1. Цели освоения дисциплины
| 1.1. | Цель: формирование современных представлений об основах биотехнологических и биомедицинских производств, генной инженерии, нанобиотехнологии, молекулярного моделирования; умений и навыков применения методов биоинженирии в профессиональной деятельности |
|---|
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. Введение в биоинженерию | ||||||
| 1.1. | Осноные понятия и молекулярно-генетические основы биоинженерии | Лекции | 8 | 2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| Раздел 2. Генетическая инженерия | ||||||
| 2.1. | Генно-инженерные технологии | Лекции | 8 | 2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 2.2. | Схема типичного эксперимента по получению и клонированию рекомбинантных молекул ДНК. | Практические | 8 | 4 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 2.3. | Ферменты генной инженерии, особенности их применения. | Сам. работа | 8 | 10 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| Раздел 3. Белковая инженерия | ||||||
| 3.1. | Направления исследований в белковой инженерии. | Лекции | 8 | 2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 3.2. | Этапы проектирования новых белков и ферментов | Практические | 8 | 2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 3.3. | Методы направленного мутагенеза. | Сам. работа | 8 | 8 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| Раздел 4. Клеточная инженерия | ||||||
| 4.1. | Технологии получения реконструированных клеток и организмов. | Лекции | 8 | 2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 4.2. | Технологии получения реконструированных клеток и организмов. | Практические | 8 | 2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 4.3. | Приемы микрохирургии клетки и предимплантационных эмбрионов | Сам. работа | 8 | 8 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| Раздел 5. Биоинженерия растений | ||||||
| 5.1. | Трансгенез. | Лекции | 8 | 2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 5.2. | Способы получения и культивирования ES-клеток. | Практические | 8 | 4 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 5.3. | Способы получения трансгенных растений. | Сам. работа | 8 | 8 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| Раздел 6. Биоинженерия животных | ||||||
| 6.1. | Клонирование эмбрионов млекопитающих. | Лекции | 8 | 2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 6.2. | Способы культивирования клеток млекопитающих. Получение эмбрионов. | Практические | 8 | 4 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 6.3. | Способы получения трансгенных животных. | Сам. работа | 8 | 8 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| Раздел 7. Биоинженерия микроорганизмов | ||||||
| 7.1. | Генетическая инженерия бактерий | Лекции | 8 | 2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 7.2. | Методы направленного мутагенеза | Практические | 8 | 4 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 7.3. | Использование биоинженерии в промышленной микробиологии | Сам. работа | 8 | 8 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| Раздел 8. Биоинженерия и медицина | ||||||
| 8.1. | Тканевая биоинженерия | Лекции | 8 | 2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 8.2. | Биоинженерные методы в создании искусственных органов | Практические | 8 | 2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 8.3. | Проблемы и перспективы современной трансплантологии | Сам. работа | 8 | 8 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| Раздел 9. Биоинженерия и контроль загрязнения природных сред | ||||||
| 9.1. | Генетические эффекты техногенных загрязнений | Лекции | 8 | 2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 9.2. | Индикация генетических последствий антропогенного загрязнения экосистем. | Практические | 8 | 2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
| 9.3. | Методы исследования мутагенов с использованием высших растений и животных | Сам. работа | 8 | 8 | Л2.1, Л2.2, Л1.1 | |
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ: Лабораторная работа 1. Выделение ДНК из бактериальных клеток. Лабораторная работа 2. Определение концентрации ДНК и оценка чистоты полученного препарата. Лабораторная работа 3. Амплификация целевого фрагмента ДНК. Лабораторная работа 4. Электрофорез ДНК в агарозном геле. Лабораторная работа 5. Выделение ДНК из агарозного геля. Лабораторная работа 6. Лигирование выделенного фрагмента в вектор. Лабораторная работа 7. Приготовление компетентных клетокE. coli. Лабораторная работа 8. Трансформация бактерий E.coliлигазной смесью Лабораторная работа 9. Оценка эффективности трансформации бактерий E. coli. Лабораторная работа 10. Скрининг выросших колоний и отбор трансформантов. ВАРИАНТЫ КЕЙС-ЗАДАНИЙ: Задача 1. Во фрагменте двухцепочечной молекулы ДНК учёные обнаружили 720 А нуклеотидов, которые составляют 24 % от их общего количества. Вопросы: 1. Сколько содержится Т, Г, Ц нуклеотидов в отдельности в этом фрагменте молекулы ДНК? 2. Определите длину данного фрагмента молекулы ДНК. 3. Определите количество аминокислот в соответствующем фрагменте молекулы белка. 4. Каково отношение аденин — тиминовых к гуанин — цитозиновым парам в двухцепочечной молекуле ДНК и о чем оно может свидетельствовать? Задача 2. Для амплификации данного фрагмента ДНК необходимо подобрать праймеры к его концам: 5`- ТГЦТАЦГТААТГЦЦГАТТАГЦАТ -3` Какова будет последовательность праймеров (длиной по 6 нуклеотидов)? Задача 3. Для проведения ПЦР необходимо подобрать пару праймеров (длиной 8 нуклеотидов) к данному фрагменту ДНК так, чтобы их температура отжига была одинаковой. Рассчитайте оптимальную температуру отжига. 5`-АААГЦТГГТЦТГААТЦЦГАТТТТАГЦЦГГАТЦГАЦГ-3` Задача 4. Во фрагменте двухцепочечной молекулы ДНК учёные обнаружили 1400 Ц нуклеотидов, которые составляют 35 % от их общего количества. Вопросы: 1. Сколько содержится Т, Г, А нуклеотидов в отдельности в этом фрагменте молекулы ДНК? 2. Определите длину данного фрагмента молекулы ДНК; 3. Определите количество аминокислот в соответствующем фрагменте молекулы белка. 4. Каково отношение аденин — тиминовых к гуанин — цитозиновым парам в двухцепочечной молекуле ДНК и о чем оно может свидетельствовать? Задача 5. Для амплификации данного фрагмента ДНК необходимо подобрать праймеры к его концам: 5`- ТГААТЦТАЦГТААТГЦЦГАТГЦА -3` Какова будет последовательность праймеров (длиной по 6 нуклеотидов)? Задача 6. Для проведения ПЦР необходимо подобрать пару праймеров (длиной 8 нуклеотидов) к данному фрагменту ДНК так, чтобы их температура отжига была одинаковой. Рассчитайте оптимальную температуру отжига. 5`-ТТТГЦАГГТЦТГААТТАГЦЦГТГЦЦГГААЦГТЦЦ-3 |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ: 1. Методы введения случайных мутаций. 2. Создание белков с требуемыми свойствами. 3. Примеры мутагенеза с использованием олигонуклеотидов. 4. Характеристика нонсенс-супрессоров. 5. Системы экспрессии используют в биоинженерии. 6. Проблемы при экспрессии генов млекопитающих в микроорганизмах. 7. Характеристика "молчащих" генов. 8. Значение гибридом для производства современных диагностических препаратов. 9. Способы получения трансгенных животных. 10. Способы получения трансгенных растений. 11. Основные принципы технологии рекомбинантной ДНК. 12. Основные биотехнологические этапы методики клонирования. 13. Способы введения рекомбинантных плазмид в клетку бактерии. 14. Фармацевтические препараты на основе рекомбинантных белков. 15. Мутагенез с использованием олигонуклеотидов. |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| СПИСОК ВОПРОСОВ К ЭКЗАМЕНУ: 1. Объекты изучения, задачи, методы исследования иосновные направленияразвития современнойбиоинженерии. 2. Понятие вектора в генетической инженерии. Виды векторов. 3. Конструирование экспрессирующих векторов и механизмы их функционирования. 4. Прокариотические и эукариотические векторы экспрессии. 5. Основные классы ферментов,использующихся в генетической инженерии. 6. Системы экспрессии генов в бактериальных клетках. 7. Проблемы экспрессии чужеродных генов в микроорганизмах. Обеспечение возможности экспрессии генов млекопитающих в микробной клетке. 8. Клетки дрожжей как экспрессирующие системы. 9. Системы экспрессии, основанные на культуре клеток животных. 10. Бесклеточные системы синтеза белка. 11. Методы получения изолированных генов. 12. Основные принципы технологии рекомбинантной ДНК. 13. Способы введения рекомбинантной ДНК в клетки. 14. Области применения рекомбинантных микроорганизмов. 15. Генетические маркеры. Методы идентификации и изоляции клонов с рекомбинантной ДНК. 16. Протопластирование и слияние (фузия) протопластов. 17. Гибридизация эукариотических организмов. 18. Клонирование эмбрионов млекопитающих. 19. Способы получения трансгенных животных. 20. Основные этапы получения трансгенных растений. 21. Методы выделения и очистки НК из природных образцов. Методы определения концентрации НК. 22. Физические принципы метода гель-электрофореза.Проведение и параметры агарозного гель-электрофореза. 23. Принцип рестрикционного анализа. 24. Флуоресцентная гибридизация insitu (FISH). 25. Характеристика и принцип метода нозерн-гибридизации. 26. Характеристика и принцип метода саузерн-гибридизации. 27. Характеристика и принцип метода вестерн-гибридизации. 28. Технологии, основанные на ДНК-чипах 29. Компоненты и схема проведения ПЦР. Требования к организации помещений для ПЦР-лаборатории. Проблема контаминации. 30. Разновидности ПЦР. Практическое использование ПЦР-анализа для фундаментальных и прикладных исследований. 31. Секвенирование ДНК по Сэнгеру. 32. Секвенирование с помощью капиллярного секвенатора. 33. Секвенаторы нового поколения (Ion, SOLiD, пиросеквенирование, Illumina/Solexa). Полногеномное секвенирование. 34. Роль биоинформатики в современной молекулярной генетике и биотехнологии. 35. Международные базы данных по молекулярной биологии и генетике. 36. Направленная модификация белков. Методы направленного мутагенеза. 37. Случайный мутагенез и селекция белков с определенной функцией (молекулярная эволюция). 38. Создание химерных и мультифункциональных белков. 39. Создание белков с гибридными свойствами. Создание искусственных белков denovo. |
| Приложения |
|
Приложение 1.
ФОС Биоинженерия.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 | Орехов С.Н. | Фармацевтическая биотехнология [Электронный ресурс]: учебное пособие | ГЭОТАР-Медиа, 2013 | www.studentlibrary.ru |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Л. П. Хлебова, Н. Ю. Сперанская, Е. С. Яценко | Прикладная биотехнология : лаб. практикум : учеб. пособие | Барнаул : Изд-во АлтГУ, 2016 | http://elibrary.asu.ru/handle/asu/3201 |
| Л2.2 | Шевелуха В. С. | Сельскохозяйственная биотехнология и биоинженерия: учеб. для вузов | [М.]: [ЛЕНАНД], [2015] | |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| 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 |
|---|---|---|
| 213Л | лаборатория биоэкологии - 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 12 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска меловая 1 шт.; рабочий стол – 2 шт.; шкаф для хранения наглядных материалов – 2 шт.; компьютеры: марка Aquarius Pro модель P30S46 - 1 единица; марка КламаС Офис - 1 единица; электрокардиограф одно-трехканальный ЭКЗТ-01-Р-Д; микроскоп МБС-10; пламенный фотометр ПФА-378; рефрактометр портативный Refracto30PX Mettler Toledo; бинокуляр - 6 шт.; учебные пособия, лабораторные практикумы, определители растений и животных. |
| 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) |
| 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 |
8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
| Изучение курса «Биоинженерия» направлено на расширение и углубление знаний в области молекулярной биологии и получении навыков использования современных молекулярно-генетических методов в изучении разнообразия биологических объектов. Основной формой изложения учебного материала по дисциплине «Биоинженерия» являются лекции. Предусмотрены также лабораторные занятия, на которых происходит закрепление лекционного материала и знакомство с методами молекулярно-генетических исследований. Степень готовности к занятиям студент может проверить вопросами для самоконтроля. Они призваны помочь студенту в обобщении и анализе сведений, полученных из учебников и дополнительной литературы. Для успешного освоения дисциплины очень важно самостоятельное изучение большого количества теоретического материала. Теоретический материал на лекциях дается в сокращенном изложении (носит преимущественно обзорный характер), поэтому законспектированный на лекциях материал необходимо прорабатывать дома и при необходимости дополнять информацией, полученной из учебной литературы, практических занятий, на консультациях. Учебный курс строится на сочетании лекционных и практических занятий, а также самостоятельной работы студентов. Лекции проводятся в интерактивной форме с применением мультимедийных технологий, демонстрационных технологий. Они предполагают последовательное изложение материала, осуществляемое преимущественно в виде монолога преподавателя. Требования к лекции: современный научный уровень и насыщенная информативность, убедительная аргументация, доступная и понятная речь, четкая структура и логика, наличие ярких примеров, научных доказательств, обоснований, фактов. Практические занятия посвящены освоению методов молекулярной биологии. Предусмотрено проведение фронтального опроса и контрольных работ по темам занятий, компьютерного тестирования по отдельным темам; обсуждение экспериментальных результатов по итогам каждого задания. Некоторые темы предусматривают демонстрацию обучающих фильмов. (обучающий фильм по вопросам безопасности генно-модифицированных организмов). Самостоятельная работа студентов направлена на углубление и закрепление знаний, развитие практических умений и включает: подготовку индивидуальных домашних заданий (рефератов); подготовка к контрольным работам, зачету. Самостоятельная работа студентов включает использование библиотечного фонда и электронно-библиотечной системы, подготовку рефератов по темам с использованием дополнительной литературы и журналов «Биотехнология», «Молекулярная биология», «Генетика» и др. В период самостоятельной подготовки студенты имеют возможность обсудить заданные вопросы с преподавателем. Оценка результатов самостоятельной работы организуется следующим образом: публичное представление реферата с использованием презентационных материалов; выполнение заданий текущего и промежуточного контроля; взаимное оценивание выступлений и дискуссии на коллоквиуме |