Рабочая программа дисциплины «введение в биотехнологию» Код дисциплины по учебному плану опд. Ф. 8

Вид материала

Рабочая программа

Содержание Рабочая программа 1. Организационно-методический раздел 2. Распределение часов по темам и видам работ 3. Содержание программы Тема 1. Биологические объекты и продукты биотехнологических процессов Тема 2. Культивирование биологических объектов Тема 3. Выделение и очистка продуктов ферментации Тема 4. Ферментная биотехнология Тема 5. Молекулярная биотехнология Тема 6. Микробиотехнология Тема 7. Биотехнология клеток растений Тема 8. Биотехнология клеток животных и человека Формы промежуточного и итогового контроля Учебно-методическое обеспечение дисциплины Лист обновления

Подобный материал:

• Рабочая программа дисциплины «Зоология» Код дисциплины по учебному плану опд, 751.31kb.
• Рабочая программа дисциплины «Цитология и гистология» Код дисциплины по учебному плану, 271.37kb.
• Рабочая программа дисциплины «экологический мониторинг» Код дисциплины по учебному, 254.39kb.
• Рабочая программа дисциплины «методика преподавания экологии» Код дисциплины по учебному, 283.89kb.
• Рабочая программа дисциплины «методика преподавания биологии» Код дисциплины по учебному, 350.54kb.
• Рабочая программа дисциплины «ботаника» Код дисциплины по учебному плану опд., 301.75kb.
• Рабочая программа дисциплины «радиационная экология» Код дисциплины по учебному плану, 137.34kb.
• Рабочая программа дисциплины «микоплазмы» Код дисциплины по учебному плану опд., 78.81kb.
• Рабочая программа дисциплины «методы асептики в микробиологической практике» Код дисциплины, 88.27kb.
• Рабочая программа дисциплины «Экология организмов (экология растений)» Код дисциплины, 139.35kb.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Иркутский государственный университет»

(ФГБОУ ВПО «ИГУ»)


«Утверждаю»

_____________________

Первый проректор,

проректор по учебной работе,

проф. И. Н. Гутник

«____»_____________20____г.


Биолого-почвенный факультет

Кафедра физико-химической биологии


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА


дисциплины «ВВЕДЕНИЕ В БИОТЕХНОЛОГИЮ»


Код дисциплины по учебному плану ОПД. Ф.8

Для студентов специальности 020201.65 «Биология»





г. Иркутск


1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ


Цель

Цель дисциплины заключается в формировании системы знаний о научных и практических аспектах биотехнологии; основных критериях выбора биологических объектов и современных методах создания биологических препаратов.

Задачи

• сформировать представление осовременном состоянии и перспективах развития биотехнологии;
  
• дать основные критерии оценки биотехнологических процессов, характеристику важнейших биотехнологических производств и их соответствие требованиям экологической безопасности, применительно к используемым на производстве биообъектам-продуцентам и целевым продуктам;
  
• ознакомить с методами генетической инженерии, инженерной энзимологии, микробиотехнологии, возможностями и перспективами использования клеток и клеточных структур в биосинтетических и биотрансформирующих реакциях;
  
• научить умению самостоятельного поиска и анализа информации , использованию ее в процессе научно-практической деятельности
  

Место дисциплины в процессе подготовки специалиста

Дисциплина « Введение в биотехнологию» входит в цикл общепрофессиональных дисциплин (ОПД.Ф.8) и занимает важное место в профессиональной подготовке кадров по специальности Физиология». Изучение курса базируется на знании студентами физики, химии,математики, биохимии, микробиологии, генетике и других биологических дисциплин, которые создают необходимую теоретическую базу и практические навыки для понимания и осмысления положений, излагаемых в данном курсе. Для освоения курса «Введение в биотехнологию» предусмотрены лекционные, практические занятия и самостоятельное изучение предложенных в программе вопросов.


2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ПО ТЕМАМ И ВИДАМ РАБОТ

для студентов очного отделения

№	Темы, разделы	Всего часов	Виды подготовки		Самост. работа
			Лекции	Практические,семинарские, лабораторные занятия	Самост. работа студентов	КСР
1	Тема 1. Биологические объекты и продукты биотехнологических производств.	5	1	1	3	-
2	Тема 2. Культивирование биологических объектов.	8	2	2	4	-
3	Тема 3. Выделение. Очистка продуктов ферментации	6	1	1	4
4	Тема 4. Ферментная биотехнология	9	2	2	4	1
5	Тема 5. Иммобилизованные ферменты и клетки	8	2	2	4	-
6	Тема6. Генетическая инженерия в биотехнологии	8	2	2	4	-
7	Тема 7. Микробиотехнология	8	2	2	4	-
8	Тема8. Биотехнология клеток растений	9	2	2	4	1
9	Тема9. Биотехнология клеток животных и человека	9	2	2	4	1
ВСЕГО (часы)		70	16	16	35	3

3. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ


3.1. Общее (по всем темам)

Введение

Предмет и задачи курса. Возможности биотехнологии. Исторические этапы развития биотехнологии. Современное состояние. Связи биотехнологии с биологическими, химическими, техническими и другими науками. Экономические и коммерческие аспекты биотехнологии. Контроль продукции. Новые направления в развитии биотехнологии

Тема 1. Биологические объекты и продукты биотехнологических процессов

Принцип отбора биообъектов для производства. Первичные и вторичные метаболиты. Основные критерии оценки биотехнологических процессов: продуктивность, экологическая чистота, конечная концентрация продукта, себестоимость продукции и т.п. Способы усиления активности биообъектов. Сверхсинтез продуктов у биообъектов с измененным генотипом. Стабильность генетических свойств мутантов и рекомбинантов. Хранение биообъектов: методы и условия хранения. Субкультивирование (периодические пересевы), хранение при низких и ультранизких температурах, лиофилизация, хранение в высушенном состоянии. Изменения в клетках при обезвоживании. Условия реактивации и определение жизнеспособности клеток.

Тема 2. Культивирование биологических объектов

Субстраты для культивирование биообъектов. Характеристика важнейших групп питательных субстратов, используемых в биотехнологии. Составление рецептур питательных сред. Среды для выращивания клеток растений, животных, микроорганизмов. Обеззараживание питательных сред.

Рост и развитие клеток. Кинетика клеточного роста. Влияние условий среды на рост клеток. Регуляция скорости роста клеток.

Системы ферментации. Принципы действия и конструкции ферментеров. Системы подготовки и очистки воздуха, теплообмена, перемешивания и аэрации, пеногашения, стерилизации, контроля и управления.

Биотехнологические процессы периодического и непрерывного действия. Сравнительная оценка процессов периодического и непрерывного действия. Специализированные типы биотехнологических процессов.

Основные методы обеспечения асептических условий. Общие принципы и проблемы масштабирования в биотехнологии.

Тема 3. Выделение и очистка продуктов ферментации

Фракционирование среды ферментации. Выделение продуктов из биомассы и среды ферментации. Получение целевых продуктов различной степени очистки. Современные методы разделения веществ: ионообменная, аффинная, гельхроматография, иммуносорбция, электрофорез. Разделение с помощью мембран: обратный осмос, ультра и микрофильтрация. Сочетание нескольких операций разделения.Обезвоживание продукта, способы его модификации и стабилизации.

Тема 4. Ферментная биотехнология

Источники ферментов. Ферменты животного и растительного происхождения. Микробные ферментные препараты. Основные технологические этапы производства ферментных препаратов.Особенности получения препаратов с определенным составом ферментов. Комплексные ферментные препараты (МЭК) и их использование. Иммобилизовавнные ферменты. Носители для иммобилизации ферментов. Способы иммобилизации: иммобилизация путем адсорбции на нерастворимых носителях; иммобилизация ферментов путем включения в гели; иммобилизация ферментов с использованием систем двухфазного типа; иммобилизация ферментов с использованием полупроницаемых мембран. Микрокапсулирование; двойное эмульгирование; включение в волокна; включение в липосомы.

Химические методы иммобилизации. Принципы химической (ковалентной) иммобилизации ферментов.

Биотехнологии, основанные на использовании иммобилизованных ферментов. Использование ферментов в тонком органическом синтезе, микроанализе. Ферментные электроды, их принцип действия. Биосенсоры. Принципы их конструирования.

Биочипы их разновидности и предназначение.

Иммуноферментный анализ и его использование в медицине. Терапия иммобилизованными ферментами.

Иммобилизированные клетки, клеточные организмы. Использование иммобилизованных клеток.

Тема 5. Молекулярная биотехнология

Технология рекомбинантных ДНК. Конструирование продуцентов первичных метаболитов. Применение технологиии рекомбинантных ДНК в медицинской диагностике. Использование генной инженерии для получения новых веществ. Получение интерферона, гормона роста. Генно- инженерные противовирусные вакцины.

Создание методами генной инженерии гербицидоустойчивых, морозо и засухоустойчивых растений.

Получение трансгенных животных с ускоренным ростом. Трансгеноз генов, обеспечивающих ускоренный рост животных.

Перспективы использования достижений молекулярной биотехнологии .

Тема 6. Микробиотехнология

Типовая схема микробиологического производства. Основные стадии производства продуктов микробного синтеза.

Получение продуктов брожения. Интенсивные технологии получения этанола.

Микробиологическое производство биологически активных веществ на примере получения незаменимых аминокислот.

Производства, основанные на получении микробной биомассы. Получение белковых препаратов, вакцин, бактериофагов, лечебных бактерийных препаратов, средств защиты растений, микробных землеудобрительных препаратов.

Микробное выщелачивание. Превращение, накопление и иммобилизация металлов микроорганизмами.

Преобразование энергии. Биофотолиз воды. Система биокаталитического производства водорода.

Биоконверсия растительных материалов и отходов. Механизмы микробной деградации растительных субстратов. Ферментативное превращение целлюлозы в сахара. Роль биотехнологиии в улучшении экологической ситуации. Биологическая переработка промышленных отходов. Биологическая очистка сточных вод. Биодеградация ксенобиотиков в окружающей среде. Биологическая очистка газов.

Тема 7. Биотехнология клеток растений

Культура клеток высших растений. Каллусогенез как основа создания клеточных культур. Суспензионные культуры и условия их культивирования. Клеточные технологии в создании генетического разнообразия и ценных для селекции исходных форм. Стабильность и вариабельность генома растительных клеток in vitro. Сохранение in vitro генофонда в коллекционных центрах. Биотехнологии на основе изолированных протопластов. Методы слияния, культивирования протопластов. Регенерация клеток, клеточных культур и растений из протопластов. Клональное микроразмножение и оздоровление растений. Агротехническое применение клеточных культур растений.


Тема 8. Биотехнология клеток животных и человека

Возможности и перспективы использования клеток и клеточных структур различных тканей. Способы выращивания клеток животных. Гибридомы. Получение и применение моноклональных антител. Использование метода культур тканей для получения ряда иммунорегулирующих веществ. Производство интерферона. Культуры тканей в трансплантологии. Создание банка трансплантируемых культур тканей. Технология трансплантации эмбрионов. Получение клонированных животных. Этические и профессиональные проблемы.

3.2. Темы семинарских занятий:

• Биологические объекты и продукты биотехнологических процессов
  
• Культивирование биологических объектов, выделение и очистка продуктов ферментации
  
• Ферментная биотехнология
  
• Иммобилизованные ферменты и клетки
  
• Молекулярная биотехнология
  
• Микробиотехнология
  
• Биотехнология клеток растений
  
• Биотехнология клеток животных и человека
  

3. Тематика заданий для самостоятельной работы
   

1. Биотехнология. Биологические объекты и продукты биотехнологических процессов

2. Генетическая инженерия

3. Клеточная инженерия

4. Промышленная биотехнология

5. Реальная польза и потенциальный риск биотехнологий

6. ПЦР, технология создания, использование.

3.4. Примерный список вопросов к экзамену

1. Биотехнология, ее история развития, достижения и перспективы развития
   
2. Биологические агенты биотехнологических процессов. Отбор продуцентов.
   

Методы сохранения биологических объектов.

3. Сырьё для биотехнологических производств. Составление рецептур питательных сред. Среды для культивирования микроорганизмов, клеток растений и животных.
   
4. Конструкции ферментаторов и принципы их действия.
   
5. Системы очистки воздуха в биотехнологических производствах.
   
6. Посевной материал. Технология получения посевного материала.
   
7. Принципы культивирования клеток поверхностным способом
   
8. Рост и развитие клеток при глубинном периодическом культивировании.
   
9. Классификация систем непрерывного культивирования.
   
10. Условия непрерывного культивирования продуцентов. Практическая реализация непрерывной ферментации.
    
11. Системы стерилизации питательных сред, оборудования, коммуникаций.
    
12. Выделение целевых продуктов ферментации. Способы концентрирования и отделения биомассы.
    
13. Способы обезвоживания продукта. Получение инактивированной биомассы.
    
14. Выделение продуктов метаболизма из культуральной жидкости.
    
15. Выделение продуктов метаболизма из биомассы клеток.
    
16. Получение препаратов жизнеспособных клеток: хлебопекарные дрожжи, молочно-кислые закваски и др.
    
17. Вакцины. Классификация вакцин. Современные вакцины и особенности их технологии.
    
18. Производство органических кислот на примере получения лимонной кислоты
    
19. Биотехнология аминокислот на примере получения L-лизина.
    
20. Производство белковых кормовых препаратов
    
21. Антибиотики. Особенности технологии антибиотиков
    
22. Получение этанола из пищевого сырья.
    
23. Биотехнологическая переработка промышленных отходов.
    
24. Биотехнология получения биотоплива
    
25. Биологическая очистка сточных вод
    
26. Микробное выщелачивание металлов
    
27. Биоиндустрия ферментов. Источники ферментов. Получение ферментных препаратов из растительного и животного сырья.
    
28. Основные технологические этапы производства микробных ферментных препаратов
    
29. Хроматографические методы очистки ферментов.
    
30. Иммобилизованные ферменты. Характеристика носителей для иммобилизации.
    
31. Характеристика методов физической и химической иммобилизации
    
32. Промышленные процессы с использованием иммобилизованных ферментов и клеток.
    
33. Биосенсоры и биочипы Принципы их создания и сферы применения
    
34. Ферментные электроды. Определение концентрации глюкозы в крови при помощи ферментного электрода.
    
35. Принципы и основные методы иммуноферментного анализа. Области применения ИФА.
    
36. Ферментативное превращения целлюлозы в сахара.
    
37. Получение глюкозо-фруктозных сиропов
    
38. Технология рекомбинантных ДНК.
    
39. Определение нуклеотидной последовательности и амплификация ДНК с помощью ПЦР.
    
40. Трансгенные животные. Технология создания и этические аспекты трансгеноза.
    
41. Культуры тканей в трансплантологии. Создание банка трансплантируемых культур тканей.
    
42. Интерфероны и методы их получения. Получение интерферона генно-инженерным способом.
    
43. Технология трансплантации эмбрионов. Межвидовые пересадки эмбрионов и получение химерных животных. Этические и профессиональные проблемы
    
44. Использование эмбриональных стволовых клеток в биотехнологии
    
45. Моноклональные антитела, их получение и применение.
    
46. Применение методов генетической инженерии для получения новых сортов культурных растений
    
47. Генетически модифицированные источники питания: проблемы и перспективы использования
    
48. Типы культур клеток и тканей растений. Методы и условия их культивирования.
    
49. Получение и культивирование изолированных протопластов
    
50. Гибридизация соматических клеток растений как метод создания новых генотипов
    

3. ФОРМЫ ПРОМЕЖУТОЧНОГО И ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ
   

В соответствии с учебным планом дисциплина «Введение в биотехнологию» на биолого-почвенном факультете преподается на 4-м курсе (7 семестр). Формы промежуточного контроля: рефераты, тестирование, оценки по разделам программы. Форма итогового контроля – экзамен. Система оценок: пятибалльная.

3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
   

Интернет-источники :

1. ссылка скрыта
   
2. ссылка скрыта
   
3. ссылка скрыта
   
4. ссылка скрыта
   
5. ссылка скрыта
   
6. nanoagro.ru/.../biotehnologiya-i-gennaya-inzheneriya-2.htm
   
7. ссылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрыта
   
8. ссылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрыта
   
9. ссылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрыта
   
10. ссылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрыта
    
11. ссылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрыта
    
12. ссылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрытассылка скрыта
    

Оборудование

На занятиях используются мультимедийный проектор, ноутбук или графопроектор (оверхет)

Материалы: Для наглядного представления биотехнологических объектов и процессов используются соответствующие демонстрационные средства в формате Microsoft PowerPoint.


ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Грачева Т.М. Технология ферментных препаратов / И.М. Грачева, А. Ю. Кривова-. М.: Элевар.2000.512с.
   
2. Егорова Т.А. Основы биотехнологии / Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А. Живухина. М.: Academia, 2003 -208с.
   
3. Саловарова В.П. Эколого-биотехнологические основы конверсии растительных субстратов / В.П. Саловарова, Ю.П. Козлов. М.: Издательский дом «Энергия», 2007. – 544 с.
   

Дополнительная литература

1. Огарков Б.Н. Биотехнологии на основе грибов: монография / Б.Н. Огарков, Г.Р. Огаркова, Л.В. Самусенок. - Иркутск: Изд-во ИГУ, 2005.
   
2. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия / С.Н. Щелкунов.- Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2004.
   
3. Эллиот В. Биохимия и молекулярная биология / В. Эллиот, Д. Эллиот.- М.: Изд-во НИИ биомедицинской химии, 2000.
   

Кроме этого, студентам рекомендуется изучение периодических изданий: «Биотехнология;», «Молекулярная биология», «Прикладная биохимия и микробиология», «Антибиотики и химиотерапия», «Микробиология» , «Молекулярная биология»


ЛИСТ ОБНОВЛЕНИЯ

Дата	Внесенные обновления	Подпись автора	Подпись зав. кафедрой

Программу составила Саловарова В.П., д.б.н., профессор, зав. кафедрой физико-химической биологии биолого-почвенного факультета ИГУ __________

Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры физико-химической биологии протокол №9 от 2 июня 2011 г.


Зав. кафедрой физико-химической биологии профессор В.П. Саловарова __________


Согласовано: председатель УМК биолого-почвенного факультета профессор

А. Н. Матвеев __________