Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФМФ

В.К. Иванов

«_» _ _ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Биотехнология Кафедра-разработчик Биофизика Направление (специальность) подготовки 011200 Физика Наименование ООП Квалификация (степень) выпускника Магистр Образовательный стандарт Федеральный ГОС Форма обучения очная Соответствует ФГОС ВПО.

Утверждена протоколом заседания кафедры Биофизика № 2 от 17.05. Программу в соответствии с ФГОС ВПО разработали:

д.ф-м.н. А.Л. Тимковский 1. Цели и результаты изучения дисциплины 1.1. Цели изучения дисциплины Целью дисциплины является ознакомление обучающихся с современными представлениями о биотехнологии, с ее проблемами и задачами тенденциями технологического развития в современном обществе.

В последнее время широкий спектр проблем в биологии от клонирования организмов до производства пищевых продуктов принято обозначать термином "Биотехнология".

Программа данного курса предусматривает обучение темам, которые исторически определили круг задач биотехнологии. Возрастающие потребности общества в продуктах биологического синтеза с одной стороны и возможности, представляемые наукой с другой, потребовали качественно нового подхода в развитии биотехнологии. Современная биотехнология, это не только набор технологических операций по переработке сырья, поставляемого природой с помощью живых организмов, но и выделение, а также направленное создание биологических объектов с заранее заданными свойствами для получения нужных продуктов.

Интегрированный характер современной биотехнологии требует от специалиста знаний из разных дисциплин микробиологии, цитологии, физической химии, биохимии, молекулярной биологии и экологии. В связи с этим курс биотехнологии читается в последних семестрах обучения.

1.2. Результаты обучения (компетенции) выпускника, в формирование которых вносит вклад освоение дисциплины Код Результат обучения (компетенция) выпускника ООП ОК- способностью демонстрировать углубленные знания в области математики и естественных наук ОК- способностью самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение ОК- способностью к коммуникации в научной, производственной и социальнообщественной сферах деятельности, свободное владение русским и иностранным языками как средством делового общения ПК- способностью использовать свободное владение профессиональнопрофилированными знаниями в области информационных технологий, современных компьютерных сетей, программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том числе находящихся за пределами профильной подготовки 1.3. Планируемые результаты освоения дисциплины -способность планировать, организовывать и проводить научно-исследовательские и производственно-технические работы по теме магистерской программы с применением современной аппаратуры, оборудования и компьютерных технологий; умение представлять результаты работ с использованием нормативных документов;

-способность к самостоятельной научно-исследовательской работе и к работе в научном коллективе, способность к профессиональной адаптации, к обучению новым методам исследования и технологиям, ответственность за качество выполняемых работ;

-умение использовать биотехнологическую продукцию в хозяйственной деятельности и в решении вопросов защиты окружающей среды -способность самостоятельно с применением современных компьютерных технологий анализировать, обобщать и систематизировать результаты биотехнологических работ.

-способность использовать современные методы обработки и интерпретации биофизической информации при проведении научных исследований.

2. Место дисциплины в ООП Согласно ФГОС ВПО направления 011200 «Физика» (квалификация «магистр») дисциплина «Биотехнология» относится к дисциплинам по выбору общенаучного цикла М.1.

Дисциплину «Биотехнология» студенты изучают в 10-м семестре (пятый год обучения).

Изучение дисциплины «Биотехнология» опирается на знания в области биоорганической химии, физической биохимии, метаболической биохимии, генетической инженерии, освоенные студентами на предшествующих этапах обучения.

Результаты изучения дисциплины «Биотехнология» используются при изучении дисциплин профессионального цикла М.3, при выполнении НИРС и при подготовке магистерской диссертации.

Курс носит междисциплинарный характер и состоит из лекционного материала.

3. Распределение трудоёмкости освоения дисциплины по видам учебной работы 3.1. Виды учебной работы в том числе творческая проблемно-ориентированная самостоятельная – работа Общая трудоемкость освоения дисциплины в академических часах: 3.2. Формы контроля 4. Содержание и результаты обучения 4.1. Разделы дисциплины и виды учебной работы Продуценты и их культивирование Промышленные биотехнологические производства Примеры использования ферментов в биотехнологии 2– Использование продукции биотехнологии в хозяйственной деятельности Экологические проблемы биотехнологии 4.2. Содержание разделов и результаты изучения дисциплины 1. Введение 1.1. Развитие биотехнологии Краткий исторический обзор развития биотехнологии.

1.2. Задачи биотехнологии Круг задач, решаемых современной биотехнологией. Биотехнология в научном поиске, сельском хозяйстве, медицине, промышленности, технике, энергетике, в добывающих отраслях и охране окружающей среды. Современные крупномасштабные биотехнологические производства и ведущие фирмы. Перспективы и прогнозы на будущее.

2. Продуценты и их культивирование 2.1. Биотехнологические организмы Виды организмов, используемых в биотехнологии. Основные характеристики бактерий, грибов и клеточных культур с точки зрения их культивирования; достоинства и недостатки. Биомасса, как основная характеристика биотехнологии. Методы измерения биомассы и их применимость.

2.2. Продуценты Требования, предъявляемые к продуцентам.

Способы получения новых продуцентов, как на основе уже используемых в производстве, так и микроорганизмов. математическое на основе перспективных лабораторных штаммов. описание процесса культивирования.

Рост продуцентов; основные характеристики роста. Культивирование микроорганизмов и клеточных культур. Способы хранения продуцентов. Питательные субстраты и ростовые среды. Питательные среды известного и неизвестного составов. Периодическое культивирование. Непрерывное культивирование.

Хемостат и хемостатная культура. Турбидостат.

Аэробное и анаэробное культивирование.

Подходы к математическому описанию процесса культивирования биомассы.

3. Промышленные биотехнологические производства 3.1. Биореакторы Типы биореакторов. Процессы, идущие в биореакторах. Типы биореакторов. Биореакторы с основных технологиях стерилизации и подводом энергии к жидкой и газовой фазам.

Основные физические закономерности массопереноса. Особенности культивирования с использованием нерастворимых субстратов.

Влияния температуры, величина кислотности и других физико-химических условий в среде культивирования. Установки и аппаратура, необходимые для обеспечения культивирования.

Основные технологии стерилизации и пастеризации, их сравнение и требования к стерилизующему агенту и к стерильному продукту. Способы удержания культуры в биореакторах.

3.2. Технологии культивирования Иммобилизация клеток и субстрата.

Производство дрожжевых продуктов. Пищевые и соединений.

химические продукты на основе бродильных процессов. Молочнокислое, пропионовокислое, ацетоно-бутиловое брожение. Получение уксуса и органических кислот. Получение углеводов.

Промышленное получение, антибиотиков, Lаминокислот, витаминов, липидов.

Биотрансформация. Биотрансформация стероидов, углеводов, гетероциклических соединений. Производство вакцин, белка, азотфиксирующих бактериальных препаратов.

Биогеотехнология.

4. Инженерная энзимология 4.1. Промышленные ферменты Получение и использование ферментов.

Иммобилизованные ферменты и их носители.

Методы иммобилизации ферментов. Влияние иммобилизации на ферментативную активность.

4.2. Примеры использования ферментов в биотехнологии Применение препаратов иммобилизованных ферментов в промышленности, тонком органическом синтезе, микроанализе (биосенсоры) и медицине. Изоферменты и их применение.

5. Использование продукции биотехнологии в хозяйственной деятельности 5.1. Пищевая промышленность Получение продуктов, используемых в пищевой промышленности.

промышленности в частности белковых продуктов. Генетически модифицированные продукты. Получение органических растворителей в том числе этанола.

5.2. Медицина Антибиотики и их применение. Гормональные препараты и их применение. Культуры клеток эукариот, каллусные культуры. Клональное размножение растений.

6. Экологические проблемы биотехнологии 6.1. Биоактивные соединения Биологически активные соединения. Возбудители инфекционных заболеваний. Получение бактериальных, грибных, этномопатогенных препаратов. Производство бактериальных удобрений. Общие показатели загрязненности промышленных, бытовых сточных вод и их биологическая очистка.

6.2. Переработка промышленных отходов Биологическая переработка промышленных отходов. Биодеградация ксенобиотиков.

Бактериальное выщелачивание минерального сырья. Проблема полигонов твердых промышленных и бытовых отходов (свалки).

Вклад биотехнологии в развитие энергетики.

Биогаз и его получение. Повреждение материалов биологическими объектами и способы их защиты.

5. Образовательные технологии В преподавании дисциплины «Биотехнология» используются преимущественно традиционные образовательные технологии - лекции.

Семинары по дисциплине «Биотехнология» осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации»

(9-й, 10-й и 11-й семестр).

Лабораторный практикум по дисциплине «Биотехнология» осуществляется в рамках общей программы дисциплины «Научно-исследовательская работа» на 5-м курсе обучения.

Объм лекционных занятий составляет 100% общего объма аудиторных занятий. Превышение предельного норматива, установленного ФГОС ВПО для ООП, компенсируется уменьшенной долей лекционных занятий по другим дисциплинам в рамках ООП и в целом по ООП норматив выполнен.

Занятия в активной и интерактивной формах Интерактивные проблемные лекции (по разделу "Использование продукции биотехнологии в хозяйственной деятельности") Интерактивные проблемные лекции (по разделу "Использование продукции биотехнологии в хозяйственной деятельности", Инженерная энзимология" 6. Лабораторный практикум Лабораторный практикум по дисциплине «Биотехнология» осуществляется в рамках общей программы дисциплины «Научно-исследовательская работа» на 5-м курсе обучения.

7. Практические занятия Семинары по дисциплине «Биотехнология» осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации»

(9-й, 10-й и 11-й семестр).

8. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Самостоятельная работа студентов направлена на закрепление и углубление освоения учебного материала, развитие практических умений. Самостоятельная работа студентов в рамках дисциплины «Биотехнология» включает следующие виды самостоятельной работы:

- работу с лекционным материалом и с рекомендованной учебной литературой;

- подготовку к колоквиуму и экзамену;

- опережающую самостоятельную работу с использованием электронных ресурсов, в частности сайта http://univertv.ru/, раздел Биология.

- изучение подраздела дисциплины «Промышленные ферменты», вынесенного на самостоятельную работу.

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа в рамках дисциплины «Биотехнология» включает в себя:

- поиск, обработку и презентацию информации по печатным изданиям и электронным источникам информации по заданной проблеме в рамках общей программы дисциплины «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации» (10-й семестр);

- выступление на указанном выше семинаре;

Методы контроля самостоятельной работы студентов включают написание проверочных работ, проведение коллоквиума, выступление на семинаре. Учебные и методические пособия, рекомендуемые для использования при самостоятельной работе, указаны ниже в разделе 9.2.

Примерное распределение времени самостоятельной работы студентов поиск, изучение и презентация информации по заданной проблеме, анализ научных публикаций по заданной теме 9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 9.1. Адрес сайта курса РПД размещается по адресу http://biophysics.spbstu.ru/399_01w.html.

9.2. Рекомендуемая литература Основная литература Автор, название, место издания, издательство, год Год К-во Место 2. Биологическая химия. Учебник для мед. вузов. / Т.Т. 2004 32 Библиотека Березов, Б.Ф. Коровкин — Москва Медицина, 1. Органическая химия. Учеб. для хим.-технол. вузов. / А.А. Библиотека Петров, Х.В. Бальян, А.Т. Трощенко — Санкт-Петербург Иван Федоров, естественнонауч. направлениям и специальностям. / В. И.

Слесарев — СПб. Химиздат, Дополнительная литература 1. Основы биотехнологии. Учеб. пособие для вузов по спец. "Биология". / Т.А.

Егорова, С.М. Клунова, Е.А. Живухина — Москва Академия, 2. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение: Пер. с англ.. / Б. Глик, Д.

Пастернак — Москва Мир, Ресурсы Интернета 1. Электронный учебник "Наглядная биохимия" / http://www.ximia.org/biochem/default.htm 9.3. Технические средства обеспечения дисциплины http://univertv.ru/, раздел Биология;

http://www.humbio.ru/, база знаний по биологии человека;

http://www.bio.fizteh.ru/student/files/biology/biolections/ Интернет-портал «Легендарный Физтех».htm 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины Аудиторный класс, наличие проектора для демонстрации наглядных пособий и экрана.

Компьютерный класс, лицензионное программное обеспечение, Internet.

Наличие лабораторной базы для проведения лабораторных работ с элементами НИР, включая химические реактивы, приборы (хроматографическое оборудование ультратермостаты, воздушный термостат, автоклав, спектрофотометр, аналитические весы, центрифуги, рН-метр) и лабораторные принадлежности (химическую посуду, автоматические пипетки).

11. Критерии оценивания и оценочные средства 11.1. Критерии оценивания Качество освоения дисциплины "Белковая инженерия" оценивается при проведении коллоквиума и экзамена (десятый семестр).

Итоговая оценка на экзамене выставляется по результатам коллоквиума, проводимого в ходе семестра и результатам устного ответа на вопросы экзаменационного билета. В отдельных случаях на экзамене студентам предлагается письменное тестирования по материалам всего курса дисциплины.

При выставлении итоговой оценки принимается во внимание активность студента на семинарских занятиях и на занятиях, проводимых в интерактивной форме, учитывается качество выполненной в рамках семинарских занятий курсовой работы и качество представления данных в виде доклада на семинаре.

11.2. Оценочные средства Примеры экзаменационных билетов по дисциплине "Биотехнология" Билет № 1. Глюкоза, магний, медь, триптофан, рибофлавин, кальций, цитозин, марганец, фосфор, кобальт, азот, сера, аденин. Определите микро-макроэлементы и факторы роста.

2. С какими ограничениями в работе фермента необходимо считаться при его иммобилизации способом включения в гели?

3. Метаболический коэффициент роста биомассы.

Билет № 1. Какие показатели используются при оценке чистоты воды?

2. Стерилизация, способы стерилизации. Эффективность стерилизующего агента (D).

3. Способы иммобилизации ферментов.

Билет № 1 Примеры производств с иммобилизованными ферментами.

2. Экономический коэффициент роста биомассы.

3. Отделение биомассы от среды (способы). Способы разрушения бактериальных клеток для получения биоструктур 12. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины "Биотехнология" является междисциплинарным курсом. Для успешного освоения этой дисциплины необходимы знания с одной стороны в области физики и химии, с другой стороны в области биологических наук.

Изложение материала курса в некоторой степени является повторением ранее изученного в рамках других дисциплин, в частности биоорганической химии, генетической инженерии и метаболической биохимии. Рекомендуется часть занятий по этим разделам курса проводить в интерактивной форме. Подраздел "Промышленные ферменты" рекомендуется вынести на самостоятоятельную работу. При изучении курса рекомендуется использовать электронные ресурсы, в частности ресурсы Интернета, для получения более наглядного представления о сложных биотехнологических процессах, используемых при производстве продуктов питания, фармацевтических препаратов и т.п..