Рабочая программа дисциплины Основы нанобиотехнологии (стр. 2 )

 

Темы, разделы дисциплины	Кол-во часов	Компетенции (указываются компетенции перечисленные в п.3)	Σ общее количество компетенций
УК-1	ОПК-1	ПК-2
Раздел 1. Основные задачи и методы нанобиологии. Исто-рическое развитие	2(8)	Анализировать и оценивать современные научные достижения в области развития нанобиотехнологии, генерировать новые идеи при решении поставленных задач	Самостоятельно выполнять практические работы с применением современных нанобиотехнологических методов при исследовании биологически активных веществ	способностью использовать нанобиотехнологические приемы, средства и методы для решения проблем очистки окружающей среды	3
Раздел 2. Тесты на обнаружение генно-модифицированных продуктов питания.	4(16)	Уметь анализировать и оценивать современные научные достижения в области общей микробиологи, микробиологии, физиологии клеток, молекулярной биологии и генетики клеток	Самостоятельно выполнять практические работы с применением современных нанобиотехнологических методов целью получения биологических компонентов	способностью использовать нанобиотехнологические приемы, средства и методы для решения биологических задач нанобиотехнологии	3
Раздел 3. Наноматериаловедение	4(16)	Уметь анализировать информацию о современных достижениях и методах в области биоорганической химии, биохимии, биофизической химии, химической и инженерной энзимологии	Самостоятельно выполнять практические работы с применением современных химических методов для решения нанобиотехнологических задач	способностью использовать нанобиотехнологические приемы, средства и химические методы для решения задач нанобиотехнологии	3
Раздел 4. Методы нанотехнологиче-ского производства. Нано-биотехнология.	4(16)	Уметь анализировать информацию о современных достижениях и методах нанобиотехнологии в разных областях – сельском хозяйстве, медицине, пищевой и легкой промышленности, энергетики, нефте- и горнодобывающей промышленности, экологии, генной инженерии, клеточной инженерии, морской биотехнологии.	Самостоятельно выполнять практические работы с применением современных нанобиотехнологических методов для решения задач в разных областях – медицина, экология, сельское хозяйство, энергетика, легкая и пищевая промышленность и др.	способностью использовать нанобиотехнологические приемы, средства и методы для решения задач профессиональной направленности	3
Раздел 5 Биосенсоры. Биомаркеры	2(16)	Уметь анализировать информацию о современных достижениях и методах в области нанобиотехнологии.	Самостоятельно выполнять практические работы с применением современных биотехнологических методов для осуществления НИР	способностью использовать биотехнологические приемы, средства и методы для решения задач профессиональной направленности	3
Раздел 6 Вирусные структуры в качестве инструмента нанотехнологий. Обеспечение безопасности в области нанотехнологий	4(16)	Уметь анализировать информацию о современных достижениях и методах в области нанобиотехнологии.	Самостоятельно выполнять практические работы с применением современных биотехнологических методов для осуществления НИР	способностью использовать биотехнологические приемы, средства и методы для решения задач профессиональной направленности	3

 

В настоящем разделе приводится краткое содержание каждой темы дисциплины (модуля) Основы бионанотехнологии.

1. Основные задачи и методы нанобиологии. Историческое развитие

2. Тесты на обнаружение генно-модифицированных продуктов питания.

 

1. Полимеразная цепная реакция (ПЦР)

2. Основные компоненты ПЦР диагностики

3. Механизмы ПЦР диагностики

4. Применение ПЦР с детекцией в режиме реального времени для проведения мониторинга ГМО в пищевых продуктах и сырье

5. Новые технологии молекулярной диагностики

Основные понятия.

Схема лабораторного исследования продуктов питания для выявления ГМО включает в себя несколько этапов: выявление регуляторных последовательностей (скрининг), идентификация ГМО, количественное определение содержания ГМО в продукте. Скрининговые исследования продуктов питания проводят, выявляя маркеры, которые встречаются в большинстве трансгенных растений, то есть промотор 35S вируса мозаики цветной капусты (ВМЦК) и терминатор NOS Agrobacterium tumefaciens с помощью тест-систем «АмплиСенс ГМ соя FRT» и «АмплиСенс ГМ кукуруза FRT». В настоящее время разработаны новые тест-системы на основе ПЦР с гибридизационно-флуоресцентной детекцией в мультиплексном формате, позволяющие проводить ускоренный скрининг и идентификацию. Результаты проведенных исследований показали высокую чувствительность и специфичность тест-систем и позволяют говорить об их эффективности при проведении мониторинга пищевых продуктов на этапах скрининга, идентификации и количественного анализа ГМО.

 

3. Наноматериаловедение.

1. Основные направления наноматериаловедения

2. Нанотрубки.

3. Наночастицы.

4. Фуллерены

Основные понятия.

Нанотрубки, фуллерены - наноконтейнеры для различных органических соединений, проявляющих противовирусную, противораковую и антибактериальную активность. Антибактериальная, антираковая активность свойственна фуллеренам.

Уникальные свойства фуллеренов обусловлены их высокой реакционной способностью за счёт большого количества свободных валентностей углерода. Для применения в биомедицине чистые фуллерены малопригодны в силу их нерастворимости в водных растворах и, как следствие, ограничений по используемым концентрациям в исследовании их свойств на животных. Однако, функционализация фуллеренов (например, получение карбоксифуллеренов) делает эти соединения биодоступными и, следовательно, более эффективными для исследований в биосистемах. Один из способов введения фуллеренов в организм – инкапсуляция в липидную везикулу для адресной доставки к трансформированным клеткам. Использование принципов фотодинамической терапии и генерирование синглетного кислорода фуллереном под действием света вызывает повреждение и гибель клетки-мишени.

Основные направления использования углеродных нанотрубок в биологии и медицине сопряжены с их уникальными механическими и электрическими свойствами. Уже освоены технологии иммобилизации ферментов и даже ферментативных комплексов, являющихся аналитическим элементом нанобиосенсора на внутренней и внешней стороне нанотрубки. Работа фермента с определённым субстратом (например, использование глюкозооксидазы) позволяет создать высокочувствительный сенсор, измеряющий концентрацию глюкозы. Нанотрубки используются для обеспечения адресной доставки лекарственных соединений, макромолекул (белков, ДНК) к клеткам-мишеням. А комбинация нанотрубок с наночастицами из оксидов металлов служит подложкой в культивировании клеток и создании прототипов органов и тканей.

Кроме того, активно разрабатываются бионаносенсоры с использованием функционализированных нанотрубок и металлических нанопроводов. Подобные проекты подразумевают иммобилизацию молекул-датчиков (ферментов, антител, лектинов и т.д.) для создания многопараметрического биосенсора, совместимого с тканями организма или клетками в культуре.

 4. Методы нанотехнологического производства. Нанобиотехнология

1. Особенности нанотехнологических производств

2. Основные задачи нанобиотехнологиии

3. Нанодиагностика и нанодетекция.

4. Нанолекарства.

5. Нановакцины.

6. Нанобионика

7. Нанотоксикология

 Основные понятия

Три главных направления развития современных нанобиотехнологий.

• Первое, нанобиотехнологии живых систем - придание живым системам (прежде всего микроорганизмам) путём направленной модификации свойств, необходимых для обеспечения определённой функции (или даже технологического цикла при создании полностью искусственных наноконструкций). Использование микроорганизмов как продуцентов наноматериалов.

• Второе направление — «полусинтетические» нанобиотехнологии. Использование биополимеров: белков, нуклеиновых кислот, других молекул и их комплексов для создания различных нанобиотехнол¬огических устройств (биомоторов, пор, сенсоров). С использованием принципов самосборки или синтеза органических и неорганических молекул могут быть созданы устройства, выполняющие строго определённые функции копируемой биологической структуры. Создание биокомпьютеров на основе процессов самосборки макромолекул для диагностики заболеваний.

• Третье направление — «синтетические» нанобиотехнологии, предшественницы технологий создания устройств, предназначенных для исправления молекулярных ошибок и первичной диагностики состояния организма, тканей, клеток. Использование явления самосборки или синтеза органических и неорганических молекул для создания устройств из многочисленных атомов, упорядоченных друг относительно друга.

• Нанодиагностика и нанодетекция. Это конструирование биологических узнающих систем. Исследователи разрабатывают наноструктурные системы детекции биоорганических субстанций, бактерий, вирусов для использования в молекулярной биологии, медицине, экологии, криминалистике. Создаются нанобиосенсоры для генодиагностики, наркодиагностики, мониторинга лекарств, нанокомплексы, пригодные для внутривенного введения, состоящие из биосенсоров с наночастицами, которые регистрируются физическими приборами, расположенными вне тела (ядерно-магнитный резонанс, ультразвуковые и другие исследования). В рамках этого направления будут разрабатываться системы гигиенического надзора безопасности нанотехнологического производства и нанопродукции и фактически будет создана отдельная дисциплина - наноэтика.