Рабочая программа дисциплины Микробные трансформации

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Академия биологии и биотехнологии им.

УТВЕРЖДАЮ Руководитель направления ____________ /_/ (подпись)                 (Ф. И.О.) «_____»_______________2015 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Микробные трансформации

_________________________________

(наименование)

Направление подготовки

06.04.01 - Биология

Уровень образования

магистр

Форма обучения

очная

Программа разработана	, ассистент кафедры биохимии и микробиологии Академии биологии и биотехнологии ЮФУ, к. б.н.
Ф. И.О., должность, ученая степень, ученое звание
Рекомендована к утверждению на заседании Учебно-методического Совета Академии биологии и биотехнологии
протокол заседания от _______________№_____________ Председатель:  _________________  ____________________
(подпись)  (Ф. И.О.)

Ростов-на-Дону, 2015

ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина «Микробные трансформации» изучает микроорганизмы со стороны их способности к осуществлению широкого спектра химических реакций, что может быть использовано человеком в практической деятельности. Рассматриваются аспекты использования этой способности микроорганизмов для ликвидации антропогенных загрязнений различной природы, очистки сточных вод и др.

Формирование у студентов представлений о месте микроорганизмов в биосфере, их роли в круговороте веществ, возможности их использования в качестве деструкторов загрязняющих веществ. Рассмотрение химических процессов, которые могут вести различные группы микроорганизмов. Изучение роли микроорганизмов в деградации разнообразных природных и не природных соединений. Освещение современных достижений и перспективы использования микроорганизмах для борьбы с антропогенным загрязнением, в частности ликвидации нефтяного загрязнения, биоосаждение тяжелых металлов и др. Создание представлений о рациональном использовании высокоактивных штаммов микроорганизмов в охране окружающей среды.

II.  МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП МАГИСТРАТУРЫ

2.1. Учебная дисциплина «Микробные трансформации» относится к модулю 5 и является одной из специальных дисциплин по выбору магистерской программы "Биотехнология и биомедицина". Студенты занимаются по данной дисциплине в 3 семестре.

       2.2. Для изучения данной учебной дисциплины необходимы следующие знания, умения и навыки, формируемые предшествующими дисциплинами в рамках бакалавриата:

Химия

Знания:

Знание основных функциональных групп в органических молекулах и их свойств. Знание классификации органических соединений. Знание свойств основных классов органических соединения, а именно их гидрофильность/гидрофобность, наличие или отсутствие заряда, наличие двойных связей и др. Знание основных реакций, в которые способны вступать органические соединения. Знание принципов классификации и номенклатуры углеводов. Знание основных аминокислот.  Знание принципов организации полимерных молекул, их классификация и номенклатура названий.

Умения:

Умение рассчитывать степени окисления при взаимопревращениях различных соединений азота, серы, фосфора, железа, марганца.

Умение оценить степень инертности или наоборот химической активности того или иного органического соединения, его гидрофобность, заряд. Умение предположить круг реакций, в которые данное соединение могло бы вступать и результаты этих реакций.

Биохимия

Знания:

Знание основных классов биополимеров. Понимание структуры полисахаридов, в том числе азотсодержащих. Знание принципов структурной организации белков, их свойств, устойчивости к условиям внешней среды. Понимание принципов протекания ферментативных реакций, их кинетики. Знание основных классов и подклассов ферментов, их субстраты и продукты реакции. Понятие о коферментах и простетических группах, роль металлов переменной валентности в функционировании белков. Знание ключевых биоэнергетических путей в живых системах, их эффективность и особенности протекания. Понятие об активных формах кислорода и защите от их токсического действия. Понимание общих принципов пластического обмена в живых клетках, понятие о необходимых элементах и энергозатратах на построение биополимерных молекул. Понятие об ингибиторах ферментов, обратимом и необратимом ингибировании. Понятие о системе микросомального окисления и детоксикации ксенобиотиков в печени.

Умения:

Умение по названию фермента определять реакцию (или круг реакций), которые данный фермент катализирует.

Микробиология

Знания:

Знание биоразнообразия прокариотических организмов – их современная классификация, основные представители и их характеристика. Знание основных метаболических путей, характерных для почвенных микроорганизмов, их потребностей в питательных веществах, особенностях энергетического обмена. Понятие о фотосинтезе и хемосинтезе у бактерий и архей. Общие представления об участии микроорганизмов в биогеохимическом круговороте веществ. Понятие о росте и размножении микроорганизмов, лимитирующих рост факторах. Общее понятие об основных эколого-трофических группах микроорганизмов.

Умения:

Умение пользоваться определителями микроорганизмов. Умение по систематическому положению предполагать свойства микроорганизма и его экологическую стратегию.

  Навыки:

Владение навыками микробиологической работы, получаемыми в ходе учебной практики. Эти навыки позволят студентам хорошо представлять себе те процессы, которые проходят в почве при участии прокариотических организмов.

III. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина  «Микробные трансформации», наряду с другими предметами, указанными в «Матрице соответствия компетенций, составных частей ООП и оценочных средств»,  участвует  в формировании у студента следующих компетенций:

Общепрофессиональные компетенции –

ОПК-4  Выпускник программы магистратуры должен обладать способностью самостоятельно анализировать имеющуюся информацию, выявлять фундаментальные проблемы, ставить задачу и выполнять полевые, лабораторные биологические исследования при решении конкретных задач с использованием современной аппаратуры и вычислительных средств, нести ответственность за качество работ и научную достоверность результатов

Профессиональные компетенции

ПК-1 Выпускник программы магистратуры должен обладать способностью творчески использовать в научной и производственно-технологической деятельности знания фундаментальных и прикладных разделов дисциплин (модулей), определяющих направленность (профиль) программы магистратуры

ПК-2  Выпускник программы магистратуры должен обладать способностью планировать и реализовывать профессиональные мероприятия (в соответствии с направленностью (профилем) программы магистратуры)

ПК-3 Выпускник программы магистратуры должен обладать способностью применять методические основы проектирования, выполнения полевых и лабораторных биологических, экологических исследований, использовать современную аппаратуру и вычислительные комплексы (в соответствии с направленностью (профилем) программы магистратуры)

ПК-4  Выпускник программы магистратуры должен обладать способностью генерировать новые идеи и методические решения

ПК-5 Выпускник программы магистратуры должен обладать готовностью использовать знание нормативных документов, регламентирующих организацию проведения научно-исследовательских и производственно-технологических биологических работ (в соответствии с направленностью (профилем) программы магистратуры)

ПК-6 Выпускник программы магистратуры должен обладать способностью руководить рабочим коллективом, обеспечивать меры производственной безопасности

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

Угрозы, с которыми сталкивается человечество в связи с прогрессирующим загрязнением окружающей среды. Основные направления научной работы по прекращению поступления новых загрязняющих веществ и ликвидации имеющихся. Влияние ксенобиотиков на организмы и экосистемы.  Биоаккумуляцию токсичных веществ. Понятия трансформации, деградации, кометаболизма. Основные таксономические группы микроорганизмов-деструкторов и осуществляемые ими процессы.

  Уметь:

Разрабатывать обоснование для выбора того или иного штамма при конкретном типе загрязнения. Выделять активные штаммы-деструкторы (при наличии соответствующего оборудования). Поддерживать культуры штаммов-деструкторов и определять их активность. Применять теоретические знания для решения практических вопросов рационального природопользования и охраны природы.

  Владеть:

Методами выделения штаммов-деструкторов, анализа их трансформирующей активности.

Методами поиска научной информации по соответствующим вопросам.

IV. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ

Трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов. Лекционных 8 часов, практических 32 часа, сам. раб. 68 часов.

Форма отчетности:  зачет

(экзамен, зачет, дифференцированный зачет)

4.1 Структура дисциплины

№ п/п	Раздел дисциплины/темы	Семестр	Неделя семестра	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу обучающихся и трудоемкость (в часах)	Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
Лекции	Семинар	Лабораторные и практические занятия	В интерактивной форме из общего количества аудиторных часов	Самостоятельная  работа
1	Модуль 1. Введение в дисциплину	5	2	-	-	8
1.1	Тема 1. Введение в дисциплину	5	10	2	-	-	8	Тест (контроль остаточных знаний)
Модуль 2. Некоторые процессы микробной химии	5	2	12	-	24
2.1	Тема 2. Некоторые процессы микробной химии.	5	11	2	4	-	8	Реферат (с интерактивным обсуждением на круглом столе)
2.1	Тема 3. Ферментативные системы микроорганизмов, и процессы ими осуществляемые.	5	12	-	4	-	8	Реферат (с интерактивным обсуждением на круглом столе)
2.3	Тема 4. Кометаболизм.	5	13	-	4	-	8	Реферат (с интерактивным обсуждением на круглом столе) Контрольная работа
Модуль 3. Микробиологическая деструкция различных загрязнителей	2	12	-	24
3.1	Тема 5. Очистка стоков. Активный ил и входящие в него микроорганизмы.	5	14	2	4	-	8	Реферат (с интерактивным обсуждением на круглом столе)
3.2	Тема 6. Микробиологическая деструкция нефти.	5	15	-	4	-	8	Реферат (с интерактивным обсуждением на круглом столе)
3.3	Тема 7. Микробиологическая деструкция СОЗ.	5	16	-	4	-	8	Реферат (с интерактивным обсуждением на круглом столе) Контрольная работа
Модуль 4. Биогидрометаллургия; генетические методы получения штаммов-продуцентов	5	2	8	-	12
4.1	Тема 8. Биогидрометаллургия. Детоксикация и извлечение микроорганизмами солей тяжелых металлов.	5	17	-	4	-	6	Реферат (с интерактивным обсуждением на круглом столе)
4.2	Тема 9. Методы получения штаммов-деструкторов. Генетически модифицированные и рекомбинантные штаммы-деструкторы.	5	18	-	4	-	6	Реферат (с интерактивным обсуждением на круглом столе) Тест (включающий в себя вопросы из всех разделов курса)

4.2 План внеаудиторной самостоятельной работы обучающихся по дисциплине

Недели	Название раздела, темы	Самостоятельная работа обучающихся	Формы контроля
Вид самостоятельной работы	Сроки выполнения	Затраты времени (час.)
10	Основные типы продуктов микробиологического синтеза Роль микроорганизмов в самоочищении окружающей среды	Анализ литературных источников	1 неделя	8	Реферативное сообщение на семинарском занятии с обсуждением в группе в интерактивной форме.
11	История открытия кометаболизма. Следствия этого открытия.	Анализ литературных источников	1 неделя	8	То же
12	Ключевые реакции биодеградации ароматических соединений Основные биохимические механизмы дегалогенирования Основные пути биодеградации пестицидов	Анализ литературных источников	1 неделя	8	То же
13	Основные типы антропогенных загрязнителей	Анализ литературных источников	1 неделя	8	То же
14	Микробиологические фосфорные удобрения	Анализ литературных источников	1 неделя	8	То же
15	Микробиологические азотные удобрения	Анализ литературных источников	1 неделя	8	То же
16	Микроорганизмы как индикаторы загрязнения окружающей среды	Анализ литературных источников	1 неделя	8	То же
17	Биодеградация пластика	Анализ литературных источников	1 неделя	6	То же
18	Подходы к биодеградации ДДТ до нетоксичных веществ	Анализ литературных источников	1 неделя	6	. То же
Общая трудоемкость самостоятельной работы по дисциплине (час)	68
Бюджет времени самостоятельной работы, предусмотренный учебным планом для данной дисциплины (час)	68

4.3. Содержание дисциплины.

Модуль 1. Введение в дисциплину. Биотехнология как наукоемкая технология и ее преимущества в экологическом аспекте перед традиционными технологиями. Направления дальнейшего совершенствования биотехнологических процессов применительно к проблемам охраны окружающей среды. Малоотходные технологии. Итоги и перспективы их внедрения на биотехнологических производствах. Особенности биотехнологических производств применительно к их отходам.

Модуль 2. Некоторые процессы микробной химии. Окисление, восстановление, декарбоксилирование, дезаминирование, этерификация, метилирование, деметилирование, деметоксилирование, нуклеотидация. Микроорганизмы, ведущие данные процессы. Понятия трансформации и деградации. Кометаболизм. Основные загрязняющие вещества: пестициды, нефтепродукты, бытовые отходы, ПАВ, отходы химических производств, тяжелые металлы. Стойкие органические загрязнители. «Грязная дюжина» СОЗ. Основные биохимические пути биодеградации отходов.

Модуль 3. Микробиологическая деструкция различных загрязнителей. Понятие микробного сообщества. Консорциумы микроорганизмов-деструкторов. Микробиологическая деструкция пестицидов. Пути разложения ДДТ. Микробиологическая деструкция нефти и нефтепродуктов. Микробиологическая деструкция ПАВ. Очистка сточных вод. Аэробные процессы. Практика использования метанообразования в очистке сточных вод и сельском хозяйстве. Гомогенные реакторы, аппараты с закрепленными клетками. Анаэробные процессы очистки сточных вод. Биохимия и микробиология анаэробного распада органики. Классификация отходов. Соотношение различных видов отходов. Очистка жидких отходов. Схемы очистки. Аэротенки. Активный ил и входящие в него микроорганизмы. Очистка выбросов в атмосферу. Биологические, термические, физико-химические и другие методы обезвреживания выбросов в атмосферу.

Модуль 4. Генетические методы в микробных трансформациях. Биогидрометаллургия. Рекомбинантные продуценты биологически активных веществ и проблемы объективной информации населения. Организация контроля за охраной окружающей среды в условиях биотехнологического производства.

Создание методами генетической инженерии штаммов микроорганизмов-деструкторов с повышенной способностью к деструкции веществ, содержащихся в жидких отходах, Основные характеристики штаммов деструкторов. Их неустойчивость в природных условиях. Сохранение штаммов на предприятиях. Нормы внесения биомассы штаммов при пиковых нагрузках на очистные сооружения. Роль микроорганизмов как индикаторов загрязнения окружающей среды. Генетически измененные микроорганизмы как новый фактор воздействия на окружающую среду. Генетический обмен в микробных сообществах. Горизонтальная передача генетической информации.

  Вклад биотехнологии в решение общих экологических проблем. Замена традиционных производств. Сохранение природных ресурсов источников биологического сырья. Разработка новых высокоспецифичных методов анализа. Биосенсоры. Микробиологическое осаждение и накопление тяжелых металлов. Использование сульфатредукторов для очистки стоков  металлургии и гальванических предприятий. Выщелачивание ценных металлов из растворов и горных пород. Подходы к выделению штаммов-деструкторов из естественной среды обитания. Проточный метод выделения. Таксономические группы, наиболее способные к трансформации различный органических веществ.

V. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В ходе освоения студентами дисциплины «Микробные трансформации»  используются традиционные и инновационные  виды образовательных технологий:

Лекционные занятия. На лекционных занятиях реализуется технология проблемной лекции, используются методы иллюстрации, демонстрации ( с использованием презентационных материалов), постановка проблемных вопросов, установление логических связей между имеющимися у студентов знаниями и вновь получаемой информацией.

Семинарские занятия. На семинарских занятиях реализуются разнообразные формы контроля, метод моделирования реальной ситуации на производстве, метод инцидента, работа в микрогруппах по решению поставленной преподавателем учебной задачи, деловая игра. Также на семинарских занятиях заслушиваются реферативные сообщения, планируется внеаудиторная работа: изготовление стендовых докладов, участие в НОКах, конференциях и. т.д.

Лекция-ситуация

       Лекция с разбором конкретной ситуации, изложенной устно или в виде краткого фильма. Студенты совместно анализируют и обсуждают представленный материал. Например, рассматривается ситуация по оценке состояния почвенного покрова микробиологическими методами. Далее обсуждаются подходы к анализу полученных данных, а также возможные методы коррекции с помощью использования биопрепаратов.

Проблемная лекция

       В отличие от информационной лекции, на которой сообщаются сведения, предназначенные для запоминания, на проблемной лекции знания вводятся как «неизвестное», которое необходимо «открыть». Проблемная лекция начинается с вопросов, с постановки проблемы, которую в ходе изложения материала необходимо решить. При этом выдвигаемая проблема требует не однотипного решения, готовой схемы которого нет. Данный тип лекции строится таким образом, что деятельность студента по ее усвоению приближается к поисковой, исследовательской. На подобных лекциях обязателен диалог преподавателя и студентов.

Текущий тест

Тестовый контроль позволяет объективно оценить имеющиеся у обучающегося знания. При этом проведение тестового контроля занимает минимальное время и высвобождает время для интерактивных форм еятельности.

Контрольная работа

Контрольная работа позволяет оценить способность обучающегося к последовательному и связному изложению информации по определенным вопросам. Данная форма контроля позволяет оценить как знания обучающегося, так и наличие логических связей между данными знаниями.

Реферативное сообщение с обсуждением на круглом столе

В отличие от обычного реферата, представляет собой интерактивную форму контроля знаний. Представляет собой моделирование научной конференции, с устным докладом, ответами на вопросы и общей дискуссией по поднятой в докладе проблеме. В рамках данного спецкурса, темы реферативных сообщений распределяются между обучающимися и на каждом семинарском занятии часть времени отводится на проведение данного интерактивного обсуждения.

Удельный вес занятий, проводимых в активных и интерактивных  формах, составляет 70% от общего числа аудиторных  занятий.

VI. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ И ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ.

См. ФОС дисциплины «Микробные трансформации»

VII. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для проведения дисциплины «Микробные трансформации» студент обеспечен всей необходимой учебно-методической литературой и доступом к програмному обеспечению и интернет-ресурсам. Вся необходимая учебно-методическая литература имеется в библиотеке студенческого абонемента, зональной научной библиотеке, библиотеке кафедры и преподавателя дисциплины. Доступ к интернет-ресурсам осуществляется через интернет-класс факультета, зональной научной библиотеки и локальной компьютерной сети университета.

А) основная литература

Молекулярная микробиология [Текст] = Molecular microbiology : учебник для студентов, обучающихся по специальности 020209 "Микробиология" и направлению 020200 "Биология" / , , ; под ред. . - Москва : Изд-во Московского ун-та, 2012. - 480 с.

Б) дополнительная литература

Микробная трансформация парниковых газов в почвах [Текст] : [монография] / ; Московский гос. ун-т им. , Фак. почвоведения, Российский фонд фундаментальных исследований. - Москва : ГЕОС, 2011. – 190 с. Биоконверсия стероидных соединений актинобактериями [Текст] = Steroid bioconversion by actinobacteria : [монография] / ; Российская академия наук, УРАН Ин-т биохимии и физиологии микроорганизмов им. . - Пущино : [ОНТИ ПНЦ РАН], 2010. - 195 с. Современная микробиология [Текст] = Biology of the Prokaryotes : Прокариоты : в 2 т.. Т. 1 / под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса и Г. Шлегеля ; пер. с англ. [и др.] ; под ред. . - Москва : Мир, 2009. - 656 с.

В) программное обеспечение и Интернет-ресурсы

http://microbiologu. ru/  Сайт, посвященный современным проблемам микробиологии www. tgw1916.net  Сайт, посвященный классификации и методам идентификации микроорганизмов http://www. biotechnolog. ru/  Сайт, целиком посвященный биотехнологии http://www. bioplaneta. ru/ecology Сайт, освещающий ряд аспектов охраны окружающей среды http://www. bionick. ru/index. php? id=00000000036 Сайт, освещающий некоторые аспекты очистки сточных вод http://enviropark. ru/course/category. php? id=9  На сайте находится таблица, иллюстрирующая границы применения биологической очистки и других методов. http://www. cultinfo. ru/fulltext/1/001/008/117/872.htm На сайте представлен краткий словарь-справочник по основным терминам,  связанным с очисткой сточных вод http://zolotodb. ru/articles/placer/lixiviation/495 Биогидрометаллургия золота

VIII.  МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

При проведении дисциплины «Микробные трансформации» учащиеся обеспечены всей необходимой материально-технической  базой:

Аудитория оснащенная презентационным оборудованием, компьютер, носители информации, таблицы, фотографии.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки «Биология».

IX. УЧЕБНАЯ КАРТА ДИСЦИПЛИНЫ

«__Микробные трансформации_»

3  зач. ед.; ак. ч всего: _108_, в т. ч.: _8__ лекций, _32__ практич. 68 сам. раб

Преподаватель___________________________________

Ф. И.О.

Кафедра______________________биохимии и микробиологии________________________

Курс __2__, семестр __3___

Направление подготовки (специальность): _______________Биология__________________

№	Виды контрольных мероприятий	Текущий контроль	Рубежный контроль (при наличии)
Модуль 1. Введение в дисциплину	5
1.	Тест	5
Модуль 2. Некоторые процессы микробной химии	45
1.	Реферат (с интерактивным обсуждением на круглом столе)	20
2.	Контрольная работа	10
Модуль 3. Микробиологическая деструкция различных загрязнителей	15
1.	Реферат (с интерактивным обсуждением на круглом столе)	20
2.	Контрольная работа	10
Модуль 4. Биогидрометаллургия; генетические методы получения штаммов-продуцентов	25
1.	Тест	5
2.	Реферат (с интерактивным обсуждением на круглом столе)	20
Всего	90
Бонусные баллы	10	Бонусные баллы начисляются за активное участие в дискуссии после докладов, привлечение наиболее современных данных и использование их  в своих реферативных сообщениях, посещение всех занятий.

Преподаватель___________________  _________________________

подпись                        расшифровка подписи