Программа для вступительных экзаменов в магистратуру по специальности 6М070100 «Биотехнология»

Вид материала

Содержание

Рост и культивирование микроорганизмов
Практическое применение микроорганизмов
Список использованной литературы
«биотехнология растений»
Биология культивируемых клеток растений
Использование культуры клеток в биосинтетической промышленности
Клональное микроразмножение и оздоровление растений
Нескрещиваемость при отдаленной гибридизации и пути ее преодоления in vitro
Гаплоидная технология
Клеточная селекция
Клеточная инженерия
Генетическая инженерия растений
Сохранение in vitro генофонда
«экологическая биотехнология»
Pseudomonas putida
Pseudomonas dechromaticans.
Биотехнология животных
Основная часть
2. Основы биологии воспроизводства и селекционно-генетические аспекты биотехнологии
3. Суперовуляция доноров и их осеменение
...
Полное содержание

Подобный материал:

ПРОГРАММА

для вступительных экзаменов в магистратуру

по специальности

6М070100 - «Биотехнология»

Алматы, 2011

«МИКРОБИОЛОГИЯ И ВИРУСОЛОГИЯ»

ВВЕДЕНИЕ

Предмет и задачи микробиологии, ее место и роль в развитии биотехнологии. Открытие микроорганизмов А. ван Левенгуком. Роль Л.Пастера в формировании микробиологии. Значение работ Клюйвера, Коха, Флеминга, Шапошникова, Иерусалимского.

Открытие вирусов и бактериофагов. Работы Ивановского, Гамалея.

Основные направления развития современной микробиологии. Развитие промышленной микробиологии, краткая характеристика ее задач.

РОСТ И КУЛЬТИВИРОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

В ы д е л е н и е и к у л ь т и в и р о в а н и е. Накопительные культуры и принцип элективности. Чистые культуры микроорганизмов, определение и методы их получения. Штамм,, клон. Моно- и смешанные культуры.

Основные типы сред, используемых для культивирования (по составу и физическому состоянию). Принципы составления питательных сред. Естественные и синтетические среды. Культивирование аэробных, анаэробных и фотосинтезирующих микроорганизмов. Поверхностное и глубинное выращивание. Периодическое и непрерывное культивирование. Аппаратура для непрерывного культивирования (хемостат и турбидостат). Значение метода непрерывного культивирования для изучения свойств микроорганизмов в промышленности.

Р о с т м и к р о о р г а н и з м о в. Сбалансированный и несбалансированный рост.

Способы определения роста культур микроорганизмов. Закономерности роста популяций в периодических культурах. Кривая роста, особенности отдельных фаз. Определение скорости роста , времени генерации, урожая клеток. Диауксия. Причины лимитации роста и отмирания.

Рост микроорганизмов в непрерывной культуре, математическое выражение роста.

Синхронизированные культуры, способы их получения и значение.

К о н т р о л ь з а р о с т о м. Отношение микроорганизмов к различным факторам среды. Зависимость роста от температуры. Психрофилы, мезофилы, термофилы, особенности и причины различного отношения к температуре. Термоустойчивость вегетативных клеток и их покоящихся форм. Использование высоких температур для стерилизации и низких температур для хранения культур.

Влияние гидростатического и осмотического давления. Особенности осмофилов и галофилов. Отношение микроорганизмов к кислороду: аэробы и анаэробы (облигатные и факультативные). Возможные причины ингибиторного действия кислорода на строгие анаэробы.

Значение окислительно-восстановительного потенциала и рН среды для роста микроорганизмов. Алкалофильные, кислотоустойчивые и ацидофильные микроорганизмы.

Рост микроорганизмов в зависимости от влажности. Высушивание. Лиофилизация.

А н т и м и к р о б н ы е ф а к т о р ы. Природа и происхождение (абиотическое, биотическое) антимикробных веществ. Специфичность и механизм действия. Микробостатический и микробоцидный эффект. Области применения различных антимикробных соединений. Важнейшие химиотерапевтические препараты, консервирующие, дезинфицирующие и стерилизующие средства.

Антимикробные факторы физической природы. Радиация, характер действия на микроорганизмы. Устойчивость микробов к ультрафиолетовым лучам и ионизирующему излучению. Применение ультразвука и токов высокой частоты.

МЕТАБОЛИЗМ

П и т а н и е. Разнообразие типов питания микроорганизмов, определяемое источниками энергии и углерода. Прототрофы, ауксотрофы, паратрофы. Сапрофиты и паразиты.

Органические и минеральные соединения азота, используемые микроорганизмами, их роль в метаболизме. Потребность микроорганизмов в готовых аминокислотах, витаминах и других факторах роста. Практическое применение ауксотрофных микроорганизмов.

Способность микроорганизмов использовать различные соединения серы и фосфора. Потребность в железе, магнии, калии, кальции, натрии, марганце, молибдене и других элементах. Их роль в метаболизме.

Транспорт питательных веществ через цитоплазматическую мембрану.

Э н е р г е т и ч е с к и е п р о ц е с с ы. Способы получения энергии. Окисляемые субстраты. Переносчики электронов и электронтранспортные системы, их особенности у разных микроорганизмов. Конечные акцепторы электронов. Формы энергии, используемые микроорганизмами (электрохимическая, АТФ). Роль и способы образования.

Пути сбраживания гексоз: гексозодифосфатный, пентозофосфатный, КДФГ-путь.

Брожение. Определение понятия. Брожение в спирт, молочную, пропионовую, масляную кислоту, ацетон. Двухфазность брожений. Характеристика микроорганизмов, вызывающих разные типы брожений.

Анаэробное дыхание. Определение понятия. Доноры и акцепторы электронов, при анаэробном дыхании. Микроорганизмы, восстанавливающие нитраты и другие соединения азота. Денитрификация.

Сульфатредукция. Окисляемые субстраты.

Метанобразующие бактерии, использующие углекислоту как акцептор электронов.

Аэробное дыхание. Формы участия кислорода в окислении разных субстратов. Окисление органических и неорганических соединений. Полное и неполное окисление. Образование уксусной кислоты бактериями, органических кислот микромицетами. Микроорганизмы, вызывающие гниение (аммонификаторы), окисляющие углеводороды, уробактерии.

Микроорганизмы (метилотрофы), окисляющие метан, метанол и другие одноуглеродные субстраты.

Окисление неорганических соединений автотрофами и гетеротрофами. Группы хемолитотрофов: нитрифицирующие, серные (тионовые), водородные бактерии, железобактерии. Облигатные и факультативные хемолитоавтотрофы. Хемолитогетеротрофы.

Нитрификация, фазы процесса. Автотрофная и гетеротрофная нитрификация. Окисление молекулярного водорода. Окисление соединений серы, железа, марганца, сурьмы и других элементов. Значение этих процессов.

Использование энергии света. Фотосинтезирующие прокариоты, основные свойства пурпурных и зеленых бактерий, цианобактерий, прохлорофитов.

Состав пигментов, организация фотосинтетического аппарата и особенности фотосинтеза у разных микроорганизмов. Способность к фотосинтезу с выделением и без выделения кислорода. Фотосинтез без хлорофилла.

Б и о с и н т е з. Основные мономеры конструктивного метаболизма (органические кислоты, аминокислоты, нуклеотиды, сахара). Пути их образования различными микроорганизмами. Ассимиляция углекислоты гетеротрофами и автотрофами, зелеными серобактериями и метанобразующими бактериями. Использование микроорганизмами формальдегида: рибулезомонофосфатный и сериновый циклы у метилотрофных бактерий. Значение цикла трикарбоновых кислот т глиоксилатного шунта в биосинтетических процессах.

Усвоение соединений азота. Ассимиляционная нитратредукция. Фиксация молекулярного азота, механизм процесса. Свободноживущие и симбиотические азотфиксаторы.

Пути образования аминокислот. Причины и практическое использование.

Синтез основных биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, липидов, полисахаридов, углеводов, порфириновых соединений и других важнейших компонентов клеток. Понятие "вторичные метаболиты".

Р е г у л я ц и я м е т а б о л и з м а. Биохимические основы и уровни регуляции метаболизма. Механизмы регуляции синтеза ферментов (индукция, репрессия). Регуляция активности ферментов.

ГЕНЕТИКА

М у т а г е н е з. Спонтанная и индуцированная изменчивость. Виды изменчивости. Морфологическая и биохимическая гетерогенностью популяций микроорганизмов. Мутации, типы мутаций, молекулярные механизмы их возникновения. Мутагенные факторы и их действие. Репарация повреждений, вызванных физическими и химическими мутагенами.

Р е к о м б и н а ц и и. Генетическая рекомбинация у прокариот: трансформация, трансдукция, конъюгация. Плазмиды: классификация, биологическая роль, интеграция.

Рекомбинация эукариотных микроорганизмов. Половой и парасексуальный процессы. Основы гибридологического анализа. Тетрадный анализ грибов. Анализ митотического расщепления на примере мицелиальных грибов. Цитоплазматическая наследственность.

Рекомбинация и генетический анализ у фагов. Типы мутантов бактериофагов.

С е л е к ц и я . Методы аутоселекции. Мутационная селекция. Зависимость выхода полезных мутаций от воздействующего фактора и дозы. Сверхсинтез аминокислот и других азотсодержащих соединений. Мутасинтез. Методы генной инженерии.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

Микроорганизмы как источник белка, аминокислот и других практически важных продуктов. Образование ферментов (протеаз, нуклеаз, пектиназ, целлюлаз, липаз). Образование полисахаридов, витаминов, гиббереллинов и других ростовых факторов, токсинов, алкалоидов.

Биосинтез антибиотиков. Важнейшие антибиотики и их продуценты. Практическое применение антибиотиков.

Использование в сельском хозяйстве белка, нитрагинов, пестицидов.

Хранение промышленных культур.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная:

Шлегель Г. Общая микробиология. М., 1987 . 567 с.
Мишустин Е.М., Емцев Е.Т. Микробиология. М., 1987, 391 с.
Гусев М. В. Микробиология. М. МГУ. 1992. 448 с.
Стейниер Р., Эдельберг Э., Ингрем Д. Мир микробов в 3-х томах. М. Мир . 1979.
Мукашева Т.Д. Практические занятия по микробиологии. Алматы: Изд-во КазГУ, 1991.

Дополнительная:

Бекер М. Е. Введение в биотехнологию. М., 1987, 231 с.
Промышленная микробиология. М. 1989. 688 с.
Готтшлак Г.А. Метаболизм бактерий. М., 1982, 310 с.
Дебабов В.Г. Современные методы создания промышленных штаммов микроорганизмов. М. Высшая школа , 1987.
Лурия С. и др. Общая вирусология. М., 1981, 680 с.

«БИОТЕХНОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ»

Введение

Биотехнология, основанная на культивировании in vitro органов, тканей, клеток и изолированных протопластов высших растений. Связь биотехнологии с генетикой, селекцией, семеноводством и другими биологическими науками. История развития науки. Роль Г.Габерланда, Р. Уайта, Т.Мурасиге, Г.Скуга, С.Гуха, С.Магешвари, Р.Г.Бутенко, И.Р.Рахимбаева и других ученых в развитии науки биотехнологии. Этапы развития биотехнологии. Объекты и методы биотехнологии. Основные направления биотехнологии. Современное состояние и достижения биотехнологии. Перспективы развития биотехнологии.

БИОЛОГИЯ КУЛЬТИВИРУЕМЫХ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ

Теоретические и методические принципы культивирования клеток растений. Питательные среды для культивирования клеток: минеральные соли, углероды, фитогормоны, витамины, органические добавки. Необходимые условия для культивирования клеток in vitro. Получение и культивирование каллуса. Культивирование клеток на твердой и в жидкой среде. Культура клеточных суспензий. Способы выращивания суспензионных культур. Биология культивируемых клеток. Дифференциация, дедифференциация. Компетенция. Детерминация. Рост культивируемых клеток. Пути морфогенеза in vitro. Органогенез. Соматический эмбриогенез. Регенерация растений.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КУЛЬТУРЫ КЛЕТОК В БИОСИНТЕТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Клеточные технологии для получения экономически важных веществ. Факторы, влияющие на накопление вторичных метаболитов в культуре клеток растений. Системы культивирования клеток. Иммобилизованные клетки.

КЛОНАЛЬНОЕ МИКРОРАЗМНОЖЕНИЕ И ОЗДОРОВЛЕНИЕ РАСТЕНИЙ

Применение клонального микроразмножения в растениеводстве и селекции. Методы клонального микроразмножения. Индукция развития пазушных меристем. Этапы клонального микроразмножения. Факторы, влияющие на процесс клонального микроразмножения. Клональное микроразмножение : лекарственных, декоративных, овощных, зернобобовых, плодоягодных, лиственнных, хвойных и. д. групп растений. Оздоровление растений. Культура апикальных меристем. Диагностика зараженных растений. Термотерапия. Хемотерапия. Получение безвирусного материала картофеля.

НЕСКРЕЩИВАЕМОСТЬ ПРИ ОТДАЛЕННОЙ ГИБРИДИЗАЦИИ И ПУТИ ЕЕ ПРЕОДОЛЕНИЯ IN VITRO

Прогамная несовместимость при отдаленной гибридизации. Оплодотворение in vitro. Постгамная несовместимости при отдаленной гибридизации. Культура изолированных зародышей. Факторы, влияющие на эмбриокультуру. Культура эндосперма.

ГАПЛОИДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Значение гаплоидных растений в селекции. Технология получения гаплоидных растений в культуре пыльников и пыльцы. Прямой андрогенез и косвенный андрогенез. Факторы, влияющие на андрогенез. Получение гаплоидных растений в культуре женского гаметофита. Гиногенез. Факторы, влияющие на гиногенез. Получение гаплоидных растений методом гаплопродюсера.

КЛЕТОЧНАЯ СЕЛЕКЦИЯ

Клеточная селекция растений как метод получения новых ценных генотипов растений. Сомаклональная изменчивость, ее причины и варианты. Факторы, влияющие на сомаклональную вариабельность. Методы клеточной селекции. Отбор устойчивых клеток. Стабильность признака устойчивости. Индуцированный мутагенез. Получение соле-, температуро-, засухоустойчивых и других мутантов растений методами клеточной селекции.

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Выделение и культивирование протопластов. Регенерация растений в культуре протопластов. Методы слияния протопластов. Соматическая гибридизация. Принципы и генетические основы соматической гибридизации. Практическое применение соматической гибридизации. Методы селекции соматических гибридов. Методы анализа гибридных растений.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ РАСТЕНИЙ

Получение генов, предназначенных для переноса в другой организм. Векторы для переноса генов. Плазмиды агробактерий в качестве вектора у растений. Клонирование и экспрессия генов растений.

СОХРАНЕНИЕ IN VITRO ГЕНОФОНДА

Подготовка клеток. Замораживание и хранение культур. Криопротекторы. Оттаивание клеток и удаление криопротекторов. Рекультивирование клеток и их оценка после криосохранения.

Список основной литературы:

1. Валиханова Г.Ж. Биотехнология растений. - Алматы, Конжык, -1996. -272с.

2. Бутенко Р.Г. Культура клеток растений и биотехнология. М. : 1986, 127 с.

3. Бутенко Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнология на их основе. - М., ФБК-ПРЕСС. -1999.

4. Шевелуха В.С. Сельскохозяйственная биотехнология. - М., Высш. шк. - 2003 г. - 472 с.

5. Муромцев Г.С., Бутенко Р.Г., Тихоненко Т.И., Прокофьев М.И. Основы сельскохозяйственной биотехнологии.- М. - Наука,1999. -384с.

6. Жамбакин К.Ж. Гаплоидная биотехнология. Алматы, 2003, с.

7. Анапияев Б.Б. Гаплоидная биотехнология. Алматы, 2001, с.

8.Валиханова Г.Ж., Рахимбаев И.Р., Каржасова А.В., Бишимбаева Н.К. Методическое руководство к практическим занятиям по культуре тканей растений. Алматы, 1983, с.

9. Кулдыбаев М.М., Амерханова М.Б. Методические указания к лабораторно-практическим занятиям по с/х биотехнологии. Алма-Ата, 1988.

Список дополнительной литературы:

1.Валиханова Г.Ж., Есмагулов К.Е. Русско-казахский словарь терминов используемых в биотехнологии растений. Алматы, Каз. Университет.

2.Рахимбаев И.Р., Колумбаева С.Ж., Джокебаева С.А. Культура клеток и клеточная инженерия растений. Алматы. Каз ГУ, 1993, 80 с.

3. Пирузян Э.С. Основы генетической инженерии растений. М. Наука, 1988, 303 с.

4. Артамонов В.И. Биотехнология – агропромышленному комплексу. М.: Наука, 1989, 158 с.

5. Бутенко Р.Г., Гусев М.В., Киркин А.Ф. Биотехнология. Клеточная инженерия. М.: 1987г.

6. Валиханова Г.Ж., Рахимбаев И.Р. Культура клеток и биотехнология растений. 1989 г.

7. Катаева Н.В., Бутенко Р.Г. Клональное микроразмножение растений. М., Наука, 1989г.

«ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ»

Содержание дисциплины

Предмет и задачи экологической биотехнологии, ее значение в современном обществе. Биогеохимические циклы. Роль микроорганизмов в кругообороте веществ. Схемы кругооборота углерода, кислорода, азота и серы.

Взаимосвязь микроорганизмов в естественных экосистемах – почвах и водоемах. Межвидовые отношения и взаимоотношения микроорганизм – растение. Синтрофизм.

Основные характеристики сточных вод. Бытовые, промышленные и сельскохозяйственные стоки, их состав и критерии оценки качества. Методы определения ХПК (химическое потребление кислорода) и БПК (биохимическое потребление кислорода), их характеристическая и прогностическая значимость. Примеры по данным ХПК и БПК различных предприятий.

Характеристика методов очистки сточных вод, их преимущества и недостатки. Достоинства и недостатки биохимических методов очистки сточных вод.

Виды операций в очистных сооружениях с использованием микроорганизмов. Экстенсивные и интенсивные системы очистки сточных вод.

Пути биотехнологического усовершенствования интенсивных методов переработки бытовых и производственных сточных вод. Интенсификация процессов очистки методом пространственного разделения различных микробных консорциумов, преимущества и недостатки этого метода. Использование рекомбинантных штаммов для утилизации трудноокисляемых, высокотоксичных или ароматических веществ.

Аэробные и анаэробные процессы очистки сточных вод, их характеристика.

Реакторы, использующиеся для аэробной очистки сточных вод. Схема работы гомогенных реакторов. Популяционные проблемы «активного ила». Формирование ценозов «активного ила». Микроорганизмы «активного ила», их соотношение и значимость отдельных консорциумов. Формирование зооглей – симбиоза популяций микроорганизмов, покрытых общей слизистой оболочкой. Роль простейших в эффективности работы «активного ила». Показатель НОВ (нагрузка на ил по органическому веществу – важнейший параметр при проектировании станций аэрации.

Управление работой вторичного отстойника.

Реакторы с неподвижной биопленкой – биофильтры, процессы, которые в них происходят. Технологическая схема процессов, протекающих с использованием биофильтров. Классификация биофильтров в зависимости от способа очистки, вида загрузочного материала и режима подачи жидкости. Заиливание биофильтров.

Использование иммобилизованных клеток микроорганизмов в аэротенках – вытеснителях с применением стеклоершей.

Экстенсивные методы аэробной очистки стоков – биологические пруды, поля орошения, поля фильтрации. Их применение, преимущества и недостатки.

Анаэробные методы очистки бытовых и промышленных сточных вод. Преимущества анаэробных процессов очистки сточных вод перед аэробными, скорость очистки.

Метантенки, характеристика процессы брожения, протекающих в метантенках. Формирование микрофлоры метантенка, ее состав, характер взаимоотношений компонентов в симбиотическом сообществе. Значение метанообразующих бактерий в эффективности функционирования метантенков. Понятие о предельных концентрациях загрязнителей. Роль перемешивания и температурного режима в увеличении интенсивности газообразования и скорости деградации загрязнителей.

Характеристика промышленных аппаратов, используемых для биологической очистки стоков. Септикотенки. Реакторы с неподвижной биопленкой.

Использование микроорганизмов активного ила для очистки сточных вод металлургических предприятий и извлечения из них металлов.

Процессы окисления/ восстановления металлов или их осаждение гетеротрофными микроорганизмами. Характеристика «активного ила», использующегося для удаления металлов из сточных вод, значение искусственных биофлоков. Примеры.

Использование сульфатредуцирующих бактерий в осаждении металлов, условия их функционирования. Химизм процессов, протекающих при осаждении металлов из стоков, - минерализация органического вещества растительных остатков анаэробными гетеротрофными микроорганизмами, снижение содержания кислорода и величины ОВП в среде и осаждение металлов сероводородом, который образуется в результате активизации деятельности анаэробных сульфатредуцирующих бактерий в таких условиях. Роль сульфатредуцирующих бактерий в осаждении меди, ртути, вольфрама и молибдена.

Очистка промышленных сточных вод от мышьяка при помощи клеток Pseudomonas putida, иммобилизованных на пластмассе или древесных стружках.

Очистка хромсодержащих стоков от хрома с помощью «активного ила», содержащего бактерии Pseudomonas dechromaticans.

Использование микроорганизмов для биосорбции металлов. Биосорбция урана и нитратов биомассой денитрифицируующих бактерий, иммобилизованных на частицах каменного угля. Биосорбция металлов микробными экзополисахаридами.

Биологическая переработка промышленных отходов различных производств.

Использование иммобилизованных клеток микроорганизмов для переработки стоков молокоперерабатывающих, бродильных и других пищевых производств.

Проблемы биологической переработки стоков химических предприятий.

Биологическая переработка отходов целлюлозно-бумажной промышленности.

Использование микроорганизмов – деструкторов углеводородов для очистки сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий и почв, загрязненных нефтью.

Технология биоремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами, радионуклидами, органическими веществами и другими токсикантами. Основные этапы – подбор биообъектов – гипераккумуляторов поллютантов, методов их культивирования (выращивания), отделения и извлечения токсиканта. Роль взаимоотношений растений с почвенными микроорганизмами в эффективности извлечения токсикантов.

Способы увеличения продуктивности штаммов микроорганизмов для их использования в биотехнологии.

Проблемы безопасности использования микроорганизмов, полученных генно-инженерными методами, и некоторых продуктов микробного синтеза.

Прогнозная экология – наука, цель которой – всесторонняя оценка будущего поведения трансформированных организмов во внешней среде.

Новые биотехнологии для использования их при решении экологических проблем.

Перспективы экологической биотехнологии.

Список рекомендуемой литературы

Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. Пер. с англ. в 2-х частях - М., Мир, 1989.
Биотехнология: Учебное пособие для вузов в 8-ми кн. - М.: Высшая школа, 1987.
Экологическая биотехнология: пер. с англ./ Под ред. К.Ф.Форстера, Д.А.Дж. Вейза. - Л.: Химия, 1990. -384 с.
Громов Б.В., Павленко Г.В. Экология бактерий: Учебное пособие. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. -248 с.
Кузнецов А.Е., Градова Н.Б. Научные основы экологической биотехнологии. - М. Мир, 2003.
Промышленная микробиология / Под ред. Н.С. Егорова - М.: Высшая школа, 1989. –688 с.
Яковлев С.В., Скирдов И.В., Швецов В.Н. и др. Биологическая очистка производственных сточных вод: Процессы, аппараты и сооружения. - М.: Стройиздат, 1985. —208 с.

« БИОТЕХНОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ»

Введение

Предмет и методы биотехнологии животных. Основные направления и задачи современной биотехнологии. Молекулярная биология и генетика – фундаментальная основа биотехнологии. Связь биотехнологии с другими биологическими и сельскохозяйственными науками. Связь биотехнологии животных с достижениями биологии развития. Основные открытия.

Основные объекты биотехнологии животных. Правила содержания и разведения животных объектов в лабораторных условиях. Использование клеточных культур в качестве модельных систем для научных и практических целей биотехнологии животных. Достижения биотехнологии животных, основанные на применении методов биологии развития.

Методы, используемые в биотехнологии животных, и уровни организации, на которых они применяются.

Вопросы биоэтики. Контроль исследований в области биотехнологии и патентование биотехнологических изобретений.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. ОБЩЕБИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ ЖИВОТНЫХ

Материальные носители наследственности: ДНК и РНК. Идентичность генома основной массы соматических клеток разных тканей одного организма геному зиготы. Структурные и функциональные белки и кодирующие их гены животных систем. Тонкая структура гена. Кодирующие и регуляторные последовательности ДНК. Строение промоторов прокариотических и эукариотических генов.

Тотипотентность, мультипотентность, плюропотентность. Ткане- и время-специфическая экспрессия генов. Дифференцировка клеток..

Принципы генной инженерии в биотехнологии животных. Рестрицирующие эндонуклеазы. Векторы для молекулярного клонирования: плазмиды, фаговые векторы, космиды, фосмиды, векторы на основе ретровирусов и мобильных элементов генома, искусственные хромосомы. Конструирование представительных библиотек геномной ДНК. Клонирование структурных генов с использованием библиотек к-ДНК.

Гормональная регуляция размножения млекопитающих. Роль гипоталамуса, гипофиза в регуляции размножения. Структурные и функциональные особенности яичников и семенников. Типы половых циклов. Половые гормоны: андрогены и эстрогены.

Клеточные основы онтогенеза. Гаметогенез: сперматогенез и оогенез. Фолликулогенез. Оплодотворение и партеногенез. Роль ядра и цитоплазмы на начальных стадиях онтогенеза. Предимплантационное развитие: дробление и формирование бластул. Детерминация, эмбриональная регуляция и индукционные процессы в раннем развитии. Механизмы клеточной дифференцировки. Межклеточные взаимодействия. Проблемы целостности развития. Рост и регенерация. Общее введение в изучение ядра и хромосом. Ядро: морфология, общий очерк строения ядра в интерфазе. Клеточное деление. Митоз. Анализ митоза. Клеточный центр и митотический аппарат. Мейоз. Анализ мейоза.

2. ОСНОВЫ БИОЛОГИИ ВОСПРОИЗВОДСТВА И СЕЛЕКЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БИОТЕХНОЛОГИИ

Биотехнология воспроизводства животных. Методы биотехнологии воспроизводства животных. Предпосылки для создания воспроизводительной биотехнологии.

Основы биологии размножения сельскохозяйственных животных. Репродуктивная система животных. Физиология репродукции. Взаимосвязь гипоталамус-гипофиз-гонады. Гормоны репродукции животных. Потенциальная возможность гонад и фактическое использование зародышевых клеток в размножении сельскохозяйственных животных.

Отбор производителей и доноров. Требования, предъявляемые к производителям и донорам. Отбор реципиентов и требования, предъявляемые к реципиентам. Подбор матерей: мать-донор и мать-реципиент. Правила подбора матерей. Мать-реципиент: постоянный и промежуточный.

3. СУПЕРОВУЛЯЦИЯ ДОНОРОВ И ИХ ОСЕМЕНЕНИЕ

Норма овуляции. "Репродуктивная пассивность" самок животных. Механизм, контролирующий норму овуляции. Суперовуляция доноров. Суперовулированный фолликулогенез. Уровень суперовуляции. Экзогормоны, как стимуляторы роста и развития дополнительных фолликулов яичника. Реакция яичников на экзогормоны. Положительная и отрицательная реакция яичников. Влияние гормонального статуса на физиологические репродуктивные преобразования в организме суперовулированных самок животных. Препараты для провоцирования охоты и овуляции. Препараты фолликулостимулирующего действия. Препараты, вызывающие овуляцию и эструс. Дополнительные препараты, используемые при суперовуляции. Методы вызывания суперовуляции в зависимости от применяемых фармакологических гормональных препаратов. Методы вызывания суперовуляции в зависимости от видовой принадлежности животных.

Синхронизация половых циклов между донорами и реципиентами. Препараты для синхронизации половых циклов. Факторы, влияющие на гормональную обработку реципиентов.

Искусственное осеменение: получение, оценка и хранение спермы. Техника искусственного осеменения и его влияние на генетический прогресс популяций. Правила осеменения суперовулированных самок-доноров.

4 ЭМБРИОТРАНСПЛАНТАЦИЯ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

Трансплантация эмбрионов как способ ускоренного размножения потомства ценных генотипов с целью повышения продуктивности и резистентности животных в стаде. Методы трансплантации эмбрионов, применяемые в животноводстве. Хирургический и нехирургический методы трансплантации. Преимущества и недостатки методов трансплантации. Факторы, влияющие на эффективность трансплантации эмбрионов.

Биологический клеточный материал, получаемый от доноров при вымывании. Суперовулированные ооциты. Оплодорe8отеe5нные и неоплодотворенные ооциты. Факторы, влияющие на уровень суперовуляции. Оплодотворяемость суперовулированных ооцитов в условиях in vivo. Факторы, влияющие на оплодотворение гамет.

На донора – как показатель биотехнологической рентабельности. Вариабельность биотехнологического материала. Взаимодействие между суперовулированными ооцитами и извлеченными эмбрионами при трансплантации.

Вымывание эмбрионов и вымываемость эмбрионов. Биологический материал, получаемый при вымывании эмбрионов из гениталий доноров. Биологически полноценные и неполноценные эмбрионы животных. Определение процента потерь, связанных с процессами вымывания, оценки и селекции эмбрионов. Причины потерь. Качество биологического материала в зависимости от времени извлечения. Взаимодействие между суперовулированными ооцитами, вымываемыми, биологически полноценными и прижившимися эмбрионами при трансплантации. Выход биологически полноценных эмбрионов от суперовулированных доноров. Факторы, влияющие на выход биологически полноценных эмбрионов.

Пересадка эмбрионов. Стадия развития эмбрионов и место его размещения при их пересадке. Приживляемость эмбрионов животных при их трансплантации. Прижившие и получившие развитие эмбрионы. Определение приживляемости эмбрионов в зависимости от их качества, стадии развития и количества. Определение приживляемости эмбрионов у реципиентов.

Взаимодействие между донором, эмбрионом и реципиентом при трансплантации. Факторы, влияющие на приживляемость эмбрионов. Взаимодействие между донорами, реципиентами и трансплантатами. Племенная ценность и использование трансплантатов.

5. Культивирование гамет и эмбрионов

Культивирование гамет и эмбрионов. Цитогенеические и эндокринные аспекты созревания гамет. Методы культивирования. Оплодотворение ооцитов in vivo и in vitro. Факторы, определяющие эффективность оплодотворения. Подготовка сперматозоидов для оплодотворения (метод “флотации” сперматозоидов). Техника оплодотворения.

Регулирование соотношения полов путем разделения Х- и У- носящих сперматозоидов. Определение пола зародыша. Генетические и генноинженерные методы детерминации пола Методы хранения гамет и эмбрионов. Стадия развития эмбрионов в зависимости от срока их культивирования. “Биологический стандарт” для определения стадии развития эмбрионов при культивировании.

Криоконсервация. Теоретические аспекты низкотемпературной консервации гамет и эмбрионов. Значение скоростей охлаждения: роль вне- и внутриклеточной кристаллизации. Структурно-метаболические изменения гамет и эмбрионов в процессе замораживания. Мембранно-стабилизирующие среды и роль криопротекторов. Криотехника. Криоконсервация гамет и эмбрионов в зависимости от видовой принадлежности животного. Стадия развития эмбрионов при замораживании. Витрификация. Способы отогрева гамет и эмбрионов. Низкотемпературный банк гамет и эмбрионов и проблемы его клинического применения.

6. Клеточные технологии в животноводстве

“Культура” эукариотических клеток. Метод гибридизации соматических клеток. Зонды /приготовление радиоактивных зондов, расчет удельной активности, оптимальная длина зонда/. Артефакты. Гибридомы.

Эмбриоинженерные исследования в животноводстве. Микрохирургические манипуляции на уровне клеток. Монозиготные /однояйцевые/ близнецы. Процедура получения монозиготных близнецов /сортировка эмбрионов по стадиям, удаление зоны пеллюцида, диссоциация и дисекция клеток/. Химерные /аллофенные/ животные. Типы химер и их получение. Методы создания генетических мозаиков. Клеточные маркеры в химерных системах /Н-2-антиген, АДБ, Х-инактивация, внешние маркеры идентичных клеток/. Интерпретация результатов маркирования /анализ тканевых экстрактов и видимых мозаичных паттернов для выявления мозаичности/. Значение и перспективы получения монозиготных и химерных животных.

Микрохирургические манипуляции на уровне ядер. Трансплантация ядер и реконструирование клеток. Клональное размножение животных путем пересадки ядер из соматических клеток в энуклеированную яйцеклетку. Перспективы и ограничения техники трансплантации ядер млекопитающих. Создание партеногенетических животных.

Получение трансгенных животных методом пересадки генов. Трансгенный организм. Три основные методические подходы при получении трансгенных животных: характеристика и основные различия этих методов. Соматические и генеративные трансгенные животные: методы получения и применение.

Blog