Клеточная инженерия - Учебно

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
И.о. проректора-начальник
управления по научной работе
_______________________ Г.Ф. Ромашкина
__________ _____________ 2011г.
КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том числе
бионанотехнология), очной и заочной форм обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы _____________________________/Пак И.В./
«______»___________2011г.
Рассмотрено на заседании кафедры экологии и генетики «___»________2011 протокол № ___
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 10 стр.
Зав. кафедрой ______________________________/И.В. Пак/
«______»___________ 2011 г.
Рассмотрено на заседании УМК отделения биологии Института математики, естественных
наук и информационных технологий «___»________2011 протокол № ___
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК ________________________/Фролова О.В./
«______»_____________2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Нач. отдела аспирантуры
и докторантуры_____________М.Р. Сорокина
«______»_____________2011 г.
2011
1
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
Кафедра экологии и генетики
Пак И.В.
КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том числе
бионанотехнология), очной и заочной форм обучения
Тюменский государственный университет
2011
2
Пак И. В. Клеточная инженерия. Учебно-методический комплекс. Рабочая
программа для аспирантов специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том
числе бионанотехнология), очной и заочной форм обучения. Тюмень, 2011,
10 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре
основной профессиональной образовательной программы послевузовского
профессионального образования (аспирантура).
Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте
ТюмГУ: Клеточная инженерия [электронный ресурс] / Режим доступа:
http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой экологии и генетики. Утверждено
и.о. проректора-начальника управления по научной работе Тюменского
государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР:
заведующий кафедрой экологии и генетики
Тюменского государственного университета,
д.б.н. Пак И. В.
© Тюменский государственный университет, 2011.
© Пак И.В., 2011.
3
1. Пояснительная записка.
1.1. Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины «Клеточная инженерия» является получение базовых знаний о
трансгенных организмах, о научных и прикладных аспектах их использовании.
В процессе изучения дисциплины аспиранты решают следующие задачи: в
систематизированной форме усваивают основы клеточной и генетической инженерии;
знакомятся с проблемами, связанными с созданием и использованием трансгенных
растений и животных, изучают прикладные аспекты использования достижений в
биотехнологии.
Учебно-методический комплекс «Клеточная инженерия» соответствует паспорту
специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том числе бионанотехнология).
1.2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Клеточная инженерия» относится к циклу «специальные дисциплины
отрасли науки и научной специальности». Она логически и содержательно-методически
взаимосвязана с дисциплинами бакалавриата и магистратуры: Б.1. Гуманитарного,
социального и экономического цикла: базовой частью и Б.3. Профессионального цикла:
базовой (общепрофессиональной) частью: экономикой; биологией размножения и
развития; микробиологией, физиологией человека и животных, генетикой и селекцией,
введением в биотехнологию и биоинженерию, биохимией и молекулярной биологией. Для
успешного освоения дисциплины необходимы базовые знания по генетике, биологии
размножения и развития, микробиологии, физиологии, биохимии, введению в
биотехнологию и биоинженерию, умение к биометрической обработке материала,
владение компьютерными статистическими программами. Для успешного освоения
данной дисциплины необходимо предшествующее изучение следующих модулей:
экономики; биологии размножения и развития, цитологии и гистологии; физиологии
человека и животных, генетики и селекции, биохимии и молекулярной биологии,
введению в биотехнологию и биоинженерию.
1.3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
- следовать этическим и правовым нормам в отношении других людей и в отношении
природы (принципы биоэтики), иметь четкую ценностную ориентацию на сохранение
природы и охрану прав и здоровья человека;
- приобретать новые знания и формировать суждения по научным, социальным и
другим проблемам, используя современные образовательные и информационные
технологии;
- демонстрировать базовые представления об основных закономерностях и
современных достижениях генетики, о геномике, протеомике;
- демонстрировать современные представления об основах биотехнологии и генной
инженерии, нанобиотехнологии, молекулярного моделирования.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
 Знать: основы биоинженерии и биотехнологии.
 Уметь: демонстрировать базовые представления по биотехнологии, геномике и
протеомике, применять их на практике, критически анализировать полученную
информацию и представлять результаты исследований.
 Владеть: методами биотехнологии, навыками к научно-исследовательской работе,
преподаванию биотехнологии, ведению дискуссии.
2. Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр 2. Форма промежуточной аттестации – зачет.
дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часа.
Общая трудоемкость
4
3.
Тематический план.
Всего часов
Лекции
Семинарские
(практические)
занятия
Самостоятельная
работа
Тема
24
2
4
18
2.
Введение
Основы клеточной инженерии
28
2
6
20
2
3.
4.
Биотехнология растений
Биотехнология животных
27
29
3
3
6
6
18
20
2
2
Итого:
Из них в интерактивной форме
108
10
22
8
76
8
16
1.
Формы контроля
Виды учебной работы
и самостоятельная
работа, в час.
№
Из них в интерактивной
форме
Таблица 1.
Презентация
Ответ на
семинаре
Реферат
Контрольная
работа
Зачет
Таблица 2.
Планирование самостоятельной работы аспирантов
№
Модули и темы
1.
Введение
2.
Основы клеточной
инженерии
3.
Биотехнология растений
4.
Биотехнология животных
Виды СРС
обязательные
Изучение отдельных тем.
Выполнение индивидуальных
заданий (презентаций)
Изучение отдельных тем
(ответы на семинарах)
Выполнение индивидуальных
заданий (глоссарий)
Выполнение индивидуальных
заданий (рефератов)
Изучение отдельных тем (ответы
на семинарах, эссе)
дополнительные
Чтение литературы
1.
2.
3.
4.
18
Чтение литературы
20
Чтение литературы
18
Чтение литературы
20
ИТОГО:
№
п/п
Объем
часов
76
4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
Наименование
Темы дисциплины необходимые для изучения
обеспечиваемых
обеспечиваемых (последующих) дисциплин
(последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
Теоретические и прикладные
+
+
+
аспекты биотехнологии
Фитобиотехнология
Генная инженерия
Молекулярные механизмы
изменчивости стабильности
генома
+
+
+
+
+
+
+
+
5
5. Содержание дисциплины.
1. Введение
Предмет биотехнологии. Этапы развития. Связь биотехнологии с другими науками.
Значение биотехнологии для решения глобальных проблем человечества. Технологии и
биотехнологии.
2. Основы клеточной инженерии
Основные направления развития клеточной инженерии. Клетка-основа жизни
биологических объектов. Дедифференциация – основа формирования клеточных культур
растений.
3. Биотехнология растений
Клеточная инженерия растений. Получение и использование протопластов.
Конструирование рекомбинантов растений. Культура растительных клеток и
производство полезных соединений. Генетическая инженерия растений. Плазмиды
агробактерий как векторы для трансформации. Другие методы трансформации. Успехи в
получении трансгенных растений. Проблемы биобезопасности ГМО и Bt-растений.
Изучение возможностей повышения эффективности биологической фиксации
атмосферного азота.
4. Биотехнология животных
Трансплантация эмбрионов. Стимуляция суперовуляции. Извлечение эмбрионов.
Криоконсервация эмбрионов. Клеточная инженерия животных: искусственное получение
монозиготных близнецов, соматическая гибридизация животных клеток. Клонирование
животных. Получение трансгенных животных.
6. Планы семинарских занятий.
Семинар «Основы клеточной инженерии»
Обсуждаемые темы:
1.Соматическая гибридизация.
2.Трансплантация ядер.
3.Микроклетки и изолированные хромосомы.
Семинар «Биотехнология растений»
Обсуждаемые темы:
1.Клеточная инженерия растений.
2.Изучение возможностей повышения эффективности биологической фиксации
атмосферного азота.
3.Проблема биобезопасности ГМО.
Семинар «Биотехнология животных»
Обсуждаемые темы:
1. Клеточная инженерия животных: искусственное получение монозиготных
близнецов.
2. Соматическая гибридизация животных клеток.
3. Клонирование животных.
4. Получение трансгенных животных.
6
8. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
1.Введение
Темы компьютерных презентаций:
1.Использование трансгенных растений.
2.Экологические последствия применения Bt-растений.
3.Плазмиды агробактерий как векторы для трансформации.
4.Создание трансгенных растений для получения человеческих белков.
2. Основы клеточной инженерии
Составление глоссария:
Дать развернутое толкование терминов:
Рекомбинантная ДНК
Рестриктазы
ДНК-лигазы
Прокариоты
Промотор
Терминатор
Оперон
Регулон
Эукариоты
Экзон
Интрон
Вектор
«Липкие» концы ДНК
Клеточная компетентность
Электропорация
Транскрипция гена
Трансляция гена
Экспрессия гена
Трансфекция
Энхансер
Модифицирующие метилазы
Для составления глоссария можно использовать следующую литературу:
1.Жимулёв, И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск: Сибирское
университетское изд-во. 2003. 458 с.
2.Щелкунов
С.Н.
Генетическая
инженерия.
Новосибирск:
Сибирское
университетское изд-во. 2004. 496 с.
3.Пак И.В., Цой Р.М. Введение в биотехнологию. Тюмень: изд-во ТюмГУ. 2002.157
с.
7
3. Биотехнология растений
Темы рефератов:
1.Метод пересадки ядер с использованием цитохолазинов.
2.Межвидовая гибридизация соматических клеток.
3.Методы реконструкции клеток.
4.Методы культивирования клеток прокариот.
5.Методы культивирования клеток эукариот.
5. Биотехнология животных
Контрольная работа
Вариант № 1.
1.Практическое использование метода трансплантации эмбрионов.
2.Искуственное получение монозиготных близнецов.
Вариант № 2.
1.Методы, используемые при трансплантации эмбрионов.
2.Соматическая гибридизация животных клеток.
Вариант № 3.
1.Глубокое замораживание эмбрионов.
2.Методы введения генов в зародышевые клетки.
Тема эссе:
1.Ваше отношение к клонированию животных, к созданию трансгенных животных.
Контрольные вопросы к зачету
1.Предмет и задачи биотехнологии. Объекты биотехнологии.
2.Связь биотехнологии с развитием других научных направлений. Значение
биотехнологии для решения народнохозяйственных проблем.
3.Строение генов прокариот и регуляция их экспрессии.
4.Строение генов эукариот. Энхансеры и их роль в экспрессии генов.
5.Способы получения генов.
6.Генетическая рекомбинация.
7.Плазмиды, история их обнаружения и установления генетической роли.
8.Основные этапы развития современной генетической инженерии.
9.Векторы. Общие свойства векторов.
10.Введение гена в вектор и вектора в клетки организма-реципиента.
11.Идентификация клеток-реципиентов, получивших новый ген.
12.Значение в генетической инженерии эндонуклеаз.
13.Группы ферментов рестрикции, особенности их генетического действия.
14.Рестрикционные карты и банки генов.
15.Генетическая инженерия и конструирование новых организмов-продуцентов.
16.Перспективы генетической инженерии бактерий.
17.Проблемы генетической инженерии.
18.Задачи генетической инженерии растений.
19.Корончатые галлы и их значение в генетической инженерии растений.
20.Опины и их роль в злокачественных образованиях растений.
21.Векторы в генетической инженерии растений.
22.Т-ДНК, ее строение и значение в генетической инженерии растений.
23.Традиционные генетические методы усовершенствования растений.
24.Культуры клеток и тканей в создании новых сортов растений.
25.Культуры клеток и протопластов растений и их использование для получения
полезных соединений.
8
26.Диазотрофные микроорганизмы и тест на восстановление ацетилена.
27.Биохимические аспекты диазотрофности.
28.Основные физиологические аспекты диазотрофности.
29.Гены азотфиксации и продукты их деятельности.
30.Пути расширения границ и повышения эффективности биологической фиксации
атмосферного азота.
31.Гибридизация соматических клеток – основа клеточной инженерии.
32.Методы слияния соматических клеток.
33.Гибридомы, способы получения и особенности.
34.Получение и применение моноклональных антител.
35.Производство первичных метаболитов микроорганизмов.
36.Получение вторичных метаболитов микроорганизмов.
37.Капсульные полисахариды.
38.Получение ферментов с помощью микроорганизмов.
39.Биоконверсия.
40.Белки одноклеточных организмов, проблемы и перспективы получения.
41.Микробная переработка отходов и побочных продуктов сельскохозяйственного
производства.
42.Производство биогаза.
43.Биометаногенез.
44.Биотехнология и энергия.
45.Получение водорода, перспективы и проблемы.
46.Биотехнология в животноводстве.
47.Материалы и биотехнология.
48.Микробное выщелачивание.
49.Использование в биотехнологии иммобилизованных ферментов и клеток.
50.Этические и социальные проблемы биотехнологии
51.Биотехнология в рыбоводстве.
52.Криоконсервация биологических объектов (проблемы и перспективы)
9. Образовательные технологии.
Мультимедийные средства обучения (презентации по всем темам тематического
плана), проблемные и исследовательские методы (по темам модуля 2), встречи с
представителями российских компаний (по темам модуля 3), мастер-классы экспертов и
специалистов (по темам модуля 3).
Интерактивные формы:
По теме 2. Проведение конференции «Этические проблемы клеточной
инфженерии».
По теме 3. Проведение групповой дискуссии «Биобезопасность и трансгенные
организмы ».
10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
10.1. Основная литература:
1.Клунова С.М., Егорова Т.А.,Живухина Е.А. Биотехнология. Гриф УМО.
М.:Академия. 2010. 256 с.
2.Сазыкин Ю.О., Орехов С.Н. Биотехнология. М.:Академия. 2008. 256 с.
10.2. Дополнительная литература:
1.Герасименко В.Г. Биотехнология. Киев: Выша школа. 1989.
2.Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. М.: Мир. 1987.
3.Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск: изд-во НГУ. 2002.
4.Пак И.В., Цой Р.М. Введение в биотехнологию. Тюмень: ТюмГУ. 2002.
9
5.Егорова Т.А. и др. Основы биотехнологии. М.: Академия. 2003.
6.Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск: изд-во НГУ. 2003
7.Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия. Новосибирск: изд-во НГУ. 2002
8. Егорова Т.А. Основы биотехнологии. М.: Академия. 2005.
9. Б.Льин. Гены. М.: Бином. 2012. 895 с.
Периодические издания:
1. Журнал «Биотехнология» М.: Биотехнология. (2005-2011 гг.).
2.Журнал «Генетика». М.: Академиздат Наука. (2005-2011 гг.)
3.Журнал «Молекулярная биология» М.: Академиздат Наука. 2005-2011 гг.
10.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
www.biotechnolog.ru
sbio.info
academic.ru
megabook.ru
wikipedia.org
edudic.ru
starsmedia.ru
11. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.
Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, составленными автором,
видеофильмами. На факультете имеется для проведения занятий 3 мультимедийные
аудитории, есть специализированные лаборатории: центр микроскопии (№ 408),
оснащенный электронным микроскопом LSM 510-мета, фазово-контрастным
микроскопом Axioimager А1; лаборатория молекулярной генетики (№ 309), оснащенная
хроматографом ВСЖХ, ПЦР; лаборатория популяционной генетики (№ 111), оснащенная
приборами для проведения электрофореза и цитогенетических исследований.
10