Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФМФ

В.К. Иванов

«_» _ _ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Генетическая инженерия Кафедра-разработчик Биофизика Направление (специальность) подготовки 011200 Физика Наименование ООП Квалификация (степень) выпускника Бакалавр 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:

снс, кбн А.Н. Сварчевский 1. Цели и результаты изучения дисциплины 1.1. Цели изучения дисциплины Целью дисциплины «Генетическая инженерия» является теоретическое обучение студентов методам манипулирования и доставки генов в клетки, конструирования рекомбинантных молекул ДНК, методам и подходам экспрессии чужеродных генов в бактериях, дрожжах, растительных и животных клетках. Студенты должны научиться составлять план генно-инженерного эксперимента и указать оборудование и реактивы, с помощью которых этот план может быть реализован и добиться понимания того, каким образом методы генетической инженерии могут быть использованы для решения тех или иных научных или прикладных задач.

1.2. Результаты обучения (компетенции) выпускника, в формирование которых вносит вклад освоение дисциплины Код Результат обучения (компетенция) выпускника ООП ОК- способностью использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук ОК- способностью использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области гуманитарных и экономических наук ОК- способностью овладеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией ОК- способностью использовать в познавательной и профессиональной деятельности 17 базовые знания в области информатики и современных информационных технологий, навыки использования программных средств и навыков работы в компьютерных сетях; умением создавать базы данных и использовать ресурсы Интернет ПК- способностью использовать базовые теоретические знания для решения профессиональных задач ПК- способностью применять на практике базовые профессиональные навыки ПК- способностью формировать суждения о значении и последствиях своей профессиональной деятельности с учетом социальных, правовых, этических и природоохранных аспектов 1.3. Планируемые результаты освоения дисциплины – знание основных понятий, методов и примов молекулярной генетики про- и эукариот;

– умение выбирать методы манипулирования с фрагментами ДНК для решения типичных задач профессиональной области;

– умение интерпретировать и оценивать экспериментальную информацию;

– умение использовать генетическую информацию из баз данных в сети Интернет с использованием прикладного программного обеспечения;

– учебные умения, позволяющие с высокой степенью самостоятельности осваивать новые генетические методы и модели, используемые в профессиональной области.

2. Место дисциплины в ООП Согласно ФГОС ВПО направления 011200 «Физика» (квалификация «бакалавр») дисциплина «Генетическая инженерия» относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла Б.3.

Дисциплину «Генетическая инженерия» студенты изучают в 8-м семестре четвертый год обучения).

Изучение дисциплины «Генетическая инженерия» опирается на знания в области биоорганической химии, общей биологии, молекулярной генетики и молекулярной биологии клетки, освоенные студентами на предшествующих этапах обучения.

Результаты изучения дисциплины «Генетическая инженерия» используются при изучении дисциплин профессионального цикла Б.3 в рамках магистерской программы "Биофизика".

Кроме того, результаты изучения дисциплины используются при выполнении НИРС (Б.3) и при подготовке выпускной квалификационной работы (раздел Б.4 ФГОС).

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 4.2. Содержание разделов и результаты изучения дисциплины 1. Введение 1.1. Этапы развития генной инженерии Определение и разделы генетической инженерии.

Основной метод, предпосылки и этапы развития генной инженерии. Основные этапы генноинженерного эксперимента.

1.2. Перспективы генетической инженерии Методы выделения ДНК из клеток, трансформации бактерий и электрофоретического разделения нуклеиновых кислот. Успехи и перспективы развития генетической инженерии. Генетическая инженерия как раздел молекулярной биологии и как база новой биотехнологии.

2. Ферменты генетической инженерии 2.1. Ферменты рестрикции Ферменты рестрикции и модификации (рестриктазы, картирования молекул ДНК.

модифицирующие метилазы). Физическое картирование молекул ДНК. ДНК-лигазы.

Репликация ДНК in vitro. Свойства ДНК – полимераз.

2.2. Полимеразная цепная реакция Полимеразная цепная реакция. Полимеразы (ДНК- Умение проведения полимеразной полимераза I E. coli. ДНК-полимераза фага Т4. ДНК- цепной реакции.

полимераза фага Т7. Taq-полимераза. Определение первичной структуры ДНК. Сиквеназы. РНКзависимая ДНК-полимераза. Поли(А)-полимераза.

РНК-полимеразы фагов Т3, Т7 и SP6.

2.3. Нуклеазы Нуклеазы S1, Bal31 и Mung bean. Экзонуклеаза III E. кислоты.

coli. Экзонуклеаза фага лямбда. Панкреатическая ДНКаза. Рибонуклеаза Н.Терминальная дезоксинуклеотидилтрансфераза. Щелочные фосфатазы. Полинуклеотидкиназа фага Т4.

3. Векторы для клонирования в бактериях 3.1. Классификация векторов Общая характеристика и классификация векторов.

Общие и дополнительные свойства векторов. Выбор между плазмидыми или фаговыми векторами.

Плазмидные векторы E. coli. Репликация плазмид.

3.2. Плазмиды и векторы Плазмиды pSC101 и ColE1. Плазмиды с терморегулируемой репликацией. Векторы серии pBR и pUC. Векторы для прямой селекции рекомбинантов. Векторы для клонирования промоторов и терминаторов, для секреции чужеродных белков из клетки. Физиология и генетика фага лямбда. Генетическая и физическая карты лямбда. Транскрипционная программа.

Установление лизогенного состояния.

Специфическая трансдукция. Репликационная программа. Упаковка ДНК в головку фага. Векторы, сконструированные на основе ДНК фага лямбда. Spi – фенотип. Векторы внедрения и замещения. Сборка фагов in vitro.

3.3. Векторы на основе ДНК нитевидных фагов. Знание векторов на основе Векторы, созданные на базе ДНК нитевидных фагов.

Жизненный цикл фага М13. Векторные мутанты на основе М13. Идентификация рекомбинантных клонов. Гибридные векторы (фагмиды, космиды.

фазмиды). Фагово – специфичная транскрипция.

Векторы для экспрессии с использованием Т7, Т3 и SP6 РНК – полимераз 4. Клонирование ДНК 4.1. Операции на ДНК Подготовка фрагментов ДНК для клонирования.

Способы получения фрагментов ДНК определенного методах химического синтеза размера. Объединение фрагментов ДНК. Выбор концентрации фрагментов ДНК для их объединения. направленного сайтспецифического мутагенеза.

Использование линкеров и адаптеров при объединении фрагментов ДНК. Коннекторный метод объединения фрагментов ДНК. Синтез олигонуклеотидов и генов. Направленный мутагенез.

Сайт-специфический мутагенез.

4.2. Системы клонирования.

Трансформация клеток и сферопластов E. coli.

Особенности клонирования в других видах бактерий.

Клонирование кДНК. Обратная транскриптаза.

Клонирование продуктов полимеразной цепной реакции.

5. Банки генов и геномов 5.1. Геномные библиотеки Проблемы создания геномной библиотеки и банков космидных векторов.

генов. Создание банков генов с помощью фаговых и космидных векторов.

5.2. Банки генов Число клонов в банке. Составление и хранение коллекции клонов. Банк кДНК. Анализ больших фрагментов ДНК. "Прогулки" и "прыжки" по хромосоме. Проблемы скрининга. Метод гибридизации колоний. Иммунологические методы.

6. Экспрессия клонируемых генов в бактериях 6.1. Оптимизация генной экспрессии Особенности экспрессии прокариотических и эукариотических генов. Слитные белки и проблема Представления о структуре рамки считывания. Синтез нативных чужеродных белков. Оптимизация экспрессии генов на уровне транскрипции и трансляции. Структура промотора, регулируемые промоторы. Гибридные опероны.

6.2. Суперпродуценты Роль подбора кодонов. Суперпродуценты и проблема суперпродуцентов.

стабильности векторов и белков. Секреция чужеродных белков.

5. Образовательные технологии В преподавании курса «Генетическая инженерия» используются преимущественно традиционные образовательные технологии - лекции.

Семинары по дисциплине «Генетическая инженерия» осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Семинар по специальности на английском языке» (8-й семестр).

Лабораторный практикум по дисциплине «Генетическая инженерия»

осуществляется в рамках общей программы дисциплины НИРС на 4-м курсе.

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 6. Лабораторный практикум Лабораторный практикум по дисциплине «Генетическая инженерия»

осуществляется в рамках общей программы дисциплины НИРС на 4-м курсе.

7. Практические занятия Семинары по дисциплине «Генетическая инженерия» осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Семинар на иностранном языке» (8-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 «Генетическая инженерия» 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 «Полимеразная цепная реакция», вынесенного на самостоятельную работу.

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

- поиск, обработку и презентацию информации по печатным изданиям и электронным источникам информации по заданной проблеме в рамках общей программы дисциплины «Семинар на иностранном языке» (8-й семестр);

- выступление на указанном выше семинаре;

Методы контроля самостоятельной работы студентов включают написание проверочных работ, проведение коллоквиумов, 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. Введение в молекулярную медицину. учеб. пособие. / В. Н. 2011 20 Библиотека Горбунова, С. Н. Пчелина, А. Л. Шварцман — СПб. Изд-во Политехн. ун-та, Общая и молекулярная генетика. учеб. пособие для вузов. / Библиотека И.Ф. Жимулв — Новосибирск Сибир. унив. изд-во, Издательство СПбГТУ, Дополнительная литература 1. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование. Пер. с англ.. / Т.

Маниатис, Э. Фрич, Д. Сэмбрук — Москва Мир, 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 научно-исследовательской работы, включая химические реактивы, приборы (ультратермостаты, автоклав, оборудование для электрофореза, 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 "Генетическая инженерия" оценивается при проведении коллоквиумов и экзамена (восьмой семестр).

Итоговая оценка на экзамене выставляется по результатам коллоквиумов проводимых в ходе семестра и результатам устного ответа на вопросы экзаменационного билета (примеры экзаменационных билетов приведены в разделе 11.2). 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 представления данных в виде доклада на семинаре.

11.2. Оценочные средства Примеры экзаменационных билетов по дисциплине "Генетическая инженерия".

Билет № 1. Определение и разделы генетической инженерии.

2. Сборка фагов in vitro.

Билет № 1. Ферменты рестрикции и модификации (рестриктазы, модифицирующие метилазы).

2. Векторы для экспрессии с использованием Т7, Т3 и SP6 РНК – полимераз.

1. Полимеразная цепная реакция.

2. Системы клонирования.

12. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Для успешного освоения дисциплины "Генетическая инженерия" знания общей биологии и молекулярной гентики, поэтому на первом занятии рекомендуется проведение тестирования по основным разделам этих дисциплин.

Подраздел "Перспективы генетической инженерии" рекомендуется вынести на самостоятоятельную работу. При изучении курса рекомендуется использовать электронные ресурсы, в частности ресурсы Интернета, для получения более наглядного представления о процессах, используемых в генетической инженерии.