Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности: 03.01.06 Биотехнология, 2016 г (стр. 1 )

Министерство образования Республики Беларусь
«Гродненский государственный университет имени Янки Купалы»

УТВЕРЖДАЮ

  Проректор учреждения образования

  «Гродненский государственный

  университет имени Янки Купалы»

  по научной работе

  ____________ 

  (подпись)

_______  ____________ 2016 г.

  (дата утверждения)

Программа

вступительного экзамена в аспирантуру

по специальности:

03.01.06  Биотехнология

2016 г.

Разработчики:

, заведующий кафедрой биохимии, докт. биол. наук, профессор,

, доцент кафедры химии и химической технологии, канд. биол. наук, доцент

(, должность, степень, звание)

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

, зам. декана факультета биологии и экологии, канд. биол. наук, 

, зав. отделом биохимической фармакологии «Института биохимии биологически активных веществ НАН Беларуси», докт. биол. наук, профессор

Программа рассмотрена и рекомендована к утверждению:

Кафедрой  биохимии

(протокол №  от  г.)

Методической комиссией Факультета биологии и экологии 

(факультета, по специальности (ям))

(протокол №  от  .)

Советом Факультета  биологии и экологии

(название факультета, за которым закреплена специальность)

(протокол №  от  г. )

Биотехнология – наука, которая изучает методы получения полезных для человека веществ и продуктов в управляемых условиях, используя микроорганизмы, клетки животных и растений или изолированные из клеток биологические структуры.

Целью вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 03.01.06 – «биотехнология» является проверка знаний в области биотехнологии, включая сведения об основных биологических объектах, используемых в биотехнологии, о современных подходах к их созданию и усовершенствованию, о методах культивирования микроорганизмов, клеток, о генно-инженерных методах создания продуцентов, о методах выделения и очистки продуктов ферментации, об экологических и промышленных аспектах биотехнологии.

Поступающий в аспирантуру должен уметь грамотно использовать современные биохимические, биотехнологические подходы и методы для анализа процессов жизнедеятельности продуценов, исследования взаимосвязей их структуры и функции, учитывать особенности метаболизма. Соискатель обязан знать основные требования этики эксперимента с использованием животных, знать способы обработки, представления и интерпретации данных экспериментального материала.

Цель программы – помочь поступающему в аспирантуру по специальности 03.01.06 –”биотехнология“: овладеть научным мировоззрением и методами анализа процессов жизнедеятельности, исследования взаимосвязей структуры и функции биологических объектов, механизмами  регуляции и интеграции метаболизма, хранением и реализацией генетической информации, основными этапами биохимических, биофизических, генно-инженерных работ; дать системное представление о тенденциях развития биотехнологии, процессе получения нового биотехнологического знания; овладеть современными инновационными методами технологического использования биоструктур.

Задачи программы

усвоить теоретические основы биотехнологии и смежных наук, необходимые для успешного проведения научно-исследовательской работы; развить навыки системного анализа биологических, биохимических и биотехнологических процессов; овладеть инновационными технологиями генной модификации микроорганизмов, с целью получения продуцентов с заданными свойствами; усвоить основные теоретические и методологические концепции исследования химического состава организма, функциональной роли биомолекул, структуры и свойств химических соединений, входящих в состав клеток и тканей организма; сформировать умение рассматривать отдельные аспекты современного уровня развития биотехнологии и смежных наук в контексте все возрастающего информационного потока в области «наук о жизни».

Требования к уровню знаний аспиранта, соискателя

Программа направлена на формирование основ углубленной подготовки специалиста. В рамках специальности ”биотехнология“ аспирант (соискатель) должен:

знать: основные методы создания банков генов и их использование для клонирования отдельных генов и анализа геномных последовательностей; методы анализа, идентификации генов и их продуктов, создание  эффективных конструкций для экспрессии генов, цели и методы получения трансгенных животных и растений; основные достижения и перспективы микробной биотехнологии; способы культивирования микроорганизмов, пути направленного регулирования обмена веществ, инженерные основы биотехнологии и аппаратурное оформление процессов выращивания микроорганизмов с целью получения метаболитов, типовые схемы промышленных способов получения важнейших продуктов биотехнологии; химический состав, свойства продовольственного сырья и биохимические, физико-химические и химические процессы, проте­кающие при его хранении и технологической переработке; научные основы химических, физических, физико-химических, биохимических, микробиологических, теплофизических воздействий на продовольственное сырье и готовую продукцию в ходе технологических процессов

уметь: использовать полученные знания для анализа экспериментальных данных, касающихся всех сторон подбора, характеристики и совершенствования объектов биотехнологии и бионанотехнологии; давать оценку существующим биотехнологическим производственным процессам и предложения по их усовершенствованию; выделять плазмидную и геномную ДНК; ставить реакции рестрикции и лигирования; проводить электрофоретический анализ ДНК; трансформировать клетки бактерий; отбирать рекомбинантные клоны; определять экспрессию генов; использовать знания о потребности микроорганизмов в веществах,  закономерностях роста и развития при различных способах культивирования; уметь воздействовать, используя  внешние факторы на направленность биосинтеза биологически активных веществ в целях совершенствования технологии производства пищевых продуктов. составлять технологические схемы переработки продовольственного сырья с указанием параметров технологического процесса.

СОДЕРЖАНИЕ

1. История, предмет, объект, цели и задачи биотехнологии

Ключевые слова: биотехнологии, биотехнологические объекты, направления биотехнологии.

Биотехнология как научная дисциплина. Предмет, цели и задачи биотехнологии. Основные биологические объекты, используемые в биотехнологии: вирусы, бактерии, грибы, водоросли, клетки высших растений, клетки животных, культура тканей и клеток высших растений, культуры клеток животных и человека, биомолекулы. Основные этапы развития биотехнологии. Роль Луи Пастера в становлении и развитии общей, промышленной, медицинской, химической и санитарной микробиологии. Работы Коха, Заболотного, Стенли, Клюйвера и Перкина, Виноградского, Моно, Берга, Уотсона и Крика, Костычева, Мечникова, Гамалеи, Шапошникова, Буткевича. Основные достижения и перспективы развития биотехнологии. Современные направления биотехнологии. Возникновение и становление биотехнологической науки и промышленности в Беларуси.

2. Основы молекулярной биотехнологии

Ключевые слова: нуклеиновые кислоты, генетический аппарат, ген, генная инженерия, генно-инженерные конструкции.

Основные открытия современной биологии, послужившие фундаментом для возникновения генетической инженерии. Предмет и задачи генной инженерии и ее связь с другими биологическими дисциплинами.

Ферменты, используемые в генной инженерии, их основные свойства и применение

Проблема фрагментации ДНК. Рестрикционные нуклеазы и их  характеристика. Сайты узнавания и рестрикционные карты генетических структур. Способы объединения фрагментов ДНК. ДНК-лигазы. ДНК-полимераза. Обратная транскриптаза. Концевая трансфераза и ее применение при создании рекомбинантных молекул.

Векторные молекулы ДНК. Развитие представлений о векторных молекулах. Введение молекул ДНК в клетки. Трансформация. Основные требования к клеткам-хозяевам рекомбинантных молекул.

Рестрицирующие эндонуклеазы I, II и III классов. Особенности ферментов рестрикции II класса. Другие ферменты нуклеазного действия (S1-нуклеаза, Bal31- нуклеаза, нуклеаза из микрококка, ДНК-аза 1). Экзонуклеазы. Экзонуклеазы, действующие на одноцепочечные ДНК. Экзонуклеазы, действующие на двухцепочечные ДНК (3’-5' и 5'-3'). Рибонуклеазы.

Полимеразы. ДНК-зависимые ДНК-полимеразы. ДНК-зависимые РНК-полимеразы. ДНК-независимые РНК-полимеразы. РНК-зависимые ДНК-полимеразы. ДНК-лигазы. Фосфатазы и киназы.

Векторы, используемые в генетической инженерии, их основные характеристики

Векторы на основе репликонов бактериальных плазмид (pBR322, PUC18). Векторы на основе бактериофагов (M13, λ). Векторы на основе вирусов животных. Векторы на основе Ti - плазмид.

Внехромосомные генетические элементы грамотрицательных бактерий. Структурно-генетическая организация полового фактора. Мини-репликон. Понятие о селекции и разрешающей способности эксперимента. Образование рекомбинантных молекул in vivo и фрагментация генома E. coli на F’- плазмидах.

Клонирующие векторы бактерий

Плазмиды бактерий и их общие свойства. Сегрегационная и структурная нестабильность плазмид. Классификация плазмид. Плазмиды бактериоциногенности и лекарственной устойчивости бактерий. Принцип модульной организации плазмид. Мигрирующие элементы и конструирование векторов для клонирования хромосомных генов бактерий in vivo. Применение плазмиды рYLB113  для анализа геномов грамотрицательных бактерий.

Трансдуцирующие бактериофаги. Организация генома бактериофага лямбда. Общая и генерализованная трансдукция. Создание линий специфически трансдуцирующих бактериофагов. Фрагментация генома E. coli в фаговом геноме.

Природные плазмидные векторы грамотрицательных бактерий для клонирования в системе in vitro. Организация, преимущества и недостатки плазмиды лекарственной устойчивости рSC101 и фактора колициногенности - ColE при использовании в качестве векторов E. coli. Критерии, используемые при конструировании плазмидных векторов. Конструирование и структура “искусственных” векторов. Плазмиды pRSF2124 и pMB9 – первые искусственные векторы. Создание плазмиды рBR322. Характеристики рBR322, ее преимущества и недостатки. Другие распространенные клонирующие плазмиды для грамотрицательных бактерий.