Сибирский федеральный университет Генная инженерия промышленно-в

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сибирский федеральный университет

Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов

Организационно — методические указания

Красноярск

СФУ

2011

УДК

ББК

Г

Рецензенты:

Составитель И.Л. Милютина

Г Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов: Организационно-методические указания [Текст] / сост. И.Л. Милютина. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2011. – 28 с.

ISBN

Организационно-методические указания по изучению дисциплины составлены для магистров, обучающихся по магистерской программе 020400.68.01 – «Микробиология и биотехнология», в соответствии с учебным планом и программой по дисциплине «Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов»; содержат тематический план лекций, семинарских занятий и график учебного процесса. В сборнике указаний даны пояснения по оценке показателей успеваемости магистров в кредитно-рейтинговой системе

© И. Л. Милютина

© ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный

СОДЕРЖАНИЕ

TOC \o «1-1» \u ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ PAGEREF _Toc352636002 \h 4

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЦИПЛИНЫ PAGEREF _Toc352636003 \h 4

2. КОМПЕТЕНТНОСТНЫЙ ПОДХОД ПРИ ПРЕПОДАВАНИИ ДИСЦИПЛИНЫ PAGEREF _Toc352636004 \h 5

3. СВЯЗЬ С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ И ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМИ ПРОГРАММАМИ PAGEREF _Toc352636005 \h 5

4. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ PAGEREF _Toc352636006 \h 6

5. СТРУКТУРА И МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА PAGEREF _Toc352636007 \h 8

6. СТРУКТУРА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ PAGEREF _Toc352636008 \h 9

7. СТРУКТУРА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ PAGEREF _Toc352636009 \h 10

8. РЕАЛИЗАЦИЯ ГРАФИКА УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА И САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ PAGEREF _Toc352636010 \h 14

9. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ PAGEREF _Toc352636011 \h 15

10. МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ КРЕДИТО-РЕЙТИНГОВОЙ СИСТЕМЫ PAGEREF _Toc352636012 \h 15

11. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ И ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ PAGEREF _Toc352636013 \h 18

12. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК PAGEREF _Toc352636014 \h 20

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В организационно-методических указаниях изложена методика преподавания дисциплины «Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов» в рамках реализации образовательной программы подготовки магистров по специальности «Микробиология и биотехнология».

Организационно-методические указания содержат структуру и методику преподавания теоретической и практической части дисциплины, а также пояснения по оценке показателей успеваемости магистров в кредитно-рейтинговой системе.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЦИПЛИНЫ

Целями освоения дисциплины «Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов» являются: ознакомление студентов с объектами, методами и возможностями генной инженерии; получение современных представлений о конструировании организмов (в том числе и промышленно важных), производящих целевые продукты для фармакологии и хозяйственной деятельности человека

Задачи изучения дисциплины: изучение общих принципов конструирования рекомбинантных организмов; получение современных представлений о способах выявления, переноса и экспрессии целевого гена, а также получения и выделения целевого продукта; изучение возможностей использования трансгенных организмов – от бактерий до растений и животных; знакомство с правовыми аспектами и проблемами биобезопасности при использовании ГМО.

В результате изучения дисциплины студенты должны

Знать: теоретические и прикладные аспекты селекции организмов от микроорганизмов до животных и растений по целевому продукту, методы и модели, применяемые в современных ДНК-технологиях в научных и производственных целях; аспекты подбора молекулярно-генетических маркеров, типов векторов, создания «биореакторов»; методы и формы контроля биобезопасности генно-модифицированных продуктов фармакологической и пищевой промышленности.

Уметь: применять комплекс генетических и биотехнологических методов для совершенствования промышленно важных продуцентов.

Владеть: необходимым потенциалом для выполнения задания по использованию методов биотехнологии и генной инженерии для решения актуальных задач, для самостоятельного планирования выполнения заданий, для определения необходимых методов и приемов работы, и анализа, обобщения полученных результатов.

2. КОМПЕТЕНТНОСТНЫЙ ПОДХОД ПРИ ПРЕПОДАВАНИИ ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина способствует формированию следующих компетенций:

ОК-1: способен к творчеству (креативность) и системному мышлению;

ОК-3: способен к адаптации и повышению своего научного и культурного уровня;

ОК-6: способен 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.

ПК-1: понимает современные проблемы биологии и использует фундаментальные биологические представления в сфере профессиональной деятельности для постановки и решения новых задач.

ПК-2: знает и использует основные теории, концепции и принципы в избранной области деятельности, способен к системному мышлению.

ПК-3: самостоятельно анализирует имеющуюся информацию, выявляет фундаментальные проблемы, ставит задачу и выполняет полевые, лабораторные биологические исследования при решении конкретных задач по специализации с использованием современной аппаратуры и вычислительных средств, демонстрирует ответственность за качество работ и научную достоверность результатов.

ПК-6: творчески применяет современные компьютерные технологии при сборе, хранении, обработке, анализе и передаче биологической информации.

ПК-10: глубоко понимает и творчески использует в научной и производственно-технологической деятельности знания фундаментальных и прикладных разделов специальных дисциплин магистерской программы.

ПК-11: умеет планировать и реализовывать профессиональные мероприятия.

ПК-13: самостоятельно использует современные компьютерные технологии для решения научно-исследовательских и производственно-технологических задач профессиональной деятельности, для сбора и анализа биологической информации.

3. СВЯЗЬ С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ И ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМИ ПРОГРАММАМИ

Дисциплина «Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов» входит в профессиональный цикл дисциплин ООП подготовки магистров по программе «Микробиология и биотехнология» вариативная часть, дисциплина по выбору студента. Для освоения курса необходима общебиологическая подготовка до уровня бакалавра биологического профиля вуза и прохождение таких биологических дисциплин как биохимия, микробиология, генетика, биотехнология.

Чтобы восполнить необходимые знания по этим предметам, можно воспользоваться дополнительной литературой:

Глик, Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Б. Глик, Дж. Пастернак. — М.: Мир, 2002. — 589с.

Щелкунов, С.Н. Генетическая инженерия: учебное пособие для вузов по направлению «Биология» и специальностям «Биотехнология», «Биохимия», «Генетика», «Микробиология»: рек. Мин. обр. РФ / С.Н. Щелкунов. — 2-е изд., испр. и доп. — Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2004. — 496 с.

Микробиология : учебник для студентов вузов по направлению 510600 «Биология» и биологическим специальностям : рекомендовано Министерством образования РФ / М. В. Гусев, Л. А. Минеева. — 9-е изд., стер. – М. : Академия, 2010. — 462 с. – 20 экз.4.Гусев, М. В. Микробиология: учебник для вузов по направлению 510600 «Биология» и биологическим специальностям / М. В. Гусев, Л. А. Минеева. — 4-е изд., стер. – М. : Академия, 2003. — 462 с.

Микробиология с основами вирусологии. Версия 1.0 [Электронный ресурс]: электрон. учеб.-метод. комплекс/ Н. Д. Сорокин, С. В. Прудникова, Н. И. Сарматова и др.– Электрон. дан. (124Мб).– Красноярск: ИПК СФУ, 2008.– (Микробиология с основами вирусологии: УМКД №142-2007/ рук. творч. коллектива Н. Д. Сорокин). — Режим доступа: из читальных залов НБ СФУ.

Изучению дисциплины предшествуют «Избранные главы биохимии микроорганизмов», «Техническая микробиология», «Современные проблемы и методы биотехнологии». Изучаемая дисциплина расширяет и дополняет теоретические сведения, освещаемые в таких курсах профессионального цикла, как «Биотехнология целевых продуктов», «Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии» и «Экологическая биотехнология»

4. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина читается на 2-м курсе магистратуры. Курс обучения длится один семестр. Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы (72 часа). Из них на теоретическое обучение отводится 24 часа (8 – лекции и 16 – семинары), самостоятельная работа – 48 часов (40 часов – изучение теоретического материала, 8 – подготовка и написание реферата, оформление презентации). Изучение дисциплины заканчивается зачетом.

Курс «Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов» сформирован из четырех разделов, в которых отражаются теоретические вопросы генно-инженерных исследований, а также практическое применение трансгенных микроорганизмов, животных и растений для получения целевых продуктов биоснтеза, потенциальные риски при использовании трансгенных организмов в биотехнологической промышленности (табл. 2).

Таблица 1 — Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы

Всего

зачетных

единиц

(часов)

Семестр

12

Общая трудоемкость дисциплины

2 (72)

2 (72)

Аудиторные занятия:

0,67 (24)

0,67 (24)

лекции

0,22 (8)

0,22 (8)

практические занятия

0,44 (16)

0,44 (16)

Самостоятельная работа:

1,33 (48)

1,33 (48)

изучение теоретического курса (ТО)

1,11 (40)

1,11 (40)

реферат

0,22 (8)

0,22 (8)

Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

зачет

зачет

Таблица 2 — Разделы дисциплины и виды занятий в часах

п/п

Раздел дисциплины

Формируемые компетенции

Лекции,

зачетные единицы (часы)

ПЗ, зачетные единицы (часы)

Самостоятельная работа, зачетные единицы (часы)

1

Принципы конструирования рекомбинантных организмов

0,03 (2)

0,11(4)

0,28 (10)

ОК-1, ОК-3, ОК-6, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-6, ПК-10, ПК-11, ПК-13

2

Экспрессия и выделение целевых белков

0,03 (2)

0,11(4)

0,25 (9)

ОК-1, ОК-3, ОК-6, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-6, ПК-10, ПК-11, ПК-13

3

Генетически важные продуценты

0,03 (2)

0,11(4)

0,25 (9)

ОК-1, ОК-3, ОК-6, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-6, ПК-10, ПК-11, ПК-13

4

Трансгенные растения и животные

0,03 (2)

0,11(4)

0,33 (12)

ОК-1, ОК-3, ОК-6, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-6, ПК-10, ПК-11, ПК-13

5. СТРУКТУРА И МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА

Раздел 1. Принципы конструирования рекомбинантных организмов

Тема 1.1. Технологии рекомбинантных ДНК и общие принципы конструирования промышленно важных продуцентов для биотехнологии. Молекулярные основы генной инженерии.

Тема 1.2. Рестриктазы и другие ферменты для молекулярного клонирования. Рестрикционный анализ и секвенирование ДНК. Полимеразная цепная реакция. Общая схема молекулярного клонирования на примере создания штамма-продуцента в кишечной палочке.

Тема 1.3. Использование регуляторных элементов репликации и биосинтеза для конструирования векторов: сайты инициации репликации, маркерные гены — гены для селекции векторов и репортерные гены, регулируемые промоторы и другие регуляторные элементы экспрессии целевого гена. Использование внехромосомных элементов, подвижных генетических элементов и вирусов для конструирования векторов. Источники генов для целевых продуктов. Основные типы клонирующих векторов. Общая схема вектора на примере бактериальной экспрессионной плазмиды.

Тема 1.4. Методы введения рекомбинантных ДНК и РНК в реципиентные клетки: трансформация, трансфекция, с помощью вирусов, электропорация, липосомы, механические методы: микроинъекция и бомбардировка микрочастицами. Временная (транзиентная) экспрессия и интеграция в хромосому. Идентификация и изоляция рекомбинантных организмов.

Раздел 2. Экспрессия и выделение целевых белков

Тема 2.1. Проблемы экспрессии чужеродных генов в целевом организме. Причины использования разнообразных систем (простейшие, растения и животные) для биопродукции белков. Гетерологичная экспрессия, пострансляционные модификации и получение функционально активных аутентичных белков. Гликозилирование рекомбинантных белков в зависимости от клетки-хозяина. Стабилизация целевых продуктов в клетке.

Тема 2.2. Конструирование секретирующих организмов. Метаболическая инженерия. Активное использование регуляторных особенностей биосинтеза белка для оптимизации конструкции генно-инженерных организмов. Использование естественных систем биосинтеза и хранения запасных веществ организма-хозяина для конструирования продуцентов целевых продуктов. Выделение генетически-модифицированных организмов и проблема удаления маркерных генов.

Раздел 3. Генетически важные продуценты

Тема 3.1. Генно-инженерные организмы в хозяйственной деятельности человека и перспективы их дальнейшего использования. Использование рекомбинантных микроорганизмов различных систематических групп для получения коммерческих продуктов (ферменты, инсулин, гормон роста, интерфероны, моноклональные антитела и т.д.).

Тема 3.2. Клеточные культуры для продукции белков. Дрожжи – старый и новый организм в биотехнологии. Дрожжевые системы экспрессии.

Тема 3.3. Клетки насекомых и бакуловирусы для синтеза целевых белков.

Раздел 4. Трансгенные растения и животные

Тема 4.1. Трансгенные растения и животные как биореакторы для получения ценных для промышленности и медицины органических соединений. Конструирование трансгенных растений. Векторные системы для растений на основе Ti-плазмид и фитовирусов. Культуры растительных клеток. Биопродукция ценных для промышленности и медицины органических соединений в растениях и растительных клетках. Преимущества и проблемы биопродукции в растительной системе. Метаболическая инженерия растений. Создание растений, устойчивых к болезням, вредителям (растения, синтезирующие инсектициды), гербицидам (на примере раундапа). Изменение пищевой ценности и внешнего вида растений. Повышение продуктивности и устойчивости к внешней среде. Генетически-модифицированные продукты — мифы и реальность. Коммерциализация трансгенных растений и биобезопасность. Регулирование производства и сертификация генно-модифицированного сырья и пищевых продуктов.

Тема 4.2. Технологии создания трансгенных животных. Сложность и длительность создания трансгенных животных. Использование искусственных хромосом для переноса генов. Использование модифицированных эмбриональных стволовых клеток. Клонирование переносом ядра. Трансгенные животные как «биореакторы» биологически активных веществ.

6. СТРУКТУРА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ

Семинарские занятия направлены на расширение и детализацию теоретических знаний, на выработку и закрепление навыков профессиональной деятельности, являются средством развития культуры научного мышления. Они позволяют расширять теоретического знания, углубленно изучать разделы микробиологии и биотехнологии, связанные с актуальными направлениями молекулярно-генетических исследований. Главная цель семинарских занятий – обеспечить студентам возможность овладеть навыками и умениями использования применительно к особенностям изучаемой отрасли.

На практических занятиях более подробно обсуждаются ключевые и трудно усваиваемые моменты теоретического материала как лекционного, так и предложенного для самостоятельного изучения, на семинарах также проводится устный опрос студентов.

В ходе обучения предусматривается использование интерактивных форм ведения занятий: активный диалог с преподавателем, обсуждение в группах. Рефераты представляются в виде презентаций, обсуждение проходит в интерактивной форме с участием преподавателя и студентов.

Таблица 3 – График проведения семинарских занятий и промежуточного контроля

Неделя

семестра

Вид работы на семинаре

Занятие

Трудоёмкость

1

2

Изучение темы «Работа с нуклеиновыми кислотами»

1.1.



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | Вперед → | Последняя | Весь текст