страница 1
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
УТВЕРЖДАЮ
Председатель
Учебно-методического объединения
вузов Республики Беларусь
по естественнонаучному образованию
____________________В.В. Самохвал
15 мая 2006
Регистрационный № ТД- G. 005 /тип.
ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ
Учебная программа
для высших учебных заведений по специальности
1-31 01 01 Биология
СОГЛАСОВАНО
Председатель научно-методического совета по специальности Биология УМО по
естественнонаучному образованию
______________В.В. Лысак
19 апреля 2006
Первый проректор Государственного учреждения образования
«Республиканский институт
высшей школы»
_____________ В.И. Дынич
30 мая 2006
Эксперт-нормоконтролер
______________ С.М. Артемьева
30 мая 2006
Минск
2006
Составители:
Фомичев Ю.К. – профессор кафедры микробиологии Белорусского государственного университета, доктор медицинских наук, профессор;
Прокулевич В. А. – профессор кафедры микробиологии Белорусского государственного университета, доктор биологических наук, профессор;
Желдакова Р.А. – доцент кафедры микробиологии Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент.
Рецензенты:
Кафедра биотехнологии и биоэкологии Учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет»;
Зинченко А.И. – заведующий лабораторией биотехнологии соединений нуклеиновой природы Института микробиологии Национальной Академии наук Беларуси, доктор биол. наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой микробиологии биологического факультета Белорусского государственного университета (протокол № 12 от 10 марта 2006 г.);
Ученым советом биологического факультета Белорусского государственного университета (протокол № 8 от 18 апреля 2006 г.);
Научно-методическим советом Белорусского государственного университета (протокол № 3 от 25 апреля 2006 г.)
Ответственный за редакцию: Желдакова Римма Анатольевна
Ответственный за выпуск: Желдакова Римма Анатольевна
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Курс «Основы биотехнологии» предназначен для студентов биологических факультетов, обучающихся на специальности 1-31 01 01 Биология, и ставит своей целью дать представление об основных направлениях и перспективах развития биотехнологии, решаемых с ее помощью задач, характеристике используемых для этого методов. Особое внимание уделяется рассмотрению связей между достижениями в области фундаментальных наук (микробиология, молекулярная генетика, молекулярная биология и т. п.) и прикладными аспектами их использования в решении актуальных задач современного общества.
Приведенная ниже программа отражает содержание основных тем, включенных в лекционный курс, и призвана послужить основой для ориентации слушателей в круге рассматриваемых вопросов как в процессе изучения курса, так и в период непосредственной подготовки к экзамену.
Программа рассчитана на 40 аудиторных часов (лекционных часов – 30, часов лабораторных занятий – 10).
Введение
Биотехнология как межотраслевая область научно-технического прогресса и раздел практических знаний. Основные факторы, обусловившие стимул в развитии современной биотехнологии. Связь биотехнологии с биологическими, химическими, техническими и другими науками. Практические задачи биотехнологии и важнейшие исторические этапы ее развития. Области применения достижений биотехнологии. Трехкомпонентность современной биотехнологии.
Основные тенденции и перспективные направления развития биотехнологии в Республике Беларусь.
ОБЪЕКТЫ БИОТЕХНОЛОГИИ
Объекты биотехнологии, основные требования к их применению. Микроорганизмы (бактерии и высшие протисты) – основные объекты биотехнологии. Штаммы микроорганизмов, использующиеся в биотехнологии, их преимущества. Принципы подборы биотехнологических объектов. Промышленные, модельные и базовые микроорганизмы. Требования к продуцентам, используемым в биотехнологическом производстве.
Выделение и селекция микроорганизмов – продуцентов биологически активных веществ. Методические подходы к улучшению штаммов промышленных микроорганизмов. Характеристика мутантных клеток и особенности их использования.
ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ
Генетические способы улучшения продуцентов: организменный, клеточный и молекулярный уровни. Получение продуцентов путем ступенчатого отбора случайных мутаций и отбор продуцентов с заданным фенотипом.
Генетическая инженерия и технология рекомбинантных ДНК. Основные открытия, обосновавшие теоретически технологический подход к наследственной информации.
Инструменты генетической инженерии. Характеристика ферментов, используемых в генетической инженерии. Рестрицирующие эндонуклеазы, их основные характеристики и область применения. Методы соединения клонируемых фрагментов и векторных молекул. Выделение фрагментов ДНК.
Характеристика и особенности векторных молекул. Векторные системы, применяемые для клонирования в клетках прокариотических организмов. Типы векторов: плазмидные и фаговые, космиды и фазмиды. Классификация векторов. Упаковочная система бактериофага лямбда и область ее применения. Особенности клонирования в клетках грамотрицательных и грамположительных бактерий.
Банки генов и клонотеки геномов.
Векторные системы для клонирования в клетках эукариот: животных, растительных и дрожжевых.
Стратегия клонирования и экспрессия чужеродной генетической информации в клетках различных организмов.
Способы введения рекомбинантных ДНК в клетки различных организмов. Поиск клонов с рекомбинантной ДНК. Общая схема эксперимента по генетической инженерии.
СЫРЬЕВАЯ БАЗА БИОТЕХНОЛОГИИ
Требования, предъявляемые к питательным субстратам, использующимся в биотехнологических процессах. Основные типы питательных сред, использующихся в биотехнологии: требования к составу и качеству, принципы подбора.
Сырьевая база биотехнологии. Питательные среды для ферментационных процессов. Природные сырьевые субстраты растительного происхождения. Отходы производства как потенциальные субстраты для культивирования биологических объектов.
ТЕХНОЛОГИЯ ФЕРМЕНТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
Устройство и основные конструкторские детали ферментеров и биореакторов. Системы пеногашения, теплообмена, аэрирования и перемешивания, асептики и стерилизации, используемые в ферментерах. Специализированные ферментационные технологии: аэробные, анаэробные, газофазные и др.
Типы и режимы ферментаций: периодические и непрерывные. Хемостаты и турбидостаты. Твердофазная ферментация. Особенности получения целевых продуктов при различных условиях ферментации. Принцип масштабирования технологических процессов: лабораторные, пилотные и промышленные установки.
Основные параметры роста культур: время генерации, удельная скорость роста, выход биомассы, экономический коэффициент. Кривая роста популяции клеток, характеристика отдельных фаз и получение целевых продуктов. Зависимость выхода конечного продукта от потребленного субстрата.
Особенности культивирования биологических объектов. Культивирование клеток высших растений, примеры получаемых продуктов. Культивирование клеток животных, получение моноклональных антител.
КОНЕЧНЫЕ СТАДИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТОВ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
Конечные стадии получения целевого продукта. Отделение биомассы: флотация, фильтрование и центрифугирование. Методы дезинтеграции клеток. Выделение целевого продукта: осаждение, экстрагирование, адсорбция, электрохимические методы, ионообменная хроматография и др. Стадии концентрирования, обезвоживания, модификации и стабилизации целевых продуктов биотехнологических процессов.
Классификация продуктов биотехнологического производства.
ИММОБИЛИЗОВАННЫЕ КЛЕТКИ И ФЕРМЕНТЫ
Иммобилизованные клетки и ферменты, преимущества их использования в биотехнологии. Характеристика используемых носителей, способы иммобилизации клеток и ферментов.
Технология производства ферментов в промышленных условиях, требования, предъявляемые к продуцентам ферментов.
Инженерная энзимология как современное направление биотехнологии.
КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
Методы культивирования клеток высших организмов.
Каллусные и суспензионные культуры клеток высших растений, методы их получения и область применения. Протопласты растительных клеток, их получение, методы регенерации и культивирования. Слияние протопластов растительных клеток. Гибридизация соматических клеток растений.
Культивирование клеток и тканей животных. Приемы культивирования в суспензионной культуре и и в адгезированном состоянии. Требования к качеству и составу питательных сред. Первичные и перевиваемые культуры.
Получение трансгенных организмов.
ДОСТИЖЕНИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ
Производство белка одноклеточных организмов. Продуценты белка. Понятие скора. Требования к белку одноклеточных организмов, возможности его использования.
Биотехнология и медицина. Получение антибиотиков в промышленных условиях. Другие лекарственные препараты, получаемые в промышленных условиях (вакцины, пробиотики и т.д.).
Биотехнологические способы получения энергоносителей.
Биотехнология и окружающая среда. Экологическая биотехнология. Биотехнология очистки промышленных отходов.
Социальные аспекты биотехнологии и биоинженерии. Контроль применения биотехнологических методов.
Литература
О с н о в н а я:
1. Биотехнология: В 8 кн. / под ред. Н.С. Егорова и В. Д. Самуилова. М.: Высшая школа, 1986.
2. Глик Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак. М.: Мир, 2002.
3. Егорова Т. А. Основы биотехнологии: Учеб. Пособие для высших педагогических учебных заведений / Т. А. Егорова, С. М. Клунова, Е. А. Живухина. – М.: Изд. Центр «Академия», 2003.
4. Евтушенков А. Н. Введение в биотехнологию: курс лекций/ А. Н. Евтушенков, Ю. К. Фомичев. – Мн.: БГУ, 2004.
Д о п о л н и т е л ь н а я:
1. Албертс Б. / Молекулярная биология клетки. / Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж и др. М.: Мир, 1994. Т.1-3.
2. Воробьева Л. И. Промышленная микробиология: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГУ, 1989.
3. Ермишин А. П. Биотехнология. Биобезопасность. Биоэтика / Ермишин А. П. – Мн.: Тэхналогия, 2005.
4. Промышленная микробиология: Учеб. Пособие для вузов / З. А. Аркадьева, А. М. Безбородов, И.Н. Блохина и др.; Под ред. Н. С. Егорова. – М.: Высш. шк., 1989.
5.Сингер М. Гены и геномы / Сингер М., Берг П. М.:Мир, 1998.
6. Сельскохозяйственная биотехнология: Учеб. / В. С. Шевелуха, Е. А. Калашникова, Е. С. Воронин и др.; Под ред. В. С. Шевелухи – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2003.
7. Сельскохозяйственная биотехнология: векторные системы молекулярного клонирования./ М.: Агропромиздат, 1991.
8. Современная микробиология: прокариоты / под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля. М.: Мир, 2005. Т. 2.
9. Рекомбинантные молекулы: значение для науки и практики. М.: Мир, 1980.
10. Рыбчин В. Н. Основы генетической инженерии. – СПб.: Изд-во СПб ГТУ, 1999.
11. Щелкунов С. Н. Генетическая инженерия: Учеб.-справ. пособие . 2-е изд, испр. и доп. – Новосибирск: Сиб унив. изд-во, 2004.
12. Экологическая биотехнология. – Л., 1990.
страница 1
|