Получение экологически чистой энергии | Лекции | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 6.2. | Получение биогаза из органических остатков | Лабораторные | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 6.3. | Получение этанола из продуктов растениеводства | Лабораторные | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 6.4. | Биологическое получение водорода | Сам. работа | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 6.5. | Биогеотехнология металлов | Сам. работа | 5 | 4 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| Раздел 7. Сельскохозяйственная биотехнология | ||||||
| 7.1. | Биотехнология производства энтомопатогенных препаратов | Лекции | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 7.2. | Биотехнология производства бактериальных удобрений | Сам. работа | 5 | 6 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 7.3. | Силосование кормов как методанаэробной конверсии | Лабораторные | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| Раздел 8. Биотехнология клеток и тканей растений и животных | ||||||
| 8.1. | Клеточная инженерия растений. | Лекции | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 8.2. | Генная инженерия растений | Сам. работа | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 8.3. | Клеточная инженерия животных | Сам. работа | 5 | 4 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 8.4. | Стерилизация растительного материалаю Культивирование стерильных проростков растений in vitro | Лабораторные | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 8.5. | Получение каллусных культур растений | Лабораторные | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 8.6. | Клональное микроразмножение растений in vitro | Лабораторные | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 8.7. | Использование биотехнологии растений в сельском хозяйстве, селекции и растениеводстве | Сам. работа | 5 | 6 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 8.8. | Использование биотехнологии животных в сельском хозяйстве, селекции и разведении | Сам. работа | 5 | 5 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
| 8.9. | Коллекции и криобанки клеточных культур | Сам. работа | 5 | 4 | Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.2, Л3.1, Л1.2 | |
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| Тестовые задания по теме «Основы промышленной биотехнологии» 1. Технологический воздух для биотехнологического производства стерилизуют: а) нагреванием в) облучением б) фильтрованием 2. Борьба с фаговой инфекцией в цехах ферментации антибиотической промышленности наиболее рациональна путем: а) получения и использования фагоустойчивых штаммов биообъекта б) ужесточения контроля за стерилизацией оборудования в) ужесточения контроля за стерилизацией питательной среды г) ужесточения контроля за стерилизацией технологического воздуха 3. Барботер – это устройство: а) для стерилизации ферментера б) для подачи питательной среды в ферментер в) для подачи воздуха (газа) в ферментер г) для отвода тепла из ферментера д) для измерения уровня жидкости в ферментере 4. Вторичные метаболиты синтезируются (в большем количестве): а) в стационарной фазе г) в лаг-фазе б) в фазе замедленного роста д) в фазе ускоренного роста в) в логарифмической фазе 5. Поддержание культуры продуцента на определенной стадии развития в турбидостате осуществляется за счет: а) поддержания концентрации компонентов питательной среды на определенном уровне б) регулирования скорости протока жидкости через ферментер в) контроля температуры г) контроля температуры и рН среды д) контроля за потреблением кислорода 6. Способы стерилизации фильтров, применяемых для очистки технологического воздуха: а) радиация в малых дозах б) нагревание в) обработка дезинфицирующими растворами г) обработка горячим 7. Фаза роста при непрерывном процессе ферментации биообъекта: а) латентная б) стационарная в) деградационная г) экспоненциальная 8. Продуктами биотехнологии являются: а) очищенные сточные воды д) природный газ б) цемент е) сода в) минеральные удобрения ж) живые вакцины г) кормовые дрожжи з) биогаз 9. В биотехнологии сепарация основана на: а) отделении клеток на пористой перегородке б) всплытии клеток в результате низкой смачиваемости в) отделении клеток в поле центробежных сил г) осаждении клеток под действием силы тяжести 10. Легко гидролизующееся растительное сырье, служащее субстратом в биотехнологическом производстве: а) гемицеллюлоза г) целлюлоза б) пектин…………………………………д) лигнин в) все варианты |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| Перечень тем для рефератов 1. Типовая схема биотехнологического производства. 2. Принципы составления питательных сред в биотехнологическом производстве 3. Получение лимонной кислоты путем культивирования плесневого гриба поверхностным способом на жидкой питательной среде. 4. Методы количественного учета микроорганизмов. 5. Молочнокислое брожение. 6. Спиртовое брожение. 7. Уксуснокислое брожение. 8. Маслянокислое брожение. 9. Получение биогаза из органических остатков. 10. Получение этанола из продуктов растениеводства. 11. Силосование кормов как метода анаэробной конверсии. 12. Стерилизация растительного материала. Культивирование стерильных проростков растений in vitro. 13. Получение каллусных культур растений. 14. Клональное микроразмножение растений in vitro. |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| Основные предпосылки возникновения биотехнологии. 2. Понятие «биотехнология». 3. История возникновения и развитие биотехнологии. 4. Объекты биотехнологии и их биотехнологические функции. 5. Основные направления развития биотехнологии. 6. Основные этапы биотехнологических процессов: приготовление питательных сред. 7. Основные этапы биотехнологических процессов: поддержание чистой культуры. 8. Основные этапы биотехнологических процессов: ферментация. 9. Основные этапы биотехнологических процессов: выделение и очистка продукта; товарные формы продуктов. 10. Генетическое конструирование микроорганизмов: мутагенез и методы выделения мутантов. 11. Генетическое конструирование микроорганизмов: гибридизация эукариотических микроорганизмов, слияние протопластов. 12. Генетическое конструирование микроорганизмов: плазмиды и конъюгация у бактерий. 13. Генетическое конструирование микроорганизмов: фаги и трансдукция. 14. Генетическое конструирование микроорганизмов: транспозоны. 15. Производство кормового и пищевого белка. 16. Биотехнологии получения первичных метаболитов: производство аминокислот. 17. Биотехнологии получения вторичных метаболитов: получение антибиотиков. 18. Иммобилизованные ферменты, их преимущества перед чистыми ферментами. Применение иммобилизованных ферментов. 19. Физические методы иммобилизации ферментов. 20. Химические методы иммобилизации ферментов. 21. Биотехнология получения биогаза. 22. Биотехнология получения низкомолекулярных спиртов. 23. Биологическое получение водорода. 24. Биотехнология очистки сточных вод. 25. Биологическая очистка газо-воздушных выбросов. 26. Биодеградация ксенобиотиков и отходов производства. 27. Биогеотехнология. Бактериальное выщелачивание металлов. 28. Биогеотехнология. Микробиологическое извлечение металлов из растворов. 29. Биотехнология производства бактериальных энтомопатогенных препаратов. 30. Биотехнология производства грибных энтомопатогенных препаратов. 31. Биотехнология производства вирусных энтомопатогенных препаратов. 32. Биотехнология производства бактериальных удобрений. 33. Биотехнология растений: история развития, особенности применения методов биотехнологии растений в селекции. 34. Организация лаборатории культуры растительных клеток и тканей. 35. Состав питательных сред для культивирования растительных клеток и тканей. 36. Способы стерилизации в биотехнологии растений. Стерилизация растительных эксплантов. 37. Каллусные и суспензионные культуры растительных клеток in vitro. Культура одиночных клеток. 38. Морфогенез в культуре каллусных клеток растений in vitro. 39. Изолированные протопласты. Их получение и особенности культивирования. 40. Методы биотехнологии растений в селекции и растениеводстве: микроклональное размножение и оздоровление растений. 41. Методы биотехнологии растений в селекции и растениеводстве: оплодотворение in vitro, эмбриокультура и экспериментальная гаплоидия. 42. Методы биотехнологии растений в селекции и растениеводстве: гибридизация соматических клеток. 43. Биотехнологические способы сохранения генофонда. 44. Особенности культивирования животных клеток. 45. Методы биотехнологии в животноводстве: трансплантация эмбрионов. 46. Методы биотехнологии в животноводстве: оплодотворение in vitro и клеточная инженерия. |
| Приложения |
|
Приложение 1.
ФОС Биотехнология.docx
|
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А .Живухина | Основы биотехнологии: | М.: Академия, 2008 | |
| Л1.2 | Хлебова Л.П., Яценко Е.С., Сперанская Н.Ю. | Практикум по биотехнологии. Культура клеток, тканей и органов: | Алт. гос. ун-т, 2016 | elibrary.asu.ru |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Вечернина Н.А | Биотехнология растений: | Барнаул: АлтГУ, 2009 | |
| Л2.2 | В.С.Шевелуха | Сельскохозяйственная биотехнология : | М.: Высш. шк, 1998 | 15 |
| Л2.3 | Лутова Л. А | Биотехнология высших растений: | СПбГУ.:Изд-во С.-Петерб.ун-та, 2003 | 10 |
| 6.1.3. Дополнительные источники | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л3.1 | Хлебова Л.П., Мякишева Е.П. | Введение в биотехнологию. Лабораторный практикум: учебное пособие | Барнаул: изд-во АлтГУ, 2014 | |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | Интернет журнал о коммерческих биотехнологиях | www.cbio.ru | ||
| Э2 | Научная электронная библиотека | www.elibrary.ru | ||
| Э3 | Курс в Moodle "Биотехнология" | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| MS Office; Word, Excel, PowerPoint u др. Microsoft Windows 7-Zip AcrobatReader Microsoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно); Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно); Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно); 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно); AcrobatReader (http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно); ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (https://astralinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно); LibreOffice (https://ru.libreoffice.org/), (бессрочно); Веб-браузер Chromium (https://www.chromium.org/Home/), (бессрочно); Антивирус Касперский (https://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024); Архиватор Ark (https://apps.kde.org/ark/), (бессрочно); Okular (https://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно); Редактор изображений Gimp (https://www.gimp.org/), (бессрочно) | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| http://www.consultant.ru/ http://elibrary.asu.ru http://elibrary.ru http://www.scopus.com https://link.springer.com/ http://www.biolib.de/ https://biomolecula.ru/ https://openlibrary.org/ http://cyberleninka.ru/ https://bioumo.ru/ | ||||
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| Помещение для самостоятельной работы | помещение для самостоятельной работы обучающихся | Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ |
| Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска, мультимедийное оборудование стационарное или переносное) |
| 111Л | лаборатория землеведения и почвоведения; кабинет почвоведения; кабинет почвоведения, земледелия и агрохимии – учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа; занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 26 посадочных места; рабочее место преподавателя; доска меловая 1 шт.; стационарный экран: марка Digis Optimal-C – 1 шт.; шкаф для хранения наглядного материала для занятий по почвоведению и геологии (коллекция почв, минералов, схемы, рисунки) – 2 шт. |
8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
| ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К ОСВОЕНИЮ КУРСА Биотехнология как наука может рассматриваться в двух временных и сущностных измерениях: современном и традиционном. Новейшая биотехнология (биоинженерия) – это наука о генно-инженерных и клеточных методах и технологиях создания и использования генетически трансформированных растений, животных и микроорганизмов в целях интенсификации производства и получения новых видов продуктов различного назначения. В традиционном смысле биотехнологию можно определить как науку о методах и технологиях производства, транспортировки, хранения и переработки сельскохозяйственной и другой продукции с использованием обычных, трансгенных растений, животных и микроорганизмов в естественных и искусственных условиях. Целями освоения дисциплины «Введение в биотехнологию» являются формирование у будущих специалистов технологической подготовки по современным направлениям биологии, знание основных биотехнологических процессов и производств, основ генной и клеточной инженерии и возможность в дальнейшем реализации собственных знаний в инновационных сферах естественных наук. Также формируется конкурентоспособность студента на рынке рабочей силы, что обеспечивает возможность для максимально быстрого трудоустройства по специальности; выбора студентами индивидуальных программ в области образования и профессиональной компетентности. Основные задачи дисциплины: выработать у студентов умение творческого подхода к технологии производств современной биопродукции при изучении биотехнологических процессов; дать знания об условиях и факторах разработки и создания готовой биотехнологической продукции, основных закономерностях и методических подходах используемых при создании новых штаммов микроорганизмов, биопродуктов, биопрепаратов и технологий. Данные методические рекомендации способствуют закреплению теоретических знаний у студентов в области биоинженерии и биотехнологии и предполагают наличие знаний у студентов по микробиологии, генетике, биохимии, биофизики, экологии. Изложены основные понятия и научные принципы биотехнологии, приведены темы курса: биобезопасность в биотехнологии, основы государственного контроля и регулирования в области генно-инженерной деятельности, биотрансформация ксенобиотиков и поллютантов, технико-экономические показатели производства биогаза и методы очистки сточных вод, методы получения трансгенных растений и сельскохозяйственных животных, основы морфогенеза в каллусных тканях и клональное микроразмножение растений. Содержание дисциплины распределяется между лекционной и практической частями на основе принципов фундаментальности и интегрированности. Освоение предмета включает также подготовку докладов. В лекционном курсе главное место отводится общетеоретическим основам биотехнологии. Лабораторные занятия не дублируют лекции, а позволяют освоить основные приемы культивирования растительных тканей и органов. Доклады предполагают обязательное привлечение и самостоятельную проработку дополнительной литературы, что, несомненно, расширяет и углубляет фундаментальные знания дисциплины и позволяет быть в курсе современных научных открытий в отдельных областях биотехнологии. Проверка качества усвоенных знаний в течение семестра (промежуточный контроль) осуществляется в устной (коллоквиум, доклады) и письменной (оформление лабораторных работ) форме. Выполнение самостоятельной работы осуществляется на основе прослушанных лекций и изучения рекомендованной методической литературы по темам, предложенным преподавателем. Контроль проводится в виде защиты докладов (темы прилагаются), выполненных в форме презентаций (5 мин.) на лабораторных занятиях (выделяется 15 мин. в соответствующей теме занятия) и коллоквиума. Тема доклада выбирается студентом самостоятельно из предложенного преподавателем списка. Доклады оцениваются в форме «зачтено/незачтено»; коллоквиум – по традиционной пятибальной системе. Для допуска к экзамену необходимо получить «зачтено» по теме доклада, каждой лабораторной работе и положительные оценки (не ниже 3 баллов) по каждой теме коллоквиума. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ДОКЛАДА Доклад студент готовит самостоятельно на основе рекомендованной литературы. Подготовка доклада призвана помочь студенту глубже изучить конкретную проблему курса «Основы биотехнологии» и продемонстрировать свое умение излагать ее кратко, в устной форме, сопровождая выбранными иллюстрациями в виде слайдов. Данная форма представления материала также способствует приобретению опыта подготовки доклада и презентации при выполнении и защите научно-исследовательской работы. Представленный доклад должен содержать введение, в котором указывается раздел дисциплины, к которому относится тема, основную часть, где излагается суть проблемы и заключение, содержащее краткий вывод по изложенной теме. Не рекомендуется использование более 10 слайдов. При оценке доклада учитывается: - соответствие содержания доклада заявленной теме; - полнота раскрытия темы (в докладе должна быть четко раскрыта суть научной проблемы); - умение кратко, в сжатой форме передать основную суть темы; - иллюстративный материал, использованный в докладе (соответствие теме и качество представления); - перечень использованной литературы; - умение отвечать на вопросы. Докладчик получает «зачтено», если материал соответствует теме доклада, излагается уверенно и свободно, докладчик правильно отвечает на вопросы по материалу доклада, а его оформление соответствует предложенным критериям. Докладчик получает «зачтено», если материал соответствует теме доклада, излагается с небольшими заминками. Докладчик отвечает на часть предложенных вопросов, в оформлении допущены небольшие неточности и ошибки. Докладчик получает «незачтено», если материал не соответствует теме доклада, излагается с грубыми ошибками, иллюстрации не относятся к теме доклада либо не помогают раскрыть его суть, докладчик не может ответить на поставленные вопросы. Проверка самостоятельной работы студентов осуществляется преподавателем в соответствии с графиком индивидуальных консультаций (расписание представлено на стенде объявлений). Дисциплина завершается устным экзаменом, на котором проверяется усвоение теорeтического материала (билет содержит 2 теоретических вопроса). Подготовка к экзамену осуществляется по предложенным вопросам. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЭКЗАМЕНА ПО ДИСЦИПЛИНЕ Оценка "Отлично" выставляется студентам, показавшим глубокое знание теоретической части курса, умение проиллюстрировать изложение практическими приемами и расчетами, проявившим творческие способности в понимании, изложении и использовании учебно-программного материала, полно и подробно ответившим на вопросы билета и вопросы экзаменатора. Оценка "Хорошо" выставляется студентам, показавшим глубокое знание теоретических вопросов, умение проиллюстрировать изложение практическими приемами и расчетами, освоившим основную литературу, рекомендованную программой курса, обнаружившим стабильный характер знаний и способность к их самостоятельному восполнению и обновлению в ходе практической деятельности, полностью ответившим на вопросы билета и вопросы экзаменатора, но допустившим при ответах незначительные ошибки, указывающие на наличие несистематичности и пробелов в знаниях. Оценка "Удовлетворительно" выставляется студентам, показавшим знание основных положений теории при наличии существенных пробелов в деталях, испытывающим затруднения при практическом применении теории, допустившим существенные ошибки при ответах на вопросы билетов и вопросы экзаменатора, но показавшим знания основного учебно-программного материала в объеме, необходимом для предстоящей работы. Оценка "Неудовлетворительно" выставляется, если студент показал существенные пробелы в знаниях основных положений теории, которые не позволяют ему приступить к практической работе без дополнительной подготовки, не ответил на вопросы билета или экзаменатора. При освоении данного курса следует придерживаться следующего алгоритма: 1. Используйте учебную программу, определите место раздела (темы) в системе изучаемой дисциплины. Выясните, какие разделы (темы) предшествуют изучению данного материала, какие следуют после него. 2. Выберите понятия, сформированные при изучении предыдущей темы, и понятия, которые будут развиваться при изучении последующей, внимательно изучите их, выпишите в словарь. 3. Проработайте теоретический материал по конспектам лекций и предлагаемым литературным источникам. 4. Выполните задания для самостоятельной работы, ответьте на вопросы, предложенные в конце каждой темы. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ ОТДЕЛЬНЫХ РАЗДЕЛОВ И ТЕМ КУРСА Тема 1. Предмет, история развития и основные направления биотехнологии При освоении данной темы следует обратить внимание на следующие вопросы. Основные предпосылки возникновения и предмет изучения биотехнологии. Понятия «старая» и «новая» биотехнологии, вклад современных достижений молекулярной биологии в становление и развитие «новой» биотехнологии. Этапы развития биотехнологии. Основные принципы развития биотехнологических производств. Объекты биотехнологии и их биотехнологические функции. Особенности развития биотехнологии в главных регионах мира. Правила техники безопасности в биотехнологической промышленности и контроль продукции. Перспективы развития биотехнологии в основных отраслях народного хозяйства. Тема 2. Биотехнология микроорганизмов Изучение данного раздела следует проводить поэтапно. Вначале ознакомиться с общими вопросами регуляции метаболизма в микробной клетке. Обратите особое внимание на регуляцию активности, индукцию и репрессию синтеза ферментов; РНК-полимеразу и регуляцию транскрипции у бактерий; аминокислотный контроль метаболизма и функции гуанозинтетрафосфата; катаболическую репрессию и цАМФ; регуляцию усвоения азотсодержащих соединений; энергетическое состояние клетки и регуляцию метаболизма; протеолиз; регуляцию переноса веществ через мембрану. Изучение механизмов интенсификации процессов получения продуктов клеточного метаболизма следует начать с рассмотрения методов генетического конструирования микроорганизмов in vivo. Изучите такие понятия как мутагенез, мутанты, мутагены, мутации, ревертанты, ауксоторофы. Рассмотрите методы выделения мутантных клеток; гибридизацию эукариотических микроорганизмов; использование плазмид и механизма конъюгации; использование фагов и механизма трансдукции; использование транспозонов; использование механизма трансформации клеток; метод слияния протопластов. Методы генетического конструирования микроорганизмов in vitro включают методы получения рекомбинантных ДНК (источники ДНК и методы воссоединения фрагментов ДНК); методы введения рекомбинантных ДНК в клетки (плазмиды, бактериофаг , производные бактериофага – фазмиды и космиды, бактериофаг М13 – как векторные молекулы). Кроме того, рассмотрите методы идентификации клонов, содержащих рекомбинантные молекулы; экспрессию чужеродных генов в микроорганизмах, локализованный и сайт-специфический мутагенез. В завершении рассмотрите генетическую инженерию промышленно-важных микроорганизмов (псевдомонады, актиномицеты, бациллы, коринебактерии, дрожжи). Данная тема характеризуется большой информационной емкостью, поэтому готовить ее следует заблаговременно, используя предлагаемые литературные источники. Тема 3. Основные стадии осуществления биотехнологических процессов Изучение данной темы имеет большое прикладное значение, поскольку позволяет понять основы типичного промышленного биотехнологического производства. Кроме того, она выносится для проработки на лабораторном занятии и требует подготовки не только к коллоквиуму, но и к текущему занятию. Обратите внимание на основные стадии биотехнологического производства и сырьевую базу биотехнологии. Прежде всего, рассмотрите технологию приготовления питательных сред; затем стадию поддержания чистой культуры микроорганизмов; уясните, что стадия ферментации имеет свои особенности для двух типов биотехнологических процессов – производства биомассы и производства вторичных метаболитов; в завершении изучите этап выделения и очистки продукта и заключительную стадию - получение товарных форм препаратов. Огромное значение при организации промышленного биотехнологического производства имеет сырьевая база, в частности: получение углеводородного сырья путем прямой перегонки нефти и путем переработки нефтяных дистиллятов; получение этанола; получение метанола и его подготовка для использования метанотрофами; получение углеводов гидролизом растительного сырья; получение уксусной кислоты (путем прямого каталитического окисления этилена, путем карбонилирования метанола); использование мелассы для биотехнологии; получение гидролизатов торфа для биосинтеза белка; подготовка отходов целлюлозно-бумажной промышленности. Вопросы для самостоятельной работы 1.Перечислите основные стадии биотехнологического производства. 2.Что такое посевной материал? 3.Как готовят посевной материал в производственных условиях? 4.Какие компоненты входят в состав питательных сред? 5.Как готовят питательные среды? 6.Что такое ферментация? 7.Что такое культуральная жидкость? 8.Какими методами осуществляется разделение биомассы и культуральной жидкости? 9.В каком случае необходима дезинтеграция клеток? Как она проводится? 10.Какими способами выделяют целевой продукт из культуральной жидкости или гомогената разрушенных клеток? 11.Какие способы концентрирования продукта Вам известны? Тема 4. Применение биотехнологических процессов в пищевой промышленности При рассмотрении данной темы обратите внимание на следующие вопросы. Производство кормового белка. Необходимость употребления незаменимых аминокислот: валин, лейцин, лизин, треонин, триптофан, метионин. Биологически полноценные белки. Аминокислотный состав зерновых культур, используемых в кормопроизводстве. Содержание незаменимых аминокислот в белках микроорганизмов. Кормовые дрожжи. Технология глубинного выращивания кормовых дрожжей в ферментерах. Белковые концентраты из бактерий. Кормовые белки из водорослей. Технология получения белковой массы из клеток бактерий и водорослей. Белки микроскопических грибков. Кормовые белковые концентраты из растений: белковый коагулят, ферментированный коричневый сок, жом. Микробиологический синтез лизина и триптофана. Производство кормовых витаминных препаратов группы В. Кормовые липиды. Важнейшие ферментные препараты, применяемые в сельском хозяйстве. Вопросы для самостоятельной работы 1. Каковы основные пути улучшения биологической питательной ценности кормовых белков? 2. Какие разработаны биотехнологии получения кормовых белковых препаратов из дрожжей? 3. В чем заключаются особенности производства белковых концентратов из бактерий? 4. Как получают кормовые белки из водорослей и микроскопических грибов? 5. Какие известны технологии получения высокобелковых кормов из вегетативной массы растений? 6. Каковы питательные свойства кормовых белковых концентраций из дрожжей, бактерий, водорослей, микроскопических грибов, вегетативной массы растений и особенности их применения в кормопроизводстве? 7. В чем преимущество микробиологического получения кормовых препаратов незаменимых аминокислот и витаминов по сравнению с их химическим синтезом? 8. Какие ферментные препараты используются при кормлении различных групп сельскохозяйственных животных с целью улучшения переваримости кормов? 9. В чем заключается биологическое действие ферментных и микробных препаратов, используемых в животноводстве? Тема 5. Биотехнология производства метаболитов и биотрансформация органических соединений Биотехнология получения первичных и вторичных метаболитов занимает ведущее место в промышленной биотехнологии. Рассмотрите подробно отдельные производства, в частности, производство аминокислот. Микробиологические методы получения аминокислот. Производство лизина, триптофана, аргинина, глутамина и др. Химико-ферментативные способы получения аминокислот. Получение L-лизина, триптофана. Производство витаминов. Производство органических кислот. Получение уксусной, лимонной и др. кислот. Биотехнология получения вторичных метаболитов. Тонкий биосинтез и микробиологическая трансформации органических соединений. Получение антибиотиков, промышленно важных стероидов. Трансформация стероидов путем введения гидроксильной группы, путем дегидрогенизации; природные стерины (холестерин, эргостерин, стигмастерин) как сырье для получения лекарственных препаратов; методы проведения процессов микробиологических трансформаций и пути их интенсификации. Трансформация углеводов путем окисления, восстановления, изомеризации. Примеры трансформации углеводов: превращение глицерина в диоксиацетон; превращение Д-сорбита в L-сорбозу; превращение ксилозы в ксилит. Поскольку по данной теме проводится цикл лабораторных работ, обратите особое внимание на теоретическую подготовку, так как это позволит осознанно выполнять предлагаемые эксперименты. Вопросы для самостоятельной работы 1. Какие микроорганизмы являются продуцентами лимонной кислоты? 2. В каких условиях осуществляется сверхсинтез лимонной кислоты? 3. Какие питательные среды используют при производстве лимонной кислоты? 4. Какими способами получают лимонную кислоту? 5. Как осуществляют поверхностное культивирование? 6. Как осуществляют глубинное культивирование? 7. Где применяют лимонную кислоту? 8. В чем сущность потенциометрического метода титрования? 9. Как рассчитать количество синтезированной лимонной кислоты? 10. Как определяют массу сухого мицелия гриба и его продуцирующую способность? Тема 6. Инженерная энзимология. Иммобилизованные ферменты Данная тема имеет огромное значение в связи с тем, что позволяет наглядно понять прикладной характер биотехнологии, точки соприкосновения научной и производственной деятельности а также позволяет установить межпредметные связи с физической и биологической химией. Особое внимание необходимо обратить на то, что ферменты и ферментные системы применяются в самых различных областях практической деятельности человека (пищевой, фармацевтической, текстильной и др.). Рассмотрите источники ферментов, технологию культивирования микроорганизмов – продуцентов ферментов, технологии выделения и очистки ферментных препаратов. Особое место в данном разделе отводится инженерной энзимологии, рассмотрите задачи, которые стоят перед данным направлением. Установите отличия свободных ферментов от иммобилизованных, выясните суть процесса иммобилизации, основные преимущества использования иммобилизованных ферментов в сравнении с ферментами свободными. Рассмотрите методы физической иммобилизации: адсорбцию на нерастворимых носителях, использование фвухфазных систем, заключение ферментов в гели, метод полупроницаемых мемебран. Методы химической иммобилизации: ковалентное связывание, метод сополимеризации и формирование ферментных сеток. Влияние носителя на каталитическую активность иммобилизованных ферментов. В заключении выясните использование иммуноферментного анализа в различных отраслях народного хозяйства: химический анализ, медицина, пищевая промышленность. Для усвоения данного раздела рекомендуется составление таблицы, содержащей сравнительную характеристику физических и химических методов иммобилизации с примерами производств, в основе которых лежат те или иные методы. Тема 7. Экологичекая биотехнология. Биоэнергетика В данном разделе обратите внимание на применение биотехнологических процессов для решения проблем окружающей среды. Рассмотрите предмет и задачи экологической биотехнологии. Изучите методы очистки сточных вод: механические, химические, физико-химические, биологические; конструкции и назначение аэротенков и биофильтров, используемых на очистных сооружениях. Выясните различия первичного, вторичного и третичного отстоя сточных вод. Биологические методы очистки стоков. Аэробные процессы очистки сточных вод. Анаэробные процессы очистки сточных вод. Утилизация твердых отходов. Биоочистка газовоздушных выбросов. Биодеградация ксенобиотиков, нефтяных загрязнений, пестицидов. Получение экологически чистой энергии. Биогаз. Производство этанола. Биотехнология преобразования солнечной энергии. Фотопроизводство водорода. Бактериальное выщелачивание минерального сырья. Биосорбция металлов из растворов. Биотрансформация ксенобиотиков и загрязняющих окружающую среду веществ, производных нафталина и салициловой кислоты. Процессы окисления и восстановления ксенобиотиков под воздействием микроорганизмов и ферментов в почве и воде. Обратите внимание, что экологически чистую энергию можно получать различными путями. Изучите эти технологии. Технология производства биогаза. Стадии биометаногенеза: гидролиз биополимерных молекул, ферментация мономеров, ацетогенная стадия, метаногенная стадия. Условия метанообразования и физические свойства биогаза. Технико-экономические показатели биогазовых установок. Мировой опыт биоконверсии навоза в биогаз. Производство этанола как альтернативного источника энергии. Растения, использующиеся для производства этилового спирта. Перспектива замены бензина этанолом. Биотехнология преобразования солнечной энергии. Фотопроизводство водорода. Вопросы для самостоятельной работы 1. Какие задачи решает экобиотехнология? 2. Назовите основные вещества (ксенобиотики, поллютанты), которые загрязняют сельскохозяйственные земли и водные ресурсы России. 3. Приведите реакции окисления и восстановления загрязняющих веществ, протекающих под воздействием ферментов и микроорганизмов почвы. 4. Что такое биогаз и как он образуется? 5. Назовите основные физические свойства биогаза и возможности его использования на производственные и бытовые нужды. 6. Назовите основные типы биогазовых установок и их назначение. 7. Перспективы использования биогаза в экономике страны. 8. Какие используются растения для производства этилового спирта? 9. Как используют пигмент бактериородопсин при фотопроизводстве водорода? 10. Чем определяется применение того или иного метода очистки сточных вод? 11. Что представляют собой аэротенки и метантенки? Тема 8. Клеточная и тканевая биотехнология Данную тему можно начать с изучения аспектов культивирование клеток животных in vitro. Изучите особенности культивируемых клеток животных: цитоплазматическая мембрана и функции, связанные с ней (контакт клеток, феномен контактного ингибирования, слияние клеток, транспорт веществ через мембрану); рост клетки (клеточный цикл; регуляция роста: масса клетки, конфигурация клетки и факторы роста; роль мембран в регуляции роста клетки); дифференциация клетки; трансформация клетки; старение клетки. Приведите примеры использование биотехнологии в животноводстве. Особое внимание уделите следующим биотехнологиям. Технология трансплантации эмбрионов (суперовуляция, искусственное осеменение донора, извлечение эмбрионов, хранение эмбрионов, пересадка эмбрионов); клеточная инженерия (получение однояйцевых близнецов; клонирование эмбрионов путем пересадки ядер эмбриональных клеток в энуклеированные яйцеклетки; межвидовые пересадки эмбрионов и получение химерных животных); технология оплодотворения яйцеклеток вне организма животных (созревание ооцитов in vitro, капацитация сперматозиодов, оплодотворение in vitro и обеспечение ранних стадий развития эмбрионов). Затем изучите особенности культивирования изолированных клеток растений. Остановитесь на истории развития биотехнологии растений. Познакомьтесь с понятиями каллусные и суспензионные культуры – как основные типы пересадочных культур высших растений. Особое внимание уделите культурам клеток растений как промышленным источникам веществ растительного происхождения. Выделите факторы, влияющие на выход продуктов: происхождение ткани – генетическая характеристика; условия культивирования – химические и физические факторы; селекция и отбор; биохимические манипуляции; биотрансформация. Изучите системы для роста биомассы и синтеза вторичных соединений: факторы, влияющие на рост биомассы; биомасса и продуктивность; продуцирующие системы – крупномасштабное культивирование и иммобилизованные клетки. Рассмотрите экономические аспекты и перспективы развития промышленного культивирования клеток растений. Далее переходите к рассмотрению использования биотехнологии растений в сельском хозяйстве, селекции и растениеводстве: межвидовые и межродовые гибриды; генетическая изменчивость в культивируемых каллусных клетках; полиплоидизация in vitro; получение in vitro и использование гаплоидов; ускоренное микроразмножение ценных хозяйственно-важных культур. Вопросы для самостоятельной работы 1. Назовите основные компоненты питательных сред, используемых для каллусогенеза, различных типов морфогенеза и клонального микроразмножения. 2. Выделите основные этапы в истории развития метода культуры изолированных органов, тканей и клеток растений. 3. Что такое каллусная ткань? Как получить каллусную ткань и каковы возможности ее использования в биотехнологии? 4. Почему каллусную ткань необходимо пассировать на свежие питательные среды? Назовите фазы ростового цикла каллусных клеток. 5. Каковы причины генетической неоднородности каллусных клеток? 6. Что вам известно о генетических и эпигенетических основах морфогенеза? Что представляют собой белки-маркеры морфогенеза? 7. Что такое клональное микроразмножение растений? 8. Перечислите пути оздоровления посадочного материала от вирусов. 9. Назовите методы клонирования эмбрионов у сельскохозяйственных животных. 10. Назовите основные задачи и методические подходы клеточной инженерии. 11. В чем заключается процесс криосохранения биологического материала? 12. Результаты и перспективы использования биотехнологических методов в хранении и переработке сельскохозяйственной продукции. Тема 9. Основы генетической инженерии Особое место при изучении данного курса имеет рассмотрение основ генетической инженерии как самого перспективного направления современности. Остановитесь на истории развития генетической инженерии, усвойте понятие биоинженерия. Изучите общие вопросы, связанные с биотехнологией рекомбинатных ДНК, клонированием и экспрессией генов в различных организмах. Затем изучите конкретные технологии, используемые для трансформации растений с помощью агробактерий. Методы трансформации растительных клеток, экспрессию чужеродных генов и ее регуляцию в трансгенных растениях. Рассмотрите успехи и перспективы генной инженерной биотехнологии растений. Получение трансгенных растений, устойчивых к стрессовым воздействиям. Получение трансгенных растений, устойчивых к насекомым. Получение трансгенных растений, устойчивых к грибной, бактериальной, вирусной инфекции. Получение трансгенных растений, устойчивых к гербицидам. Изучите основы метаболической инженерии растений: метаболическая инженерия липидов, сахаров и полисахаридов, конструирование трансгенных растений-продуцентов белков. Обратите внимание на проблемы и дискуссии вокруг использования генетически-модифицированных растений. Затем переходите к изучению использования генетической инженерии в животноводстве. Рассмотрите вопросы приготовления ДНК для микроинъекции, подготовка доноров и извлечение эмбрионов, визуализация пронуклеусов в эмбрион, микроинъекция ДНК, пересадка эмбрионов, изучение интеграции и экспрессии генов у трансгенных животных, изучение наследования трансгенов. Рассмотрите создание разных типов трансгенных животных: трансгенные животные с новыми хозяйственно-полезными свойствами; трансгенные животные с устойчивостью к заболеваниям; трансгенные животные, продуцирующие биологически-активные вещества. В заключении остановитесь на биотехнологическом контроле воспроизводства сельскохозяйственных животных. Вопросы для самостоятельной работы 1. В чем преимущество селекции с использованием генетической инженерии по сравнению с традиционной при одинаковой конечной цели – получение новых сортов? 2. Какими способами можно соединить фрагменты с разноименными концами? 3. Что такое вектор и каковы основные типы векторов? 4. В чем преимущества и недостатки клонирования в фагах? 5. В чем преимущества прямого переноса генов в растительные клетки? 6. Какие существуют методы проверки истинности трансгенных растений? 7. Технологии использования трансгенных растений в селекции и использование для продовольственных целей. 8. Трансгеноз, его основные этапы и особенности при получении различных видов трансгенных животных. 9. Каковы методы выявления интеграции чужеродного гена в молекулу ДНК? Особенности его наследования у трансгенных животных. 10. Какие ограничения существуют в использовании рекомбинантных микроорганизмов и линий генно-инженерных клеток животных при получении ценных биологически активных веществ медицинского и технологического назначения? 11. Чем обоснована возможность использования молочной железы у трансгенных животных для производства чужеродных протеинов? Тема 10. Биотехнология и биобезопасность Заключительной темой данного курса является рассмотрение аспектов биобезопасности, связанных с биотехнологией. Изучите понятие о безопасности и биобезопасности. Позитивные аспекты влияния биотехнологии на невоенные аспекты безопасности. Биобезопасность в клеточных, тканевых и органогенных биотехнологиях. Генетический риск и биобезопасность в биоинженерии и трансгенозе. Основные положения стабильной биобезопасности в биоинженерии. Выделите критерии, показатели и методы оценки генетически модифицированных организмов и получаемых из них продуктов на биобезопасность. Изучите основы санитарно-гигиенической экспертизы и медико-биологической оценки пищевой продукции, полученной из ГМО. Обратите внимание на государственный контроль и государственное регулирование в области генно-инженерной деятельности и использование генетически модифицированных организмов и полученных из них продуктов. Рассмотрите четыре уровня риска возможного потенциально вредного воздействия генно-инженерной деятельности на здоровье человека. Остановитесь на вопросах стандартизации в биотехнологии и биоинженерии. Попробуйте определить пути преодоления отставания биотехнологии, биоинженерии и биобезопасности в России. Вопросы для самостоятельной работы 1. Что такое безопасность и биобезопасность? 2. В чем состоит сущность генетического риска и возможной опасности в биоинженерии? 3. Какие задачи и основные направления предусматриваются государственным регулированием в области генно-инженерной деятельности? 4. Какие критерии и показатели биобезопасности применяются в биотехнологии и биоинженерии? 5. Какие законы, постановления правительства и другие нормативно-правовые акты приняты в России в области биотехнологии, генно-инженерной деятельности и биобезопасности? 6. Какие задачи решают стандартизация и сертификация продукции в области генно-инженерной деятельности и биобезопасности? 7. Какой порядок предусмотрен законами и постановлениями правительства при государственной регистрации генно-модифицированных организмов и получаемых из них пищевых продуктов в Российской Федерации? 8. Какие главные причины отставания России в области биоинженерии и биобезопасности от мирового уровня и какие пути преодоления этого отставания? 9. В чем причины и какового содержание общественного протеста против биоинженерии в мире и России? |