Основы генной инженерии

I Аннотация
1. Цель и задачи дисциплины
Цель освоения дисциплины – изучение основ генной, генетической,
клеточной инженерии и молекулярного моделирования.
Задачи освоения дисциплины:
– 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 Б.1.В.ДВ.6 Основы генной инженерии входит в базовую
вариативную часть обязательных дисциплин ООП 06.03.01 Биология
(дисциплины по выбору, 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: Биохимия и молекулярная биология,
Органическая химия и др., что позволяет учащимся проследить
межпредметные связи и систематизировать полученные ранее теоретические
знания.
3. Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы,
72 часа.
4. Планируемые результаты обучения по дисциплине
Требования к результатам обучения
В результате изучения дисциплины студент
должен:
ПК-3: готовность
Владеть: уровнем знаний и соответствующих
применять на
методов современной биологии.
производстве базовые
Уметь: применять знания в теории и при
общепрофессиональные решении практических задач производства.
знания теории и методов Знать: основные теоретические положение и
современной биологии
методы современной биологии.
Формируемые
компетенции
5. Образовательные технологии
В процессе освоения дисциплины используются следующие
образовательные технологии, способы и методы формирования компетенций:
лекция-визуализация, проблемная лекция, лабораторные занятия, дискуссия.
6. Формы контроля
Текущими формами контроля являются коллоквиумы, проводимые в
устной и письменной форме или в виде тестирования.
Формой промежуточного контроля является зачет.
7. Язык преподавания русский.
I.
Структура дисциплины
1. Структура дисциплины для студентов очной формы обучения
Учебная программа–
наименование разделов и тем
Контактная работа (час.) Самостоятел
Всего
Практические ьная работа
(час.) Лекции
(час.)
работы
1.Терминология и основные
понятия генной и
генетической инженерии.
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
28
44
ИТОГО
72
Введение. Цель и задачи курса. История развития методов рекомбинантных
ДНК и культивирования изолированных тканей и клеток. Терминология и
основные понятия. Особенности структурно-функциональной организации
генома прокариот и эукариот. Биоинженерия 21 века, как инженерия
комплексных систем. Генная, генетическая и клеточная инженерия.
Основные принципы конструирования рекомбинантных ДНК. 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. Особенности работы с геномом растительных и животных
клеток.
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 Максаму-Гилберту,
Сэнджеру.
Генетическая 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. 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.
II.
Фонды оценочных средств
Проведение практических работ предусматривает выполнение студентами
работ по соответствующим разделам курса. Самостоятельная работа
студентов осуществляется в форме подготовки рефератов по темам,
предложенным преподавателем.
1. Текущий контроль успеваемости
Типовые тестовые задания
1. Какие ферменты необходимы для конструирования рекомбинантных ДНК:
а) рестриктазы, б) ДНК-лигазы, в) инвертазы, г) гидроксилазы.
2. Какая из перечисленных технологий является основой генетической
инженерии:
а) создание рекомбинантных ДНК, б) выделение ДНК из организмов, в)
расщепление ДНК на фрагменты, г) выделение хромосом, д) получение
плазмид.
3. Формальной датой рождения генной инженерии считают:
а) 1955 г., б) 1932 г., в) 1972 г., д) 2000 г.
4. Установите соответствие между процессами транскрипции и трансляции и
образующимися в результате этих процессов соединениями.
Тип процесса
Образующиеся соединения
1. Аминокислоты
2. ДНК
3. РНК
4. Жиры
5. Углеводы
6. Белки
А. Транскрипция
Б. Трансляция
Темы рефератов
1. История развития метода культивирования тканей и клеток высших
растений.
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
растению.
7. Стабильность и вариабельность геномов растительных клеток in vitro.
8. Практическое использование клеточной инженерии растений.
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
инженерии.
14. Способы увеличения продуктивности производственных штаммов
микроорганизмов.
2. Промежуточная аттестация
Вопросы к зачету
1. Основные понятия генетической инженерии.
2. Основные принципы конструирования 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 Максаму-Гилберту,
Сэнджеру.
9. Генетическая инженерия промышленно важных 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
ткани-«няньке».
18. Культура клеточных суспензий.
19. Индукция и реализация программы развития in vitro от клетки к
растению. Морфогенез в каллусных тканях.
20. Практическое использование клеточной инженерии растений.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ НА ПРОВЕРКУ СФОРМИРОВАННОСТИ
КОМПЕТЕНЦИИ
ПК-3: готовность применять на производстве базовые
общепрофессиональные знания теории и методов современной биологии
уровнем знаний и соответствующих методов современной
биологии.
Тип контроля и примеры заданий
Темы рефератов
владеть
1. Методы культивирования длительно выращиваемых культур
каллусных тканей.
2. Получение и культивирование протопластов растительных
клеток.
применять знания в теории и при решении практических задач
производства.
Тип контроля и пример заданий
Вопросы к зачету
уметь
1. Определение нуклеотидной последовательности по МаксамуГилберту, Сэнджеру.
2.
Генетическая
инженерия
промышленно
важных
микроорганизмов. Конструирование штаммов-продуцентов.
основные теоретические положения и методы современной
биологии.
Тип контроля и пример заданий
Тестовые задания
1. Какие ферменты необходимы для конструирования
знать
рекомбинантных ДНК:
а) рестриктазы, б) ДНК-лигазы, в) инвертазы, г) гидроксилазы
2. Какая из перечисленных технологий является основой
генетической инженерии:
а) создание рекомбинантных ДНК, б) выделение ДНК из
организмов, в) расщепление ДНК на фрагменты, г) выделение
хромосом, д) получение плазмид
III.
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. Ермишин А.П. Генетически модифицированные организмы и
биобезопасность / А.П. Ермишин. Минск: Белорусская наука, 2013. 172 с.
Университетская библиотека ONLINE.
2. Нахаева В.И. Практический курс общей генетики / В.И. Нехаева. М.:
Флинта, 2011. 210 с. Университетская библиотека ONLINE.
3. Филиппович Ю.Б. Биохимическая химия / Ю.Б. Филиппович. 2-е изд.,
перераб. и доп. М.: Academia, 2008. 254 c.
4. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия / С.Н. Щелкунов. 3-е изд.
Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2010. 514 с.
Университетская библиотека ONLINE.
б) дополнительная литература:
1. Березов Т.Т. Биологическая химия / Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. М.:
Медицина, 2005. 649 с.
2. Бочков Н.П. Клиническая генетика / Н.П. Бочков, 2-е изд., испр. и доп. М.:
ГЭОТАР-МЕД, 2001. 447 с.
3. Глик Б. Молекулярная биотехнология / Б. Глик, Дж. Пастернак; под ред.
Н.К. Янковского. М.: Мир, 2002. 589 с.
4. Егорова Т.А. Основы биотехнологии / Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А,
Живухина. 4-е изд. М.: Academia, 2008. 207 с.
в) программное обеспечение, информационные справочные системы и
Интернет-ресурсы:
Catalog of Human Genes and Disorders: Online Mendelian Inheritance in Man
http://www.ncbi.nlm.nih.gov
Human Mitochondrial Genome Database (M1TOMAP) http://www.mitomap.org
National
Center
for
http:/vww.ncbi.nlm.nih.gov
Biotechnology
Information
(NCBI)
Российская Ассоциация медицинской лабораторной диагностики (РАМЛД)
http://www.medlinks.ru
Медицинский сервер для специалистов лабораторной службы России.
http://clinlab.ru
Медицинская поисковая
http://www.medinfo.ru
система
для
специалистов
и
пациентов
IV.
Материально-техническое обеспечение дисциплины
– учебные лаборатории кафедры биологии, оснащённые необходимым
оборудованием для проведения практических занятий;
– учебные аудитории с презентационным и интерактивным оборудованием;
компьютеры с доступом в Интернет;
– доступ к вышеуказанным поисковым системам, учебным изданиям и
электронным библиотекам.
V.
Сведения об обновлении рабочей программы
Обновленный раздел
№п.п. рабочей программы
дисциплины
Описание внесенных
изменений
1.
Фонды оценочных
средств
Уточнены задания для
формирования
компетенций.
2.
Учебнометодическое и
информационное
обеспечение
дисциплины
Обновлен список
основной и
дополнительной
литературы.
Дата и протокол
заседания кафедры,
утвердившего
изменения
26.11.2015,
протокол
заседания
кафедры биологии
№ 25.
26.11.2015,
протокол
заседания
кафедры биологии
№ 25.