| Закреплена за кафедрой | Кафедра физико-химической биологии и биотехнологии |
|---|---|
| Направление подготовки | 06.04.01. Биология |
| Профиль | Физико-химическая биология и биотехнология |
| Форма обучения | Очная |
| Общая трудоемкость | 3 ЗЕТ |
| Учебный план | 06_04_01_Физхим-2-2020 |
|
|
||||||||||||||
Распределение часов по семестрам
| Курс (семестр) | 2 (3) | Итого | ||
|---|---|---|---|---|
| Недель | 15 | |||
| Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
| Лекции | 8 | 8 | 8 | 8 |
| Лабораторные | 24 | 24 | 24 | 24 |
| Сам. работа | 49 | 49 | 49 | 49 |
| Часы на контроль | 27 | 27 | 27 | 27 |
| Итого | 108 | 108 | 108 | 108 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра физико-химической биологии и биотехнологии
Протокол от 16.06.2020 г. № 4
Заведующий кафедрой Лаврик О.И.
| 1.1. | познакомить студентов с использованием биотехнологии в различных отраслях народного хозяйства, типовыми схемами биотехнологических производств. |
|---|
| Цикл (раздел) ООП: Б1.В |
| ПК-5 | готовностью использовать знание нормативных документов, регламентирующих организацию проведения научно-исследовательских и производственно-технологических биологических работ (в соответствии с направленностью (профилем) программы магистратуры) |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | основные нормативные документы, регламентирующие организацию проведения научно-исследовательских и производственно-технологических биологических работ. базовые понятия биотехнологии, а также научные и правовые основы обеспечения биобезопасности расширенные знания по молекулярной генетике, генетической инженерии, о геномных и клеточных технологиях детальное описание методов биотехнологии и микробиологии, пути создания генетически модифицированных организмов основные методы биохимических, микробиологических, молекулярно-биотехнологических исследований методы ДНК-анализа, протеомики, компьютерные технологии биоинформатики пути применения методов биохимических, микробиологических, молекулярно-биотехнологических исследований, ДНК-анализа и использования методов биоинформатики |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | Находить и применять основные нормативные документы, регламентирующие организацию проведения научно-исследовательских и производственно-технологических биологических работ. искать и анализировать литературные источники по теме, работать в биотехнологической лаборатории провести лабораторный эксперимент по биотехнологии организовать лабораторный эксперимент с использованием знаний фундаментальных и прикладных разделов биотехнологии работать с лабораторным оборудованием при выполнении биохимических, микробиологических, молекулярно-биотехнологических исследований, ДНК-анализа применять методы биохимических, микробиологических, молекулярно-биотехнологических исследований, ДНК-анализа для поставленной задачи спланировать и поставить эксперимент в лаборатории с применением методов биохимических, микробиологических, молекулярно-биотехнологических исследований, ДНК-анализа, а также проанализировать полученные результаты с помощью биоинформационных методов |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | навыками, позволяющими с высокой степенью самостоятельности работать с нормативными документами по профилю работы. методами биотехнологии и микробиологии, знаниями об этапах биотехнологического процесса навыками работы с микробиологическими культурами и другими объектами биотехнологического производства навыками анализа и контроля микробиологических культур и других объектов биотехнологического производства навыками работы с лабораторным оборудованием при осуществлении биохимических, микробиологических, молекулярно-биотехнологических исследований, ДНК-анализа методической базой для осуществления биохимических, микробиологических, молекулярно- биотехнологических исследований, ДНК-анализа и навыками практического применения биоинформационных технологий навыками постановки эксперимента и анализа полученных данных с помощью биоинформационных технологий |
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Предмет промышленной биотехнологии | ||||||
| 1.1. | Определение биотехнологии. Виды биотехнологий. Преимущества биотехнологических процессов. История развития биотехнологии. | Лекции | 3 | 2 | ||
| Раздел 2. Значение биотехнологии для различных областей народного хозяйства | ||||||
| 2.1. | Биотехнология в медицине. Биотехнология в пищевой промышленности. Биотехнология в сельском хозяйстве. Экологическая биотехнология. Биотехнология и энергетика. Другие приложения биотехнологии. | Сам. работа | 3 | 10 | ||
| Раздел 3. Организация биотехнологического производства. | ||||||
| 3.1. | Типовая схема и основные стадии биотехнологических производств | Лабораторные | 3 | 4 | ||
| 3.2. | Процесс ферментации: основные характеристики | Лекции | 3 | 2 | ||
| 3.3. | Стехиометрия процессов культивирования микроорганизмов | Лабораторные | 3 | 4 | ||
| 3.4. | Сырье для процессов ферментации | Сам. работа | 3 | 10 | ||
| 3.5. | Оптимизация ферментационных сред | Лабораторные | 3 | 2 | ||
| 3.6. | Математические модели кинетики процессов ферментации | Лекции | 3 | 2 | ||
| 3.7. | Непрерывное культивирование микроорганизмов | Лабораторные | 3 | 4 | ||
| 3.8. | Управление технологическими режимами периодических и полупериодических процессов ферментации | Сам. работа | 3 | 9 | ||
| 3.9. | Масштабирование процессов ферментации | Сам. работа | 3 | 10 | ||
| Раздел 4. Биокатализ и биотрансформация | ||||||
| 4.1. | Биокатализ и биотрансформация | Лекции | 3 | 2 | ||
| Раздел 5. Методы выделения продуктов биотехнологического производства | ||||||
| 5.1. | Отделение биомассы от культуральной жидкости | Лабораторные | 3 | 2 | ||
| 5.2. | Дезинтеграция клеток микроорганизмов | Лабораторные | 3 | 2 | ||
| 5.3. | Экстракционные методы выделения продуктов метаболизма | Лабораторные | 3 | 2 | ||
| 5.4. | Сорбционные методы выделения продуктов биосинтеза | Лабораторные | 3 | 2 | ||
| 5.5. | Мембранные методы в биотехнологии | Лабораторные | 3 | 2 | ||
| Раздел 6. Нормативные документы биотехнологических производств | ||||||
| 6.1. | Нормативные документы биотехнологических производств | Сам. работа | 3 | 10 | ||
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| Частные биотехнологии аминокислот (глутаминовой кислоты, триптофана, лизина): механизм биосинтеза, продуценты, питательные среды, условия и особенности ферментации, методы выделения и очистки целевого продукта. Сферы практического применения. Витамины: понятие, биологическая роль. Способы получения витаминов, их сравнительная характеристика. Частные биотехнологии витаминов (витаминов В2, В12, С, D, Н): продуценты, питательные среды, условия и техника культивирования, методы выделения и очистки целевого продукта. Факторы, влияющие на выход витаминов. Сферы практического применения. Каротиноиды: классификация, характеристика, биологическая роль. Этапы биотехнологического получения. Определение суммарного содержания каротиноидов в биологических жидкостях. Вторичные метаболиты. Понятие. Характеристика. Фазы развития микроорганизмов-продуцентов вторичных метаболитов. Условия биосинтеза вторичных метаболитов. Антибиотики как биотехнологические продукты: понятие, классификации, биологическая роль, характеристика. Причины постоянного поиска новых продуцентов антибиотиков. Продуценты антибиотиков: классификация и характеристика. Причины позднего накопления антибиотиков в ферментационной среде по сравнению с накоплением биомассы. Пути и направления создания высокоактивных продуцентов антибиотиков. Частная биотехнология антибиотиков (пенициллина, низина, стрептомицина, гентамицина сульфата, стрептомицина): механизм биосинтеза, продуценты, питательные среды, условия и особенности ферментации, методы выделения и очистки целевого продукта. Сферы практического применения. Механизмы защиты от собственных антибиотиков у их «суперпродуцентов». Виды антибиотикорезистентности у микроорганизмов, проблемы борьбы с ней и основные пути ее преодоления. Методы определения антимикробной активности антибиотиков. Характеристика. Инсулин. Источники получения. Видовая специфичность. Биотехнологические аспекты производства рекомбинантного инсулина. Интерфероны. Классификация. Характеристика. Пути получения. Биотехнологические аспекты производства рекомбинантного интерферона. Биотехнологическое производство рекомбинантного гормона роста. Интерлейкины: биологическая активность, сферы применения. Особенности получения рекомбинантных интерлейкинов. Генно-инженерные продуценты. Характеристика. Иммунобиотехнология как раздел биотехнологии. Вакцины: понятие, характеристика, классификация, требования. Методы получения вакцин. Рекомбинантные вакцины: характеристика, преимущества, недостатки и технология. Контроль качества вакцинных препаратов. Этапы контроля. Аспекты применения биотехнологических процессов для решения проблем охраны окружающей среды. Биологическая очистка сточных вод. Биологическая очистка газовых выбросов. Биодеградация твердых отходов. Биологическая утилизация ксенобиотиков. Отходы биотехнологических производств. Классификация. Характеристика. Способы утилизации отходов биотехнологического производства. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| 1.Понятие биотехнологии, история развития, основные методы. Различные определения понятия "биотехнология". Основные направления биотехнологии. Значение биотехнологии для человечества. История развития биотехнологии. Основные методы биотехнологии. 2. Биотехнология получения первичных метаболитов (незаменимых аминокислот, витаминов, органических кислот). Получение лимонной кислоты. 3. Биотехнология получения вторичных метаболитов (антибиотиков, стероидов). 4. Научные принципы обеспечения сверхпродукции. 5. Генно-инженерные подходы к решению проблемы усвоения азота. 6. Перспективные источники углерода, азота и ростовых факторов. 7. Биотехнология получения и использования ферментов. Иммобилизованные ферменты. Промышленные процессы с использованием иммобилизованных ферментов и клеток. 8. Биосенсоры для мониторинга. 9. Микробиологический синтез белка и проблемы бесклеточной биотехнологии. 10. Клеточная инженерия. Культура эукариотических клеток растений и животных. 11. Фитобиотехнология. Получение, культивирование и гибридизация протопластов. 12. Тотипотентность растительных клеток. Клональное микроразмножение растений и его классификация. 13. Создание искусственных ассоциаций клеток высших растений с микроорганизмами как способ модификации растительной клетки. 14. Использование методов клеточной инженерии для получения ряда белков: инсулин человека, интерфероны, соматотропин, коровий антиген вируса гепатита В1 и др. 15. Генная инженерия. Получение трансгенных растений и животных. |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| вопросы к экзамену: 1. Биотехнология как научная дисциплина. Определения. Генетическая связь с другими науками. Этапы становления биотехнологии. 2. Цели и задачи биотехнологии. Характеристика. 3. Предпосылки возникновения и развития биотехнологии как науки и сферы производства. 4. Классификация продуктов биотехнологии. Характеристика. Примеры. 5. Основные направления и разделы биотехнологии: фармацевтическая (биотехнология лекарственных средств), геологическая, энергетическая, сельскохозяйственная, пищевая, экологическая и космическая биотехнология. Характеристика. Направления и перспективы развития. 6. Виды биологических объектов, применяемых в биотехнологии, их классификация и характеристика. 7. Биологические объекты животного происхождения. Характеристика. Примеры их практического применения. 8. Биологические объекты растительного происхождения. Классификация. Характеристика. Примеры их практического применения. 9. Микроорганизмы как объекты биотехнологического производства. Классификация. Характеристика. Преимущества культивирования объектов микробного происхождения в сравнении с растительными и животными биологическими объектами. Сферы практического применения продуктов микробиологического синтеза. 10. Ферменты как биологические объекты. Классификация. Характеристика. Сферы практического применения. 11. Биокатализ. Характеристика. Преимущества и недостатки применения ферментов в качестве катализаторов. Сферы практического применения. Промышленные биокатализаторы на основе индивидуальных ферментов и полиферментных комплексов. 12. Биотехнологические процессы, их классификация и требования, предъявляемые к ним. 13. Перспективные направления развития биотехнологии как науки и сферы производства. Примеры. 14. Селекция. Методы селекции, их характеристика. Практическое применение результатов селекции в биотехнологии. 15. Скрининг продуцентов биологически активных веществ: сущность, виды, преимущества и недостатки метода. 16. Клеточная инженерия: предмет, исторические этапы становления, перспективные направления развития. Области практического применения достижений клеточной инженерии. 17. Конструирование новых продуцентов лекарственных веществ с помощью методов клеточной инженерии. 18. Изолированные протопласты. Методы получения, их преимущества и недостатки. Техника слияния протопластов. Получение новых гибридных молекул в качестве целевых продуктов. Примеры практического применения культуры протопластов. 19. Гибридомы как продуценты моноклональных антител. Сущность гибридомной технологии. Технологические аспекты получения гибридом – продуцентов моноклональных антител. 20. Этапы получения моноклональных антител. Характеристика. Области практического применения. 21. Технология получения рекомбинантных белков. Этапы. Характеристика. Сферы практического применения. 22. Генетическая инженерия. Уровни. Характеристика. Сущность. Создание высокоактивных штаммов продуцентов лекарственных веществ с помощью методов генетической инженерии. 23. Сферы практического применения достижений генетической инженерии. Примеры. 24. Вектор в генетической инженерии. Классификация. Характеристика. 25. Основы химического, химико-ферментативного и ферментативного синтеза фрагментов ДНК. 26. Ферменты в генетической инженерии (рестриктазы, лигазы), механизм их действия. 27. Современные концепции организации промышленных биотехнологических производств. Структурная организация биотехнологического производства. Отличительные особенности биотехнологического производства от традиционных технологий. Преимущества и недостатки биотехнологических производств по сравнению с традиционными технологиями получения биологически активных соединений, в том числе и лекарственных веществ. 28. Требования систем GLP, GCP и GMP к организации и реализации промышленных биотехнологических производств. 29. Технические условия биотехнологического производства. Понятие. Структура. Характеристика. 30. Регламент биотехнологического производства. Понятие. Разделы. Характеристика. 31. Питательные среды, применяемые в биотехнологическом производстве: классификация, характеристика. Составные компоненты питательных сред, их назначение. Технология приготовления и методы стерилизации питательных сред. 32. Принципы создания и обеспечения условий асептики в биотехнологическом производстве. Методы стерилизации, их характеристика. Проблемы сохранения биологической ценности. 33. Этапы и технология получения посевного материала (действующего биологического начала) в биотехнологическом производстве. Чистая культура. Элективная (накопительная) культура. Проточная культура. 34. Стадия ферментации в биотехнологическом производстве. Понятие. Характеристика. Классификация процессов ферментации. Условия ферментации в зависимости от вида культивируемого биологического объекта (микроорганизмы, растительные и животные биологические объекты). Принципы технического оснащения биотехнологических производств. Аппаратурное оформление стадии ферментации. Системы регуляции процесса ферментации. 35. Критерии подбора ферментеров в зависимости от целей реализации биотехнологического процесса. Классификации биореакторов в зависимости от: вида культивируемого биологического объекта, назначения, гидродинамических условий, режима протекающих процессов, конструкционных особенностей (от способов потребления энергии, смешения и ввода энергии). 36. Методы выделения и очистки целевых продуктов, образующихся в биотехнологических процессах, в зависимости от их локализации (внутри или вне клетки). 37. Параметры и средства контроля в биотехнологическом производстве. Общие требования к методам и средствам контроля, применяемым в биотехнологическом производстве. Современное состояние методов и средств автоматического контроля в биотехнологическом производстве. 38. Критерии эффективности биотехнологических производств. 39. Ферменты: понятие, классификация, свойства, биологическая роль. Аспекты биотехнологического производства ферментных препаратов. Этапы и аппаратурное оформление стадий процесса. Методы выделения и очистки целевого продукта. Оценка качества ферментных препаратов. Биотехнологическое производство грибной амилазы: продуценты, питательная среда, условия и техника культивирования, методы выделения и очистки целевого продукта. 40. Инженерная энзимология: цель, задачи, перспективы развития. Преимущества иммобилизованных биологических объектов. Сферы практического применения иммобилизованных биологических объектов (ферментов, клеток). Сорбенты, применяющиеся для иммобилизации ферментов и целых клеток: классификация, характеристика и требования, предъявляемые к ним. 41. Иммобилизация за счет образования ковалентных связей между ферментом и носителем. Разновидности способов связывания фермента с носителем. Виды сорбентов для ковалентной иммобилизации. Преимущества и недостатки метода. Области практического использования таких иммобилизованных структур. 42. Адсорбция ферментов как способ иммобилизации. Сорбенты: классификация, характеристика, требования. Виды адсорбции, их сравнительная характеристика. Преимущества и недостатки адсорбции как способа иммобилизации биообъектов. |
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | Научная библиотека Алтайского государственного университета | www.lib.asu.ru | ||
| Э2 | Научная электронная библиотека | elibrary.ru | ||
| Э3 | Классическая и молекулярная биология | molbiol.ru | ||
| Э4 | Биотехнология | www.biotechnolog.ru | ||
| Э5 | Коммерческая биотехнология | cbio.ru | ||
| Э6 | Элементы большой науки | elementy.ru | ||
| Э7 | Курс в системе Moodle | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| MS Word, MS Excel, MS PowerPoint. Microsoft Windows 7-Zip AcrobatReader | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| ИБС "Лань" ИБС "Университетская библиотека on-line" Научная электронная библиотека http://www.e-library.ru. | ||||
| Курс "Основы промышленной биотехнологии" предназначен для студентов второго курса магистратуры биологического факультета для направления "Физико-химическая биология и биотехнология". В рамках курса предусмотрены следующие формы работы: чтение лекций, проведение лабораторных занятий, самостоятельная работа студентов. Выполнение лабораторных работ является обязательным условием успешного освоения курса. Студенты должны выполнить все лабораторные работы, оформить письменные отчеты и сдать работы преподавателю. Получение зачета по всем лабораторным работам является допуском к итоговой форме контроля по курсу. Текущий контроль знаний студентов по дисциплине осуществляется на лабораторных занятиях в форме письменных контрольных работ или тестовых заданий, устных ответов на поставленные вопросы и их аргументации. Самостоятельная работа контролируется либо на лабораторных занятиях, либо в часы индивидуальных консультаций преподавателя. Для итогового контроля знаний предполагается проведение экзамена. Оцениваются как качественные характеристики оценки знаний студентов, такие как полнота, обобщенность, системность и прочность знаний, так и косвенные показатели: познавательная активность и интерес, самостоятельность, критичность и т.д. Знания студентов оцениваются по пятибалльной шкале: – оценка "Отлично" выставляется студентам, показавшим глубокое знание теоретической части курса, умение владеть практическими приемами, освоившим основную и дополнительную литературу, рекомендованную программой курса, проявившим творческие способности в понимании, изложении и использовании на практике учебно-программного материала, полно и подробно ответившим на вопросы билета и вопросы преподавателя. – оценка "Хорошо" выставляется студентам, показавшим глубокое знание теоретических вопросов, умение владеть практическими приемами, освоившим основную литературу, рекомендованную программой курса, обнаружившим стабильных характер знаний и способность к их самостоятельному восполнению и обновлению в ходе практической деятельности, полностью ответившим на вопросы билета и дополнительные вопросы преподавателя, но допустившим при ответах незначительные ошибки. – оценка "Удовлетворительно" выставляется студентам, показавшим знание основных положений теории при наличии существенных пробелов в деталях, допустившим существенные ошибки при ответах на вопросы билетов и дополнительные вопросы преподавателя, 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 преподавателя. |