Клеточная биотехнология

1. Цели освоения дисциплины
Целями дисциплины в рамках подготовки будущего специалиста к
активной творческой инженерной работе по созданию перспективных
процессов и производств биотехнологического и химического синтеза
биологически активных веществ (БАВ) являются:
Цели освоения дисциплины:
Цели ООП
Ц1: Выпускник ОП на основе знаний,
умений, навыков приобретает
компетенции, необходимые для
самореализации в научноисследовательской и инновационной
деятельности, связанной с выбором
необходимых методов исследования,
модификации существующих и разработки
новых способов создания инновационного
биотехнологического продукта
Цели дисциплины
Ц1: формирование комплекса базисных знаний
по клеточной и генной инженерии;
Ц2: получение навыков и представлений об
основных методах и подходах генной и
клеточной инженерии - манипуляциях с
клетками,
органеллами,
генетическим
материалом для создания новых организмов с
новыми
или
усиленными
полезными
свойствами и признаками, с целью получения
ценных биологических препаратов пищевого,
кормового и медицинского назначения.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Клеточная биотехнология» относится к циклу
профессиональных дисциплин (ПЦ).
Дисциплине «Клеточная биотехнология» предшествует освоение
дисциплин (ПРЕРЕКВИЗИТЫ):
• Общая биология и микробиология
• Органическая химия
• Основы биохимии
• Основы биотехнологии
• Основы энзимологии
• Прикладные аспекты биохимии
• Физико-химические методы исследования биологически активных
соединений
• Химия биологически активных веществ
• Использование методов биотехнологии в производстве биологически
активных веществ
Содержание разделов дисциплины «Клеточная биотехнология»
согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых параллельно
(КОРЕКВИЗИТЫ):
• Теоретические аспекты прикладной биотехнологии
иметь навыки:
• работы с информацией в глобальных компьютерных сетях
• поиска необходимой научной информации в области биотехнологии
• работы с научно-технической информацией.
3. Результаты освоения дисциплины
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины направлено
на формирование у студентов следующих компетенций (результатов
обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной
дисциплины
Результаты
Составляющие результатов обучения
обучения
Ко
Знания
Ко
Умения
Ко
Владение
д
д
д
опытом
Р1:
Профессионально
эксплуатировать
современные
биотехнологическ
ие производства,
обеспечивая их
высокую
эффективность и
безопасность
Р2:
Разрабатывать и
внедрять новые
биотехнологическ
ие процессы и
оборудование в
рамках
проектирования
новых и
усовершенствован
ия действующих
производств
Р3: Проводить
теоретические и
экспериментальн
ые исследования
в различных
областях
прикладной
биотехнологии
З
1.4
Прикладная
молекулярная
биология,
генетическая и
клеточная
инженерия;
В
1.1
В.1.
3
В.1.
4
З.2.
3
Основы
конструирования
новых штаммовпродуцентов
биологически
активных веществ;
В
2.1
З.2.
4
Научные основы
новейших
биотехнологий,
основанных на
применении
популяций
микробных,
животных и
растительных
клеток, полученных
селекционными и
генетическими
методами;
Средства
телекоммуникацион
ого доступа к
источникам научной
информации;
Новые научные
решения,
определяющие
прогресс
биотехнологии на
современном этапе;
Обзор и анализ
мировых
В
2.2
З.3.
5
З.3.
6
З.3.
7
У
3.1
У
3.2
У
3.3
Осуществлять
методологическ
ое обоснование
научного
исследования;
Пользоваться
научной,
справочной и
методической
литературой;
Разрабатывать
планы
Методами
селекции,
модификации и
конструирования
живых систем и
их компонентов
как объектов
деятельности
биотехнологии;
Участие в
дискуссиях
Выступление с
докладами и
сообщениями
Методами
биосинтеза,
выделения,
идентификации и
анализа
продуктов
биосинтеза и
биотрансформаци
и;
Использование
стандартных
пакет
прикладных
компьютерных
программ в
профессионально
й деятельности
достижений в
области
биотехнологии;
У
3.4
З.4.
2
Р4: Ставить и
решать задачи
инженерного
анализа для
создания
инновационных
биотехнологическ
их процессов и
продуктов
Пакеты прикладных
программ и системы
автоматизированног
о проектирования
(САПР);
У
4.1
У
4.2
проведения
научных
исследований и
разработок;
Самостоятельн
о проводить
научнотеоретические
исследования
Использовать
электронные
базы данных в
обучении и
научной
работе;
Осуществлять
компьютерную
литературную
обработку
информации,
вести
библиотечный
и патентный
поиск;
В
4.1
В
4.2
Навыками работы
в компьютерных
сетях ИНТЕРНЕТ
для организации
оперативного
обмена
информацией
между
исследовательски
ми группами,
представления
информации в
электронных
журналах и
конференциях;
Методами
поиска,
обработки,
анализа и
систематизации
научнотехнической
информации;
В результате освоения дисциплины «Клеточная биотехнология»
студентом должны быть достигнуты следующие результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины
№ п/п
РД1
РД2
РД3
Результат
Способность выпускника использовать теоретические знания и
практические навыки в области генной инженерии, строения и
функционирования
живых
клеток
для
получения
биотехнологического продукта
Владение выпускником базовыми методами манипуляции с
генетическим материалом и культивирования клеток
Готовность
выпускника
использовать
современные
информационные технологии, в том числе базы данных и пакеты
прикладных программ, для решения задач клеточной
биотехнологии
способностью к профессиональной эксплуатации современного
биотехнологического оборудования и научных приборов (ОПК-1);
готовностью к проведению опытно-промышленной отработки
технологии и масштабированию процессов (ПК-17);
способностью к анализу показателей технологического процесса на
соответствие исходным научным разработкам (ПК-19);
В результате освоения дисциплины студент будет:
Знать
• молекулярные механизмы процессов реализации генетической
информации;
• принципы и подходы генной инженерии;
• принципы культивирования клеток;
• принципы клонирования животных и растений;
• направления использования продуктов клеточной и генной инженерии.
уметь
• использовать теоретические знания и практические навыки в области
генной инженерии;
• использовать принципы строения и функционирования живых клеток
для получения биотехнологического продукта;
• использовать современные информационные технологии, в том числе
базы данных и пакеты прикладных программ, для решения задач
клеточной биотехнологии;
владеть (методами, приёмами)
• базовыми методами манипуляции с генетическим материалом
• терминологией, используемой в клеточной и генетической инженери
• методами культивирования клеток;
• навыком стерильной работы;
• библиографического
поиска,
с
привлечением
современных
информационных технологий.
4. Структура и содержание дисциплины
Содержание теоретического раздела дисциплины (темы лекций)
ЛК 1 Введение.
Цели и задачи клеточной биотехнологии. Генная и клеточная инженерия.
Биологические системы, использующиеся в клеточной биотехнологии.
Строение генов прокариот и регуляция их экспрессии. Промотор. Терминатор.
Плазмиды. Строение генов эукариот. Энхансеры, сайленсеры, инсуляторы и
их роль в экспрессии генов. Генетическая рекомбинация. Процессинг мРНК.
Структура
мРНК.
Трансляция
(биосинтез
белка),
регуляция.
Посттрансляционные модификации.
ЛК 2 Генетическая инженерия и конструирование новых организмовпродуцентов.
Основные понятия генной инженерии: клонирование, трансформация, вектор.
Система рестрикции-модификации бактерий. Эндонуклеазы рестрикции.
Изошизомеры. Ферменты, используемые в генной инженерии: рестриктазы
второго типа, ДНК-лигазы, ДНК-полимеразы, полинуклеотид-киназы,
фосфатазы. Источники генетического материала. Способы получения генов.
Химико-ферментативный синтез генов. Направленный мутагенез. Общие
свойства векторов. Векторы для генетического клонирования – особенности
их молекулярной организации. Плазмиды и другие векторы. Типы
генетических библиотек. Анализ генетических библиотек. Экспрессирующие
векторы. Шаттл-вектор. Методы конструирования гибридных молекул ДНК in
vitro. Методы переноса рекомбинантных ДНК в реципиентные клетки
(трансформация). Идентификация клеток-реципиентов, получивших новый
ген. Основные направления белковой инженерии. Подходы к модификации
белков и конструированию новых белков, не существовавших в природе.
ЛК 3 Животная клетка как объект биотехнологии.
Культивирование эукариотических клеток in vitro. Применение. Технология
получения и культивирования линий животных клеток. Первичная культура.
Постоянная клеточная линия, особенности клеточного роста. Органная
культура. Гистотипическая культура. Органотипическая культура.
Преимущества и ограничения метода культуры тканей.
Трансгенные клеточные линии. Трансфекция (методы введения экзогенных
ДНК в клетку млекопитающих).
Методы создания химер. Агрегационный. Инъекционный. Гибридизация
животных клеток. Методы слияния соматических клеток. Гибридомная
технология
получения
моноклональных
антител.
Клонирование.
Трансплантация ядер. Методы создания трансгенных животных. Нокаутные
животные.
ЛК 4 Растительная клетка как объект биотехнологии.
Клеточная биотехнология растений. Направления. Культивирование
отдельных клеток. Понятие о «кормящем слое» или ткани-«няньке».
Тотипотентность. Каллус. Основные направления клеточной инженерии
растений. Суспензионные культуры. Морфогенез в каллусных тканях.
Клональное микроразмножение, типы, активация существующих меристем,
индукция возникновения почек или эмбриоидов de novo. Получение
соматических гибридов методом слияния изолированных протопластов.
Гаплоидные растения. Андрогенез в культуре пыльников и пыльцы.
Элиминация хромосом в гибридном зародыше. Псевдогамия.
Создание трансгенных растений. Методы трансформации растительных
клеток генетическими конструкциями. Введение экзогенной ДНК в пластиды.
Проблема удаления маркеров селекции из конечного продукта. Направления
использования трансгенных растений.
Содержание практического раздела дисциплины (темы практик)
ПР№1 Структура и свойства нуклеиновых кислот. Ген и геном. Репликация
ДНК. База данных Genebank.
ПР№2 Полимеразная цепная реакция. Основные параметры реакции.
Термостабильные ДНК-полимеразы. Праймеры. Real-time ПЦР. Анализ
нуклеотидной последовательности.
ПР№3 Синтез кДНК на матрице суммарной РНК (обратная транскрипция).
Методы
определения
нуклеотидной
последовательности
ДНК.
Секвенирование по Сенгеру (метод обрыва цепи). Принцип работы
автоматического секвенатора. Секвенирование ДНК по Максаму и Гилберту
(метод химической деградации). NGS-секвенирование (секвенирование
нового поколения): пиросеквенирование. Illumina. SOLiD – чтение
посредством лигирования.
ПР№4 Трансляция. Генетический код, его свойства. Рамка считывания.
Решение задач.
ПР№5 Контрольная работа. Реализация генетической информации.
ПР№6 Химический синтез генов. Метод Кораны, Икатуры, Мандеки.
Направленный
мутагенез.
Сегмент-направленный
мутагенез.
Олигонуклеотид-направленный мутагенез.
ПР№7 Ферменты генной инженерии. Эндонуклеазы рестрикции.
Лигирование. Дефосфорилирование. Затупление липких концов. Работа с
программами NEBCutter, WebCutter.
ПР№8 Методы клонирования. Векторы для клонирования и экспрессии
(структурные элементы). Промоторы, ori, селективные маркеры, полилинкер.
Описание вектора. Методы конструирования гибридных молекул ДНК in vitro
– коннекторный, рестриктазно-лигазный; технологии LIC, TA- и ТОРО
клонирования, клонирование Gateway.
ПР №9 Анализ систем экспрессии (эу- и прокариот, in vivo и in vitro).
Оптимизация экспрессии белка. Белки слияния. Белковая инженерия. Фаговый
дисплей.
ПР№10 Семинар. Векторные системы клеток животных. Экспрессия белка в
клетках млекопитающих. Преимущества, недостатки. Векторы клеток
млекопитающих, особенности их молекулярной организации. Векторы на
основе вирусов. Транзиентная и стабильная экспрессия. Методы
трансформации клеток млекопитающих.
ПР№11 Семинар. Трансгенные растения. Метод Фламинго. Тi-плазмида. ТДНК. Коинтегративная векторная система. Бинарная векторная система.
Промоторы векторов растений. Регуляторные элементы. Репортерные гены.
Маркеры селекции.
ПР№12 Семинар. Генно-инженерная система дрожжей. Получение
рекомбинантного белка в клетках дрожжей. Преимущества. Введение
генетических конструкций в дрожжевую клетку. 2µ плазмида. Особенности
организации векторов дрожжей.
Темы лабораторных работ.
ЛР№1 Культивирование E.coli. Посев на жидкую и агаризованную среды.
Приготовление растворов и сред.
ЛР№2 Трансформация прокариотической клетки
ЛР№3 Выделение плазмидной ДНК
ЛР№4 Рестрикция. Анализ нуклеиновых кислот методом гель-электрофореза
ЛР№5 Экспрессия и очистка рекомбинантного белка
ЛР№6 Коллоквиум. Основные понятия генной инженерии.
ЛР№7 Техника работы с культурой эукариотических клеток. Характеристика
культуры – расчет клеточной плотности.
ЛР№8 Защита индивидуального задания (ИДЗ)
Таблица 3
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы
1. Введение
2. Генная инженерия
Аудиторная работа (час)
Лекции Практич.
Лаб.
занятия
занатия
2
2
18
28
СРС
(час)
Контр.
работы
Итого
60
2
2
108
3. Животная клетка как объект
биотехнологии
2
4
4
52
-
62
4 Растительная клетка как
объект биотехнологии
2
2
-
40
-
44
Итого:
8
24
32
152
2
216
5. Образовательные технологии
Лекции проводятся в интерактивной форме с применением
мультимедийных технологий, демонстрационных технологий (знакомство с
высокотехнологичными процессами и специальным оборудованием с
помощью обучающих фильмов).
Содержательная часть лекционных и практических занятий разработана с
использованием методов проблемного обучения. Так в ходе занятия создается
обстановка интеллектуального затруднения (проблемной ситуации). «Уровень
проблемности» определяется различным участием преподавателя в
постановке и решении проблемы. Так, ряд лекционных и практических
занятий имеют 1-3 уровень проблемности:
1. Преподаватель вычленяет проблемную ситуацию, указывает на решение
проблемы, раскрывал логику ее достижения, показывает источники
возникновения противоречий.
2. Преподаватель, создавая проблемную ситуацию, вовлекает студентов в
совместный поиск ее решения.
3. Самостоятельное
решение
студентами
сформулированной
преподавателем проблемы путем выдвижения различных доказательств.
Выполнение индивидуального проекта базируется на проектном методе
обучения. Использования данного метода направлено на стимулирование у
обучающихся интереса к определенным инженерным проблемам и через
проектную деятельность предусматривающим решение этих проблем.
Индивидуальное проектирование предусматривает, с одной стороны,
использование совокупности разнообразных методов и средств, а с другой,
предполагает необходимость интегрирования знаний, умений применять
знания из различных областей науки, техники, технологии, творческих
областей.
Специфика сочетания методов и форм организации обучения
отражается в матрице (таблица 4).
Таблица 4
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекции
Методы
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы проблемного
обучения.
Обучение
на основе опыта
Опережающая
самостоятельная работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод
Практ.
занятия
+
+
+
+
+
Лаб.
работы
СРС
Командн
ый проект
+
+
+
+
+
+
+
+
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной
работы студентов (СРС)
6.1 Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов включает текущую самостоятельную
работу.
Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студента,
развитие практических умений и включает:
• подготовка к коллоквиуму на тему «Основные понятия генной
инженерии»;
• составление конспектов разделов, вынесенных на самостоятельное
изучение;
• подготовка к контрольным работам, экзамену, защите индивидуального
проекта (ИДЗ).
• поиск, анализ, структурирование и презентация информации;
• анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем
теме.
Вопросы к коллоквиуму «Основные понятия генной инженерии»
Источники генетического материала. Способы получения генов. Химикоферментативный синтез генов. Метод Кораны, Икатуры, Мандеки.
Направленный мутагенез. Полимеразно-цепная реакция. Обратная
транскрипция.
Типы генетических библиотек. Анализ генетических библиотек.
Ферменты, используемые в генной инженерии: рестриктазы второго типа,
ДНК-лигазы, ДНК-полимеразы, полинуклеотид-киназы, фосфатазы.
Основные понятия генной инженерии: клонирование, трансформация, вектор.
Векторы для генетического клонирования – особенности их молекулярной
организации. Экспрессирующие векторы. Общие свойства векторов.
Промоторы и их регуляция. Методы конструирования гибридных молекул
ДНК in vitro – технологии LIC, TA- и ТОРО клонирования, клонирование
Gateway. Методы переноса рекомбинантных ДНК в реципиентные клетки
(трансформация).
Идентификация клеток-реципиентов, получивших новый ген.
Методы
определения
нуклеотидной
последовательности
ДНК.
Секвенирование по Сенгеру, Максаму-Гилберту, NGS-секвенирование.
Оптимизация экспрессии генов, клонированных в прокариотических
системах. Выбор штамма-продуцента. Проблемы гетерологичной экспрессии.
Причины возможной неидентичности генно-инженерных белков и их
природных аналогов. Выделение и очистка рекомбинантных белков.
Получение белков в активной форме.
Основные направления белковой инженерии. Разработка методов сайтнаправленного мутагенеза для модификации белков и конструирования новых
белков, не существовавших в природе. Химерные белки. Слитные белки.
Рекомбинантные антитела. Технология фагового дисплея.
Разделы курса, вынесенные на самостоятельное изучение
Повторение. Строение эукариотической и прокариотической
1.
клетки;
2.
Экспрессия в бесклеточных системах (in vitro);
3.
Фагмиды, космиды, искусственные хромосомы;
4.
Молекулярные векторы на основе ДНК фага λ;
5.
Искусственный геном. Хромосома Крейга Вентера;
6.
Вирусы насекомых как векторы высокоэффективной экспрессии
чужеродных генов;
7.
Генно-инженерная система дрожжей. Принципы работы с
клетками дрожжей. Экспрессия рекомбинантных белков, особенности
молекулярной организации векторов дрожжей.
8.
Векторная система на основе транспозонов эукариот;
9.
ДНК-вакцины;
10.
Использование трансгенных растений и животных.
Творческая самостоятельная работа включает:
• выполнение индивидуального задания.
В рамках индивидуального задания студент выступает в качестве
самостоятельного исследователя, решающего задачу конструирования
рекомбинантной плазмиды, в которую клонирован ген целевого белка.
Выполнение задания включает дизайн рекомбинантной плазмиды для
экспрессии целевого белка и описание эксперимента ее получения – выбор
метода получения клонируемого гена, вектора, метода конструирования
гибридной молекулы, экспрессионной системы, метода селекции и очистки
целевого белка.
Сроки выполнения этапов отражены в календарном плане изучения
дисциплины (приложение 1).
6.3. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется следующим
образом:
●
публичная защита индивидуального задания с использованием
презентационных материалов;
●
выполнение заданий текущего и промежуточного контроля;
●
взаимное оценивание выступлений и дискуссии на коллоквиуме.
7. Средства текущей и промежуточной оценки качества освоения
дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам
следующих контролирующих мероприятий:
Таблица 5
Контролирующие мероприятия
Контрольные работы
Коллоквиум
Защита индивидуального проекта
Экзамен
Результаты
обучения по
дисциплине
РД1, РД2
РД1
РД1, РД3
РД1-3
Для оценки качества освоения дисциплины при проведении
контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд
оценочных средств):
•
вопросы контрольных работ;
•
вопросы экзамена.
1.
2.
3.
4.
5.
Образец билета входного контроля
Билет № 1
Транскрипция это –
Ядро имеют клетки
Митоз это –
Интрон это В клетке ____ вида(ов) молекул РНК –
Образец билета контрольной работы № 1
Контрольная работа № 1
«Реализация генетической информации»
Билет №2
1. Репликация. Точка ori. Ферменты. Стадии.
2. Структура мРНК.
3. Энхансер.
Вопросы для подготовки к экзаменупо курсу:
«Клеточная биотехнология»
1.
Цели и задачи клеточной биотехнологии. Генная и клеточная
инженерия. Биологические системы, используемые в клеточной
биотехнологии.
2.
Структура и свойства нуклеиновых кислот. Понятие ген и геном.
3.
Репликация ДНК. Генетическая рекомбинация.
4.
Транскрипция (синтез мРНК), стадии.
5.
Структура генов прокариот (регуляторные области). Регуляция
экспрессии у прокариот.
6.
Строение генов эукариот и регуляция их экспрессии. Инсуляторы.
Энхансеры, сайленсеры и их роль в экспрессии генов.
7.
Процессинг мРНК. Структура мРНК (функциональные области).
8.
Трансляция (биосинтез белка), стадии, регуляция (у про- и эукариот).
9.
Направленный
мутагенез.
Сегмент-направленный
мутагенез.
Олигонуклеотид-направленный мутагенез.
10. Векторы для генетического клонирования. Экспрессирующие векторы.
Общие свойства и особенности их молекулярной организации. Шаттл-вектор.
11. Методы конструирования гибридных молекул ДНК in vitro –
рестриктазно-лигазный; технологии LIC, TA- и ТОРО клонирования,
клонирование Gateway.
12. Оптимизация экспрессии генов, клонированных в прокариотических
системах. Локализация рекомбинантного белка. Выбор штамма-продуцента.
Проблемы гетерологичной экспрессии.
13. Слитые белки. Маркеры селекции. Выделение и очистка
рекомбинантных белков. Получение индивидуального белка - расщепление
фьюза (химическое, протеолитическое).
14. Культивирование эукариотических клеток in vitro. Применение.
Технология получения и культивирования линий животных клеток,
особенности клеточного роста. Первичная культура. Постоянная клеточная
линия. Органная культура. Гистотипическая культура.
15. Экспрессия белка в клетках млекопитающих. Преимущества,
недостатки. Трансфекция - методы введения экзогенных ДНК в клетку
млекопитающих. Транзиентная и стабильная экспрессия.
16. Клональное микроразмножение, типы, активация существующих
меристем, индукция возникновения почек или эмбриоидов de novo.
17. NGS-секвенирование
(секвенирование
нового
поколения).
Пиросеквенирование. Illumina. SOLiD – чтение посредством лигирования.
18. Химико-ферментативный синтез генов. Метод Кораны, Икатуры,
Мандеки
19. Генетический код, его свойства. Рамка считывания.
20. Ферменты, используемые в генной инженерии: рестриктазы второго
типа, ДНК-лигазы, ДНК-полимеразы, полинуклеотид-киназы, фосфатазы.
21. Система
рестрикции-модификации
бактерий.
Эндонуклеазы
рестрикции. Изошизомеры.
22. Методы определения нуклеотидной последовательности ДНК.
Секвенирование по Сенгеру (метод обрыва цепи).
23. Принцип работы автоматического секвенатора.
24. Секвенирование ДНК по Максаму и Гилберту (метод химической
деградации).
25. ПЦР (полимеразно-цепная реакция). Параметры и компоненты реакции.
Real-time ПЦР.
26. Обратная транскрипция. Синтез кДНК на матрице суммарной РНК.
27. Методы переноса рекомбинантных ДНК в реципиентные клетки
прокариот
(трансформация).
Идентификация
клеток-реципиентов,
получивших новый ген.
28. Основные
направления
белковой
инженерии.
Подходы
к
конструированию новых белков, не существовавших в природе.
29. Векторные системы клеток животных, особенности их молекулярной
организации.
30. Методы создания химер. Агрегационный. Инъекционный.
31. Тi-плазмида. Т-ДНК. Коинтегративная векторная система. Бинарная
векторная система.
32. Экспрессия in vitro.
33. Трансгенные животные. Методы получения. Нокаутные мыши,
применение.
34. Гибридизация животных клеток. Методы слияния соматических клеток.
Гибридомная технология получения моноклональных антител.
35. Клонирование. Трансплантация ядер.
36. Культивирование отдельных клеток растений. Тотипатентность.
Каллус. Суспензионные культуры. Понятие о «кормящем слое» или ткани«няньке».
37. Гаплоидные растения. Андрогенез в культуре пыльников и пыльцы.
Элиминация хромосом в гибридном зародыше. Псевдогамия.
38. Создание трансгенных растений. Методы трансформации растительных
клеток генетическими конструкциями. Метод Фламинго. Введение экзогенной
ДНК в пластиды.
39. Промоторы векторов растений. Регуляторные элементы. Репортерные
гены. Маркеры селекции. Проблема удаления маркеров селекции из конечного
продукта.
40. Направления использования трансгенных растений.
41. Источники генетического материала. Способы получения генов.
42. Промотор. Конститутивные и индуцируемые промоторы, их регуляция.
43. Применение культивируемых клеток млекопитающих. Преимущества и
ограничения метода культуры тканей.
44.
Клеточная биотехнология растений. Применение культур растительных
клеток.
45. Основные направления клеточной инженерии растений. Морфогенез в
каллусных тканях.
46. Получение соматических гибридов методом слияния изолированных
протопластов.
47. Типы генетических библиотек. Анализ генетических библиотек.
48. Экспрессия рекомбинантных белков. Типы систем экспрессии, их
анализ. Выбор экспрессионной системы.
49. Технология фагового дисплея.
50. Посттрансляционные модификации белков.
51. Получение рекомбинантных белков в клетках дрожжей. Преимущества.
Введение генетических конструкций в дрожжевую клетку.
52. Особенности организации векторов дрожжей. 2µ плазмида.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной
аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Руководящими
материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и
итоговой аттестации студентов Томского политехнического университета»,
утвержденными приказом ректора № 77/од от 29.11.2011 г.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
− текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического
материала (ответы на вопросы контрольный работ) и результаты
практической деятельности (решение задач, выполнение лабораторных
работ, выполнение индивидуального задания) производится в течение
семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту
завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов);
− промежуточная аттестация (экзамен) производится в конце семестра
(оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене студент
должен набрать не менее 22 баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов,
полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный
итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная
1. Шмид, Рольф. Наглядная биотехнология и генетическая инженерия : пер. с
нем. / Р. Шмид. — Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. — 324 с.:
ил. — Библиогр.: с. 294-316. — ISBN 978-5-94774-767-6.
2. Чхенкели, Вера Александровна. Биотехнология : учебное пособие / В. А.
Чхенкели. — Санкт-Петербург: Проспект науки, 2014. — 336 с.: ил. —
Библиогр.: с. 333-335. — Словарь терминов и определений: с. 318-332. —
ISBN 978-5-906109-06-4.
Дополнительная
1. Глик, Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение : пер. с
англ. / Б. Глик, Дж. Пастернак. — Москва: Мир, 2002. — 589 с.: ил. —
Лучший зарубежный учебник. — Библиогр. в конце глав. — Словарь
терминов: с. 543-565. — Предметный указатель: с. 567-581. — Указатель
латинских названий: с. 582-583. — ISBN 5-03-003328-9.
2. Биотехнология: теория и практика : учебное пособие / Н. В. Загоскина [и
др.]. — Москва: Оникс, 2009. — 496 с.: ил. — Библиогр.: с. 487-493. —
Словарь терминов: с. 472-486. — ISBN 978-5-488-02173-0.
3. Channarayappa. Molecular Biotechnology. Principles and Practices /
Channarayappa. — New York: CRC Press, 2007. — 1217 p.: il. —
Библиография в конце глав. — Index: p. 1183-1217. — ISBN 978-1-42005157-5.
4. Сазыкин, Юрий Осипович. Биотехнология : учебное пособие / Ю. О.
Сазыкин, С. Н. Орехов, И. И. Чакалева; под ред. А. В. Катлинского. —
Москва: Академия, 2006. — 255 с.: ил. — Высшее профессиональное
образование. Медицина. — Терминологический словарь: с. 237-249. —
Библиография: с. 250-251. — ISBN 5-7695-2899-0.
Internet–ресурсы
1.
Текстовая база данных Pubmed [Электронный ресурс].- Режим доступа:
http://www.pubmedcentral.nih.gov, свободный – Загл. с экрана.
(Англоязычная текстовая бесплатная база данных медицинских и
биологических публикаций, созданная Национальным центром
биотехнологической информации (NCBI)).
2.
Профессиональный сайт Molbiol [Электронный ресурс].- Режим
доступа: http://molbiol.edu.ru, свободный – Загл. с экрана.
(Интернет-территория для тех, кто профессионально связан с биологией или
молекулярной биологией).
3.
База
данных
Genebank
[Электронный
ресурс].Режим
доступа: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank//, свободный – Загл. с
экрана.
(База данных, содержащая последовательности ДНК, расположенная на
сервере Национального центра биотехнологической информации
США).
4.
Программа
Oligoanalyzer
[Электронный
ресурс].Режим
доступа:
http://eu.idtdna.com/analyzer/Applications/OligoAnalyzer/,
свободный – Загл. с экрана.
(Программа позволяющая получить информацию о физических свойствах
последовательностей нуклеиновых кислот).
5.
Программа
NEBcutter2
[Электронный
ресурс].Режим
доступа: http://tools.neb.com/NEBcutter2/, свободный – Загл. с экрана.
(Программа позволяющая проводить рестрикционный анализ in silico).
6.
Программа
WEBcutter2
[Электронный
ресурс].Режим
доступа: http://rna.lundberg.gu.se/cutter2/, свободный – Загл. с экрана.
(Программа позволяющая проводить рестрикционный анализ in silico).
Программное обеспечение
Power Point – для презентации иллюстративного материала на лекциях и
практических занятиях;
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Таблица 6
№
п/п
Наименование
(компьютерные классы,
учебные лаборатории,
оборудование)
1
Компьютерный
класс
Учебная
(лекционная)
аудитория
Учебная
(лаборатория)
аудитория
2
3
Корпус, ауд., количество установок
2 корп., 310, 8 ПК
2 корп., 307а, интерактивная доска
Корп. 3, ауд. 025
Ферментер, магнитные и механические мешалки,
электрические нагреватели, весы электронные,
сушильный
шкаф,
автоклав,
вакуумный
сушильный шкаф, термостаты, микроскопы,
наборы стеклянной и пластиковой посуды,
установка для электрофоретического разделения
белков.
Приложение 1
Рейтинг-план освоения дисциплины в течение семестра
Всего баллов –100
Допуск к экзамену 33
балла
№
недел
и
1
1.1. Тема
2.1. Практическая работа
лекции
ЛK
№1
Введение.
Реализация
генетической
информации
в клетке.
2
3
Рейтинг-лист
по дисциплине «Клеточная биотехнология»
для магистров 1 курса направления
«Биотехнология»
1 семестр 2014-2015 уч. года
ЛK
№2
Генная
инженерия.
Бактериальн
ые системы
экспрессии.
4
ПР №1 Входной
контроль. Строение
и
свойства
нуклеиновых
кислот. База данных
Genebank.
ПР
№2
ПЦР.
Параметры
реакции.
Taqполимераза.
Праймеры.
Realtime ПЦР. Анализ
нуклеотидной
последовательност
и.
ПР №3 Синтез
кДНК на матрице
суммарной
РНК
(Обратная
транскрипция).
Секвенирование.
ПР №4 Трансляция.
Генетический код.
Рамка считывания.
Решение задач.
ПР №5 Конр.Раб.
№1
Реализация
генетической
информации.
3.1. ба
лл
1
Лаборатор
ные занятия
ЛР
№1 1
Культивирование
E.coli.
Приготовление
растворов и сред.
1
2
5
ЛK
№3
Животная
клетка
объект
биотехнологи
и.
6
ПР
№6
Химический синтез
генов.
Направленный
мутагенез.
ЛK
№4 ПР
№7 1
Растительные Эндонуклеазы
клетки
- рестрикции.
объект
Лигирование.
Дефосфорилирован
7
Число
недель
– 18
Лекции
– 8 час.
Практика
– 24 час.
Лаборатория – 32 час.
Всего
– 64 часа
ЛР
№2 3
Трансформация
прокариотических
клеток.
10
ЛР
№3 3
Выделение
плазмидной ДНК.
ба
лл
8
9
10
11
биотехнологи ие.
Затупление
и.
липких концов.
ПР №8 Методы 1
ЛР
№4 3
клонирования.
Рестрикция. ГельВекторы
для
электрофорез
клонирования
и
нуклеиновых
экспрессии
кислот
(структурные
элементы).
Конструирование
гибридных
молекул. Описание
вектора.
Конференц-неделя: подведение итогов, обсуждение проблем курса
26
ЛР
№5 3
Экспрессия
и
очистка
рекомбинантного
белка
ПР №9 Анализ
систем экспрессии
(эу- и прокариот, in
vivo и in vitro).
Оптимизация
экспрессии. Белки
слияния.
12
13
ЛР
№6 10
Коллоквиум
Генная инженерия
ПР
№10 1
Экспрессия
в
клетках
млекопитающих
(семинар)
14
15
ЛР №7 Техника 3
работы
с
культурой
эукариотических
клеток.
Характеристика
культуры.
ПР №11 Т-ДНК. 1
Трансгенные
растения (семинар)
16
17
ЛР №8 Защита 15
ИДЗ
Конструирование
плазмиды
ПР №12 Генно- 1
инженерная
18
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
система дрожжей
(семинар)
Конференц-неделя: подведение итогов, обсуждение проблем курса
34
Экзамен 40
ВСЕГО за семестр
100
А.Г. Першина, доцент кафедры БИОХ
Контрольные работы (1)
10 баллов
Самостоятельные работы (4)
6 балла
Лабораторные работы (8)
16 баллов
Семинары (3)
3 балла
Коллоквиумы (1)
10 баллов
ИДЗ
15 баллов
Экзамен
40 баллов
Итого: 100 баллов