РАЗДЕЛ 1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Требования к студентам
Приступая к изучению предмета, студент должен иметь опыт наблюдения, описания, идентификации, классификации, культивирования биологических объектов; знать принцип системной организации, дифференциации и интеграции функций организма, регуляторные механизмы обеспечения гомеостаза живых систем.
Студент должен знать особенности строения и функционирования основных систем органов животных и человека; иметь представление о молекулярных механизмах физиологических процессов, принципах регуляции обмена веществ, принципах восприятия, передачи и переработки информации в организме.
Студенту необходимо владеть методами исследования и анализа живых систем, знать проявления фундаментальных свойств организма - наследственности и изменчивости на всех уровнях организации живого (молекулярном, клеточном, организменном и популяционном, иметь представление о генетике популяций и эволюционной генетике, генетике человека, методах селекции, иметь представление о структуре гена, принципах и методах генетического анализа, мутагенезе, мутагенных эффектах природных и антропогенных факторов.
Студент должен знать химию и физику нуклеиновых кислот, белков, метаболизм углеводов, липидов и азотистых соединений, ферметативную кинетику, физико-химические механизмы ферментативного катализа; владеть физико-химическими методами исследования макромолекул; иметь представление о методах выделения и исследования субмикроскопических структур, методах культивирования клеток; знать биохимические характеристики основных субклеточных компонентов, метаболические пути, клеточный цикл и его регуляцию.
Необходимо знать основные черты строения, метаболизма, закономерности воспроизведения, специализации клеток, основные черты строения, развития, функционирования и эволюции тканей животных и растений, типы тканей. Знать систематику микроорганизмов, морфологию, особенности культивирования и метаболизма разных групп микроорганизмов; владеть основными биохимическими, молекулярно-биологическими, иммунологическими и микробиологическими методами и уметь квалифицированно поставить и реализовать экспериментальную задачу в основных областях физико-химической биологии.
Краткая характеристика данной дисциплины
Курс «Биоинженерия» дает представление о состоянии и развитии современных технологий продукции биологических и биогибридных объектов с заранее заданными свойствами. Особое внимание уделяется рассмотрению методических подходов к выделению и культивированию микроорганизмов, клеток животных и растений с целенаправленным изменением и поддержанием необходимых фенотипических свойств. Отдельное внимание уделено вопросам безопасности при работе с трансгенными и клонированными культурами. Программа ориентирована на понимание возможностей решения прикладных задач медицины, промышленности и сельского хозяйства.
Программа курса составлена с учетом межпредметных связей и программ по смежным дисциплинам химического и биологического профиля (разделы биологии, химии и физико-химической биологии, биохимия, биофизика и др.). Предмет изучается на 6-м и 7-м семестрах специалитета, завершается экзаменом.
1.3. Цели изучения дисциплины:
Целью дисциплины является обучение специалиста в области биоинженерии и биоинформатики теоретическим и практическим основам биоинженерии.
1.4. Учебные задачи дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен овладеть следующими компетенциями:
- владеть основными методами защиты производственного персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК - 16);
- способность грамотно и самостоятельно проводить теоретическую и экспериментальную научно-исследовательскую работу в области биоинженерии и смежных дисциплин, а также оформлять ее в письменной форме, излагать в устной форме, и участвовать в различных формах дискуссий (ПК-1);
- способность проводить производственно-технологическую деятельность в области биоинженерии и смежных дисциплин (ПК-2);
- способность осуществлять организационно-управленческую деятельность в области биоинженерии и смежных дисциплин (ПК-3);
- способность заниматься преподавательской деятельностью в области биоинженерии и смежных дисциплинах на основе знаний принципов педагогической деятельности и умения формировать и излагать учебный материал (ПК-4);
- способность порождать новые идеи, выявлять фундаментальные проблемы, формулировать задачи, связанные с реализацией профессиональных функций, использовать для их решения методы изученных им наук (ПК-7);
- способность на научной основе организовать свой труд, владение методами сбора, хранения систематизации и обработки информации, в том числе статистическими и компьютерными методами, применяемыми в сфере его профессиональной деятельности (ПК-8);
- знать распорядительные документы, методические и нормативные материалы в области своей профессиональной деятельности и уметь их использовать при организации и планировании работ по специальности (ПК - 9);
- способность к проведению лабораторных работ и знает требования техники безопасности и приемов оказания первой помощи при несчастных случаях (ПК-12);
- способность проводить экспериментальные работы с клетками и культурами клеток и владеет методами исследования и анализа живых систем, а также математическими методами обработки результатов биологических исследований (ПК-16);
- способность применять методы биоинженерии для получения новых знаний и для получения биологических объектов с целенаправленно измененными свойствами, применять современные методы исследований; определять актуальность целей и задач и практическую значимость исследования; проводить анализ результатов и методического опыта исследования применительно к общей фундаментальной проблеме в избранной области (ПК-17);
- способность хорошо ориентироваться в основных проблемах и задачах биологии, физико-химической биологии, биоинженерии и использовать эти знания в экспериментальной и теоретической деятельности (ПК-18);
- способность проводить наблюдения, описания, идентификации, классификации, культивирования биологических объектов, выделять и исследовать субмикроскопические структуры, использовать методические приемы для целенаправленного изменения природных генов и геномов (ПК - 20);
- способность владеть приемами экспериментальной работы с клетками и культурами клеток, физико-химическими методами исследования макромолекул, методами исследования и анализа живых систем, математическими методами обработки результатов биологических исследований, опытом лабораторных работ, основами биоинженерии, необходимыми для создания биоинженерных объектов (ПК-21);
- способность использовать основные физико-химические методы исследования, применяемые в области физико-химической биологии и биоинженерии (ПК-23);
- способность использовать специализированные знания фундаментальных разделов математики, физики, химии, экологии для проведения исследований в области биоинженерии и смежных дисциплин (ПК-24).
1.5. Формы работы студентов
Формами работы студентов являются лекции, лабораторные работы, выполнение модульных контрольных работ, контрольное тестирование, самостоятельная работа.
1.6. Виды контроля.
Текущий: контроль при выполнении лабораторных работ и итоговых протоколов, решение кейс-задач.
Промежуточный: контрольные работы по трем модулям, контрольное тестирование, подготовка докладов.
Итоговый: зачет (6 семестр) и экзамен (7 семестр).
1.7. Методика формирования результирующей оценки
Учебным планом по данной дисциплине предусмотрен экзамен. Максимальное количество баллов, которое может набрать студент, 100.
За выполнение заданий текущего и промежуточного контроля студент может набрать максимальное количество баллов:
За первый модуль – 30 баллов.
За второй модуль – 30 баллов.
За третий модуль – 40 баллов.
Сумма баллов складывается следующим образом: полный ответ на семинарском занятии – 2 балла, дополнение на семинарском занятии – 1 балл, доклад на семинарском занятии – до 3-х баллов, проверочная работа на лекции – до 2-х баллов, модульная контрольная работа – 10 баллов.
При успешном освоении курса студент, набравший 60 баллов или более, может быть освобожден от экзамена и получить оценку, в соответствии с количеством набранных им баллов.
РАЗДЕЛ 2. СТРУКТУРА ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Всего часов (общая трудоемкость в часах) | 252 |
В. ч. | |
Аудиторных занятий | 100 |
Из них лекций | 32 |
Семинарских/практических занятий | 0 |
Лабораторных занятий | 68 |
Практикумов | 0 |
Самостоятельных занятий | 152 |
Изучение основной и дополнительной литературы | 34 |
Написание курсовых работ, эссе, рефератов | 24 |
Выполнение письменных домашних заданий, расчетов, проектов | 34 |
Выполнение контрольных работ, тестов | 24 |
Подготовка к экзамену, экзамен | 36 |
РАЗДЕЛ 3. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Тема | Содержание (перечень дидактических единиц) | Вид занятий | Форма занятий | Кол-во часов | Форма контроля |
Основы клеточной инженерии | Разделение клеток много-клеточных организмов и их культивирование. Современные методы микроскопии и анализа изображений. Световая, электронная, конфокальная микроскопия. Теория и практика проточной цитометрии. Принципы работы флуоресцентно-активируемых клеточных сортеров. | Аудиторные | Лекции Лабораторные занятия | 2 6 | опрос, проверка домашних заданий, тестирование, кейс-задачи |
Самостоятельные | изучение литературы, электронных ресурсов, письменные домашние работы, тестирование | 16 | |||
Принципы работы с клеточными культурами | Клеточный цикл и методы его изучения. Способы синхронизации клеточных культур. Методы гибридизации клеток микроорганизмов и соматических клеток животных и растений. Создание гибридом и получение моноклональных антител. Методы иммобилизации клеток животных, растений и микроорганизмов. Возможности применения иммобилизованных клеток. Методы пересадки клеточных культур экспериментальным животным. | Аудиторные | Лекции Лабораторные занятия | 4 8 | опрос, проверка домашних заданий, тестирование, кейс-задачи |
Самостоятельные | изучение литературы, электронных ресурсов, письменные домашние работы, тестирование | 18 | |||
Методы работы с внутриклеточными и надмолекулярными структурами | Методы разделения и фракционирования внутриклеточных органелл. Принципы работы с мембранными структурами клеток. Принципы выделения мембранных белков. Метод аффинной пертурбации плотности. Методы изучения надмолекулярных внутриклеточных структур. Современные приемы изучения метаболизма клеток. Методы и принципы хромосомной и геномной инженерии. | Аудиторные | Лекции Лабораторные занятия | 4 6 | опрос, проверка домашних заданий, тестирование, кейс-задачи |
Самостоятельные | изучение литературы, электронных ресурсов, письменные домашние работы, тестирование | 16 | |||
Основы биоинженерии растений | Проблемы и перспективы биоинженерии растений. Характеристика и сравнение основных "модельных" растений, используемых в молекулярно-биологических исследованиях. Методы выделения и культивирования клеток растений. Особенности генно-инженерных работ с растительными геномами. Методы введения молекул ДНК в клетки растений. Принципы создания молекулярных векторов растений. Стабильность гибридных молекул ДНК в культивируемых клетках растений. Векторные системы растений на основе вирусов. Вирус мозаики цветной капусты как молекулярный вектор. Векторные системы растений на основе плазмид семейства pTi. | Аудиторные | Лекции Лабораторные занятия | 4 8 | опрос, проверка домашних заданий, тестирование, кейс-задачи |
Самостоятельные | изучение литературы, электронных ресурсов, письменные домашние работы, тестирование | 18 | |||
Клонирование и получение трансгенных растений. | Принципы и методы клонирования растений. Принципы и методы получения трансгенных растений. Вопросы безопасности работ с трансгенными растениями. Принципы и методы управления экспрессией генов растений. Методы управления урожайностью растений и устойчивостью к биогенным и абиогенным повреждениям. Создание и сохранение новых сортов. Современные подходы к возобновлению лесных ресурсов. Принципы гидропонной техники. | Аудиторные | Лекции Лабораторные занятия | 4 8 | опрос, проверка домашних заданий, тестирование, кейс-задачи |
Самостоятельные | изучение литературы, электронных ресурсов, письменные домашние работы, тестирование | 18 | |||
Основы биоинженерии животных | Проблемы и перспективы биоинженерии животных. Характеристика и сравнение основных "модельных" животных, используемых в молекулярно-биологических исследованиях. Методы выделения и культивирования клеток животных. Методы введения молекул ДНК в клетки животных. Принципы создания молекулярных векторов животных. Стабильность гибридных молекул ДНК в культивируемых клетках животных. Вирус SV40 как молекулярный вектор млекопитающих. Создание внехромосомных гибридных молекул ДНК на основе генома вируса папилломы быка. Применение аденовирусов в качестве молекулярных векторов млекопитающих. Создание молекулярных векторов млекопитающих на основе вирусов семейства герпеса. Экспрессирующие векторы млекопитающих на основе поксвирусов. Бакуловирусы как векторы высокоэффективной экспрессии чужеродных генов в клетках млекопитающих. Ретровирусные молекулярные векторы млекопитающих. | Аудиторные | Лекции Лабораторные занятия | 4 8 | опрос, проверка домашних заданий, тестирование, кейс-задачи |
Самостоятельные | изучение литературы, электронных ресурсов, письменные домашние работы, тестирование | 16 | |||
Клонирование и получение трансгенных животных. | Принципы и методы клонирования животных. Принципы и методы получения трансгенных животных. Вопросы безопасности работ с трансгенными животными. Принципы и методы управления экспрессией генов животных. Методы регуляции продуктивности сельскохозяйственных животных. Регуляция пола. Современные подходы к созданию и сохранению новых пород | Аудиторные | Лекции Лабораторные занятия | 4 8 | опрос, проверка домашних заданий, тестирование, кейс-задачи |
Самостоятельные | изучение литературы, электронных ресурсов, письменные домашние работы, тестирование | 16 | |||
Основы биоинженерии микроорганизмов (на примереE. coli | Цели и методы создания промышленных штаммов микроорганизмов. Селекционный метод повышения эффективности штаммов-продуцентов биологически активных веществ, пищевых и кормовых продуктов. Генная инженерия как метод получения микроорганизмов с заранее заданными свойствами. Генно-инженерная система Escherichia coli. Методы введения молекул ДНК в E. coli. Характеристика молекулярных векторов E. coli: плазмидные векторы, векторы на основе ДНК фага лямбда, космиды, фазмиды, векторы на основе нитевидных фагов и фага Т4. Обеспечение экспрессии чужеродных генов в E. coli и секреции чужеродных белков из нее. Конструирование штаммов-продуцентов низкомолекулярных соединений на основе E. coli. Проблемы, возникающие при синтезе в бактериях эукариотических белков и пути их преодоления. | Аудиторные | Лекции Лабораторные занятия | 4 8 | опрос, проверка домашних заданий, тестирование, кейс-задачи |
Самостоятельные | изучение литературы, электронных ресурсов, письменные домашние работы, тестирование | 16 | |||
Генно-инженерные системы на основе микроорганизмов. | Генно-инженерные системы грамотрицательных бактерий, не относящихся к роду Escherichia. Генно-инженерные системы грамположительных бактерий рода Bacillus. Методы введения молекул ДНК в клетки Bacillus. Характеристика молекулярных векторов Bacillus. Обеспечение экспрессии чужеродных генов в клетках Bacillus и секреции их из клеток. Генно-инженерные системы грамположительных бактерий, не относящихся к роду Bacillus. Конструирование штаммов-продуцентов новых антибиотиков на основе бактерий рода Streptomyces. Генно-инженерная система дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Общая характеристика генетической организации дрожжей-сахаромицетов. Методы введения молекул ДНК в клетки Saccharomyces cerevisiae. Молекулярные векторы дрожжей-сахаромицетов и их отличия от бактериальных векторов. Клонирование чужеродных генов в клетках S. cerevisiae. Продукция чужеродных белков и их секреция из клеток S. cerevisiae. Особенности культивирования генно-инженерных штаммов микроорганизмов. Пути повышения стабильности гибридных молекул ДНК в искусственных штаммах микроорганизмов. Вопросы безопасности в микробной биоинженерии и влияние искусственных штаммов на природные микробные сообщества. Проблемы и перспективы применения микроорганизмов с заданными свойствами в биогеотехнологии. | Аудиторные | Лекции Лабораторные занятия | 4 8 | опрос, проверка домашних заданий, тестирование, кейс-задачи |
Самостоятельные | изучение литературы, электронных ресурсов, письменные домашние работы, тестирование | 16 |
РАЗДЕЛ 4. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
1. Предметная область, основная проблематика и разделы биоинженерии как раздела современной биотехнологии.
2. Принципы разделения и культивирования клеток.
3. Современные методы регистрации и анализа изображений в биоинженерии.
4. Принципы и задачи проточной цитометрии. Принципы работы флуоресцентно-активируемых клеточных сортеров.
5. Методы изучения клеточного цикла. Способы синхронизации в культурах клеток.
6. Методы гибридизации клеток. Создание гибридом и получение моноклональных антител.
7. Методы иммобилизации клеток и возможности их применения в биоинженерии.
8. Методы разделения и принципы работы с внутриклеточными структурами.
9. Методы изучения надмолекулярных внутриклеточных структур.
10. Технологии пересадки клеточных культур экспериментальным животным.
11. Основные проблемы биоинженерии растений. Характеристика основных "модельных" растений в молекулярно-биологических исследованиях.
12. Методы выделения и культивирования клеток растений.
13. Особенности генно-инженерных работ с растительными геномами.
14. Векторные системы растений на основе вирусов.
15. Принципы и методы клонирования растений.
16. Принципы и методы получения трансгенных растений.
17. Вопросы безопасности работ с трансгенными растениями.
18. Методы управления урожайностью растений и устойчивостью к биогенным и абиогенным повреждениям.
19. Основные проблемы биоинженерии животных. Характеристика и сравнение основных "модельных" животных в молекулярно-биологических исследованиях.
20. Методы выделения и культивирования клеток животных.
21. Принципы создания молекулярных векторов животных.
22. Применение аденовирусов в качестве молекулярных векторов млекопитающих.
23. Ретровирусные молекулярные векторы млекопитающих.
24. Принципы и методы клонирования животных.
25. Принципы и методы получения трансгенных животных.
26. Вопросы безопасности работ с трансгенными животными.
27. Методы регуляции продуктивности наиболее распространенных сельскохозяйственных животных.
28. Основные проблемы биоинженерии микроорганизмов.
29. Методы повышения эффективности штаммов-продуцентов биологически активных веществ, пищевых и кормовых продуктов.
30. Генная инженерия как метод получения микроорганизмов с точно заданными свойствами.
31. Генно-инженерная система грамотрицательной бактерии Escherichia coli.
32. Генно-инженерная система грамотрицательной бактерии, не относящихся к роду Escherichii.
33. Конструирование штаммов-продуцентов новых антибиотиков на основе бактерий рода Streptomyces.
34. Генно-инженерные системы грамположительных бактерий рода Bacillus.
35. Генно-инженерные системы грамположительных бактерий, не относящихся к роду Bacillus.
36. Проблемы, возникающие при синтезе в бактериях эукариотических белков и пути их преодоления.
37. Генно-инженерная система дрожжей Saccharomyces cerevisiae.
38. Особенности культивирования генно-инженерных штаммов микроорганизмов.
39. Вопросы безопасности в микробной биоинженерии и влияние искусственных штаммов микроорганизмов на природные микробные сообщества.
40. Проблемы и перспективы применения микроорганизмов с заданными свойствами в биогеотехнологии.
РАЗДЕЛ 5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПРОГРАММЫ
5.1. Список литературы:
Базовый учебник/учебное пособие
1. Биотехнология: учебник для студ. вузов / , , - М.: Академия, 2010. – 256 с.
Основная литература.
1. Балдаев . Методическая разработка для студентов специальности 070100 "Биотехнология". - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2005. - 66 с.
2. Бейли Дж., . Основы биохимической инженерии в 2-х т. т., Пер. с англ. - М., Мир, 1989. - (692с., 590 с.)
3. , , Рубан : учебник. - М.: ГИОРД, 2005 . – 792 с.
4. Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология пер. с англ. Под ред. д. б.н., проф. М., Мир, 2002, 589 с.
5. Егорова, биотехнологии: учеб. пособие для студ. вузов. – М., 2006. – 208 с.
6. Заккаи Дж. Методы в молекулярной биофизике / В 2-х т. т. – М.: Книжный дом Университет, 2010. – (568 с., 736 с.).
7. , Птицын белка: курс лекций. - М.: Книжный дом Университет, 2002. – 376 с.
8. Щелкунов инженерия / В 2-х ч. ч. – Ч.2. - Новосибирск: Изд-во НГУ. – 1997. - 400 с.
Дополнительная литература
1. Гнатик человека: былое и грядущее. 2-е изд. – М.: URSS, 2010. – 280 с.
2. Иммобилизованные клетки и ферменты. П/р. Дж. Вудворда, М., «Мир», 1988. – 180 с.
3. Курчанов человека с основами общей генетики: учеб. пособие для студ. вузов. – СПб., 2006. – 176 с.
4. Малый практикум по физиологии растений / Под ред. акад. . - М.: Мзд-во МГУ, 1994. – 183 с.
5. Сэмбрук Дж., Молекулярное клонирование, М., Мир, 1984
6. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: учебник для вузов. Под ред. . – М., 2002. – 560 с.
7. Попова и социум: ИИЕиТ РАН. – М., 2000. - 108 с.
8. Практикум по вирусологии Колл. авт. Под ред. акад. М., МГУ, 2002, 184 с.
9. Сазыкин : учеб. пособие для студ. вузов. – М., 2007. – 256 с.
10. Шевелуха, биотехнологии. – Изд-во Высшая школа, 2009. – 364 с.
11. Lundin, S. Gene Technology and Economy: Susanne Lundin [et al.]; S. Lundin and L. Akesson. – Lund, 2002. – 118 p.
5.2. Реестр электронных библиотечных ресурсов
Интернет-ресурсы
№ | Электронный адрес | Название ресурса |
http://www. fbb. msu. ru/ | Официальный сайт факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ им. (свободный доступ к образовательным ресурсам) | |
http://www. biengi. ac. ru/ | Общирный электронный научно-образовательный ресурс Научного центра «Биоинженерия» РАН | |
http://www. fp7-bio. ru/biotech/nkt-bio/ | Общирный электронный научно-образовательный ресурс Российского Национального Контактного Центра "Биотехнология, сельское, хозяйство и пища" в 7-й Рамочной Программе EC | |
http://www. biorosinfo. ru/ | Профессиональный сайт Общества биотехнологов России им. | |
http://www. public-liceum. ru/biblioteka/mediateka/biology/biology_198.html | Современный учебник по клеточной и молекулярной инженерии | |
http://www. biotechnolog. ru/ | Частный открытый сайт по современным биотехнологиям Н. Кузьминой (США) |
5.3. Ссылка на ПТК «УМКа»
http://umka. volsu. ru/newumka3/
