uch_mikrobn_objekty_v_biotehnologii1

Белорусский государственный университет
« 29 » декабря
2015 г.
Регистрационный № УД -1308/уч.
Микробные объекты в биотехнологии
Учебная программа учреждения высшего образования
по учебной дисциплине для специальности:
1-31 01 03 Микробиология
2015 г.
Учебная программа составлена на основе ОСВО 1-31 01 03 и учебных планов
№ G31-129/уч. 2013 г. и № G31з-156/уч. 2013 г.
СОСТАВИТЕЛИ:
Ольга
Валентиновна
Фомина,
доцент
кафедры
микробиологии
биологического факультета Белорусского государственного университета,
кандидат биологических наук, доцент;
Владимир
Васильевич
Лысак,
декан
биологического
факультета
Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук,
доцент;
Денис Олегович Герловский, доцент кафедры микробиологии Белорусского
государственного университета, кандидат химических наук.
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ:
Кафедрой микробиологии Белорусского
(протокол № 7 от 9 ноября 2015 г.);
государственного
университета
Научно-методическим советом Белорусского государственного университета
(протокол № 2 от 11 ноября 2015 г.)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Биотехнология одна из наиболее древних и в то же время молодых и
эффективно развивающихся областей научной и производственной
деятельности человека. В основе достижений современной биотехнологии
лежат
исследования
тонких
механизмов
физиолого-биохимических
процессов, протекающих в живых системах, в результате которых
осуществляются выделение энергии, синтез и расщепление продуктов
метаболизма, формирование химических и структурных компонентов клетки.
Основными
объектами
биотехнологии
служат
представители
всех
таксономических групп микроорганизмов: вирусы, бактерии, простейшие,
грибы, водоросли, а также изолированные протопласты и субклеточные
структуры (ферменты, хромосомные и внехромосомные генетические
структуры). В настоящее время клеточная и генетическая инженерия лежат в
основе развития технологий получения биологически активных соединений
(ферментов,
витаминов,
гормональных
препаратов),
лекарственных
препаратов (антибиотиков, вакцин, сывороток, высокоспецифичных антител
и др.), кормовых добавок (белков, аминокислот), экологически безопасных
средств борьбы с загрязнением окружающей среды (биологическая очистка
воды, почвы и воздуха), защиты растений от вредителей и болезней, создания
новых штаммов микроорганизмов и т. д.
Целью учебной дисциплины является рассмотрение микроорганизмов как
объектов биотехнологии, а также основных принципов и подходов,
применяющихся для их эффективного использования в промышленном
производстве.
В задачи учебной дисциплины входит изучение структурно-функциональной
организации объектов биотехнологии, продукции основных практически
значимых метаболитов клеток микроорганизмов, а также принципов отбора
биотехнологически значимых форм для использования их в промышленном
производстве.
В
результате
изучения
дисциплины
обучаемый
должен:
знать:
структурно-функциональные
особенности
организации
объектов
биотехнологии;
- основные практически значимые метаболиты клеток микроорганизмов;
- принципы селекции продуцентов биологически активных соединений;
- принципы генной инженерии микроорганизмов;
- принципы клеточной инженерии микроорганизмов;
- основные направления использования микроорганизмов в промышленном
производстве.
уметь:
- анализировать практически полезные свойства объектов биотехнологии;
- использовать принципы, лежащие в основе улучшения свойств объектов
биотехнологии;
- давать оценку существующим производственным процессам и предлагать
возможные пути их усовершенствования.
Программа курса составлена с учетом межпредметных связей и программ
по смежным учебным дисциплинам («Микробиология», «Биохимия» и др.).
При чтении лекционного курса будут использоваться технические
средства обучения для демонстрации слайдов и презентаций, наглядные
материалы в виде таблиц и схем.
Теоретические
положения
лекционного
курса
развиваются
и
закрепляются на лабораторных занятиях, при выполнении которых студенты
знакомятся с современными методами отбора биотехнологически значимых
микроорганизмов для использования их в промышленном производстве.
При организации самостоятельной работы студентов по курсу следует
использовать комплекс учебных и учебно-методических материалов в
сетевом доступе (программу, методические пособия, список рекомендуемых
источников литературы и информационных ресурсов, задания в тестовой
форме и вопросы для самоконтроля, темы рефератов).
Эффективность самостоятельной работы студентов проверяется в ходе
текущего и итогового контроля знаний по отдельным разделам курса.
Изучение учебной дисциплины «Микробные объекты в биотехнологии»
должно обеспечить формирование у студента следующих компетенций:
АК-1. Уметь применять базовые научно-теоретические знания для решения
теоретических и практических задач.
АК-2. Владеть системным и сравнительным анализом.
АК-3. Владеть исследовательскими навыками.
АК-4. Уметь работать самостоятельно.
АК-5. Быть способным порождать новые идеи (обладать креативностью).
АК-6. Владеть междисциплинарным подходом при решении проблем.
АК-7. Иметь навыки, связанные с использованием технических устройств,
управлением информацией и работой с компьютером.
ПК-2. Осваивать новые модели, теории, методы исследования, разрабатывать
новые методические подходы.
ПК-3. Осуществлять поиск и анализ данных по изучаемой проблеме в
научной литературе, составлять аналитические обзоры.
ПК-4. Готовить научные статьи, сообщения, доклады и материалы к
презентациям.
ПК-7. Осуществлять поиск и анализ данных по изучаемой проблеме в
научно-технических и других информационных источниках.
В соответствии с учебным планом дневной формы обучения программа
учебной дисциплины рассчитана на 90 часов, в том числе 42 часа
аудиторных: 26 - лекционных, 12 - лабораторных занятий, 4 аудиторного контроля управляемой самостоятельной работы.
В соответствии с учебным планом заочной формы обучения программа
учебной дисциплины рассчитана на 90 часов, в том числе 14 часов аудиторных
(лекционных). Форма аттестации – зачет.
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
I.
ВВЕДЕНИЕ
История развития биотехнологии. Ключевые этапы в развитии
биотехнологии (революционные открытия в области химии и биологии).
Микроорганизмы как объекты биотехнологии, общая характеристика и
сферы их использования (пищевая и химическая промышленность, сельское
хозяйство, медицина, энергетика, охрана окружающей среды). Перспективы
развития биотехнологии.
II. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
ОРГАНИЗАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ
КАК ОБЪЕКТОВ БИОТЕХНОЛОГИИ
Клетка как структурно-функциональная единица микроорганизмов.
Особенности организации молекул ДНК, РНК, ферментов (первичная
структура, структура функциональных молекул). Особенности организации и
разнообразие систем метаболизма у микроорганизмов как основа их
практического
использования
(в
частности,
процессов
брожения,
биоэлектрокатализа,
синтеза
биологически
активных
соединений,
утилизации органических и неорганических субстратов).
III. ПРАКТИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫЕ МЕТАБОЛИТЫ
КЛЕТОК МИКРООРГАНИЗМОВ
Микробная
биомасса
как
целевой
продукт.
Промышленные
производства, основанные на получении микробной биомассы.
Практически значимые микробные метаболиты. Белки. Аминокислоты.
Ферменты (в частности, гидролитические и др.). Антиоксиданты.
Биополимеры (полисахариды). Органические кислоты. Витамины. Гормоны.
Антибиотики.
IV. ПРИНЦИПЫ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ МИКРООРГАНИЗМОВ
Принципы работы с молекулами ДНК (методы выделения, синтеза и
манипуляций с молекулами ДНК микроорганизмов). Векторные системы,
используемые
для
введения
генетического
материала
в
клетки
микроорганизмов (типы векторов на основе вирусных и плазмидных геномов
и принципы их конструирования). Методы введения векторных систем в
клетки микроорганизмов. Принципы отбора генетически модифицированных
микроорганизмов.
Биобезопастность
генетически
модифицированных
микроорганизмов.
V. ПРИНЦИПЫ КЛЕТОЧНОЙ ИНЖЕНЕРИИ
МИКРООРГАНИЗМОВ
Общие принципы метода иммобилизации клеток микроорганизмов
(типы
материалов,
использующихся
для
иммобилизации
клеток).
Иммобилизация клеток микроорганизмов как способ увеличения выхода
конечного продукта. Сферы использования иммобилизованных клеток
микроорганизмов.
VI. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ И ПРИНЦИПЫ ОТБОРА
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ
Основные требования, предъявляемые к объектам и биологическим
систем, используемым в биотехнологии. Скрининг природных продуцентов
биологически активных соединений (традиционные и современные методы
отбора). Методы гибридизации для отбора высокопродуктивных организмов
(конъюгация бактерий и грибов, слияние протопластов бактерий и грибов).
Мутагенез (in vivo, in vitro). Типы мутагенеза in vivo (химический,
физический). Мутагенез in vitro (транспозонный, направленный).
VII. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
МИКРООРГАНИЗМОВ И ПРОДУКТОВ ИХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
В ПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Энергетика. Возобновляемые источники энергии. Микроорганизмы как
источники получения энергии. Производство жидкого (этанол, бутанол,
ацетон, бионефть) и газообразного (водород, метан) топлива.
Пищевая
и
химическая
промышленность.
Микробиологическая
ферментации в пищевой и химической промышленности. Производство
белков и аминокислот, органических кислот, витаминов и биополимеров.
Биологически активные добавки (пробиотики).
Сельское хозяйство. Биоудобрения, биопестициды, биоинсектициды.
Биологические средства борьбы с заболеваниями сельскохозяйственных
растений и животных (бактериальные и грибные препараты).
Медицина.
Диагностика
заболеваний.
Терапия
(лекарственные
препараты нового поколения). Анализ (биоанализаторы и сферы их
применения).
Охрана
окружающей
среды.
Экологическая
биотехнология.
Биологические методы очистки сточных вод, газовоздушных выбросов,
утилизации
твердых
отходов,
биодеградации
ксенобиотиков.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
2.
3.
4.
5.
6.
7.
4
5
6
Введение
2
Структурно-функциональные
особенности
организации
микроорганизмов
как
объектов
биотехнологии
Практически
значимые
метаболиты
клеток
микроорганизмов
Принципы
генной
инженерии
микроорганизмов
Принципы
клеточной
инженерии
микроорганизмов
Основные
требования
и
принципы
отбора
биотехнологически
значимых
микроорганизмов
Основные
направления
использования
микроорганизмов
и
продуктов
их
жизнедеятельности
в
промышленном
производстве
2
2
4
8
4
2
4
4
2
6
2
7
8
Форма контроля знаний
3
Иное
Семинарские
занятия
2
Лабораторные
занятия
Практические
занятия
1
1.
Название раздела, темы
Лекции
Номер раздела, темы
Количество аудиторных часов
Управляемая
самостоятельная работа
Дневная форма получения высшего образования
9
Устный опрос,
защита рефератов
Устный опрос,
защита рефератов
Устный опрос,
защита рефератов
Устный опрос,
защита рефератов
Устный опрос,
защита рефератов
Устный опрос,
защита рефератов
Письменная
работа,
коллоквиум
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
2.
3.
4.
5.
6.
7.
2
Структурно-функциональные
особенности
организации
микроорганизмов
как
объектов
биотехнологии
Практически
значимые
метаболиты
клеток
микроорганизмов
Принципы
генной
инженерии
микроорганизмов
Принципы
клеточной
инженерии
микроорганизмов
Основные
требования
и
принципы
отбора
биотехнологически
значимых
микроорганизмов
Основные
направления
использования
микроорганизмов
и
продуктов
их
жизнедеятельности
в
промышленном
производстве
2
2
2
2
2
2
5
6
7
8
Форма контроля знаний
4
Иное
3
Лабораторные
занятия
Семинарские
занятия
2
Введение
Практические
занятия
1
1.
Название раздела, темы
Лекции
Номер раздела, темы
Количество аудиторных часов
Управляемая
самостоятельная работа
Заочная форма получения высшего образования
9
Устный опрос,
защита рефератов
Устный опрос,
защита рефератов
Устный опрос,
защита рефератов
Устный опрос,
защита рефератов
Устный опрос,
защита рефератов
Устный опрос,
защита рефератов
Устный опрос,
защита рефератов
ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ЛИТЕРАТУРА
Основная:
1. Волова Т. Г. Биотехнология / Т. Г. Волова Новосибирск: Из-во СО РАН,
1999.
2. Глик Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б.
Глик, Дж. Пастернак. М.: Мир, 2002.
3. Горбунов. Ю. Основы генетической инженерии и биотехнологии / Ю.
Горбунов, Г. Медведев, Н. Минина Издательство: ИВЦ Минфина, 2010.
4. Загоскина. И. В. Биотехнология. Теория и практика / Н. В. Загоскина,
Л. В. Назаренко, Е. А. Калашникова, Е. А. Живухина. Издательство:
Оникс, 2009.
5. Рыбчин В.Н. Основы генетической инженерии / В. Н. Рыбчин. СанктПетербург: Изд-во СПбГТУ, 2002.
6. Сингер М. Гены и геномы / М. Сингер, П. Берг. М.: Мир, 1998.
7. Современная микробиология: Прокариоты / Под ред. Й. Ленгелера, Г.
Древса, Г. Шлегеля. М.: Мир, 2005.
Дополнительная:
1. Безбородое, А. М. Ферментативные процессы в биотехнологии / А. М.
Безбородое, Н. А. Загустина, В. О. Попов. Издательство: Наука, 2008 г.
2. Даниел. А. В. Биотехнология и окружающая среда: Биосистемный
подход/А. В. Даниел. Издательство: Academic Press, 2010.
3. Дроздова. Т.Е. Теоретические основы прогрессивных технологий /Т.Е.
Дроздова. Москва: МГОУ, 2001.
4. Дроздова. Т.Е. Основы биотехнологии / Т.Е.Дроздова, Е.П. Иванова
Москва: МГОУ, 2001.
5. Клунова. С. М. Биотехнология / С М. Клунова, Т. А. Егорова, Е. А.
Живухина
Серия:
Высшее
профессиональное
образование.
Издательство: Академия, 2010.
6. Микроэлементы в окружающей среде. Биогеохимия, биотехнология и
биоремедиация / Под редакцией М. Н. В. Прасада, К. С. Саджвана, Р.
Найду. Издательство: ФИЗМАТЛИТ, 2009.
7. Рогов. И. А. Пищевая биотехнология / И. А. Рогов, Л. В. Антипова, Г.
П. Шуваева. Издательство: КолосС, 2004.
8. Сапунов. В.Б. Экология человека / В.Б. Сапунов. Санкт-Петербург:
РГГМУ, 2007.
9. Терентьвв. В. И. Биотехнология очистки воды / В. И. Терентьев, Н. М.
Павловец . Издательство: Гуманистика, 2003.
10.Шевченко.
Т.М Химия и окружающая среда / Т.М. Шевченко, Л.А.
Шевченко. Кемерово: КузГТУ, 2005.
ПЕРЕЧЕНЬ КОНТРОЛЬНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ УПРАВЛЯЕМОЙ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
1. Основные направления использования микроорганизмов и продуктов их
жизнедеятельности в промышленном производстве 2 ч.
2. Основные требования и принципы отбора биотехнологически значимых
микроорганизмов 2 ч.
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ
Для текущего контроля качества усвоения знаний студентами используется
следующий диагностический инструментарий:
-
письменные контрольные работы по отдельным темам курса;
устные опросы при защите лабораторных работ;
тестирование;
защита подготовленного студентом реферата.
ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
1.
Структурно-функциональные особенности организации микроорганизмов
как объектов биотехнологии 2 ч.
2.
Практически значимые метаболиты клеток микроорганизмов 8 ч.
3.
Принципы генной инженерии микроорганизмов 2 ч.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Для организации самостоятельной работы студентов по курсу следует
использовать современные информационные технологии: разместить в сетевом
доступе комплекс учебных и учебно-методических материалов (программа,
методические
указания
к
лабораторным
занятиям,
список
рекомендуемой литературы и информационных ресурсов, задания в тестовой
форме для самоконтроля и др.).
Эффективность самостоятельной работы студентов целесообразно
проверять в ходе текущего и итогового контроля знаний в форме устного
опроса, коллоквиумов, тестового компьютерного контроля по темам и разделам
курса (модулям). Для общей оценки качества усвоения студентами учебного
материала рекомендуется использование рейтинговой системы.
ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМЫХ СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ
Учебным планом специальности 1-31 01 03 Микробиология в качестве
формы итогового контроля по учебной дисциплине предусмотрен зачет.
В качестве средств текущего контроля знаний студентов рекомендуются:
- защита индивидуальных заданий при выполнении лабораторных работ;
- защита подготовленного студентом реферата;
- устные опросы;
- письменные контрольные работы;
- компьютерное тестирование.
ПРОТОКОЛ СОГЛАСОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ УВО
Название учебной Название
Предложения
об Решение,
дисциплины,
с кафедры
изменениях
в принятое
которой требуется
содержании учебной кафедрой,
согласование
программы
разработавшей
учреждения высшего учебную
образования
по программу
(с
учебной дисциплине
указанием даты и
номера протокола
1. Микробиология микробиологии Отсутствуют
Утвердить
Зав. кафедрой
согласование
В.А. Прокулевич
протокол № 7 от
9 ноября 2015 г.
2. Биохимия
Биохимии
Отсутствуют
Зав. кафедрой
И.В. Семак
Утвердить
согласование
протокол № 7 от 9
ноября 2015 г.