МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Тверской государственный университет»

Биологический факультет

Кафедра биомедицины

УТВЕРЖДАЮ

Декан биологического факультета Дементьева С.М.

«»2013 г.

Рабочая программа дисциплины Введение в биотехнологию Для студентов 4 курса Направление подготовки направление 020400.62 «Биология»

Профиль подготовки – Общая биология Профиль подготовки – Биоэкология Квалификация (степень) Бакалавр Форма обучения Очная Обсуждено на заседании кафедры Составители:

«_» 2013 г. д.б.н., проф. Панкрушина А.Н.

Протокол № Зав. кафедрой_ Тверь II. Пояснительная записка Биотехнология в целом и ее отдельные разделы находятся в ряду наиболее приоритетных направлений научно-технического прогресса и являются ярким примером «высоких технологий», с которыми связывают перспективы развития многих производств. Биологические технологии находятся в настоящее время в фазе бурного развития, но их уровень во многом определяется научнотехническим и образовательным потенциалом страны. В связи с этим любой современный специалист, и в большей степени специалист – биолог (биоэколог), должен иметь представления об основных направлениях, перспективах развития и возможных путях использования новейших биотехнологий, чтобы быть способным к быстрой перестройке профессиональной деятельности в соответствии с требованиями рынка. В связи с этим изучение дисциплины «Введение в биотехнологию» представляется чрезвычайно актуальным.

1. Цели и задачи дисциплины Цель дисциплины - изучение основных направлений и перспектив развития современной биотехнологии: целевого применения биологических систем и процессов в различных сферах человеческой деятельности.

Задачи дисциплины:

1. Сформировать у студентов позитивное и осознанное представление о ведущей роли биотехнологии в решении глобальных проблем цивилизации.

2. Изучить фундаментальные биологические процессы, лежащие в основе создания современных биотехнологий.

3. Выявить, как на основе фундаментальных знаний и исследований в области естественных наук создаются новые прогрессивные биотехнологии.

4. Изучить основные этапы организации биотехнологического производства.

5. Рассмотреть конкретные примеры использования биотехнологий в различных отраслях народного хозяйства.

2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата «Введение в биотехнологию» является дисциплиной базовой части профессионального цикла. Биотехнология является приоритетным направлением научно-технического прогресса, с которыми связывают перспективы развития многих производств. Это междисциплинарная область знаний, базирующаяся на микробиологии, биохимии, молекулярной биологии, биоорганической химии, биофизике, вирусологии, иммунологии, генетике, экологии, инженерных науках и электронике. В связи с этим изучение дисциплины «Введение в биотехнологию»

на 4 курсе обучения позволяет студентам проследить межпредметные связи и систематизировать теоретические знания, полученные ранее.

3.Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения 4.

дисциплины (модуля):

демонстрирует современные представления об основах биотехнологии, нанобиотехнологии, молекулярного моделирования (ПК-11);

- понимает социальную значимость и умеет прогнозировать последствия своей профессиональной деятельности (ОК-8,9);

- критически анализирует, переоценивает свой профессиональный и социальный опыт, при необходимости готов изменить профиль своей профессиональной деятельности (ОК-10).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

•Знать: основные направления и перспективы развития биотехнологии;

•Уметь: использовать биотехнологии в фармакологии и медицине, в охране природы и в хозяйственных целях.

• Владеть: современными методами, используемыми в биотехнологических производствах; поиском информации в глобальной сети интернет.

5. Образовательные технологии образовательные технологии, способы и методы формирования компетенций:

лекция-визуализация, проблемная лекция, лабораторные работы, дикуссия, проектная деятельность в составе малых групп, составление обзоров, написание рефератов, творческие задания, просмотр, анализ и обсуждение видео- и мультимедийных материалов.

6. Формы контроля - зачет III. Учебная программа биотехнологических процессов. Связь биотехнологии с другими фундаментальными науками и прикладными отраслями. Краткая история развития и научные предпосылки становления современной биотехнологии.

Развитие биотехнологии в России и других странах мира.

производствах. Особенности биотехнологической системы производства продуктов микробного синтеза, технологии, аппаратура. Ферментёры. Метод твёрдофазной ферментации. Источники сырья. Характеристика биопродуктов.

Методы получения промышленных штаммов микроорганизмов. Методы приготовления питательных субстратов, разделение смесей (культуральной жидкости), экстракция веществ, хроматографические методы очистки, высушивание, разрушение клеток, стерилизация, применение мембранной технологии. Особенности культивирования клеток микробного, животного и растительного происхождения. Применение ЭВМ в биотехнологии.

Основные направления современной биотехнологии и возможности их практического применения.

Биотехнологическое получение белков, пептидов, липидов, углеводов.

Обогащение растительных кормов микробным белком.

Биотехнологическое получение витаминов, коферментов, органических кислот, антибиотиков, алкалоидов. Техническая биохимия и инженерная энзимология. Иммобилизованные ферменты. Методы иммобилизации.

Особенности катализа иммобилизованными ферментами. Области применения иммобилизованных ферментов.

Аналитическое применение ферментов. Ферментные электроды, биосенсоры.

Иммобилизованные клетки, ультраструктуры. Методы иммобилизации.

Области применения иммобилизованных клеток, ультраструктур.

Основные понятия, история развития генетической инженерии. Схема молекулярного клонирования. Рестриктазы. Лигазы. Векторы молекулярного клонирования. Получение генов. Рекомбинантные ДНК. Клонирование рекомбинантных ДНК в живых клетках. Синтез белков, пептидов и других веществ с использованием методов генетической инженерии. Возможные опасности применения генетической инженерии, этические и юридические аспекты.

Клеточная инженерия. Культивирование микроорганизмов, клеток животных и человека, ультраструктур, их применение. Моноклональные антитела.

Культивирование клеток растений, ультраструктур, их применение.

Биотехнология в развитии сельскохозяйственного производства. Разработка в области растениеводства трансгенных агрокультур, биологических средств защиты растений, бактериальных удобрений, микробиологических методов рекультивации почв; в области животноводства – создание эффективных кормовых препаратов из растительной, микробной биомассы и отходов сельского хозяйства, репродукция животных на основе эмбриогенетических методов.

Биотехнология и получение новых пищевых продуктов.

Биотехнология в энергетике. Применение новых источников биоэнергии, полученных на основе микробиологического синтеза и моделированных фотосинтетических процессов, биоконверсии биомассы в биогаз.

Биотехнология в медицине и здравоохранении. Разработка медицинских биопрепаратов, моноклональных антител, диагностикумов, вакцин, развитие иммунобиотехнологии в направлении повышения чувствительности и специфичности иммуноанализа заболеваний инфекционной и неинфекционной природы, генотерапия для лечения наследственных молекулярных патологий.

Биотехнология и охрана окружающей среды. Повышение эффективности защиты растений, разработка экологически безопасных технологий очистки сточных вод, утилизация промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов, конструирование экосистем.

Биогеотехнология металлов.

Перспективы развития биотехнологии в России и за рубежом.

IV. Рабочая учебная программа (учебно-тематический план) Введение. Предмет и задачи биотехнологии.

Преимущества биотехнологических процессов.

Современные методы, используемые в биотехнологических производствах.

Основные направления современной биотехнологии и возможности их практического применения.

Перспективы развития основных направлений биотехнологии в России и Удельный вес проводимых интерактивных занятий составляет 81 % аудиторных занятий (34 час.).

V. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации но итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Методические рекомендации по организации самостоятельной работы Самостоятельная работа студентов осуществляется в форме подготовки рефератов, творческих заданий, эссе по темам, предложенным преподавателем.

Темы рефератов, эссе для самостоятельной работы 1. Характеристика основных направлений использования культуры изолированных клеток и тканей в биотехнологии.

2. Возможности использования каллусной ткани в биотехнологии.

3. Основные типы морфогенеза в культуре каллусных тканей.

4. Получение первичных метаболитов в искусственных условиях ферментации.

5. Получение вторичных метаболитов в искусственных условиях ферментации.

6. Клональное микроразмножение растений.

7. Пути оздоровления посадочного растительного материала от вирусов.

8. Трансгенные животные, продуцирующие биологически активные вещества медицинского и технологического назначения.

9. Создание разных типов трансгенных животных.

10. Клонирование животных.

11. Биотехнологические методы получения новых вакцинных препаратов.

12. Получение ферментных препаратов на основе культивирования микроорганизмов.

13. Биотехнология производства биогаза.

14. Биогазовые установки и их технико-экономические показатели.

15. Биотехнологические методы повышения фотосинтетической продуктивности растений.

16. Биотехнология и биобезопасность.

17. Сущность генетического риска и возможной опасности в генетической инженерии.

18. Критерии и показатели биобезопасности в биотехнологии.

19. Законы, постановления правительства и другие нормативно-правовые акты, принятые в РФ в области биотехнологии, генно-инженерной деятельности и биобезопасности.

20. Проблемы и перспективы использования генетически модифицированных сельскохозяйственных растений.

21. Проблемы и перспективы использования генетически модифицированных сельскохозяйственных животных.

22. Медико-биологическая оценка пищевой продукции, полученной из генетически модифицированных источников.

23. Биотехнология и её роль в развитии общества.

24. Особенности организации биотехнологического производства.

25. Микробиологический синтез и трансформация.

26. Биогеотехнология металлов.

27. Искусственные продукты питания.

28. Перспективы развития современной биотехнологии.

29. Составьте эссе на тему: «Моё отношение к генетически модифицированным источникам продуктов питания».

30. Составьте эссе на тему: «Биотехнологии – джин, выпущенный из бутылки?».

31.Составьте эссе на тему: «Есть ли альтернативы современным биотехнологиям?».

Типовые тестовые задания для подготовки к рубежному контролю Задания на выбор одного или нескольких правильных ответов В получении каких веществ бактерии играют важную роль:

1) лимонная кислота 2) рибофлавин 3) уксус Какие ферменты необходимы для конструирования рекомбинантных ДНК:

Какая из перечисленных технологий является основой генетической инженерии:

Первая рекомбинантная ДНК была получена в Первую рекомбинантную ДНК получил Формальной датой рождения генной инженерии считают Активное развитие технологии клеточной инженерии приходится на К векторам, используемым для конструирования рекомбинантных ДНК, относятся:

1) плазмиды 2) бактерии 3) вирусы 4) дрожжи 5) лигазы Какая из перечисленных технологий является основой генетической инженерии:

создание рекомбинантных ДНК выделение ДНК из организмов расщепление ДНК на фрагменты выделение хромосом получение плазмид Какие ферменты необходимы для конструирования рекомбинантных ДНК 1) рестриктазы 2) ДНК-лигазы 3) инвертазы 4) гидроксилазы Культура изолированных тканей растений представлена меристематическими тканями каллусными тканями паренхимными тканями опухолевыми тканями Культура изолированных клеток и тканей может быть использована для получения вторичных метаболитов для хлебопечения для клонального микроразмножения растений для производства синтетических волокон Специальным методом, применяемым при культивировании одиночных клеток является метод гибридизации метод трансформации метод ткани-«няньки»

метод центрифугирования Какие соединения можно отнести к числу вторичных метаболитов:

1) белки 2) сахара 3) аминокислоты 4) алкалоиды 5) терпеноиды 6) жиры 7) антоцианы 8) клетчатка 9) витамины 10) фенольные соед.

Установите соответствие между направлением современной биотехнологии и его биологической основой. Ответ приведите в виде буквы и соответствующей ей цифры.

Направление биотехнологии Биологическая основа А. Клеточная инженерия 1. Основана на получении гибридных Б. Генетическая инженерия 2. Основана на изучении В. Биологическая инженерия 3. Основана на возможности Задание на выбор правильной последовательности Расположите способы очистки загрязнённых сточных вод в порядке уменьшения степени эффективности:

поля фильтрации биологические фильтры поля орошения Вопросы для подготовки к зачёту 1. Предмет и задачи биотехнологии. Связь биотехнологии с другими фундаментальными науками и прикладными отраслями.

2. Преимущества биотехнологических процессов. Особенности биотехнологической системы производства целевых продуктов.

3. Краткая история развития и научные предпосылки становления современной биотехнологии.

4. Развитие биотехнологии в России и других странах мира.

5. Источники сырья в биотехнологическом производстве.

6. Методы получения промышленных штаммов микроорганизмов.

7. Состав и методы приготовления питательных субстратов.

8. Разделение смесей (культуральной жидкости), экстракция веществ, хроматографические методы очистки целевых продуктов, высушивание, разрушение клеток, стерилизация, применение мембранной технологии.

9. Особенности культивирования клеток микробного, животного и растительного происхождения.

10. Биотехнологическое получение белков, пептидов, липидов, углеводов.

Обогащение растительных кормов микробным белком.

11. Биотехнологическое получение витаминов, коферментов, органических кислот, антибиотиков, алкалоидов.

12. Иммобилизованные ферменты. Методы иммобилизации. Особенности катализа иммобилизованными ферментами. Области применения иммобилизованных ферментов.

13. Основные понятия, история развития генетической инженерии.

14. Схема молекулярного клонирования. Рестриктазы. Лигазы. Векторы молекулярного клонирования. Получение генов. Рекомбинантные ДНК.

15. Клонирование рекомбинантных ДНК в живых клетках. Синтез белков, пептидов и других веществ с использованием методов генетической инженерии.

16. Возможные опасности применения генетической инженерии, этические и юридические аспекты.

17. Клеточная инженерия. Культивирование микроорганизмов, клеток животных и человека, ультраструктур, их применение.

18. Моноклональные антитела.

19. Культивирование клеток растений, ультраструктур, их применение.

20. Биотехнология в развитии сельскохозяйственного производства.

21. Разработки в области растениеводства трансгенных агрокультур.

22. Разработки биологических средств защиты растений, бактериальных удобрений, микробиологических методов рекультивации почв.

23.Создание эффективных кормовых препаратов из растительной, микробной биомассы и отходов сельского хозяйства.

24. Репродукция животных на основе эмбриогенетических методов.

25. Биотехнология и получение новых пищевых продуктов.

26. Биотехнология в энергетике.

27. Применение новых источников биоэнергии, полученных на основе микробиологического синтеза и моделированных фотосинтетических процессов.

28. Биоконверсия биомассы в биогаз.

29. Биотехнология в медицине и здравоохранении.

Разработка медицинских биопрепаратов, моноклональных антител, диагностикумов, вакцин.

30. Генотерапия для лечения наследственных молекулярных патологий.

31. Биотехнология и охрана окружающей среды.

32. Разработка экологически безопасных технологий очистки сточных вод.

33. Разработка экологически безопасных технологий утилизация промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов.

34. Биогеотехнология металлов.

35. Перспективы развития основных направлений биотехнологии.

VI. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля) 1. Прикладная экобиотехнология. Учебное пособие. В двух томах. Том II [Электронный ресурс] / М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. - 491 с. - 978-5Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id= Сазыкин Ю. О., Орехов С. Н., Чакалева И. И. Биотехнология. - Москва: Academia, 2007.

2. Егорова Т. А., Клунова С. М., Живухина Е. А. Основы. - Москва : Academia, 2008.

1.Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология: Принципы и применение.

- Москва : Мир, 2002.

2. Шевелуха В. С. и др. Сельскохозяйственная. - Москва : Высшая школа, 2003.

3.Рогов И.А., Антонова Л. В., Шуваева Г. П Основы пищевой биотехнологии. Москва : КолосС, 2004.

4. Бирюков В. В. Основы промышленной биотехнологии. - Москва : КолосС :

Химия, 2004.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы Лицензионное программное обеспечение, установленное на биологическом Факультет Наименование программного обеспечения Биологический CorelDRAW Graphics Suite X4 Education Catalog of Human Genes and Disorders: Online Mendelian Inheritance in Man (OM1M) - http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Omim Human Mitochondrial Genome Database (M1TOMAP) http://www.mitomap.org National Center for Biotechnology Information (NCBI) http:/Avww. ncbi.nlm.nih.gov/discase/ Кузьмина, Н. А. Основы биотехнологии: учебное пособие для студентов биологических факультетов[Электронный ресурс] / Н. А. Кузьмина. http://www.biotechnolog.ru/ Российские биотехнологии и биоинформатика [Электронный ресурс]. http://www.rusbiotech.ru/ VII. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) -[Электронный ресурс]: Электронное учебное издание «Биотехнология», МО РФ, 2004 (ГУ РЦ ЭМТО 2004).

- учебные лаборатории кафедры биомедицины, оснащённые необходимым оборудованием для проведения лабораторных занятий;

- учебные аудитории с презентационным и интерактивным оборудованием;

- компьютеры с доступом в Интернет;

- доступ к вышеуказанным поисковым системам, учебным изданиям и электронным библиотекам.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению «Биология»