• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Индустриальная биотехнология

2022/2023
Учебный год
RUS
Обучение ведется на русском языке
4
Кредиты
Статус:
Курс по выбору
Когда читается:
4-й курс, 1, 2 модуль

Программа дисциплины

Аннотация

Индустриальная биотехнология – это интегрированное использование биохимии, микробиологии, молекулярной биологии и прикладных наук в технологических процессах с применением микроорганизмов, культур клеток и тканей. Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает требования к образовательным результатам и результатам обучения студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности. Программа предназначена для преподавателей, ведущих дисциплину «Индустриальная биотехнология», учебных ассистентов и студентов направления подготовки 06.03.01 Биология, обучающихся по образовательной программе «Клеточная и молекулярная биотехнология». Программа учебной дисциплины разработана в соответствии с: Образовательным стандартом НИУ ВШЭ по направлению 06.03.01 Биология; Образовательной программой «Клеточная и молекулярная биотехнология» и объединенным учебным планом по образовательной программе «Клеточная и молекулярная биотехнология». Данная учебная дисциплина включена в раздел «Профессиональный цикл» Учебного плана 06.03.01 Биология и относится к части Дисциплины по выбору. Осваивается на 4 курсе в 1-2 модуле. Изучение данной дисциплины базируется на результатах освоения дисциплины «Микробиология», «Генетика», «Биохимия», «Иммунология», «Экология и биоэкология» и др. Основные положения дисциплины «Индустриальная биотехнология» будут использоваться при прохождении практик на 4 курсе образовательной программы «Клеточная и молекулярная биотехнология».
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Формирование современных представлений об уровне научных достижений в области биоинженерии и биотехнологии, клеточной и генетической инженерии, энзимологии.
  • Ознакомление с современными промышленными биотехнологическими процессами, стадиями промышленного осуществления биотехнологических процессов и сырьевой базой промышленной биотехнологии; основными технологиями получения микробных препаратов для сельского хозяйства; методами получения и использования иммобилизованных ферментов.
  • Формирование представления о потенциальной опасности биотехнологических объектов и способах предупреждения их попадания в окружающую среду; о проблемах безопасности, связанных с получением и использованием генетически модифицированных организмов; об основных нормативных документах соблюдения экологической безопасности к получаемым биотехнологическими методам, веществам и организмам.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Освоение основных предпосылок возникновения и предмета изучения биотехнологии.
  • Освоение основных принципов развития биотехнологических производств, объектов биотехнологии и их биотехнологические функции.
  • Освоение биотехнологий брожения: молочнокислое брожение, спиртовое брожение, уксуснокислое брожение, маслянокислое брожение.
  • Освоение основ пищевой биотехнологии.
  • Знание сравнительной характеристики физических и химических методов иммобилизации ферментов с примерами производств.
  • Освоение основ экобиотехнологии: аэробная и анаэробная очистка сточных вод, биологическая очистка и дезодарация газовоздушных выбросов, компостирование и биодеградация растительных отходов, биоремидиация водных и почвенных систем, биодеградация ксенобиотиков, нефтяных загрязнений.
  • Освоение основ биогеотехнологии: получение экологически чистой энергии, получение биогаза из органических остатков, получение этанола из продуктов растениеводства, биологическое получение водорода, биогетехнология металлов, получение экологически чистой энергии.
  • Освоение основ агробиотехнологии: биотехнология производства энтомопатогенных препаратов, биотехнология производства бактериальных удобрений, силосование кормов как метод анаэробной биоконверсии.
  • Получение навыка культивирования клеток растений и животных in vitro.
  • Освоение основ аквабиотехнологии: культивирование гидробионтов, увеличение темпа воспроизводства морских организмов, биодеградируемые полимеры из морского сырья, получение топлива из водорослей, рыбных и нерыбных объектов и отходов их переработки, улучшении экологии в районах рыбного промысла за счет применения технологий, получения ценных препаратов из отходов переработки рыбной промышленности.
  • Освоение основ медицинской биотехнологии: современные направления развития медицинской биотехнологии, этические проблемы биотехнологий, принципы проектирования лекарственных форм для целенаправленной доставки препаратов к органам-мишеням, биотехнология первичных и вторичных метаболитов и их применение в качестве лекарственных средств, производство моноклоналъных антител, иммунных сывороток и вакцин.
  • Освоение основ молекулярной диагностики.
  • Освоение современных трансплантационных технологий и их значение в медицине.
  • Освоение понятий биотерроризм, основ производства биологического и энзимологического оружия.
  • Знание основ Российского законодательства в области биобезопасности.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Тема 1. Предмет, история развития и основные направления биотехнологии.
    Основные предпосылки возникновения и предмет изучения биотехнологии. Понятия «старая» и «новая» биотехнологии, вклад современных достижений молекулярной биологии в становление и развитие «новой» биотехнологии. Этапы развития биотехнологии. Основные принципы развития биотехнологических производств. Объекты биотехнологии и их биотехнологические функции. Особенности развития биотехнологии в главных регионах мира. Правила техники безопасности в биотехнологической промышленности и контроль продукции. Перспективы развития биотехнологии в основных отраслях народного хозяйства.
  • Тема 2. Основы индустриальной биотехнологии.
    Основные стадии биотехнологического производства, типовая схема биотехнологического производства, принципы составления питательных сред в биотехнологическом производстве, получение лимонной кислоты путем культивирования плесневого гриба, методы количественного учета микроорганизмов, особенности развития биотехнологии в главных регионах мира.
  • Тема 3. Биотехнология пищевых производств. «Желтая» биотехнология.
    Молочнокислое брожение, спиртовое брожение, уксуснокислое брожение, маслянокислое брожение. Производство кормового белка. Необходимость употребления незаменимых аминокислот: валин, лейцин, лизин, треонин, триптофан, метионин. Биологически полноценные белки. Аминокислотный состав зерновых культур, используемых в кормопроизводстве. Содержание незаменимых аминокислот в белках микроорганизмов. Кормовые дрожжи. Технология глубинного выращивания кормовых дрожжей в ферментерах. Белковые концентраты из бактерий. Кормовые белки из водорослей. Технология получения белковой массы из клеток бактерий и водорослей. Белки микроскопических грибков. Кормовые белковые концентраты из растений: белковый коагулят, ферментированный коричневый сок, жом. Микробиологический синтез лизина и триптофана. Производство кормовых витаминных препаратов группы В. Кормовые липиды. Важнейшие ферментные препараты, применяемые в сельском хозяйстве.
  • Тема 4. Инженерная энзимология.
    Иммобилизованные ферменты. Ферменты и ферментные системы (пищевой, фармацевтической, текстильной промышленности и др.). Источники ферментов, технологию культивирования микроорганизмов – продуцентов ферментов, технологии выделения и очистки ферментных препаратов. Отличия свободных ферментов от иммобилизованных, суть процесса иммобилизации, основные преимущества использования иммобилизованных ферментов в сравнении с ферментами свободными. Методы физической иммобилизации: адсорбцию на нерастворимых носителях, использование фвухфазных систем, заключение ферментов в гели, метод полупроницаемых мемебран. Методы химической иммобилизации: ковалентное связывание, метод сополимеризации и формирование ферментных сеток. Влияние носителя на каталитическую активность иммобилизованных ферментов. Использование иммуноферментного анализа в различных отраслях народного хозяйства: химический анализ, медицина, пищевая промышленность. Сравнительная характеристика физических и химических методов иммобилизации с примерами производств, в основе которых лежат те или иные методы.
  • Тема 5. Экологическая биотехнология (Экобиотехнология). «Серая» биотехнология.
    Аэробная и анаэробная очистка сточных вод. Биологическая очистка и дезодарация газовоздушных выбросов. Компостирование и биодеградация растительных отходов. Биоремидиация водных и почвенных систем. Биодеградация ксенобиотиков, нефтяных загрязнений. Применение биотехнологических процессов для решения проблем окружающей среды. Предмет и задачи экологической биотехнологии. Методы очистки сточных вод: механические, химические, физико-химические, биологические; конструкции и назначение аэротенков и биофильтров, используемых на очистных сооружениях. Различия первичного, вторичного и третичного отстоя сточных вод. Биологические методы очистки стоков. Аэробные процессы очистки сточных вод. Анаэробные процессы очистки сточных вод. Утилизация твердых отходов. Биоочистка газовоздушных выбросов. Биодеградация ксенобиотиков, нефтяных загрязнений, пестицидов.
  • Тема 6. Биотехнологическая биоэнергетика и биологическая переработка минерального сырья. (Биогеотехнология). «Белая» биотехнология.
    Получение экологически чистой энергии. Получение биогаза из органических остатков. Получение этанола из продуктов растениеводства. Биологическое получение водорода. Биогетехнология металлов. Получение экологически чистой энергии. Биогаз. Производство этанола. Биотехнология преобразования солнечной энергии. Фотопроизводство водорода. Бактериальное выщелачивание минерального сырья. Биосорбция металлов из растворов. Биотрансформация ксенобиотиков и загрязняющих окружающую среду веществ, производных нафталина и салициловой кислоты. Процессы окисления и восстановления ксенобиотиков под воздействием микроорганизмов и ферментов в почве и воде. Технология производства биогаза. Стадии биометаногенеза: гидролиз биополимерных молекул, ферментация мономеров, ацетогенная стадия, метаногенная стадия. Условия метанообразования и физические свойства биогаза. Технико-экономические показатели биогазовых установок. Мировой опыт биоконверсии навоза в биогаз. Производство этанола как альтернативного источника энергии. Растения, использующиеся для производства этилового спирта. Перспектива замены бензина этанолом. Биотехнология преобразования солнечной энергии. Фотопроизводство водорода.
  • Тема 7. Сельскохозяйственная биотехнология (Агробиотехнология). «Зеленая» биотехнология.
    Биотехнология производства энтомопатогенных препаратов. Биотехнология производства бактериальных удобрений. Силосование кормов как метод анаэробной биоконверсии. Биотехнологии растений в сельском хозяйстве, селекции и растениеводстве: межвидовые и межродовые гибриды; генетическая изменчивость в культивируемых каллусных клетках; полиплоидизация in vitro; получение in vitro и использование гаплоидов; ускоренное микроразмножение ценных хозяйственно-важных культур. Генетическая инженерия в животноводстве. Вопросы приготовления ДНК для микроинъекции, подготовка доноров и извлечение эмбрионов, визуализация пронуклеусов в эмбрион, микроинъекция ДНК, пересадка эмбрионов, изучение интеграции и экспрессии генов у трансгенных животных, изучение наследования трансгенов. Создание разных типов трансгенных животных: трансгенные животные с новыми хозяйственно-полезными свойствами; трансгенные животные с устойчивостью к заболеваниям; трансгенные животные, продуцирующие биологически-активные вещества. Биотехнологический контроль воспроизводства сельскохозяйственных животных.
  • Тема 8. Биотехнология клеток и тканей растений и животных. «Зеленая» биотехнология.
    Культивирование клеток животных in vitro. Особенности культивируемых клеток животных: цитоплазматическая мембрана и функции, связанные с ней (контакт клеток, феномен контактного ингибирования, слияние клеток, транспорт веществ через мембрану); рост клетки (клеточный цикл; регуляция роста: масса клетки, конфигурация клетки и факторы роста; роль мембран в регуляции роста клетки); дифференциация клетки; трансформация клетки; старение клетки. Использование биотехнологии в животноводстве. Технология трансплантации эмбрионов (суперовуляция, искусственное осеменение донора, извлечение эмбрионов, хранение эмбрионов, пересадка эмбрионов); клеточная инженерия (получение однояйцевых близнецов; клонирование эмбрионов путем пересадки ядер эмбриональных клеток в энуклеированные яйцеклетки; межвидовые пересадки эмбрионов и получение химерных животных); технология оплодотворения яйцеклеток вне организма животных (созревание ооцитов in vitro, капацитация сперматозиодов, оплодотворение in vitro и обеспечение ранних стадий развития эмбрионов). Культивирования изолированных клеток растений. Понятия каллусные и суспензионные культуры – как основные типы пересадочных культур высших растений. Особое внимание уделите культурам клеток растений как промышленным источникам веществ растительного происхождения. Факторы, влияющие на выход продуктов: происхождение ткани – генетическая характеристика; условия культивирования – химические и физические факторы; селекция и отбор; биохимические манипуляции; биотрансформация. Системы для роста биомассы и синтеза вторичных соединений: факторы, влияющие на рост биомассы; биомасса и продуктивность; продуцирующие системы – крупномасштабное культивирование и иммобилизованные клетки. Экономические аспекты и перспективы развития промышленного культивирования клеток растений. Использование биотехнологии растений в сельском хозяйстве, селекции и растениеводстве: межвидовые и межродовые гибриды; генетическая изменчивость в культивируемых каллусных клетках; полиплоидизация in vitro; получение in vitro и использование гаплоидов; ускоренное микроразмножение ценных хозяйственно-важных культур.
  • Тема 9. Морская биотехнология (Аквабиотехнология). «Синяя» биотехнология.
    Культивирование гидробионтов и увеличение темпа воспроизводства морских организмов (рыб, моллюсков, водорослей). Появление биодеградируемых полимеров из морского сырья. Получение топлива из водорослей, рыбных и нерыбных объектов и отходов их переработки. Разработка новых функциональных продуктов питания с высокой пищевой ценностью (БАВ и БАД). Повышение экономической эффективности и конкурентоспособности рыбной промышленности. Улучшении экологии в районах рыбного промысла за счет применения технологий получения ценных препаратов из отходов переработки рыбной промышленности.
  • Тема 10. Медицинская биотехнология (биофармацевтика). «Красная» биотехнология.
    Современные направления развития медицинской технологии. Решение кардинальных проблем медицины на основе достижений биотехнологии. Этические проблемы. Биообъектыпродуценты лечебных, профилактических и диагностических средств. Характеристика биообъектов для производства лекарственных, профилактических и диагностических средств. Принципы проектирования лекарственных форм для целенаправленной доставки препаратов к органам-мишеням Биотехнология лекарственных препаратов и биологически активных веществ. Состояние и направления развития биотехнологии лекарственных препаратов и биологически активных веществ. Биотехнология первичных метаболитов и их применение в качестве лекарственных средств. Биотехнология вторичных метаболитов. Лекарственные препараты на основе свободных и иммобилизованных ферментов и их комбинаций с другими лекарственными препаратами. Имунобиотехнология. Производство моноклоналъных антител и применение моноклональных антител в иммунной диагностике, в качестве лекарственных препаратов и высокоспецифических катализаторов. Иммунные сыворотки и вакцины. Основы молекулярной диагностики. Генные технологии восстановления здоровья. Клеточная терапия. Стволовые клетки как основной источник клеточного материала. Современные представления о здоровом питании. Использование достижений нутригеномики. Современные трансплантационные технологии и их значение в медицине.
  • Тема 11. Военная биотехнология. «Черная» биотехнология.
    Биотерроризм. Биологическое оружие. Энтомологическое оружие. Предотвращение биотерроризма. Биологические риски. Биологический террористический акт. Эпидемиология террористического акта при однократном применении биологического агента. Эпидемиология террористического акта при многократном применении биологического агента. Расследование биологического террористического акта. Разработка биологического оружия. Российское законодательство в области биобезопасности. Законодательство СНГ. Картахенский протокол по биобезопасности к конвенции ООН о биологическом разнообразии. Состояние законодательства в области биобезопасности в мире. Альянс «За биобезопасность».
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Контрольная работа_Тема 1-2
  • неблокирующий Контрольная работа_Тема 3
  • неблокирующий Письменная работа_Тема 4
  • неблокирующий Коллоквиум_Тема 5
  • неблокирующий Контрольная работа_Тема 6
  • неблокирующий Контрольная работа_Тема 7
  • неблокирующий Контрольная работа_Тема 8
  • неблокирующий Устный опрос_Тема 9
  • неблокирующий Устный опрос_Тема 10
  • неблокирующий Устный опрос_Тема 11
  • неблокирующий Экзамен
    Билет на экзамене состоит из 2 вопросов из разных тем и теста с заданиями открытого типа (необходимо выбрать вариант ответа).
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.05 * Коллоквиум_Тема 5 + 0.05 * Контрольная работа_Тема 1-2 + 0.05 * Контрольная работа_Тема 3 + 0.05 * Контрольная работа_Тема 6 + 0.05 * Контрольная работа_Тема 7 + 0.05 * Контрольная работа_Тема 8 + 0.05 * Письменная работа_Тема 4 + 0.05 * Устный опрос_Тема 10 + 0.05 * Устный опрос_Тема 11 + 0.05 * Устный опрос_Тема 9 + 0.5 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Под общ. ред. Загоскиной Н.В., Назаренко Л.В. - БИОТЕХНОЛОГИЯ. В 2 Ч. ЧАСТЬ 1 2-е изд., испр. и доп. Учебник и практикум для академического бакалавриата - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 170с. - ISBN: 978-5-534-07410-9 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/biotehnologiya-v-2-ch-chast-1-437436
  • Под общ. ред. Загоскиной Н.В., Назаренко Л.В. - БИОТЕХНОЛОГИЯ. В 2 Ч. ЧАСТЬ 2 2-е изд., испр. и доп. Учебник и практикум для академического бакалавриата - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 219с. - ISBN: 978-5-534-07409-3 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/biotehnologiya-v-2-ch-chast-2-437564

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Биотехнология нефтедобычи. Принципы и применение : монография / Н.М. Исмаилов. — М. : ИНФРА-М, 2019. — 169 с. — (Научная мысль). — www.dx.doi.org/10.12737/22259. - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/982610
  • Биотехнология: Практикум / Акимова С.А., - 2-е изд., перераб. и доп. - Волгоград:Волгоградский государственный аграрный университет, 2018. - 144 с.: ISBN - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/1007958
  • Биотехнология. Практикум по культивированию клеточных культур : учебное пособие / М.Ш. Азаев, Т.Н. Ильичева, Л.Ф. Бакулина [и др.]. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 142 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс]. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/993530. - Текст : электронный. - URL: http://znanium.com/catalog/product/993530
  • Ветошкин, А.Г. Инженерная зашита окружающей среды от вредных выбросов : учеб. пособие / А.Г. Ветошкин. - 2-е изд., испр. и доп. - Москва : Инфра-Инженерия, 2019. - 416 с. - ISBN 978-5-9729-0249-1. - Режим доступа: https://new.znanium.com/catalog/product/1053370 - Текст : электронный. - URL: http://znanium.com/catalog/product/1053370
  • Инженерная биотехнология: основы технологии микробиологических производств : учебное пособие / А.В. Луканин. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 304 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/18209. - Текст : электронный. - URL: http://znanium.com/catalog/product/1062271
  • Пищевая биотехнология продуктов из сырья растит. происхожд.: Учеб. / О.А.Неверова, А.Ю.Просеков и др. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 318 с.: 60x90 1/16 + ( Доп. мат. znanium.com). - (Высшее образование: Бакалавриат). (п) ISBN 978-5-16-005309-7 - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/363762