Для семинарских занятий Основные методы исследования в

1
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по проведению семинарских занятий по курсу
Основные методы исследования в биотехнологии
для аспирантов
направления 06.06.01 Биологические науки
направленность Биотехнология (в том числе бионанотехнология)
Краснодар 2015
2
СЕМИНАРСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1
Общая характеристика биотехнологии и ее методов.
Традиционное, классическое, понимание биотехнология как науки о методах и
технологиях производствах различных ценных веществ и продуктов с использованием
природных биологических объектов (микроорганизмов, растительных и животных
клеток), частей клеток (клеточных мембран, рибосом, митохондрий, хлоропластов) и
процессов.
Корни биотехнологии связанные с хлебопечением, виноделием и другими
способами приготовления пищи, известными человеку еще в древности.
Наука биотехнология как результат исследования и работ французского ученого,
основоположника современной микробиологии и иммунологии Луи Пастера.
Бурное развитие в ХХ веке молекулярной биологии и генетики с применением
достижений химии и физики. Важнейшее направление исследований – разработка
методов культивирования клеток растений и животных. Возможность выращивать любые
клетки для производства биомассы и управление их развитием, особенно у растений.
Появление и активное развитие в 70-е годы ХХ века таких важнейших областей
биотехнологии, как генетическая (или генная) и клеточная инженерия, положивших
начало «новой» биотехнологии.
СЕМИНАРСКОЕ ЗАНЯТИЕ 2
Микробиологические технологии.
Микробиологический синтез — использование микроорганизмов для получения
белков, ферментов, органических кислот, лекарственных препаратов и других веществ.
Выведение методом селекции микроорганизмов, которые вырабатывают нужные человеку
вещества в количествах, в десятки, сотни и тысячи раз превышающих потребности самих
микроорганизмов (лизин - аминокислота, не образующуюся в организме животных),
органические кислоты (уксусная, лимонная, молочная и др.), витамины, антибиотики и
т.д.
3
СЕМИНАРСКОЕ ЗАНЯТИЕ 3
Нанобиотехнологии.
Нанобиотехнология – область нанонауки и наноинженерии, применяющей методы
и подходы нанотехнологии для создания биоструктур и изучения биологических систем.
Нанобиотехнология
как
междисциплинарный
научно-технический
комплекс
знаний, основанный на средствах и методах биотехнологии и нанотехнологии.
Нанотехнологии как принципиально новый, надотраслевой приоритет единый для
всех отраслей науки и промышленности.
Исследования по практическому применению нанобиотехнологии в медицине.
Достижения бионанотехнологий.
СЕМИНАРСКОЕ ЗАНЯТИЕ 4
Применение молекулярно-генетических методов исследования в биотехнологии.
Гибридизация ДНК. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) и метод ДНК-зондов.
СЕМИНАРСКОЕ ЗАНЯТИЕ 5
Ферментативные методы генной инженерии.
Получение генетического материала двумя способами: путем химического синтеза и
путем ферментативной рестрикции ДНК
Ферменты генной инженерии – рестриктазы, лигаза, ДНК-полимераза, ревертаза.
СЕМИНАРСКОЕ ЗАНЯТИЕ 6
Методы получения трансгенных организмов. Банки генов и клонотеки.
Генная и клеточная инженерия как важнейшие методы (инструменты), лежащие в основе
современной биотехнологии.
Генный банк - тип биорепозитория в котором сохраняется генетический материал.
Применение генной инженерии нашла в сельском хозяйстве и в медицине.
Три волны в создании генно-модифицированных растений:
Первая волна – конец 1980-х годов – создание растений с новыми свойствами
устойчивости к вирусам, паразитам или гербицидам.
4
Вторая волна – начало 2000-х годов – создание растений с новыми
потребительскими свойствами: масличные культуры с повышенным содержанием и
измененным составом масел, фрукты и овощи с большим содержанием витаминов, более
питательные зерновые и т.д.
Растения
третьей
волны:
растения-вакцины,
растения-биореакторы
для
производства промышленных продуктов (компонентов для различных видов пластика,
красителей, технических масел и т.д.), растения - фабрики лекарств и т.д.
Генно-инженерные работы в животноводстве – создание трансгенных животных с
определённым целевым геном.
Потенциальная
опасность
применения
генетически
модифицированных
организмов: безопасность продовольствия для здоровья людей и экологические
последствия.
СЕМИНАРСКОЕ ЗАНЯТИЕ 7
Методы биотехнологии в переработке растительных субстратов.
1. Использования целлюлозо- и пектинолитических ферментов при производстве соков.
2. Ферментативное осветление соков.
3. Получение белково-витаминных кормовых добавок из растительных соков.
4. Вермитехнологии сегодня – важная и неотъемлемая отрасль биотехнологии.
СЕМИНАРСКОЕ ЗАНЯТИЕ 8
Экологическая биотехнология
Экологическая биотехнология – научно-техническое направление, включающее
применение биотехнологии для решения проблем окружающей среды
Обработка сточных вод.
Переработка твердых отходов.
Биотехнология
анаэробного
метаногенеза
с
использованием
микробной
ассоциации, адаптированной к животному и растительному субстрату
СЕМИНАРСКОЕ ЗАНЯТИЕ 9
Биотехнология в биоэнергетике
Хлорелла как источник липидов для получения дизельного топлива.
Получение водорода с помощью фотосинтезирующих микроорганизмов.
5
Повышение нефтеотдачи — регулирование микрофлоры пластов с целью
продуцирования нефтевытесняющих соединений, применение полимеров (на базе
акриламида), микробных полисахаридов и др. эмульгирующих спецагентов.
Удаление метана из угольных пластов- с использованием-метанотрофных
бактерий.
Борьба с биокоррозией нефтепроводов и других коммуникаций.
СЕМИНАРСКОЕ ЗАНЯТИЕ 10
Методы клонирования живых организмов и получение химер.
Клонирование как один из методов, применяемых в биотехнологии для получения
идентичных потомков при помощи бесполого размножения
Первый искусственно клонированный многоклеточный организм в 1997 г. овца
Долли.
Суть техники «ядерного переноса», используемой при клонировании
Клонирование организмов полное или частичное. Технология воссоздания целого
организма в случае необходимости сохранения редких видов животных или для
восстановления исчезнувших видов.
Частичное клонирование – важнейшее
направлением в медицине, Новые
перспективы для применения клонирования в сельском хозяйстве и животноводстве.