Биотехнология целевых продуктов

Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
БИОТЕХНОЛОГИЯ ЦЕЛЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Методические указания к семинарским занятиям
Красноярск
СФУ
2011
УДК
ББК
Б
Рецензенты: И.О. Фамилия, должность, место работы.
Составители: Е.Н. Афанасова
Б … Биотехнология целевых продуктов: Методические указания к
семинарским занятиям / сост. : Е. Н. Афанасова. – Красноярск : ИПК СФУ,
2011. – 10 с.
ISBN
Методические указания составлены в соответствии с учебным планом и
программой по дисциплине «Биотехнология целевых продуктов». Пособие содержит
тематический план семинарских занятий, темы реферативных работ, представлены
источники литературы. В пособии даны рекомендации для самостоятельной подготовки к
семинарам. Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по
направлению 020400.68 – «Биология», магистерская программа «Микробиология и
биотехнология».
 Е.Н. Афанасова
 ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный
университет», 2011
2
СОДЕРЖАНИЕ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ .................................................................................................. 4
1. СТРУКТУРА И ТРУДОЕМКОСТЬ ДИСЦИПЛИНЫ «БИОТЕХНОЛОГИЯ
ЦЕЛЕВЫХ ПРОДУКТОВ» ........................................................................................ 5
2 СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДИКА ПОДГОТОВКИ К СЕМИНАРСКИМ
ЗАНЯТИЯМ.................................................................................................................. 6
Перечень тем семинарских занятий .............................................................. 6
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ....................................................................... 7
3
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Микробиологический синтез занимает одно из ведущих мест в
современной
промышленной
биотехнологии.
Наличие
большого
разнообразия биотехнологических процессов, нашедших промышленное
применение, создает необходимость изучать не только общие проблемы,
возникающие при создании любого биотехнологического производства, но и
отдельные стадии производства в зависимости от конечной цели.
Цель настоящего курса – изучение технологических аспектов
получения
целевых
продуктов
микробиологического
синтеза
и
формирование современных представлений в области биотехнологии. В ходе
её достижения студенты ознакомятся с общими схемами производства, а
также с технологическими особенностями получения конкретных продуктов
при различных способах культивирования микроорганизмов, а также из
животных и растительных клеток.
Задачи изучения дисциплины
- изучение основных технологических аспектов получения продуктов
микробного происхождения;
- расширение знаний о современных методах и приемах работы с
промышленными штаммами микроорганизмов;
- развитие у студентов эколого-биотехнологического мышления и эрудиции
при анализе и разработке производственных систем.
В результате изучения дисциплины студенты должны
Знать:
- основные биотехнологические схемы получения целевых продуктов
микробного синтеза;
- морфологию, систематику и биохимию микроорганизмов-продуцентов;
- области применения продуктов микробного синтеза.
Уметь:
- ориентироваться в современных направлениях и методах биотехнологии;
- использовать знания по новейшим направлениям современной
биотехнологии при изучении специальных дисциплин;
- использовать полученные данные при написании рефератов, статей,
научных проектов.
Владеть: навыками проведения научных исследований, грамотной
оценки результатов исследований, установления их связи с результатами
других исследовательских работ.
Дисциплина читается в 11 семестре обучения на 2 курсе магистратуры.
Программа предназначена для подготовки студентов, специализирующихся
по микробиологии и биотехнологии.
Семинарские занятия необходимы как дополнение к лекционному
курсу, поскольку в лекциях представлен только основной материал, а также
обозначены проблемные и перспективные направления развития
4
биотехнологии целевых продуктов. Для более подробного изучения этих
вопросов студентам предлагается список необходимой литературы,
имеющейся в библиотеке университета. Поэтому цели семинаров – это более
полное и глубокое освоение дисциплины, пополнение теоретических
сведений, полученных в курсе лекций, контроль приобретенных знаний,
практических навыков и умений.
Задачами семинарских занятий являются формирование и закрепление
умений и навыков использования учебной и научной литературы для
дальнейших научных исследований и написания научной работы, умение
докладывать и обсуждать изучаемый материал в группе, отвечать на
заданные вопросы.
1.
СТРУКТУРА
И
ТРУДОЕМКОСТЬ
«БИОТЕХНОЛОГИЯ ЦЕЛЕВЫХ ПРОДУКТОВ»
ДИСЦИПЛИНЫ
Курс «Биотехнология целевых продуктов» изучается в течение 11
семестра на 2 курсе магистратуры.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы 72
часа, в том числе аудиторная работа 24 часа, из которых 16 часов – семинары
(табл. 2.)
Таблица 2. Разделы дисциплины и виды занятий в часах
№
п/п
1
2
3
4
Раздел дисциплины
Раздел 1.
Биотехнология
белково-углеводных
препаратов
Раздел 2.
Биотехнология
синтеза целевых
продуктов для
сельского хозяйства
Раздел 3.
Биотехнология
препаратов
медицинского
назначения
Раздел 4.
Биоэнергетика
Лекции,
зачетные
единицы
(часы)
ПЗ,
зачетные
единицы
(часы)
Самостоятельная
работа, зачетные
единицы (часы)
0,06 (2)
0,17 (6)
0,5 (18)
0,06 (2)
0,11 (4)
0,28 (10)
0,11 (4)
0,06 (2)
0,28 (10)
-
0,11 (4)
0,28 (10)
5
Формируемые
компетенции
ОК-1, ОК-3,
ОК-4, ОК-5,
ОК-6, ПК-1,
ПК-2, ПК-3,
ПК-6, ПК-10,
ПК-11, ПК-13
2
СОДЕРЖАНИЕ
И
СЕМИНАРСКИМ ЗАНЯТИЯМ
МЕТОДИКА
ПОДГОТОВКИ
К
Теоретический материал осваивается студентами не только на лекциях,
но также и в ходе работы на семинарах. В ходе обучения предусматривается
активное использование интерактивных форм ведения занятий: активный
диалог с преподавателем, обсуждение в группах. Рефераты представляются в
виде презентаций, обсуждение проходит в интерактивной форме с участием
преподавателя и студентов.
На практических занятиях более подробно обсуждаются ключевые и
трудно усваиваемые моменты теоретического материала как лекционного,
так и предложенного для самостоятельного изучения, на семинарах также
проводится устный опрос студентов.
Подготовка к семинарам по курсу «Биотехнология целевых продуктов»
включает: самостоятельное изучение теоретического материала, как
дополнение к представленному на лекциях, написание рефератов, защита и
обсуждение их на семинарских занятиях. На одном семинаре можно
рассмотреть 2-4 вопроса темы в зависимости от объема представляемого
материала. Защита реферата оценивается по 5-ти балльной системе.
При подготовке к семинарам также можно воспользоваться
электронной библиотекой СФУ. Студентам обеспечена возможность
свободного доступа к фондам учебно-методической документации и
интернет ресурсам. Все обучающиеся имеют открытый доступ к базе
Электронного каталога и полнотекстовой базе данных внутривузовских
изданий (http://lib.sfu-kras.ru/); ресурсам Виртуальных читальных залов
(http://lib.sfu-kras.ru/eresources/virtual.php);
к
УМКД
(http://lib.sfukras.ru/ecollections/umkd.php); к видеолекциям и учебным фильмам
университета (http://tube.sfu-kras.ru/); к учебно-методическим материалам
институтов(сайт Института фундаментальной биологии и биотехнологии
(ИФБиБТ) - http://bio.sfu-kras.ru/).
Перечень тем семинарских занятий
Раздел 1. Биотехнология белково-углеводных препаратов
Тема 1.1. (2 часа) Технологические особенности получения препаратов
с определенным составом ферментов: микробные протеазы и липазы.
Технологические особенности получения препаратов с определенным
составом ферментов: микробные молокосвертывающие ферменты и их
применение. Иммобилизованные ферменты. Методы иммобилизации.
Биосенсоры.
Тема 1.2 (2 часа). Биотехнология аминокислот. Продуценты и
механизм
биосинтеза
глутаминовой
кислоты.
Основные
этапы
промышленного получения глутамата: продуценты и условия их
6
культивирования. Состав питательных сред и условия культивирования.
Основные методы выделения и очистки глутаминовой кислоты.
Продуценты
и
механизм
биосинтеза
лизина.
Основные
технологические этапы получения лизина: продуценты и условия их
культивирования. Состав питательных сред и условия культивирования.
Основные методы выделения и очистки лизина. Области применения
аминокислот.
Тема 1.3 (2 часа) Технология получения микробных липидов:
продуценты, условия культивирования, основные этапы промышленного
получения. Технология получения микробных полисахаридов.
Раздел 2. Биотехнология синтеза целевых продуктов для сельского
хозяйства
Тема 2.2 (2 часа). Промышленное получение фитогормонов на примере
гиббереллинов. Характеристика продуцентов. Условия культивирования и
состав питательных сред. Методы выделения, очистки и контроля активности
фитогормонов.
Тема 2.3. (2 часа) Биотехнология препаратов для сельского хозяйства:
бактериальные, грибные и вирусные энтомопатогенные препараты и
бактериальные
удобрения
(нитрагин,
ризоторфин,
азотобактерин,
фосфобактерин).
Раздел 3. Биотехнология препаратов медицинского назначения
Тема 3.1. Методы контроля при производстве антибиотиков.
Применение
антибиотиков
медицинского,
ветеринарного,
сельскохозяйственного назначения. (1 час)
Тема 3.2. Побочные эффекты применения вакцин и пробиотиков. (1
час)
Раздел 4. Биоэнергетика
Тема 4.1. Технология получения биогаза. Характеристика ценоза
микроорганизмов, участвующего в разложении биомассы с образованием
метана. Технологическая схема получения метана. Регулирование процесса
образования биогаза в метантенках. Сырье для получения метана и пути
интенсификации производства. (2 часа)
Тема 4.2. Технология получения биоэтанола на различных субстратах.
Основные проблемы получения этанола путем прямой биоконверсии
целлюлозосодержащего сырья. Применение этанола для топливноэнергетического комплекса и как сырья для биосинтеза белка и других
биологически
активных
соединений.
Процесс
биологической
делигнификации. (2 часа)
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основная литература
7
1. Безбородов, А. М. Ферментативные процессы в биотехнологии :
монография / А. М. Безбородов, Н. А. Загустина, В. О. Попов ; отв. ред.
Л. И. Воробьева . – М. : Наука, 2008. - 335 с. – 2 экз.
2. Волова, Т. Г. Биоразрушаемые полимеры: синтез, свойства,
применение: монография / Волова Т. Г. и Шишацкая Е. И; под ред.
Э.Дж. Сински. − Красноярск : Красноярский писатель, 2011. – 20 экз.
3. Общая микробиология: учебник для вузов: допущено Научнометодическим советом Министерства образования и науки РФ / А. И.
Нетрусов, И. Б. Котова. – М. : Академия, 2007. - 283 с. – 10 экз.
4. Прудникова, С.В. Экологическая роль полигидроксиалканоатов аналога синтетических пластмасс: закономерности биоразрушения в
природной среде и взаимодействия с микроорганизмами : монография /
С. В. Прудникова, Т. Г. Волова. - Красноярск : Красноярский писатель,
2012. - 183 с. – 57 экз.
5. Сазыкин, Ю. О. Биотехнология : учебное пособие: рекомендовано
Учебно-методическим
объединением
по
медицинскому
и
фармацевтическому образованию вузов России / Ю. О. Сазыкин, С. Н.
Орехов, И. И. Чакалева. - 2-е изд., стереотип. - Москва : Академия,
2007. - 254 с. – 20 экз.
Дополнительная литература
6. Быков, В. А.
Микробиологическое производство биологически
активных веществ и препаратов / В.А. Быков, И.А. Крылов, М.Н.
Манаков. – М. : Высшая школа, 1987. - 142 с.
7. Волова, Т. Г. Биосинтез на водороде / Т.Г. Волова. – Новосибирск,
2004. - 312 с.
8. Волова, Т. Г. Экологическая биотехнология. / Т. Г. Волова. –
Новосибирск: Сибирский хронограф, 1997. – 144с.
9. Грачева, И.М. Технология ферментных препаратов / И.М. Грачева,
А.Ю. Кривова. - М. : Элевар, 2000.- 512 с.
10.Дудка, И.А. Культивирование съедобных грибов / И.А. Дудка, Н.А.
Бистко, В.И. Билай. – Киев: Урожай, 1992. – 152 с.
11.Егоров, Н.С. Основы учения об антибиотиках. – М.: МГУ Наука, 2004.
– 528 с.
12.Егорова, Т.А. Основы биотехнологии: учебное пособие / Т. А. Егорова,
С. М. Клунова и Е. А. Живухина. - 3-е изд., стер. – М. : Академия, 2006.
– 208 с.
13.Кузнецов, А. Е. Научные основы экобиотехнологии / А. Н. Кузнецов,
Н. Б. Градова. – М. : Мир, 2006. - 273 с.
14.Поляков, В.А. Технология производства и использования ферментных
препаратов и пищевых добавок / В.А. Поляков, В.Л. Кудряшов //
Пищевая промышленность, 2000. - №12. - С.26-27.
8
15.Промышленная микробиология: учебное пособие / З.А. Аркадьева,
А.М. Безбородов, И.Н. Блохина и др. / под ред. Н.С. Егорова. - М. :
Высшая школа, 1989. - 688 с.
16.Фараджева, Е.Д. Общая технология бродильных производств/ Е.Д.
Фараджева, В.А. Федоров. – М.: Колос, 2002. – 407 с.
17.Ферментация и технология ферментов: пер. с англ. / Д. Уонг, Ч.
Кооней, А. Демаин. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983 –
187 с.
18.Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия / С.Н.Щелкунов. –
Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2008. – 514 с.
Информационные ресурсы
1 Инге-Вечтомов, С.Г. Введение в молекулярную генетику: учебное
пособие для вузов по специальности "Генетика": Допущено
Министерством высшего и среднего специального образования СССР /
С.Г. Инге-Вечтомов. – М.: Высшая школа, 1983. - 343 с. (Электронная
версия) Формат: PDF; Размер: 20Мб; Доступ: локальная сеть СФУ http://mail.lib.sfu-kras.ru/ft/ft_sfu/b28/0084557.pdf
2 Современные проблемы и методы биотехнологии [Электронный
ресурс] : электрон. Учеб. Пособие / Н. А. Войнов [и др.] ; Сиб. федерал.
Ун-т. – Версия 1.0. – Электронные данные (PDF ; 10 976 Кб). –
Красноярск: ИПК СФУ, 2009. – on-line. http://files.lib.sfukras.ru/ebibl/umkd/1323/u_manual.pdf
3 http: // www.biotechnolog.ru
9
Учебное издание
Афанасова Елена Николаевна
Биотехнология целевых продуктов
Методические указания к семинарским занятиям
Редактор И.О. Фамилия
Корректор И.О.Фамилия
Компьютерная верстка: И.О.Фамилия
Подписано в печать (дата) 2011 г. Формат 60х84/16. (А5)
Бумага офсетная. Печать плоская.
Усл. печ. л. ?? (количество страниц/16). Уч.-изд. л. ? ?.
Тираж 100 экз. Заказ ????. (Дает РИО)
Редакционно-издательский отдел
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Тел/факс (391) 244-82-31. E-mail [email protected]
http://rio.sfu-kras.ru
Отпечатано Полиграфическим центром
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а
10