[ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА
ФАКУЛЬТЕТ БИОТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
АСПИРАНТУРА
Программа кандидатского экзамена по
03.01.06
специальности 03.01.06 «Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)»
УТВЕРЖДАЮ
Ректор МИТХТ _А.К. Фролкова Протокол заседания Ученого Совета МИТХТ № 4 от 28.11. 2011гПРОГРАММА КАНДИДАТСКОГО ЭКЗАМЕНА
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ
03.01.06 «Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)»Программа рассмотрена и рекомендована к использованию на зaседании кафедры БТи БНТ «23» сентября 2011 (протокол № 2) и на Ученом Совете факультета биотехнологии и органического синтеза «17»октября (протокол № 2) Должность Фамилия/ Подпись Дата Начальник управления аспи- Голованова Т.И.
Проверил рантуры и докторантуры Доцент, к.х.н. Кириллова Ю.Г.
Разработал Стр. 1 из
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА Программа кандидатского экзамена по специальности 03.01.06 «Биотехнология 03.01. (в том числе бионанотехнологии)»Введение В основу настоящей программы положены сведения из ряда отраслей наук, описывающих функционирование и перспективы развития современных направлений биотехнологии и биотехнологии. При сдаче кандидатского экзамена следует ориентироваться только на те разделы программы, которые соответствуют выбранному в диссертации направлению. Данная программа представляет собой базовую часть кандидатского экзамена по специальности 03.01.06 «Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)».
Дополнительная часть кандидатского экзамена по специальности разрабатывается индивидуально для каждого аспиранта или соискателя с учетом области его научных исследований и тематики диссертационной работы. Дополнительная программа утверждается Ученым Советом факультета.
Программа разработана в связи с изменением номенклатуры специальностей научных работников (утверждена приказом Минобрнауки РФ от 25.02.2009 г. № 59) 1. История развития биотехнологии и основные ее аспекты Полидисциплинарность современных биотехнологий. Биотехнология как направление научнотехнического прогресса, опирающееся на междисциплинарные знания - биологические (генетика, биохимия, биофизика, микробиология, вирусология, физиология клеток растений и животных и др.), химические (химическая технология, физическая (биофизическая) химия, органическая химия, биоорганическая химия, компьютерная и комбинаторная химия и др.), технические (процессы и аппараты, системы контроля и управления, автоматизированные комплексы, моделирование и оптимизация процессов и др.).
Понятие биотехнологии как технологического приема получения модифицированных биообъектов с целью придания им новых свойств и/ или способности производить новые вещества.
Основные области применения современной биотехнологии и основные ее аспекты (биологические, химические, технологические). Научные основы инженерного оформления биотехнологии.
2. Биологические аспекты биотехнологии 2.1. Общая биология, микробиология и физиология клеток Определение жизни и свойства живого. Уровни организации живой материи. Клетка как основа наследственности и воспроизведения. Строение ядра и его роль в наследственности. Химический состав клетки (нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды, липиды, нуклеопротеиды, гликопротеиды, липопротеиды, пептидогликаны, полифосфаты, минеральные компоненты и вода).
Строение и функции клетки (различия клеток прокариот и эукариот). Строение клеточной стенки бактерий.
Обмен веществ как совокупность пластического и энергетического обменов. Жизненный цикл клеток и типы клеточного деления (амитоз, митоз, мейоз).
Законы Менделя и их интерпретация с точки зрения хромосомной теории наследственности.
Наследственность и изменчивость. Формы изменчивости.
Основные положения эволюционной теории Ч. Дарвина, ее отличия от теории Ламарка. Формы отбора, типы видообразования, основные пути эволюции.
Стр. 2 из
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА Программа кандидатского экзамена по специальности 03.01.06 «Биотехнология 03.01. (в том числе бионанотехнологии)»Молекулярные основы организации хромосомы. Функции ДНК, гистонов, РНК в клеточном метаболизме. Сцепление и кроссинговер. Рекомбинация у бактериофагов.
Положение микроорганизмов среди других организмов. Сапрофиты, паразиты, патогенные формы. Принципы классификации бактерий: эубактерии, цианобактерии, архебактерии. Общая биология протистов: водоросли, простейшие. Грибы. Вирусы. Вирусные инфекции, лизогения.
Механизм поступления в клетки эукариотов и прокариотов экзогенных веществ. Физиология питания. Элементы питания, их значение для процесса биосинтеза. Разнообразие типов питания микроорганизмов (автотрофия, гетеротрофия, фотолитотрофия, фотоорганотрофия, хемолитотрофия, хемоорганотрофия). Разнообразие источников углерода, азота, фосфора, серы и других элементов, используемых микроорганизмами.
Теория лимитирования и ингибирования роста клеток элементами питания.
Физиология энергетического обмена: использование клетками энергодающих процессов, их эффективность и зависимость от условий среды. Экономический коэффициент и его связь с условиями роста.
Взаимодействие клеток и среды, влияние внешних физических и физико-химических факторов на рост и биосинтез у микроорганизмов. Норма и стресс, проблема сохранения способности к сверхсинтезам.
Физиология отмирания.
Связь структуры и функции. Функциональная цитология, вопросы дифференциации и условия, ее вызывающие.
Способы культивирования микроорганизмов (периодическое, непрерывное, иммобилизация клеток и ферментов).
Смешанные культуры, консорциумы. Принципы их культивирования.
Метаболизм микроорганизмов. Взаимосвязь биосинтетических и энергетических процессов.
Понятие «биологическое окисление». Особенности электронотранспортных систем микроорганизмов. Анаэробные процессы окисления. Анаэробное дыхание. Брожение.
Аэробное дыхание. Разнообразие субстратов, окисляемых микроорганизмами (природные биополимеры, углеводороды, ксенобиотики и др.). Полное аэробное окисление субстрата, неполное окисление и трансформация органических субстратов. Окисление неорганических субстратов. Особенности бактериального фотосинтеза.
Биосинтетические процессы. Ассимиляционная нитратредукция, сульфатредукция, азотфиксация.
Основные мономеры конструктивного метаболизма. Пути образования и дальнейшего их использования. Значение цикла трикарбоновых кислот и глиоксилатного шунта в конструктивном метаболизме.
Синтез липидов, полисахаридов и других компонентов клетки. Практическое значение этих процессов. Образование микроорганизмами биологически активных веществ: ферментов, антибиотиков, витаминов, токсинов. Первичные и вторичные метаболиты. Их роль в природе.
Практическое использование.
Селекция, генетические основы селекции. Понятие о генотипе и фенотипе. Наследственность, изменчивость, отбор микроорганизмов. Рекомбинация. Понятие о генетике популяций и популяционной изменчивости. Методы селекции. Селекция микроорганизмов. Производственный ферментатор как экологическая ниша.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
03.01. Биосфера и распространение микроорганизмов. Участие микроорганизмов в круговоротах углерода, азота, кислорода, серы. Формы взаимоотношений микроорганизмов.2.2. Молекулярная биология и генетика клеток Понятие гена в «классической» и молекулярной генетике, его эволюция. Вклад методологии генной инженерии в развитие молекулярной генетики. Прикладное значение генной инженерии для биотехнологии.
Молекулярные основы наследственности.
Природа генетического материала. Особенности строения генетического материала про- и эукариот. Транскрипция ДНК, ее компоненты. РНК-полимераза и промотор. Трансляция, ее этапы, функция рибосом. Генетический код и его свойства. Репликация ДНК и ее генетический контроль. Рекомбинация, ее типы и модели. Механизмы репарации ДНК. Взаимосвязь процессов репликации, рекомбинации и репарации.
Мутационный процесс. Роль биохимических мутантов в формировании теории «один ген один фермент». Классификация мутаций. Спонтанный и индуцированный мутагенез. Классификация мутагенов. Молекулярный механизм мутагенеза. Идентификация и селекция мутантов. Супрессия: внутригенная, межгенная и фенотипическая.
Внехромосомные генетические элементы. Плазмиды, их строение и классификация. Половой фактор F, его строение и жизненный цикл. Роль фактора F в мобилизации хромосомного переноса. Образование доноров типа Hfr и F. Механизм конъюгации. Бактериофаги, их структура и жизненный цикл. Вирулентные и умеренные бактериофаги. Мигрирующие генетические элементы: транспозоны и IS-последовательности, их роль в генетическом обмене.
Исследование структуры и функции гена.
Элементы генетического анализа. Цис-транс-комплементационный тест. Генетическое картирование. Физический анализ структуры гена. Рестрикционный анализ. Методы секвенирования.
Выявление функции гена.
Регуляция экспрессии генов. Концепции оперона и регулона. Контроль на уровне инициации транскрипции. Промотор, оператор и регуляторные белки. Позитивный и негативный контроль экспрессии генов. Контроль на уровне терминации транскрипции. Полярный эффект и его супрессия. Катаболитоконтролируемые опероны: модель лактозного оперона. Аттенюаторконтролируемые опероны: модель триптофанового оперона. Мультивалентная регуляция экспрессии генов. Посттранскрипционный контроль.
Основы генной инженерии.
Механизм генных мутаций, генетический контроль. Ферменты рестрикции и модификации.
Выделение и клонирование генов. Векторы для молекулярного клонирования. Принципы конструирования рекомбинантных ДНК и их введения в реципиентные клетки.
3. Химические аспекты биотехнологии 3.1. Биоорганическая химия и биохимия Основные объекты исследования биоорганической химии. Методы исследования: химические, физические, физико-химические, биохимические. Компьютерная химия. Синтез и выделение продуктов, установление строения, изучение взаимосвязи между химическим строением и биологической активностью (биологической функцией) соединений.
Белки. Аминокислоты как мономерные структурные единицы белков и пептидов. Стереохимия.
Проекция Фишера. Уровни структуры белков. Первичная структура: методы определения поСтр. 4 из
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
03.01. следовательности аминокислот, секвенаторы. Вторичная структура белков: альфа- и бетаструктуры. Третичная и четвертичная (субъединичная) структуры белков. Роль водородных, ионных, дисульфидных связей, гидрофобных взаимодействий. Денатурация (обратимая, необратимая) белков. Понятие о регуляторных белках.Нуклеиновые кислоты. ДНК и РНК. Структурные компоненты. Типы связей. Пространственная структура полимерных цепей. Двойная спираль ДНК. Комплементарность оснований. Методы определения нуклеотидной последовательности в нуклеиновых кислотах. Рестрикция, рестриктазы. Химико-ферментативный синтез олиго- и полинуклеотидов.
Биосинтез нуклеиновых кислот. Ферменты биосинтеза. Понятие о транскрипции, обратная транскриптаза.
Углеводы. Моносахариды. Строение и стереохимия. Альдозы, кетозы. Ациклические и циклические структуры моносахаридов. Пиранозы, фуранозы, альфа- и бета-аномеры. Понятие о конформации. Пентозы (рибоза, арабиноза, ксилоза), гексозы (глюкоза, манноза, галактоза). Дезоксисахара (фукоза, 2-дезоксирибоза), аминодезоксисахара, уроновые кислоты, сиаловые кислоты. Моносахариды как структурные мономерные единицы олиго- и полисахаридов. Структурный анализ олиго- и полисахаридов. Функции олиго- и полисахаридов. Понятие о лектинах. Целлюлоза, крахмал, гликоген. Углеводсодержащие смешанные биополимеры. Гликопротеины, пептидогликаны, тейхоевые кислоты.
Липиды. Классификация липидов. Нейтральные липиды, фосфолипиды, сфинголипиды. Структурные компоненты липидов. Жирные кислоты. Высшие спирты, альдегиды. Полиолы, глицерин, миоинозит. Стереохимия липидов. Липопротеиды. Понятие о строении биологических мембран. Липосомы.
Низкомолекулярные биорегуляторы - коферменты и витамины: НАД, НАДФ, ФМН, ФАД, тиаминпирофосфат, липоевая кислота, АТФ, биотин, аскорбиновая кислота, фолиевая кислота, пантотенат кальция, кобаламины. Каскад арахидоновой кислоты. Простагландины. Биогенные амины: ацетилхолин, серотонин и др.
Антибиотики как природные антиметаболиты. Пенициллины, цефалоспорины, тетрациклины, аминогликозиды, противоопухолевые антибиотики. Полусинтетические антибиотики.
Ферменты и их биохимическая роль. Классификация и номенклатура. Активные центры ферментов. Субстратная специфичность. Факторы, обеспечивающие ферментативный катализ.
Роль металлов в функционировании ферментов. Ингибиторы: обратимые (конкурентные, неконкурентные), необратимые. Обратимая и необратимая денатурация ферментов. Способы иммобилизации ферментов на различных носителях.
Внутри- и внеклеточные ферменты.
Метаболический фонд микробных клеток. Общие представления об анаболизме и катаболизме.
Основные пути ассимиляции субстратов: белков, жиров, углеводов, аминокислот, углеводородов, спиртов, органических кислот, минеральных компонентов. Гликолиз и брожение. Цикл Кребса, регуляция активности ферментных систем в цикле. Гексозомонофосфатный путь превращения углеводов. Энергетическая эффективность цикла Кребса и гликолиза. Цепь переноса электронов, окислительное фосфорилирование в дыхательной цепи. Биосинтез через ацетилКоА. Функции НАДН+ и НАД(Ф)Н+ в реакциях синтеза.
Биосинтез белков, роль нуклеиновых кислот. Рибосомный путь биосинтеза.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
03.01. Принципы биоэнергетики. Пути и механизмы преобразования энергии в живых системах. Образование АТФ и других макроэргических соединений в клетках. Роль АТФ и трансмембранной р а з н о с т и электрохимических потенциалов (ТЭП) в трансформации и запасании энергии в клетке. Мембранная биоэнергетика: ионные насосы, первичные и вторичные генераторы ТЭП. Понятие об энергетическом заряде и энергетической эффективности роста. Основные типы сопряжения катаболических и анаболических процессов.Аэробное дыхание. Дыхательная цепь. Основные виды акцепторов электронов. Типы брожения. Системы субстратного фосфорилирования.
Биосинтетические процессы в клетке. Биосинтез биополимеров: белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов. Основные этапы процессов, их организация в клетках про- и эукариот. Биосинтез липидов, биогенез биомембран. Биосинтез cахаров, L-аминокислот, нуклеотидов, витаминов (коферментов). Вторичные метаболиты. Азотфиксация.
Фотосинтез. Основные типы процессов, доноры электронов. Бесхлорофилльный фотосинтез.
Фоторецептор.
Регуляция метаболизма. Определение, уровни регуляции. Регуляция репликации ДНК и биосинтеза белков. Регуляция транскрипции. Регуляция трансляции. Посттрансляционная модификация. Регуляция активности ферментов путем обратимой ковалентной модификации. Регуляция активности путем нековалентного взаимодействия с эффекторами. Регуляция клеточного деления. Взаимодействие регуляторных механизмов при управлении скоростью роста клеток.
Транспорт субстратов и продуктов. Механизмы клеточной проницаемости: физическая диффузия, «облегченная» диффузия, первичный и вторичный активный транспорт. Организация транспортных систем. Способы сопряжения транспорта с энергией метаболизма. Регуляция транспортных процессов. Секреция и экскреция. Мембранная регуляция. Регуляция на уровне генома.
3.2. Биофизическая химия Термодинамические расчеты биохимических реакций.
Теплота и свободные энергии, влияние температуры, рН и природы растворителей. Основные понятия термодинамики необратимых процессов: степень полноты реакции, некомпенсированная теплота и сродство. Сопряженные реакции. Обмен энергией и энтропией между клеткой и средой.
Кинетические основы ферментативных процессов.
Стационарная кинетика ферментативных реакций, уравнение Михаэлиса-Ментен. Влияние ингибиторов и активаторов на скорость ферментативных реакций. Температурная и рНзависимость активности ферментов, инактивация ферментов.
Кинетические основы микробиологических процессов.
Кинетическое описание процесса роста микроорганизмов. Экспоненциальная модель роста.
Уравнение Моно-Иерусалимского. Математическое описание периодической, турбидостатной и хемостатной культуры. Кинетическое описание смешанных культур. Кинетика гибели микроорганизмов. Кинетическое описание биосинтеза продуктов микроорганизмами.
Мембранный потенциал. Редокс-потенциалы в биологических системах. Перенос вещества через мембраны. Мембранное равновесие, уравнение Доннана. Буферные смеси и их биологическая роль.
Адсорбция и поверхностные явления в биологических системах. Основные принципы хроматографии, ее применение.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
03.01. Микробные популяции как коллоидные системы, стабилизация и коагуляция, седиментация.Высокомолекулярные биологические коллоидные системы, свойства растворов белков и полисахаридов. Физико-химические свойства гелей, роль гелей в биологических объектах.
4. Технологические аспекты биотехнологии 4.1. Методы биотехнологии Основные биообъекты биотехнологии: промышленные микроорганизмы, клетки и ткани растений, животных и человека, биокатализаторы, в том числе реконструированные продуценты биологически активных веществ (селекция, метод рекомбинантных ДНК, гибридомная технология).
Сырье для биосинтеза и оценка его биологической ценности.
Основные источники углерода, азота, фосфора, микроэлементов. Исследование новых источников сырья (включая вопросы его предварительной обработки), разработка новых питательных сред, в том числе включающих биостимуляторы и другие элементы управления и оптимизации процессов биосинтеза. Методы оптимизации питательных сред.
Типовые технологические приемы и особенности культивирования микроорганизмов, клеток и тканей растений, животных и человека. Непрерывные процессы культивирования. Теория хемостата.
Автоселекция в хемостате.
Полунепрерывные (fed batch culture) и периодические процессы культивирования.
Кинетическое описание периодического культивирования.
Удельные скорости роста биомассы, биосинтеза продукта и потребления субстратов. Понятие о С-моле биомассы. Влияние затрат субстрата на поддержание жизнедеятельности, на величину кажущегося экономического коэффициента.
Модели кинетики биосинтеза продуктов метаболизма в зависимости от удельной скорости роста, возраста культуры, концентрации субстратов и метаболитов в среде.
Принципы масштабирования процессов ферментации. Критерии масштабного перехода.
Особенности получения иммобилизованных биообъектов и их применение в биотехнологии.
Диффузионные ограничения при использовании иммобилизованных ферментов и клеток.
Методы контроля специфических параметров процесса ферментации.
Типовые технологические приемы стадии выделения и очистки продуктов биосинтеза.
Флотация клеток и белковых продуктов из культуральной жидкости. Экстрагирование продуктов биосинтеза из биомассы микроорганизмов жидкостями и суперкритическими жидкостями. Центробежная экстракция лабильных продуктов из культуральной жидкости.
Сушка лабильных биопродуктов и живых биопрепаратов.
Тестирование биологически активных веществ по типовым схемам.
Вопросы надежности и безопасных условий эксплуатации, контроля биопроцесса, охраны окружающей среды.
Современные подходы к созданию ресурсо- и энергосберегающих биотехнологий.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
03.01. 4.2. Области применения современной биотехнологии Феноменологическое описание технологий 4.2.1. Биотехнологии для сельскохозяйственного производства (сельскохозяйственная биотехнология) Конструирование модифицированных генно-инженерных (трансгенных) растений. Технологии генной инженерии растений. Создание растений, устойчивых к болезням и вредителям. Повышение продуктивности растений. Создание растений с улучшенными питательными свойствами. Проблемы и перспективы.Качество, безопасность и сертификация генмодифицированного сырья и пищевых продуктов на их основе.
Применение генной инженерии в животноводстве (трансгенные животные как «биореакторы» биологически активных веществ).
4.2.2. Биотехнологии для кормовой базы животноводства Производство кормового белка-белка одноклеточных микроорганизмов. Промышленные штаммы-продуценты. Сырьевая база. Требования, предъявляемые к качеству готового продукта. Биомасса промышленных микроорганизмов как сырье для получения широкой гаммы продуктов различного назначения. Использование технологии утилизации различных отходов (целлюлозосодержащие материалы, молочная сыворотка, отходы пищевых и рыбоперерабатывающих производств).
Микробиологическое производство ферментных препаратов для кормопроизводства.
Микробиологическое производство индивидуальных L-аминокислот кормового назначения.
Микробиологическое производство кормовых антибиотиков.
Микробиологическое производство концентратов витаминов кормового назначения.
Производство вакцин для животноводства.
Производство пробиотиков для животноводства.
4.2.3. Производство микробных препаратов для растениеводства Биотехнологии бактериальных и грибных средств защиты растений от вредных насекомых (инсектициды, фунгициды).
Биотехнологии антибиотиков против корневой гнили и мучнистой росы.
Биотехнологии бактериальных удобрений.
Производство стимуляторов роста растений гормональной природы.
Достижения биотехнологии в области создания свободного от вредной микрофлоры посадочного материала (рассады).
4.2.4. Биотехнологии для пищевой и легкой промышленности Микробиологическое производство индивидуальных органических кислот (лимонная, яблочная, аспарагиновая кислоты).
Микробиологическое производство ферментных препаратов. Использование ферментов микробного происхождения для пищевой промышленности: производство пищевого этанола, виноматериалов, пива, хлебопекарских дрожжей; производство ферментных препаратов (ренниноподобные протеиназы, глюкоизомеразы, бета-галактозидазы, бета-фруктофуранозидазы);
производство препаратов, основанное на переработке биологического сырья, в том числе и биомасс промышленных микроорганизмов (препараты биологически активных добавок, содержащих смеси аминокислот, пептидов, витаминов и микроэлементов; пищевкусовые добавки;
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
03.01. концентраты и изоляты белковых веществ); производство подсластителей - заменителей сахара (глюкозо-фруктозные сиропы, аспартам); производство консервантов (низина).Использование ферментов для текстильных, кожевенных технологий, при производстве стиральных порошков.
4.2.5. Медицинская биотехнология (биотехнология для медицины) Использование методов иммобилизации биообъектов в медицинских биотехнологиях и в диагностике заболеваний. Основы современной иммунобиотехнологии. Гибридомная технология.
Использование антител для очистки биологических жидкостей. Типы вакцин и их конструирование. Культуральные и генно-инженерные вакцины. Производство сывороток. Современные прививочные препараты. Препараты на основе живых культур микроорганизмов (нормофлоры и пробиотики). Иммуносенсоры. Производство биосенсоров на основе ферментов. Диагностические средства in vitro для клинических исследований. Производство пробиотиков.
Производство ферментов медицинского назначения. Создание ферментов с помощью методов генной инженерии. Производство препаратов на основе смеси L-аминокислот для перорального и парентерального питания. Технологии лекарственных препаратов на базе стабильных адресных липосом. Конструирование и производство генно-инженерного инсулина.
Другие генно-инженерные лекарства и препараты.
Производство иммуномодуляторов, иммуностимуляторов и иммунодепрессантов.
Микробиологическое производство антибиотиков различных классов для медицины. Полусинтетические антибиотики.
Микробиологическое производство витаминов для здравоохранения.
Технологии продуктов трансформации органических соединений ферментами микробных клеток: сорбит в производстве аскорбиновой кислоты; гидрокортизон и превращение его в преднизолон; продукты дегидрирования, восстановления и гидроксилирования стероидов; продукты окисления производных индола и пиридина.
Технологии культивирования in vitro клеток и тканей растений для получения фитопрепаратов и лечебно-профилактических добавок.
4.2.6. Биотехнологии получения энергоносителей для энергетики Микробиологическое производство возобновляемых источников энергии: низших спиртов, ацетона, метана биоконверсией органических отходов и растительного сырья. Микробиологическое производство водорода.
4.2.7. Биотехнологии для нефте- и горнодобывающей и обогатительной промышленности Геомикробиология и экология нефте- и угледобычи. Бактериальное выщелачивание химических элементов из руд, концентратов и горных пород, обогащение руд, биосорбция металлов из растворов. Удаление серы из нефти и угля. Повышение нефтеотдачи. Удаление метана из угольных пластов. Подавление биокоррозии нефтепроводов.
Производство био- и фоторазлагаемых конструкционных пластмасс для промышленной энергетики.
4.2.8. Биотехнологические методы защиты окружающей среды (экологическая биотехнология) Антропогенные факторы химического и биологического загрязнения окружающей среды. Органические ксенобиотики, соединения азота, серы, фосфора, тяжелые металлы и радионуклиды.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
03.01. Биологические методы для решения задач охраны окружающей среды. Основные биохимические пути микробиологической трансформации загрязняющих веществ. Микроорганизмы - биодеструкторы.Биологическая очистка сточных вод. Принципиальные схемы очистных сооружений. Основные принципы работы, методы и сооружения аэробной и анаэробной биологической очистки сточных вод и переработки промышленных отходов.
Утилизация диоксида углерода с помощью микроорганизмов.
Биологические методы очистки воздуха. Биологическая дезодорация газов. Основные методы и принципиальные конструкции установок.
Биоремедиация и биологическая очистка природных сред. Основные подходы. Создание технологий для восстановления окружающей среды с использованием модифицированных генно-инженерных микроорганизмов. Разработка биотехнологических способов уничтожения химического оружия.
Биологическая переработка твердых отходов. Биодеструкция природных и синтетических полимерных материалов. Компостирование. Вермикультура.
Биологическая коррозия и биоциды.
Мониторинг окружающей среды. Методы биотестирования и биоиндикации в мониторинге.
5. Научные основы инженерного оформления биотехнологий 5.1. Стерилизация технологических потоков и оборудования Классификация производств биосинтеза по отношению к контаминации. Возможные пути проникновения посторонней микрофлоры в биореактор. Асептическое культивирование. Методы отделения и деструкции контаминантов, их сравнительный анализ.
Способы стерилизации жидкостей, твердых субстратов и воздуха. Термическая стерилизация.
Критерии стерилизации, их расчет для изотермического, непрерывного и нестационарных условий. Аппаратурное оформление стадий. Деконтаминация воздуха и оборудования в производственных помещениях.
5.2. Материальный и энергетический балансы процесса биосинтеза Стехиометрия микробиологического синтеза. Методы расчета стехиометрических коэффициентов и составление материального баланса стадии биосинтеза.
Влияние условий культивирования продуцента на тепловыделение, величину экономического коэффициента и степень утилизации субстрата. Потребление кислорода микроорганизмами.
Массопередача кислорода от воздуха к клеткам. Концентрационные «ямы». Массопередача углекислого газа. Массообменные характеристики ферментационного оборудования. Пенообразование и пеногашение. Перемешивание при ферментации и его виды.
Массообменный и тепловой расчеты биореакторов: по областям применения, по условиям проведения процессов биосинтеза.
Основное ферментационное оборудование, его виды и предварительный подбор.
Биореакторы периодические и непрерывно действующие, полного смешения, полного вытеснения и промежуточного типа.
Биореакторы для осуществления асептических, условно-асептических и неасептических операций.
Классификация биореакторов по способу ввода энергии: аппараты с механическим перемешиванием, барботажный, эрлифтный.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
03.01. Методы определения величины коэффициента массопередачи в биореакторах различной конструкции.5.3. Основы моделирования биореакторов Этапы моделирования. Параметры моделирования и их сопоставление. Моделирование по вводимой удельной энергии, по интенсивности массопереноса кислорода.
Исследование и разработка принципов и алгоритмов оптимального компьютерного проектирования биотехнологических систем.
5.4. Описание основного оборудования для выделения, концентрирования и очистки продуктов биосинтеза с целью получения готовых товарных форм препаратов Оборудование для разделения микробных суспензий, жидкой и твердой фазы (центрифуги осадительного и фильтрующего типа с периодической и с непрерывной выгрузкой осадка; суперцентрифуги; сепараторы для фильтрования и отжима осадков).
Оборудование для концентрирования культуральных жидкостей и нативных растворов вакуумвыпариванием (аппараты с восходящей и падающей пленкой; роторно-пленочные испарители).
Оборудование для проведения процессов осаждения (влияние начальной концентрации осаждаемого вещества, температуры на скорость образования осадка). Оборудование для проведения процессов экстракции из твердой фазы и органическим растворителем (влияние соотношения фаз, времени контакта фаз на эффективность процесса).
Оборудование для баромембранного разделения и очистки продуктов биосинтеза и воздуха (микрофильтрация, ультрафильтрация; обратный осмос; селективность баромембранных процессов; концентрация гелеобразования).
Оборудование для хроматографического концентрирования и разделения компонентов нативного раствора (ионный обмен и гель-фильтрация; очистка продуктов биосинтеза на гидрофобных сорбентах).
Оборудование для сушки биотехнологической продукции (сушилки распылительные, вальцово-ленточные, барабанные, кипящего слоя, пневматические, сублимационные, вакуумные и вакуумные с подбросом давления).
Оборудование для очистки газо-воздушных выбросов и сточных вод (трубы Вентури, скрубберы мокрой очистки, отстойники, биофильтры, аэротенки, окситенки, метантенки).
5.5. Принципы регулирования, контроля и автоматического управления процессами биосинтеза Создание и эксплуатация приборов, систем измерения физико-химических, физиологических и биофизических параметров, компьютеризированных технологических комплексов.
6. Бионанотехнологии, биофармацевтические технологии.
Бионанотехнологии. Молекулярное узнавание. Диагностикумы. Методы анализа. Биосенсоры. Системы доставки лекарственных препаратов Понятие лекарственного вещества. Основные проблемы лекарства: селективность, длительность действия, безвредность. Связь структуры вещества и его физиологической функции.
Химическое строение пептидов и белков, сходство и различие. Химическая модификация пептидов и белков. Реакция восстановительного аминирования. Восстановители. Создание амидной связи. Активация карбоксильной группы в синтезе пептидной связи. Буферные сисСтр. 11 из
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
03.01. темы. Методы физико-химического анализа пептидов и белков. Масс-спектрометрия MALDI и ESI. Атомно-силовая микроскопия. Биологические полимеры. Строение сиаловой кислоты.Методы оценки биологической активности белков.
Различные типы наночастиц. Методы исследования наночастиц. Концепция применения наносомальных форм. Стелс-технология. Закономерности распределения наночастиц в организме. Наиболее перспективные области применения.
Канцерогенез, трансформация клеток, синтез цитотоксических конъюгатов, методы химиотерапии, иммунопрофилактика раковых заболеваний, иммунология опухолей Использование методов иммобилизации биообъектов в медицинских биотехнологиях и в диагностике заболеваний. Основы современной иммунобиотехнологии. Гибридомная технология.
Использование антител для очистки биологических жидкостей. Типы вакцин и их конструирование. Культуральные и генно-инженерные вакцины. Производство сывороток. Современные прививочные препараты. Препараты на основе живых культур микроорганизмов (нормофлоры и пробиотики). Иммуносенсоры. Производство биосенсоров на основе ферментов. Диагностические средства in vitro для клинических исследований. Производство пробиотиков.
Производство ферментов медицинского назначения. Создание ферментов с помощью методов генной инженерии. Производство препаратов на основе смеси L-аминокислот для перорального и парентерального питания. Технологии лекарственных препаратов на базе стабильных адресных липосом. Конструирование и производство генно-инженерного инсулина.
Другие генно-инженерные лекарства и препараты. Производство иммуномодуляторов, иммуностимуляторов и иммунодепрессантов. Микробиологическое производство антибиотиков различных классов для медицины. Полусинтетические антибиотики. Микробиологическое производство витаминов для здравоохранения.
Основная литература 1. Варфоломеев, С. Д. Химическая энзимология / С. Д. Варфоломеев. – М. : Изд. центр «Академия», 2005. – 472 с.
2. Глик, Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение : пер. с англ. / Б.
Глик, Дж. Пастернак. – М. : Мир, 2002. – 590 с.
3. Сингер, М. Гены и геномы : в 2-х т., пер. с англ. / М. Сингер, П. Берг. – М. : Мир, 1998. – 764 с.
4. Ройт, А. Иммунология : пер. с англ. / А. Ройт, Дж. Бростофф, Д. Мейл. – М. : Мир, 2000. – 592 с.
5. Щелкунов, С. Н. Генетическая инженерия : 2-е изд., испр. и доп. / С. Н. Щелкунов. – Новосибирск : Сибирское университетское издательство, 2004. – 496 с.
6. Textbook of drug design and discovery : Third edition / Ed. P. Krogsgaard, L. T. Lijefors, U.
Madsen. – London : Taylord and Francis, 2002. – 572 p.
7. Молекулярная и клеточная биотехнология. Сборник учебных программ профильных дисциплин магистерской программы 550822 // Сост. Швец В.И., Пшеничникова А.Б., Сорокоумова Г.М. – М. : ИПЦ МИТХТ, 2006. – 56 с.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
03.01. 8. Молекулярная и клеточная биотехнология. Сборник учебных программ профильных дисциплин магистерской программы 550822 // Сост. Швец В.И., Пшеничникова А.Б., Сорокоумова Г.М. – М. : ИПЦ МИТХТ, 2006. – 56 с.Дополнительная литература 1. Каркищенко, В. Междисциплинарные исследования в медицине / В. Каркищенко, Ю. Горшкова. – М. : Техносфера, 2007. – 368 с.
2. Нолтинг, Б. Новейшие методы исследования биосистем : пер. с англ. / Б. Нолтинг. – М. : Техносфера, 2005. – 256 с. – ISBN 5-94836-044-6.
3. Эггинс, Б. Химические и биологические сенсоры : пер. с англ. / Б. Эггинс. – М. : Техносфера, 2005. – 336 с. – ISBN 5-94836-045-8.
4. Физическая химия. Принципы и применение в биотехнологических науках : пер. с англ. / И. Тиноко, К. Зауэр, Дж. Вэнг, Дж. Пачлисн. – М. : Техносфера, 2005. – 774 с.
5. Молекулярная биология клетки : в 3-х т., 2-е изд., перераб. и доп., пер. с англ. / Б. Альбертс, Д. Брейт, Дж. Льюис, М. Рэфф., К. Робертс, Дж. Уотсон. М. : Мир. – Т. 1, 1994.
– 517 с. – ISBN 5-03-001985-5; Т. 2, 1993. – 539 с. – ISBN 5-03-0011987-1; Т. 3, 1994. – 504 с.
– ISBN 5-03-001985-5.
6. Proteinase and peptidase inhibition. Recent potential targets for drug development / Ed. J.
Smith, C. Simons. – London : Taylor and Francis, 2002. – 412 p.
7. Биотехнология. Сборник учебно-методической документации для аспирантов, обучающихся по специальности 03.00.23 // Сост. Кириллова Ю.Г., Брагина Н.А., Себякин Ю.Л.
под ред. акад. РАМН Швеца В.И. – М. : ИПЦ МИТХТ, 2006. – 44 с.
8. Методические указания по оформлению документации для представления в диссертационный совет Д 212.120.01 по специальностям 02.00.10 – биоорганическая химия, 02.00. – органическая химия, 03.00.23 – биотехнология. // Сост. Лютик А.И., Брагина Н.А., Кириллова Ю.Г. под ред. акад. РАМН Швеца В.И. – М. : ИПЦ МИТХТ, 2006. – 72 с.
9. Современные достижения, проблемы и перспективы развития биоорганической химии и биотехнологии. Программа теоретического обучения аспирантов по специальностям 02.00.10 «Биоорганическая химия» и 03.00.23 «Биотехнология» // Сост. Кириллова Ю.Г., Брагина Н.А., Себякин Ю.Л. под ред. акад. РАМН Швеца В.И. – М. : ИПЦ МИТХТ, 2006. – 43 с.
10. Деркачева Н.И., Есипова О.В. «Тестовые задания по курсу «Основы общей микробиологии» // Учебное пособие по курсу «Общая микробиология» для подготовки студентов магистратуры по специальности 550822 «Молекулярная и клеточная биотехнология» – М. :
ИПЦ МИТХТ, 2007. – 74 с.
11. Брагина Н.А., Сорокоумова Г.М. Биомембраны: структура и функции // Учебнометодическое пособие для студентов магистратуры, обучающихся по программе «Молекулярная и клеточная биотехнология». – М. : ИПЦ МИТХТ, 2008. – 62 с.
12. Лапшенков Г.И., Победимский Д.Г., Швец В.И. Введение в инженерные проблемы биотехнологии. Часть I. // Учебное пособие для студентов Высшей инженерной школы по специальности «Биотехнология», а также для студентов магистратуры, обучающихся по программе «Технология биофармацевтических препаратов». – М. : ИПЦ МИТХТ, 2009. – 72 с.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Дополнительная литература к лекциям (оригинальная):1. Sharipova M.R., Shagimardanova E.I., Chastukhina I.B., Shamsutdinov T.R., Balaban N.P., Mardanova A.M., Rudenskaya G.N., Demidyuk I.V., Kostrov S.V. The expression of Bacillus intermedius glutamyl endopeptidase gene in Bacillus subtilis recombinant strains. // Molecular Biology Reports. 2007. V. 34. № 2. P. 79-87.
2. Гасанов Е.В., Романова Д.В., Громова Т.Ю., Демидюк И.В. Эффект делеции 3’некодирующей области гена глутамилэндопептидазы Bacillus intermedius на продукцию активного белка клетками Bacillus subtilis. // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2007. № 2. С. 31-32.
3. Sharipova M., Balaban N., Kayumov A., Kirillova Y., Mardanova A., Gabdrakhmanova L., Leshchinskaya I., Rudenskaya G., Akimkina T., Safina D., Demidyuk I., Kostrov S. The expression of the serine proteinase gene of Bacillus intermedius in Bacillus subtilis. // Microbiol. Res. 2008. V.
163. № 1. Р. 39-50.
4. Можина Н.В., Бурмистрова О.А., Пупов Д.В., Руденская Г.Н., Дунаевский Я.Е., Демидюк И.В., Костров С.В. Выделение и свойства цистеиновой протеиназы Serratia proteamaculans 94. // Биоорганическая химия. 2008. Т. 34. № 3. С. 303-309.
5. Сафина Д.Р., Рафиева Л.М., Коваль А.В., Шкурина Е.Е., Дмитриева В.Г., Раевская Н.М., Гасанов Е.В., Демидюк И.В., Костров С.В. Олигомерная организация рекомбинантных нейротрофинов человека, экспрессированных в клетках Escherichia coli. // Биоорганическая химия. 2008. Т. 34. № 3. С. 327-332.
6. Demidyuk I.V., Gasanov E.V., Safina D.R., Kostrov S.V. Structural organization of precursors of thermolysin-like proteinases. // Protein J. 2008. V. 27. № 6. P. 343-354.
7. Громова Т.Ю., Демидюк И.В., Костров С.В., Сосфенов Н.И., Мелик-Адамян В.Р., Куранова И.П. Кpисталлизация и предварительные рентгеновские исследования кристаллов предшественника пептидазы семейства M4 – протеализина. // Кристаллография. 2008. Т. 53.
№ 5. С. 840-842.
8. Велишаева Н.С., Гасанов Е.В., Громова Т.Ю., Демидюк И.В. Влияние модификации сайта процессинга глутамилэндопептидазы Bacillus intermedius на продукцию активного фермента клетками Bacillus subtilis. // Биоорганическая химия. 2008. Т. 34, № 6. С. 786-791.
9. Gasanov E.V., Demidyuk I.V., Shubin A.V., Kozlovskiy V.I., Leonova O.G., Kostrov S.V.
Hetero- and auto-activation of recombinant glutamyl endopeptidase from Bacillus intermedius. // Protein Engineering, Design, and Selection. 2008. V. 21. № 11. P. 653-658.
10. Цаплина О.А., Ефремова Т.Н., Кевер Л.В., Комиссарчик Я.Ю., Демидюк И.В., Костров С.В., Хайтлина С.Ю. Выявление актиназной активности протеализина. // Биохимия. 2009. Т.
74. В печати.
11. Gromova T.Yu, Demidyuk I.V., Kozlovskiy V.I., Kuranova I.P., Kostrov S.V. Processing of protealysin precursor. // Biochimie. 2009. V. 91. In press.
12. Esipov RS, Stepanenko VN, Chupova LA, Boyarskikh UA, Filipenko ML, Miroshnikov AI.
Production of recombinant human epidermal growth factor using Ssp dnaB mini-intein system. Protein Expr Purif. (2008) Sep;61(1):1-6.
13. Есипов Р.С., Степаненко В.Н., Костромина, Бейрахова К.А., Мирошников А.И. Перспективы использования в биотехнологическом производстве гибридных саморасщепляющихся белков для получения рекомбинантных полипептидов. Тезисы докладов и стендовых сообщений на IV съезде Российского общества биохимиков и молекулярных биологов. 11-
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
03.01. мая 2008, Новосибирск, 358.14. Костромина М.А., Степаненко В.Н. Есипов Р.С., Мирошников А.И. Получение рекомбинантного гирудина и его аналогов с использованием систем белкового сплайсинга. Тезисы докладов и стендовых сообщений на IV съезде Российского общества биохимиков и молекулярных биологов. 11-15 мая 2008, Новосибирск, 346.
15. Бейрахова К.А., Степаненко В.Н., Есипов Р.С., Мирошников А.И. Получение рекомбинантного тимозина альфа-1. Тезисы докладов и стендовых сообщений на IV съезде Российского общества биохимиков и молекулярных биологов. 11-15 мая 2008, Новосибирск, 344.
16. J. Roivainen, T. Elizarova, Seppo Lapinjoki, Igor A. Mikhailopulo, Roman S. Esipov, Anatoly I. Miroshnikov An enzymatic transglycosylation of purine bases. Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids. 2007; 26 (8-9) : 905-9.
17. Степаненко В.Н., Есипов Р.С., Гуревич А.И., Чупова Л.А., Мирошников А.И. Рекомбинантный оксинтомодулин. Биоорган. химия (2007), т. 33, № 2, 245-250.
18. Roman S. Esipov, Vasily N. Stepanenko, Alexandr I. Gurevich, Larisa A. Chupova and Anatoly I. Miroshnikov. Production and purification of recombinant glucagon overexpressed as Intein fusion protein in Escherichia coli. Protein & Peptide letters, 2006, 13, № 4, 343-347.
19. Нево А.Н.С., Пшеничникова А.Б., Складнев Д.А., Швец В.И. Оксид дейтерия как стрессовый фактор у метилотрофных бактерий Methylophilus sp. // Микробиология. 2004.
Т.73. №2. С.1-5.
20. Doronina N., Ivanova E., Trotsenko Yu., Pshenichnikova A., Kalinina E., Shvets V. Methylophilus quaylei sp. nov., a new aerobic obligately methylotrophic bacterium // Systematic and Applied Microbiology. 2005. V.28. P.303-309.
21. Качегин С.А., Пшеничникова А.Б. Влияние экзогенных жирных кислот на адаптацию к осмотическому стрессу облигатной метилотрофной бактерии Methylophilus quaylei. – В сб.
трудов Международной школы-конференции «Генетика микроорганизмов и биотехнология», посвящённая 100-летию со дня рождения С. И. Алиханяна.Москва – Пущино. 2006.
С.48-50.
22. Пшеничникова А.Б., Степичева Н.А., Качегин С.А., Отман С.А.М. Влияние экзогенных жирных кислот на ростовые характеристики облигатной метилотрофной бактерии Methylophilus quaylei в условиях осмотического и окислительного стрессов. Аспирант и соискатель, 2007, №2, С.114-116.
23. Позмогова Г. Е., Чувилин А. Н., Смирнов И. П., Зайцева М. А., Татаринова О. Н., Говорун В.М. Получение и свойства ассоциатов наночастиц никеля с ss-ДНК и белками. // Российские нанотехнологии. 2008. Т. 3. №5-6. С. 148-154.
24. Посыпанова Г.А., Чувилин А.Н., Киреева Н.Н., Северин Е.С., Позмогова Г.Е. Влияние стехиометрии комплексов теломерных олигонуклеотидов с белковым вектором PGEk на их антипролиферативную активность и интернализацию клетками-мишенями. // Молекулярная биология. 2008. Т. 42. №2. С. 1-9.
25. Татаринова О.Н., Лукьянова Т.Н., Зайцева М.А., Веремеев К.Ю., Карпов В.А., Чувилин А.Н., Петрунин Д.Д., Позмогова Г.Е. Влияние способов очистки олигодезоксирибонуклеотидных зондов на эффективность генодиагностики методом PCR в режиме реального времени. // Бюлл. эксперим. биол. и мед. 2008. Т. 145. №3. С. 275-280.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
03.01. 26.Borisenko GG, Zaitseva MA, Chuvilin AN, Pozmogova GE.//DNA modification of live cell surface.// Nucleic Acids Res. 2009;37(4):e28.Электронный учебный контент и программное обеспечение Электронные учебники (на компакт-дисках):
1.www.lipid.ru 2.www.sciencedirect.com 3.pubs.acs.org 4.Биотехнология. Сборник учебно-методической документации для аспирантов, обучающихся по специальности 03.00.23 // Сост. Кириллова Ю.Г., Брагина Н.А., Себякин Ю.Л. под ред.
акад. РАМН Швеца В.И. – М. : ИПЦ МИТХТ, 2006. – 44 с.
5.Методические указания по оформлению документации для представления в диссертационный совет Д 212.120.01 по специальностям 02.00.10 – биоорганическая химия, 02.00.03 – органическая химия, 03.00.23 – биотехнология. // Сост. Лютик А.И., Брагина Н.А., Кириллова Ю.Г. под ред. акад. РАМН Швеца В.И. – М. : ИПЦ МИТХТ, 2006. – 72 с.
6.Современные достижения, проблемы и перспективы развития биоорганической химии и биотехнологии. Программа теоретического обучения аспирантов по специальностям 02.00. «Биоорганическая химия» и 03.00.23 «Биотехнология» // Сост. Кириллова Ю.Г., Брагина Н.А., Себякин Ю.Л. под ред. акад. РАМН Швеца В.И. – М. : ИПЦ МИТХТ, 2006. – 43 с.
7.Деркачева Н.И., Есипова О.В. «Тестовые задания по курсу «Основы общей микробиологии» // Учебное пособие по курсу «Общая микробиология» для подготовки студентов магистратуры по специальности 550822 «Молекулярная и клеточная биотехнология» – М. : ИПЦ МИТХТ, 2007. – 74 с.
8.Брагина Н.А., Сорокоумова Г.М. Биомембраны: структура и функции // Учебнометодическое пособие для студентов магистратуры, обучающихся по программе «Молекулярная и клеточная биотехнология». – М. : ИПЦ МИТХТ, 2008. – 62 с.
9.Лапшенков Г.И., Победимский Д.Г., Швец В.И. Введение в инженерные проблемы биотехнологии. Часть I. // Учебное пособие для студентов Высшей инженерной школы по специальности «Биотехнология», а также для студентов магистратуры, обучающихся по программе «Технология биофармацевтических препаратов». – М. : ИПЦ МИТХТ, 2009. – 72 с.
10. Годовые подписки профильных журналов 1. Биоорганическая химия (2000-2009).
2. Химико-фармацевтический журнал (2000-2009).
3. Биохимия (2000-2009).
4. Биологические мембраны (2000-2009).
5. Успехи химии (2000-2009).
6. Доклады Академии Наук (2000-2009).
Вестник МИТХТ (2006-2009).
«