Основы генной инженерии - Методический центр

I. Аннотация
1. Цель и задачи дисциплины
Цель дисциплины: изучить основы генной, генетической, клеточной инженерии и молекулярного моделирования.
Задачи курса:
- освоить терминологию, используемую в генетической и клеточной инженерии;
- изучить технологии создания рекомбинантных ДНК, трансформации и
молекулярного клонирования;
- изучить технологию культивирования изолированных клеток и тканей;
- рассмотреть практические пути использования рекомбинантных ДНК и
культур клеток и тканей.
2. Место дисциплины в структуре образовательной программы
Дисциплина входит в базовую вариативную часть обязательных дисциплин
ООП «Биология» Б.1.В.ДВ.7 в модуль «Дисциплины по выбору», подраздел
«Дисциплины по углублению профессиональных компетенций». Возникновение
генетической инженерии связано, прежде всего, с развитием генетики и молекулярной биологии. Данная учебная дисциплина также органично связана со многими естественными науками: цитологией, органической химией, биохимией и др.
Изучение генной инженерии предусмотрено на 4 курсе после освоения студентами
основных химических и биологических дисциплин и позволяет учащимся проследить межпредметные связи и систематизировать полученные ранее теоретические
знания. 7 семестр.
3. Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.
4. Планируемые результаты обучения по дисциплине
Формируемые компетенции
ПК-3: готовность применять на производстве базовые общепрофессиональные знания теории и
методов современной
Требования к результатам обучения
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: основные теоретические положение и методы
современной биологии.
Уметь: применять знания в теории и при решении
практических задач производства.
Владеть: уровнем знаний и соответствующих методов
2
биологии
современной биологии.
5. Образовательные технологии: лекция-визуализация, проблемная лекция, дискуссия, подготовка письменных аналитических работ, составление обзоров, написание рефератов, творческие задания, просмотр, анализ и обсуждение видео- и мультимедийных материалов.
6. Форма промежуточного контроля – текущий контроль, рубежный контроль.
Зачёт (4 курс, 7 семестр).
7. Язык преподавания: русский
II. Структура дисциплины
1. Структура дисциплины для студентов очной формы обучения
Учебная программа–
наименование
разделов и тем
1.Терминология и
основные понятия
генной и генетической инженерии.
Всего
(час.)
Контактная работа (час.)
Практические
Лекции (лабораторные)
работы
Самостоятельная
работа (час.)
8
4
4
2. Основные
принципы конструирования рекомбинантных
ДНК.
32
12
20
3. Технологии
клеточной инженерии на основе
генетически модифицированных
клеток микроорганизмов, растений и животных.
32
12
20
ИТОГО
72
28
44
3
Введение. Цель и задачи курса. История развития методов рекомбинантных ДНК и культивирования изолированных тканей и клеток. Терминология и
основные понятия.
Основные принципы конструирования рекомбинантных ДНК
Биоинженерия 21 века, как инженерия комплексных систем. Генная, генетическая и клеточная инженерия.
Методы конструирования гибридных молекул ДНК in vitro. Источники
ДНК. Получение генов. Ферменты расщепления (рестриктазы) и сшивания (лигазы). Векторные молекулы. Векторы для генетического клонирования - особенности их молекулярной организации. Строение и биологические функции
плазмид.
Типы генетических библиотек. Анализ генетических библиотек.
Микроорганизмы, используемые в генетической инженерии. Взаимосвязи
вектор-хозяин. Экспрессия и повышенная продукция рекомбинантных белков в
микробных клетках. Проблемы гетерологичной экспрессии. Причины возможной неидентичности генно-инженерных белков и их природных аналогов.
Методы сайт-направленного мутагенеза.
Методы определения нуклеотидной последовательности ДНК. Клонирование и идентификация клонированных ДНК. Определение нуклеотидной последовательности по Максему-Гилберту, Сэнджеру.
Г енетическая инженерия промышленно важных микроорганизмов. Конструирование штаммов-продуцентов.
Использование генетической инженерии в растениеводстве. Генетическая
инженерия клеток растений. Векторные молекулы. Методы переноса рекомбинантных ДНК в реципиентные клетки.
Культивирование клеток и тканей растений
Каллусогенез как основа создания клеточных культур. Особенности и виды каллусной ткани. Получение культивируемых каллусных клеток. Образование первичного каллуса. Методы культивирования длительно выращиваемых культур каллусных тканей.
4
Получение и культивирование протопластов растительных клеток. Культивирование одиночных клеток: источники отдельных клеток, питательные
среды, методические приёмы. Понятие о «кормящем слое» или ткани «няньке». Культура клеточных суспензий.
Индукция и реализация программы развития in vitro от клетки к растению.
Морфогенез в каллусных тканях. Стабильность и вариабельность геномов растительных клеток in vitro.
Практическое использование клеточной инженерии растений
Биотехнологии на основе растительных протопластов - создание генетического разнообразия для селекции.
Использование культуры каллусных клеток для получения веществ вторичного синтеза.
Биотехнология клонального микроразмножения и оздоровления растений.
III. Фонды оценочных средств
1. Текущий контроль успеваемости
Темы рефератов для самостоятельной работы студентов
1.
История развития метода культивирования тканей и клеток высших рас-
тений.
2.
Питательные среды, используемые для культивирования изолированных
клеток и тканей.
3.
Понятие о каллусной ткани. Функции растительных каллусных тканей.
Виды каллусных тканей и их особенности.
4.
Методы культивирования длительно выращиваемых культур каллусных
тканей.
5.
Получение и культивирование протопластов растительных клеток.
6.
Индукция и реализация программы развития in vitro от клетки к расте-
нию.
7.
Стабильность и вариабельность геномов растительных клеток in vitro.
8.
Практическое использование клеточной инженерии растений.
5
9.
Образование гибридов растений путём слияния протопластов.
10.
Проблемы и перспективы генетической инженерии растений.
11.
Векторы, используемые в генетической инженерии растений.
12.
Биологическая фиксация азота и генетическая инженерия.
13.
Мировоззренческие
и социально -этические аспекты генетической ин-
женерии.
14.
Способы увеличения продуктивности производственных штаммов мик-
роорганизмов.
2. Промежуточная аттестация. Вопросы к зачету:
1. Основные понятия генетической инженерии.
2.
Основные принципы конструрирования рекомбинантных ДНК.
3.
Тонкая структура гена. Получение генов.
4.
Ферменты расщепления (рестриктазы) и сшивания (лигазы).
5.
Векторные молекулы.
6.
Строение и биологические функции плазмид.
7.
Клонирование и идентификация клонированных ДНК.
8.
Определение нуклеотидной последовательности по Максему-Гилберту,
Сэнджеру.
9.
Генетическая инженерия промышленноважных микроорганизмов. Конструирование штаммов-продуцентов.
10. Использование генетической инженерии в растениеводстве.
11. Основные понятия клеточной инженерии.
12. Получение клеточного материала. Питательные среды, кривые роста.
13. Особенности и виды каллусной ткани.
14. Получение культивируемых каллусных клеток. Образование первичного
каллуса.
15. Методы культивирования длительно выращиваемых культур каллусных
тканей.
16. Получение и культивирование протопластов растительных клеток.
17. Культивирование одиночных клеток. Понятие о «кормящем слое» или
6
ткани-«няньке».
18. Культура клеточных суспензий.
19. Индукция и реализация программы развития in vitro от клетки к расте-
нию. Морфогенез в каллусных тканях.
20. Практическое использование клеточной инженерии растений.
3. Рубежный контроль
Задание 1 - на выбор одного или нескольких правильных ответов.
Какие ферменты необходимы для конструирования рекомбинантных ДНК:
1) рестриктазы
2) ДНК-лигазы
3) инвертазы
4) гидроксилазы
Какая из перечисленных технологий является основой генетической инженерии:
1.
2.
3.
4.
5.
создание рекомбинантных ДНК
выделение ДНК из организмов
расщепление ДНК на фрагменты
выделение хромосом
получение плазмид
Первая рекомбинантная ДНК была получена в
1) 1956 г. 2) 1972 г. 3) 1983 г. 4) 2002 г.
Первую рекомбинантную ДНК получил 1) П. Берг 2) Д. Уотсон 3) Ф.
Сэнжер 4) Ф. Мишер
Формальной датой рождения генной инженерии считают 1) 1955 г. 2)
1932 г.
з) 1972 г. 4) 2000 г
Активное развитие технологии клеточной инженерии приходится на
1. 30-е годы 20 в.
2) 50-е годы 20 в.
1. 70-е годы 20 в.
4) конец 19 века.
К векторам, используемым для конструирования рекомбинантных
ДНК, относятся:
1. плазмиды 2) бактерии 3) вирусы 4) дрожжи 5) лигазы
Какая из перечисленных технологий является основой генетической инженерии:
7
- создание рекомбинантных ДНК
- выделение ДНК из организмов
- расщепление ДНК на фрагменты
- выделение хромосом
- получение плазмид
Какие ферменты необходимы для конструирования рекомбинантных ДНК
1) рестриктазы
2) ДНК-лигазы
3) инвертазы
4) гидроксилазы
Культура изолированных тканей растений представлена
1. меристематическими тканями
2. каллусными тканями
3. паренхимными тканями
4. опухолевыми тканями
Культура изолированных клеток и тканей может быть использована
1) для получения вторичных метаболитов
2) для хлебопечения
3) для клонального микроразмножения растений
4) для производства синтетических волокон
Специальным методом, применяемым при культивировании одиночных клеток
является
1. метод гибридизации
2. метод трансформации
3. метод ткани-«няньки»
4. метод центрифугирования
Задание 2 - на соответствие
Установите соответствие между процессами транскрипции и трансляции и
образующимися в_результате этих процессов соединениями.
Ответ приведите в виде буквы и соответствующей ей цифры.
Тип процесса
Образующиеся соединения
А. Транскрипция
Б. Трансляция
1. Аминокислоты
2. ДНК
3. РНК
4. Жиры
5. Углеводы
6. Белки
Установите соответствие между направлением современной биотехнологии
и его биологической основой. Ответ приведите в виде буквы и соответствую8
щей ей цифры.
Направление биотехнологии
Биологическая основа
А. Клеточная инженерия
1. Основана на получении гибридных
молекул ДНК и введении этих
молекул в клетки других организмов
2. Основана на изучении биологических особенностей клеток и внедрении компьютерных методов контроля
технологических решений, позволяющих максимально реализовать полезные свойства клеток
Б. Генетическая инженерия
Задание 3 - на выбор правильной последовательности
Укажите правильную последовательность реакций, происходящую при синтезе белка в дрожжевой клетке. Используйте данные слова и словосочетания:
- инициация транскрипции
- удаление интронов
- транскрипция
- трансляция
- аберрация
- сплайсинг
-
IV. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная
1. Нахаева Валентина Ивановна. Практический курс общей генетики. - 2. -
Москва : Издательство "Флинта", 2011. - 210 с. - ISBN 978-5-9765-1204-7
http://znanium.com/go.php?id=406327
2. Филиппович Ю.Б. и др. Биохимические основы жизнедеятельности чело-
века. М., 2005.
3. Берёзов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 2004.
4. Марри Р., Греннер Д. и др. Биохимия человека. М.: Мир, 2004.
Дополнительная
1. Щелкунов С.А. Генетическая инженерия. Новосибирск: Изд. Сибирское
9
университетское издательство, 2004.
2. Практическая химия белка / Под ред. А. Дарбре. - М.: Мир, 1989.
3. Бочков Н.П. Клиническая генетика. - М., ГЭОТАР-МЕД, 2001.
4. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. - М.: Мир, 2002.
5. Степанов В.М. Структура и функции белков. - М.: Высшая школа. 1996.
6. Егорова Т.А., Клунова С.М., Живухина Е.А. Основы биотехнологии. М.,
2003.
7. Лимборская С.А., Хуснутдинова Э.К., Балановская Е.В. Этногеномика и
геногеография народов Восточной Европы. - М.: Наука, 2002.
• Catalog of Human Genes and Disorders: Online Mendelian Inheritance in Man
(OM1M) - http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Omim
• Human Mitochondrial Genome Database (M1TOMAP) - http://www.mitomap.org
• National
Center
for
Biotechnology Information
(NCBI)
-
http:/Avww.
ncbi.nlm.nih.gov/discase/
www.medlinks.ru - Вся медицина в интернет ramld.ru - Российская Ассоциация
медицинской лабораторной диагностики (РАМЛД). Новости, приказы МЗСР
РФ, информация о съездах, конференциях, семинарах в России и за рубежом.
Книги (215), журналы, статьи, доклады, материалы научных конференций. Каталог компаний-производителей и поставщиков оборудования и расходных материалов.
• clinlab.ru - Медицинский сервер для специалистов лабораторной службы России. Новости, автоматизированная система информационной поддержки врача,
квалификационные тесты для врачей-лаборантов, информация о съездах, конференциях, семинарах в России и за рубежом. Полезные ссылки.
• labinfo.ru - Сайт для специалистов лабораторной диагностики.
• Основы лабораторных технологий, система единиц СИ, законодательство
по лицензированию лабораторной деятельности, контролю качества, охране
10
труда; квалификационные тесты по специальности «Клиническая лабораторная
диагностика», примеры должностных инструкций и инструкций по охране труда, библиотека.
• www.medinfo.ru - Медицинская поисковая система для специалистов и пациентов
• www. rmj. ru/ internet. htm — Медицина в Интернет (выставки статей) Русский медицинский журнал РМЖ
• www. medical. ru/kategoria - Медицинские библиотеки
V. Материально-техническое обеспечение дисциплины
- учебные лаборатории кафедры биологии, оснащённые необходимым оборудо-
ванием для проведения практических занятий;
- учебные аудитории с презентационным и интерактивным оборудованием;
- компьютеры с доступом в Интернет;
- доступ к вышеуказанным поисковым системам, учебным изданиям и элек-
тронным библиотекам.
- VI. Перечень обновлений рабочей программы дисциплины
№п.п.
Обновленный
раздел рабочей
программы дисциплины
Описание внесенных изменений
1.
2.
11
Дата и протокол заседания кафедры,
утвердившего изменения