Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

УТВЕРЖДАЮ

Начальник УМУ

_ В.И. Брагинский

«_»2012 г.

ПРОГРАММА

ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА ДЛЯ ПОСТУПАЮЩИХ

В МАГИСТРАТУРУ ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ

240700 - Биотехнология Кемерово 2012 Программа вступительного экзамена в магистратуру по направлению подготовки 240700 «Биотехнология» составлена в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования, утвержденным приказом Минобрнауки РФ от 22 декабря 2009 г. №808.

Программа вступительного экзамена утверждена на заседании ученого совета факультета многоуровневой подготовки протокол № от Декан факультета многоуровневой подготовки А.А. Крохалев Зав.кафедрой «Бионанотехнология», д.т.н. профессор А.Ю. Просеков Доцент кафедры «Бионанотехнология», к.т.н. О.В. Кригер «» _ 2012 г.

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ Настоящая программа служит для подготовки к вступительному междисциплинарному экзамену в магистратуру по направлению 240700 «Биотехнология».

Программа охватывает вопросы по комплексу дисциплин, изучаемых в пределах подготовки бакалавра по направлению 240700 «Биотехнология».

Поступающий в магистратуру по направлению «Биотехнология» должен показать владение знаниями специальных дисциплин по следующим вопросам основных разделов:

2. СОДЕРЖАНИЕ ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА

2.1. Предмет биотехнологии. Биотехнология как наука и сфера производственной деятельности. Основные этапы становления и развития биотехнологии.

Общая характеристика процессов и продуктов биотехнологии. Современная биотехнология как одно из важнейших направлений модернизации промышленного производства. Биотехнология как наукоемкая высокая технология, ее преимущества перед традиционными технологиями. Биотехнологизация народного хозяйства. Биотехнология и энергетика. Биотехнология и природные ресурсы. Биотехнология и новые методы анализа и контроля. Новые материалы, получаемые биотехнологическими методами. Биотехнология и интенсификация сельскохозяйственного производства. Биотехнология и пищевая, промышленность. Решение проблем экологии и охраны окружающей среды методами биотехнологии. Биотехнология и медицина. Производство лекарственных, профилактических и диагностических препаратов биотехнологическими методами.

2.2. Характеристика биологических агентов. Структура клетки и биохимическая характеристика основных субклеточных компонентов (нуклеиновые кислоты, белки, аминокислоты, углеводы, липиды).

Морфология и цитология клеток прокариот и эукариот. Общие структуры и отличительные черты клеток прокариот и эукариот. Строение и функции основных структурных элементов клеток. Нуклеоид, цитоплазматическая мембрана, поверхностные структуры, внутрицитоплазматические мембраны, цитоплазматические включения. Структуры обязательные и вариабельные. Генетический материал клеток, его организация. ДНК органелл. Плазмиды.

Ферменты. Строение ферментов. Общие представления о катализе. Регуляция активности ферментов.

2.3. Рост, развитие и размножение клеток. Основные понятия (рост, размножение, клеточный цикл, время генерации, фазы развития культур клеток).

Метаболизм биологических агентов. Общие понятия: Конструктивный метаболизм и анаболизм. Энергетический метаболизм и катаболизм. Связи между конструктивными и энергетическими процессами клетки. Дыхание клеток.

Аэробные и анаэробные процессы. Разнообразие процессов брожения. Оксигенный и аноксигенный фотосинтез. Конструктивный метаболизм. Автотрофия и гетеротрофия.

Регуляторные механизмы клетки. Основные принципы действия регуляторных механизмов клеток (индукция и репрессия, регуляция конечным продуктом, аллостерическая регуляция ферментов, кумулятивное ингибирование и.т.д.).

Механизмы, вызывающие изменение генетической информации клеток.

Общие понятия о наследственности и изменчивости. Мутагенез и селекция биологических агентов.

2.4. Биотехнологические системы производства. Общая схема биотехнологического производства и ее особенности. Характеристика биологических объектов, используемых в биотехнологии, их разнообразие. Питательные среды в биотехнологическом производстве. Оптимизация условий культивирования.

Понятие субстрата для роста клеток. Источники углерода. Источники азота: восстановленные и окисленные соединения азота, молекулярный азот. Источники серы и фосфора. Потребности клеток в металлах.

2.5. Методы культивирования биологических агентов.

Периодическое и непрерывное культивирование микроорганизмов. Условия культивирования культур клеток и тканей растительных и животных организмов.

Критерий подбора ферментаторов в зависимости от вида целевого продукта.

Выделение, концентрирование и очистка биотехнологических продуктов.

Методы отделения биомассы и культуральной жидкости (фильтрации, седиментации и центрифугирования). Внутриклеточные продукты метаболизма клеток. Методы получения.

Концентрирование и экстракция экзогенных продуктов. Сорбционная, ионообменная и аффинная хроматография. Получение конечного продукта и его стандартизация.

2.6. Выделение и очистка продуктов. Основные приемы фракционирования клеточных экстрактов и культуральных жидкостей. Физико-химические основы способов разделения компонентов клеточных экстрактов. Хроматографические методы фракционирования (распределительная хроматография, адсорбционная хроматография, ионообменная хроматография, гель-фильтрация, ион-парная хроматография, хроматография на обращенных фазах, аффинная хроматография).

Мембранные технологии фракционирования клеточных экстрактов. Выделение очищенных компонентов из растворов. Концентрирование (упаривание, мембранные технологии концентрирования, флотация осадков из разбавленных суспензий). Сушка растворов биологически активных веществ. Готовые формы биотехнологических продуктов. Добавки, используемые для придания конечному продукту необходимых потребительских качеств. Международные правила организации биотехнологических процессов. Правила GMP, GLP, GAP.

2.7. Микробная биотехнология. Биотехнологическое получение белка.

Обогащение растительных кормов микробным белком. Производство незаменимых аминокислот. Перспективы современной биотехнологии в области антибиотиков. Получение широкого спектра лекарственных препаратов биотехнологическим путем. Производство вакцин – перспективы развития. Микробиологическое получение органических кислот. Микроорганизмы и биоэнергетические продукты. Биогеотехнология металлов.

Использование процессов брожения для получения разнообразных пищевых продуктов.

2.8. Техническая биохимия и инженерная энзимология. Ферменты и их применение в биотехнологии. Иммобилизованные клетки и ферменты. Экономическая целесообразность и экологические преимущества их применения в биотехнологических процессах.

Микрокапсулирование ферментов как один из способов их иммобилизации.

Иммобилизация целых клеток микроорганизмов и растений. Моноферментные биокатализаторы на основе целых клеток.

Ферменты и белковые препараты в медицине. Применение иммобилизованных ферментов в пищевой промышленности.

2.9. Клеточная инженерия. Перспективы использования культивируемых клеток растений в биотехнологии. Культивирование клеток-продуцентов биологически активных веществ. Основные требования к составу питательных сред для микроорганизмов и культур эукариотических клеток. Различия в подходах к конструированию питательных сред для микробных культур и культур эукариотических клеток. Стерилизация питательных сред: цель и методы. Кинетика роста микробных культур. Основные кинетические параметры. Основные фазы роста культуры: лаг-фаза (фаза задержки роста), экспоненциальная (логарифмическая) фаза, предстационарная и стационарная фазы, фаза отмирания культуры. Периодическое и непрерывное культивирование. Аппаратурное оформление процесса культивирования микроорганизмов. Отделение биомассы продуцента от культуральной жидкости.

Каллусные и суспензионные культуры. Особенности метаболизма растительных клеток in vitro. Слияние протопластов и парасексуальная (соматическая) гибридизация высших растений. Алкалоиды и фитогормоны растительных клеток. Лекарственные препараты, получаемые на основе клеточных культур растений. Перспективы использования клеточных культур человека и животных в биотехнологии. Моноклональные антитела в биотехнологии и медицине.

2.10. Генетическая инженерия. Основные принципы технологии рекомбинантной ДНК. Внехромосомные генетические элементы - плазмиды и их функции у микроорганизмов, используемых в биотехнологических процессах. Основные физико-химические характеристики плазмид. Взаимодействие плазмид с геномом хозяина. Роль плазмидной и фаговой ДНК в генетическом конструировании продуцентов биологически активных веществ. Транспозоны и их использование в конструировании продуцентов. Направленный мутагенез (in vitro) и его значение при конструировании продуцентов. Понятие вектора в генетической инженерии. Векторные молекулы на основе плазмидной и фаговой ДНК. Химический синтез фрагментов ДНК. Методы секвенирования (определения последовательности нуклеотидов). Химический синтез гена. Ферменты, используемые в генетической инженерии. Рестриктазы. Классификация и специфичность. Последовательность операций при включении чужеродного гена в векторную молекулу. Перенос вектора с чужеродным геном в микробную клетку. Компетентные клетки.

Генетические маркеры. Методы идентификации и изоляции клонов с рекомбинантной ДНК. Обеспечение возможности экспрессии генов млекопитающих в микробной клетке. Обратная транскриптаза. Способы преодоления барьеров на пути экспрессии чужеродных генов. Стабилизация чужеродных белков (целевых продуктов) в клетке. Генетические методы, обеспечивающие выделение чужеродных белков в среду.

Микроорганизмы различных систематических групп: дрожжи, эубактерии, актиномицеты и др. как хозяева при экспрессии чужеродных генов. Специфические проблемы генетической инженерии при создании новых продуцентов белковых веществ, первичных и вторичных метаболитов как целевых биотехнологических продуктов.

Трансформация растительных клеток Ti- и Ri- плазмидами. Принципы и проблемы клонирования животных и человека.

2.11. Агробиотехнология. Основные взаимоотношения растений и микроорганизмов. Искусственные ассоциации с микроорганизмами как способ модификации растений. Выведение новых и улучшение существующих сортов растений.

Оздоровление растений. Методы получения трансгенных растений. Основные задачи, решаемые в сельском хозяйстве с помощью трансгенных растений.

Основные бактериальные удобрения. Эффективность применения в сельском хозяйстве. Получение инсектицидов на основе спорообразующих бактерий.

Технология получения микоинсектицидов и инсектицидов на основе вирусов.

Микробные фунгициды. Получение препаратов на основе грибов рода Trichoderma. Фунгициды, полученные на основе бактерий родов Pseudomonas, Bacillius, Streptomyces. Генетическая инженерия в совершенствовании биопрепаратов для защиты растений.

2.12. Пищевая биотехнология. Использование процессов брожения для получения целевых продуктов. Микроорганизмы в пищевой промышленности:

дрожжи, молочнокислые и пропионовокислые бактерии. Производство хлебопекарных дрожжей и хлебопродуктов. Пивоварение, виноделие. Получение молочнокислых продуктов. Производство кефира, творога, сыра. Консервирование овощей. Мясные и рыбные продукты. Совершенствование путей переработки сельскохозяйственных продуктов. Новые разновидности пищевых продуктов.

2.13. Экологическая биотехнология. Преимущества биотехнологических процессов перед традиционными технологиями для решения проблем экологии и охраны окружающей среды. Вклад биотехнологии в решение общих экологических проблем. Биотехнологические методы очистки твердых, жидких отходов и газообразных отходов производств. Сточные воды. Схемы очистки. Биофильтры, аэротенки, метантенки, окситенки. Активный ил и входящие в него микроорганизмы. Использование водорослей в очистке сточных вод. Создание, методами генетической инженерии, активных штаммов микроорганизмов – деструкторов ксенобиотиков и других токсических, химических соединений. Фитобиоремедиация. Биосенсоры как новые высокоспецифические методы анализа защиты окружающей среды.

2.14. Нанобиотехнология. Общая характеристика нанообъектов и наноструктур. Возможности нанобиотехнологии в медицине, компьютерной технологии, охране окружающей среды. Перспективы и проблемы развития нанотехнологий.

3. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бекер М.Е., Лиепиньш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. – М.: Агропромиздат, 1990. – 334 с.

2. Биотехнология: В 8 кн. / Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова. – М.:

Высшая шк., 1987. – 1-8 кн.: Кн.1 – 159 с.; Кн.2 – 206 с.; Кн.3 – 127 с.; Кн.4 – 112 с.; Кн.5 – 140 с.; Кн.6 – 142 с.; Кн.7 – 158 с.; Кн.8 – 142 с.

3. Биотехнология. Принципы и применение: Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. – М.: Мир, 1988. – 480 с.

4. Биотехнология микробных ферментов / Под ред. А.Г. Лобанка, Н.И. Астаповича, Р.В. Михайлова и др. – Минск: Наука и техника, 1989. – 204 с.

5. Габинская О.С. Основы биотехнологии: Учебное пособие. – Кемерово:

КемТИПП, 1996. – 54 с.

6. Голубев В.Н., Жиганов И.Н. Пищевая биотехнология. – М.: Делипринт, 2001.– 123 с.

7. Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов. - М..:

Агропромиздат, 1987. – 335 с.

8. Елинов Н.П. Основы биотехнологии: Для студентов институтов. – СПб:

Наука, 1995. – 600 с.

9. Елисеева С.И. Сырье и материалы хлебопекарного производства. – М., 1982.

10. Жеребцов Н.А., Антипова Л.В. Биохимия мяса и мясных продуктов: Учебное пособие. – М.: Пищевая промышленность, 1999.

11. Кислухина О., Кюдулас И. Биотехнологические основы переработки растительного сырья. – Каунас: Технология, 1997. – 183 с.

12. Микробные ферменты и биотехнология / Пер. с англ.; под ред. В.М. Фогарти. – М.: Агропромиздат, 1986.

13. Промышленная биология и успехи генетической инженерии / Пер. с англ.;

под ред. Г.К. Скрябина. – М.: Мир, 1984. – 176 с.

14. Просеков А.Ю. Генная инженерия / А.Ю. Просеков, О.О. Бабич. - М. : ООО "Редакция журнала "Достижения науки и техники АПК", 2010. - 216 с.

15. Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии: Учеб. пособ. для вузов. -М.: КолосС Химия, 2004.- 296 с.

16. Пищевая биотехнология: учебник для студ. вузов. Кн. 1. Основы пищевой биотехнологии / И. А. Рогов, Л. В. Антипова, Г. П. Шуваева. - М. : Колос, 2004. - 440 с.

17. Биотехнология: учебник для студ. вузов / ред. Е. С. Воронина. - СПб. : ГИОРД, 2005. - 703 с.

18. Артюхова С.И. Основы пищевой биотехнологии и нанотехнологии: учеб.

пособие / С.И.Артюхова, Ю.А.Гаврилова. – Омск: Изд-во ОмГТУ. 2010. – 19. Нетрусов А.И. Микробиология: учебник для студ. высш. учеб. заведений/ А.И.Нетрусов, И.Б.Котова. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 352 с.

ВОПРОСЫ

1. Микробиология как наука. Основные методы микробиологических исследований.

2. Микробная, растительная и животная клетки – основной объект биотехнологии. Строение и химический состав клетки.

3. Питание микроорганизмов.

4. Методы обнаружения и выделения микроорганизмов.

5. Рост развития микроорганизмов. Культивирование микроорганизмов.

6. Методы культивирования микроорганизмов.

7. Питательные среды и условия культивирования микроорганизмов.

8. Основы селекции микроорганизмов.

9. Виды взаимоотношений между микроорганизмами (симбиоз, комменсализм, синергизм, метабиоз, антагонизм, паразитизм, фагия).

10. Влияние абиотических факторов (температуры среды, влажности среды, химического состава среды, реакции среды, окислительновосстановительных условий среды, концентрации растворенных веществ в среде, лучистой энергии, ультразвука) на развитие микроорганизмов.

11. Методы микроскопирования микроорганизмов.

12. Методы санитарно – микробиологических исследований.

13. Сфера использования микроорганизмов.

14. Роль микроорганизмов в охране окружающей среды от загрязнений.

15. Санитарно-показательные микроорганизмы.

16. Микрофлора воды.

17. Микрофлора воздуха.

18. Микрофлора почвы.

19. Микробная порча пищевых продуктов.

20. Патогенные микроорганизмы - возбудители пищевых токсикозов.

21. Патогенные микроорганизмы, как возбудители пищевых и инфекционных заболеваний.

22. Основы промышленной гигиены и санитарии (понятие о гигиене, санитарии, дезинфекции, дезинсекции, дератизации, асептике, пастеризации, стерилизации, дезодорации).

23. Основные направления современной микробиологии.

24. Микробиологические процессы получение соединений различного назначения.

25. Пищевые производства, основанные на микробном метаболизме.

26. Микробиологическая очистка сточных вод и переработка отходов.

27. Биотехнология – новый этап в развитии микробиологии.

28. Характеристика основных биообъектов.

29. Объекты биотехнологии и их биотехнологические функции.

30. Важнейшие продукты биотехнологии (аминокислоты, ферменты, антибиотики, витамины, продукты брожения).

31. Выделение и культивирование микроорганизмов – продуцентов биомассы, органических кислот, этанола, аминокислот, антибиотиков.

32. Основные типы биотехнологических процессов – производства биомассы (на примере хлебопекарных дрожжей).

33. История развития генной инженерии.

34. Генетическая инженерия микроорганизмов.

35. Генетически модифицированные источники пищи. Генетический контроль за пищевой продукцией из генетически модифицированных источников.

36. Чужеродные вещества – ксенобиотики, их общая характеристика.

37. Опасности, связанные с загрязнениями пищевых продуктов чужеродными веществами химического происхождения из внешней среды (загрязнение токсичными металлами).

38. Опасности, связанные с загрязнениями пищевых продуктов чужеродными веществами химического происхождения из внешней среды (загрязнение радионуклидами).

39. Опасности, связанные с загрязнениями пищевых продуктов чужеродными веществами химического происхождения из внешней среды (загрязнение нитратами).

40. Опасности, связанные с загрязнениями пищевых продуктов чужеродными веществами химического происхождения из внешней среды (загрязнение пестицидами).

41. Опасности, связанные с загрязнениями пищевых продуктов чужеродными веществами химического происхождения из внешней среды (загрязнение микроорганизмами и их метаболитами).

42. Биологическое действие нитратов и нитритов на человеческий организм.

43. Понятие о ферментах, антителах, структурных белках.

44. Важнейшие производства промышленной биотехнологии.

45. Биологически активные добавки (пробиотики, пребиотики, синбиотики).

46. Важнейшие производства медицинской биотехнологии.

47. Важнейшие производства экологической биотехнологии.

48. Важнейшие производства сельскохозяйственной биотехнологии.

49. Биоэнергетика.

50. Биогеотехнология.

51. Биокоррозия промышленных и бытовых объектов и материалов.

52. Биотехнологическая очистка сточных вод.

53. Биотехнология в пищевой промышленности.

54. Перспективы развития промышленной биотехнологии.