РАЗДЕЛ 1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Требования к студентам

РАЗДЕЛ 1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
1.1.
Требования к студентам
Приступая к изучению предмета, студент должен иметь опыт
наблюдения, описания, идентификации, классификации, культивирования
биологических
объектов;
знать
принцип
системной
организации,
дифференциации и интеграции функций организма, регуляторные механизмы
обеспечения гомеостаза живых систем.
Студент должен знать особенности строения и функционирования
основных систем органов животных и человека; иметь представление о
молекулярных механизмах физиологических процессов, принципах регуляции
обмена веществ, принципах восприятия, передачи и переработки информации в
организме.
Студенту необходимо владеть методами исследования и анализа живых
систем, знать проявления фундаментальных свойств организма наследственности и изменчивости на всех уровнях организации живого
(молекулярном, клеточном, организменном и популяционном, иметь
представление о генетике популяций и эволюционной генетике, генетике
человека, методах селекции, иметь представление о структуре гена, принципах
и методах генетического анализа, мутагенезе, мутагенных эффектах природных
и антропогенных факторов.
Студент должен знать химию и физику нуклеиновых кислот, белков,
метаболизм углеводов, липидов и азотистых соединений, ферметативную
кинетику, физико-химические механизмы ферментативного катализа; владеть
физико-химическими
методами
исследования
макромолекул;
иметь
представление о методах выделения и исследования субмикроскопических
структур,
методах
культивирования
клеток;
знать биохимические
характеристики основных субклеточных компонентов, метаболические пути,
клеточный цикл и его регуляцию.
Необходимо
знать
основные
черты
строения,
метаболизма,
закономерности воспроизведения, специализации клеток, основные черты
строения, развития, функционирования и эволюции тканей животных и
растений, типы тканей. Знать систематику микроорганизмов, морфологию,
особенности культивирования и метаболизма разных групп микроорганизмов;
владеть
основными
биохимическими,
молекулярно-биологическими,
иммунологическими
и
микробиологическими
методами
и
уметь
квалифицированно поставить и реализовать экспериментальную задачу в
основных областях физико-химической биологии.
1.2. Краткая характеристика данной дисциплины
Курс «Биоинженерия» дает представление о состоянии и развитии
современных технологий продукции биологических и биогибридных объектов
с заранее заданными свойствами. Особое внимание уделяется рассмотрению
методических подходов к выделению и культивированию микроорганизмов,
клеток животных и растений с целенаправленным изменением и поддержанием
необходимых фенотипических свойств. Отдельное внимание уделено вопросам
безопасности при работе с трансгенными и клонированными культурами.
Программа ориентирована на понимание возможностей решения прикладных
задач медицины, промышленности и сельского хозяйства.
Программа курса составлена с учетом межпредметных связей и программ
по смежным дисциплинам химического и биологического профиля (разделы
биологии, химии и физико-химической биологии, биохимия, биофизика и др.).
Предмет изучается на 6-м и 7-м семестрах специалитета, завершается
экзаменом.
1.3. Цели изучения дисциплины:
Целью дисциплины является обучение специалиста в области
биоинженерии и биоинформатики теоретическим и практическим основам
биоинженерии.
1.4. Учебные задачи дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен овладеть
следующими компетенциями:
- владеть основными методами защиты производственного персонала и
населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий
(ОК- 16);
- способность грамотно и самостоятельно проводить теоретическую и
экспериментальную
научно-исследовательскую
работу
в
области
биоинженерии и смежных дисциплин, а также оформлять ее в письменной
форме, излагать в устной форме, и участвовать в различных формах дискуссий
(ПК-1);
- способность проводить производственно-технологическую деятельность в
области биоинженерии и смежных дисциплин (ПК-2);
- способность осуществлять организационно-управленческую деятельность в
области биоинженерии и смежных дисциплин (ПК-3);
- способность заниматься преподавательской деятельностью в области
биоинженерии и смежных дисциплинах на основе знаний принципов
педагогической деятельности и умения формировать и излагать учебный
материал (ПК-4);
- способность порождать новые идеи, выявлять фундаментальные проблемы,
формулировать задачи, связанные с реализацией профессиональных функций,
использовать для их решения методы изученных им наук (ПК-7);
- способность на научной основе организовать свой труд, владение методами
сбора, хранения систематизации и обработки информации, в том числе
статистическими и компьютерными методами, применяемыми в сфере его
профессиональной деятельности (ПК-8);
- знать распорядительные документы, методические и нормативные
материалы в области своей профессиональной деятельности и уметь их
использовать при организации и планировании работ по специальности (ПК- 9);
- способность к проведению лабораторных работ и знает требования техники
безопасности и приемов оказания первой помощи при несчастных случаях (ПК12);
- способность проводить экспериментальные работы с клетками и
культурами клеток и владеет методами исследования и анализа живых систем, а
также математическими методами обработки результатов биологических
исследований (ПК-16);
- способность применять методы биоинженерии для получения новых знаний
и для получения биологических объектов с целенаправленно измененными
свойствами, применять современные методы исследований; определять
актуальность целей и задач и практическую значимость исследования;
проводить анализ результатов и методического опыта исследования
применительно к общей фундаментальной проблеме в избранной области (ПК17);
- способность хорошо ориентироваться в основных проблемах и задачах
биологии, физико-химической биологии, биоинженерии и использовать эти
знания в экспериментальной и теоретической деятельности (ПК-18);
- способность проводить наблюдения, описания, идентификации,
классификации, культивирования биологических объектов, выделять и
исследовать субмикроскопические структуры, использовать методические
приемы для целенаправленного изменения природных генов и геномов (ПК20);
- способность владеть приемами экспериментальной работы с клетками и
культурами
клеток,
физико-химическими
методами
исследования
макромолекул, методами исследования и анализа живых систем,
математическими
методами
обработки
результатов
биологических
исследований, опытом лабораторных работ, основами биоинженерии,
необходимыми для создания биоинженерных объектов (ПК-21);
- способность использовать основные физико-химические методы
исследования, применяемые в области физико-химической биологии и
биоинженерии (ПК-23);
- способность использовать специализированные знания фундаментальных
разделов математики, физики, химии, экологии для проведения исследований в
области биоинженерии и смежных дисциплин (ПК-24).
1.5. Формы работы студентов
Формами работы студентов являются лекции, лабораторные работы,
выполнение модульных контрольных работ, контрольное тестирование,
самостоятельная работа.
1.6. Виды контроля.
Текущий: контроль при выполнении лабораторных работ и итоговых
протоколов, решение кейс-задач.
Промежуточный: контрольные работы по трем модулям, контрольное
тестирование, подготовка докладов.
Итоговый: зачет (6 семестр) и экзамен (7 семестр).
1.7. Методика формирования результирующей оценки
Учебным планом по данной дисциплине предусмотрен экзамен.
Максимальное количество баллов, которое может набрать студент, 100.
За выполнение заданий текущего и промежуточного контроля студент
может набрать максимальное количество баллов:
За первый модуль – 30 баллов.
За второй модуль – 30 баллов.
За третий модуль – 40 баллов.
Сумма баллов складывается следующим образом: полный ответ на
семинарском занятии – 2 балла, дополнение на семинарском занятии – 1 балл,
доклад на семинарском занятии – до 3-х баллов, проверочная работа на лекции
– до 2-х баллов, модульная контрольная работа – 10 баллов.
При успешном освоении курса студент, набравший 60 баллов или более,
может быть освобожден от экзамена и получить оценку, в соответствии с
количеством набранных им баллов.
РАЗДЕЛ 2. СТРУКТУРА ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Всего часов (общая трудоемкость в часах)
252
В.ч.
Аудиторных занятий
100
Из них лекций
32
Семинарских/практических занятий
0
Лабораторных занятий
68
Практикумов
0
Самостоятельных занятий
152
Изучение основной и дополнительной
литературы
34
Написание курсовых работ, эссе, рефератов
24
Выполнение письменных домашних заданий,
расчетов, проектов
34
Выполнение контрольных работ, тестов
24
Подготовка к экзамену, экзамен
36
РАЗДЕЛ 3. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Тема
Основы
клеточной
инженерии
Принципы
работы
с
клеточными
культурами
Методы
работы с
внутриклето
чными и
надмолекуля
рными
структурами
Содержание
(перечень дидактических единиц)
Разделение клеток много-клеточных организмов и
их культивирование. Современные методы
микроскопии и анализа изображений. Световая,
электронная, конфокальная микроскопия. Теория
и практика проточной цитометрии. Принципы
работы флуоресцентно-активируемых клеточных
сортеров.
Вид занятий
Форма занятий
Аудиторные
Клеточный цикл и методы его изучения. Способы
синхронизации клеточных культур. Методы
гибридизации клеток микроорганизмов и
соматических клеток животных и растений.
Создание гибридом и получение моноклональных
антител. Методы иммобилизации клеток
животных, растений и микроорганизмов.
Возможности применения иммобилизованных
клеток.
Методы пересадки клеточных культур
экспериментальным животным.
Методы разделения и фракционирования
внутриклеточных органелл. Принципы работы с
мембранными структурами клеток. Принципы
выделения мембранных белков. Метод аффинной
пертурбации плотности. Методы изучения
надмолекулярных внутриклеточных структур.
Современные приемы изучения метаболизма
клеток. Методы и принципы хромосомной и
Аудиторные
Лекции
Лабораторные
занятия
изучение
литературы,
электронных
ресурсов,
письменные
домашние работы,
тестирование
Лекции
Лабораторные
занятия
изучение
литературы,
электронных
ресурсов,
письменные
домашние работы,
тестирование
Самостоятельны
е
Самостоятельны
е
Аудиторные
Самостоятельны
е
Кол-во
часов
2
6
16
4
8
18
Лекции
Лабораторные
занятия
4
изучение
литературы,
электронных
ресурсов,
16
6
Форма контроля
опрос, проверка
домашних заданий,
тестирование, кейсзадачи
опрос, проверка
домашних
заданий,
тестирование, кейсзадачи
опрос, проверка
домашних
заданий,
тестирование, кейсзадачи
геномной инженерии.
Проблемы и перспективы биоинженерии
растений. Характеристика и сравнение основных
"модельных" растений, используемых в
молекулярно-биологических исследованиях.
Методы выделения и культивирования клеток
растений.
Особенности генно-инженерных работ с
растительными геномами. Методы введения
молекул ДНК в клетки растений. Принципы
создания молекулярных векторов растений.
Стабильность гибридных молекул ДНК в
культивируемых клетках растений.
Векторные системы растений на основе вирусов.
Вирус мозаики цветной капусты как
молекулярный вектор.
Векторные системы растений на основе плазмид
семейства pTi.
Клонировани Принципы и методы клонирования растений.
е и получение Принципы и методы получения трансгенных
трансгенных растений. Вопросы безопасности работ с
трансгенными растениями. Принципы и методы
растений.
управления экспрессией генов растений. Методы
управления урожайностью растений и
устойчивостью к биогенным и абиогенным
повреждениям. Создание и сохранение новых
сортов. Современные подходы к возобновлению
лесных ресурсов. Принципы гидропонной
техники.
Проблемы и перспективы биоинженерии
Основы
биоинженери животных. Характеристика и сравнение основных
Основы
биоинженери
и растений
Аудиторные
Самостоятельны
е
Аудиторные
Самостоятельны
е
Аудиторные
письменные
домашние работы,
тестирование
Лекции
4
Лабораторные
занятия
8
изучение
18
литературы,
электронных
ресурсов,
письменные
домашние работы,
тестирование
опрос, проверка
домашних
заданий,
тестирование, кейсзадачи
Лекции
4
Лабораторные
занятия
8
изучение
18
литературы,
электронных
ресурсов,
письменные
домашние работы,
тестирование
опрос, проверка
домашних
заданий,
тестирование, кейсзадачи
Лекции
Лабораторные
опрос, проверка
домашних
4
"модельных" животных, используемых в
молекулярно-биологических исследованиях.
Методы выделения и культивирования клеток
животных.
Методы введения молекул ДНК в клетки
животных. Принципы создания молекулярных
векторов животных. Стабильность гибридных
молекул ДНК в культивируемых клетках
животных.
Вирус SV40 как молекулярный вектор
млекопитающих.
Создание внехромосомных гибридных молекул
ДНК на основе генома вируса папилломы быка.
Применение аденовирусов в качестве
молекулярных векторов млекопитающих.
Создание молекулярных векторов млекопитающих
на основе вирусов семейства герпеса.
Экспрессирующие векторы млекопитающих на
основе поксвирусов.
Бакуловирусы как векторы высокоэффективной
экспрессии чужеродных генов в клетках
млекопитающих. Ретровирусные молекулярные
векторы млекопитающих.
Клонировани Принципы и методы клонирования животных.
е и получение Принципы и методы получения трансгенных
трансгенных животных. Вопросы безопасности работ с
трансгенными животными. Принципы и методы
животных.
управления экспрессией генов животных. Методы
регуляции продуктивности сельскохозяйственных
животных. Регуляция пола. Современные подходы
к созданию и сохранению новых пород
и животных
Самостоятельны
е
Аудиторные
Самостоятельны
е
занятия
8
изучение
16
литературы,
электронных
ресурсов,
письменные
домашние работы,
тестирование
заданий,
тестирование, кейсзадачи
Лекции
4
Лабораторные
занятия
8
изучение
16
литературы,
электронных
ресурсов,
письменные
домашние работы,
тестирование
опрос, проверка
домашних
заданий,
тестирование, кейсзадачи
Основы
биоинженери
и
микроорганиз
мов (на
примереE.
coli
Генноинженерные
системы на
основе
микрооргани
змов.
Цели и методы создания промышленных штаммов
микроорганизмов. Селекционный метод
повышения эффективности штаммов-продуцентов
биологически активных веществ, пищевых и
кормовых продуктов. Генная инженерия как метод
получения микроорганизмов с заранее заданными
свойствами.
Генно-инженерная система Escherichia coli.
Методы введения молекул ДНК в E. coli.
Характеристика молекулярных векторов E. coli:
плазмидные векторы, векторы на основе ДНК фага
лямбда, космиды, фазмиды, векторы на основе
нитевидных фагов и фага Т4. Обеспечение
экспрессии чужеродных генов в E. coli и секреции
чужеродных белков из нее. Конструирование
штаммов-продуцентов низкомолекулярных
соединений на основе E. coli.
Проблемы, возникающие при синтезе в бактериях
эукариотических белков и пути их преодоления.
Генно-инженерные системы грамотрицательных
бактерий, не относящихся к роду Escherichia.
Генно-инженерные системы грамположительных
бактерий рода Bacillus. Методы введения молекул
ДНК в клетки Bacillus. Характеристика
молекулярных векторов Bacillus. Обеспечение
экспрессии чужеродных генов в клетках Bacillus и
секреции их из клеток. Генно-инженерные
системы грамположительных бактерий, не
относящихся к роду Bacillus. Конструирование
штаммов-продуцентов новых антибиотиков на
основе бактерий рода Streptomyces. Генноинженерная система дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Общая характеристика генетической
Аудиторные
Самостоятельны
е
Аудиторные
Самостоятельны
е
Лекции
4
Лабораторные
занятия
8
изучение
16
литературы,
электронных
ресурсов,
письменные
домашние работы,
тестирование
опрос, проверка
домашних
заданий,
тестирование, кейсзадачи
Лекции
4
Лабораторные
занятия
8
изучение
16
литературы,
электронных
ресурсов,
письменные
домашние работы,
тестирование
опрос, проверка
домашних
заданий,
тестирование, кейсзадачи
организации дрожжей-сахаромицетов. Методы
введения молекул ДНК в клетки Saccharomyces
cerevisiae. Молекулярные векторы дрожжейсахаромицетов и их отличия от бактериальных
векторов. Клонирование чужеродных генов в
клетках S. cerevisiae. Продукция чужеродных
белков и их секреция из клеток S. cerevisiae.
Особенности культивирования генно-инженерных
штаммов микроорганизмов. Пути повышения
стабильности гибридных молекул ДНК в
искусственных штаммах микроорганизмов.
Вопросы безопасности в микробной
биоинженерии и влияние искусственных штаммов
на природные микробные сообщества.
Проблемы и перспективы применения
микроорганизмов с заданными свойствами в
биогеотехнологии.
РАЗДЕЛ 4. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
1. Предметная область, основная проблематика и разделы
биоинженерии как раздела современной биотехнологии.
2. Принципы разделения и культивирования клеток.
3. Современные методы регистрации и анализа изображений в
биоинженерии.
4. Принципы и задачи проточной цитометрии. Принципы работы
флуоресцентно-активируемых клеточных сортеров.
5. Методы изучения клеточного цикла. Способы синхронизации в
культурах клеток.
6. Методы гибридизации клеток. Создание гибридом и получение
моноклональных антител.
7. Методы иммобилизации клеток и возможности их применения в
биоинженерии.
8. Методы разделения и принципы работы с внутриклеточными
структурами.
9. Методы изучения надмолекулярных внутриклеточных структур.
10. Технологии пересадки клеточных культур экспериментальным
животным.
11. Основные проблемы биоинженерии растений. Характеристика
основных
"модельных"
растений
в
молекулярно-биологических
исследованиях.
12. Методы выделения и культивирования клеток растений.
13. Особенности генно-инженерных работ с растительными геномами.
14. Векторные системы растений на основе вирусов.
15. Принципы и методы клонирования растений.
16. Принципы и методы получения трансгенных растений.
17. Вопросы безопасности работ с трансгенными растениями.
18. Методы управления урожайностью растений и устойчивостью к
биогенным и абиогенным повреждениям.
19. Основные проблемы биоинженерии животных. Характеристика и
сравнение основных "модельных" животных в молекулярно-биологических
исследованиях.
20. Методы выделения и культивирования клеток животных.
21. Принципы создания молекулярных векторов животных.
22. Применение аденовирусов в качестве молекулярных векторов
млекопитающих.
23. Ретровирусные молекулярные векторы млекопитающих.
24. Принципы и методы клонирования животных.
25. Принципы и методы получения трансгенных животных.
26. Вопросы безопасности работ с трансгенными животными.
27. Методы регуляции продуктивности наиболее распространенных
сельскохозяйственных животных.
28. Основные проблемы биоинженерии микроорганизмов.
29. Методы повышения эффективности штаммов-продуцентов
биологически активных веществ, пищевых и кормовых продуктов.
30. Генная инженерия как метод получения микроорганизмов с точно
заданными свойствами.
31. Генно-инженерная система грамотрицательной бактерии Escherichia coli.
32. Генно-инженерная система грамотрицательной бактерии, не
относящихся к роду Escherichii.
33. Конструирование штаммов-продуцентов новых антибиотиков на
основе бактерий рода Streptomyces.
34. Генно-инженерные системы грамположительных бактерий рода Bacillus.
35. Генно-инженерные системы грамположительных бактерий, не
относящихся к роду Bacillus.
36. Проблемы, возникающие при синтезе в бактериях эукариотических
белков и пути их преодоления.
37. Генно-инженерная система дрожжей Saccharomyces cerevisiae.
38. Особенности культивирования генно-инженерных штаммов
микроорганизмов.
39. Вопросы безопасности в микробной биоинженерии и влияние
искусственных штаммов микроорганизмов на природные микробные
сообщества.
40. Проблемы и перспективы применения микроорганизмов с
заданными свойствами в биогеотехнологии.
РАЗДЕЛ 5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПРОГРАММЫ
5.1. Список литературы:
Базовый учебник/учебное пособие
1. Биотехнология: учебник для студ. вузов / С.М. Клунова, Т.А.
Егорова, Е.А. Живухина, - М.: Академия, 2010. – 256 с.
Основная литература.
1. Балдаев Н.С. Биоинженерия. Методическая разработка для студентов
специальности 070100 "Биотехнология". - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2005. 66 с.
2. Бейли Дж., Оллис Д.. Основы биохимической инженерии в 2-х т.т.,
Пер. с англ. - М., Мир, 1989. - (692с., 590 с.)
3. Воронин Е.С., Тихонов И.В., Рубан Е.А. Биотехнология: учебник. М.: ГИОРД, 2005 . – 792 с.
4. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология пер. с англ.
Под ред. д.б.н., проф. Н. К. Янковского М., Мир, 2002, 589 с.
5. Егорова, Т.А. Основы биотехнологии: учеб. пособие для студ. вузов.
– М., 2006. – 208 с.
6. Сердюк И., Заккаи Н., Заккаи Дж. Методы в молекулярной
биофизике / В 2-х т.т. – М.: Книжный дом Университет, 2010. – (568 с., 736
с.).
7. Финкельштейн А. В., Птицын О. Б. Физика белка: курс лекций. - М.:
Книжный дом Университет, 2002. – 376 с.
8. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия / В 2-х ч.ч. – Ч.2. Новосибирск: Изд-во НГУ. – 1997. - 400 с.
Дополнительная литература
1. Гнатик Е.Н. Генетика человека: былое и грядущее. 2-е изд. – М.:
URSS, 2010. – 280 с.
2. Иммобилизованные клетки и ферменты. П/р. Дж. Вудворда, М.,
«Мир», 1988. – 180 с.
3. Курчанов Н.А. Генетика человека с основами общей генетики: учеб.
пособие для студ. вузов. – СПб., 2006. – 176 с.
4. Малый практикум по физиологии растений / Под ред. акад. А. Т.
Мокроносова. - М.: Мзд-во МГУ, 1994. – 183 с.
5. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж., Молекулярное клонирование,
М., Мир, 1984
6. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов:
учебник для вузов. Под ред. Ю.А. Ершова. – М., 2002. – 560 с.
7. Попова Т.Е. Биотехнология и социум: ИИЕиТ РАН. – М., 2000. - 108
с.
8. Практикум по вирусологии Колл. авт. Под ред. акад. И. Г. Атабекова
М., МГУ, 2002, 184 с.
9. Сазыкин Ю.О. Биотехнология: учеб. пособие для студ. вузов. – М.,
2007. – 256 с.
10. Шевелуха, В.С.Сельскохозяйственные биотехнологии. – Изд-во
Высшая школа, 2009. – 364 с.
11. Lundin, S. Gene Technology and Economy: Susanne Lundin [et al.]; ed.
by S. Lundin and L. Akesson. – Lund, 2002. – 118 p.
5.2. Реестр электронных библиотечных ресурсов
Интернет-ресурсы
№ Электронный адрес
1. http://www.fbb.msu.ru/
2.
3.
4.
5.
6.
Название ресурса
Официальный сайт факультета
биоинженерии и биоинформатики
МГУ
им.
М.В.
Ломоносова
(свободный
доступ
к
образовательным ресурсам)
http://www.biengi.ac.ru/
Общирный электронный научнообразовательный ресурс Научного
центра «Биоинженерия» РАН
http://www.fp7-bio.ru/biotech/nkt-bio/ Общирный электронный научнообразовательный
ресурс
Российского
Национального
Контактного
Центра
"Биотехнология,
сельское,
хозяйство и пища" в 7-й Рамочной
Программе EC
http://www.biorosinfo.ru/
Профессиональный сайт Общества
биотехнологов России им. Ю.А.
Овчинникова
http://www.publicСовременный
учебник
по
liceum.ru/biblioteka/mediateka/biolog клеточной
и
молекулярной
y/biology_198.html
инженерии
http://www.biotechnolog.ru/
Частный
открытый
сайт
по
современным биотехнологиям Н.
Кузьминой (США)
5.3. Ссылка на ПТК «УМКа»
http://umka.volsu.ru/newumka3/