• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Магистратура 2021/2022

Научно-исследовательский семинар "Биотехнология и биоинженерия"

Лучший по критерию «Полезность курса для Вашей будущей карьеры»
Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»
Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»
Статус: Курс обязательный (Биоэкономика)
Направление: 19.04.01. Биотехнология
Когда читается: 1-й курс, 1-4 модуль
Формат изучения: без онлайн-курса
Охват аудитории: для своего кампуса
Прогр. обучения: Биоэкономика
Язык: русский
Кредиты: 5

Программа дисциплины

Аннотация

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 «Научно-исследовательский семинар "Биотехнология и биоинженерия"», учебных ассистентов и студентов направления подготовки 19.04.01 Биотехнология, обучающихся по образовательной программе «Биоэкономика». Программа учебной дисциплины разработана в соответствии с: Образовательным стандартом НИУ ВШЭ по направлению 19.04.01 Биотехнология; Образовательной программой «Биоэкономика» и объединенным учебным планом по образовательной программе «Биоэкономика». Данная учебная дисциплина включена в ключевые семинары Учебного плана 19.04.01 Биотехнология. Осваивается на 1 курсе в модулях 1-4. Основные положения дисциплины «Научно-исследовательский семинар "Биотехнология и биоинженерия"» будут использоваться при прохождении практик на 1-2 курсах образовательной программы «Биоэкономика».
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Знакомство с последними достижениями в области науки, возникшей и развивающейся на достижениях молекулярной биотехнологии, микробиологии, биохимии, генетики, вирусологии, и других. В лекциях дается представление о том, как с помощью технологии рекомбинантных ДНК можно создавать нужные человеку продукты. Рассматриваются вопросы, связанные с основами молекулярной биотехнологии и возможностью совершенствования на этой основе биотехнологических процессов.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знание о молекулярно-биотехнологической революции в биологии. Освоение технологии рекомбинантных ДНК.
  • Освоение основных элементов и процессов, используемых в молекулярной биотехнологии. Освоение химического синтеза.
  • Освоение векторных и невекторных технология. Получение навыка использования для экспрессии генов других микроорганизмов.
  • Освоение навыка получения рекомбинантных белков с помощью эукариотических систем.
  • Освоение случайного мутагенеза с использованием олигонуклеотидных праймеров. Получение навыка повышения ферментативной активности.
  • Освоение биотехнологических процессов при участии рекомбинантных микроорганизмов.
  • Получение представлений о производстве гормонов роста, инсулина, интерферонов и др. лекарственных препаратов.
  • Получение представлений о методах иммунодиагностики, навыки идентификации гибридных клеточных линий, секретирующих специфические антитела. Получение навыков молекулярной диагностики генетических заболеваний.
  • Освоение методов использования рекомбинантных микроорганизмов для получения коммерческих продуктов различного назначения.
  • Получение представлений о биоконтроле патогенных микроорганизмов. Получение представления о методах идентификации генов токсинов.
  • Знание основ молекулярной биотехнологии эукариотических систем.
  • Знание основ генной терапии. Освоение метода картирования локуса генетического заболевания в определенном районе хромосомы.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Введение. Молекулярная биотехнология как главное направление в развитии общей биотехнологии.
    Молекулярная биотехнология как главное направление в развитии общей биотехнологии. Возникновение молекулярной биотехнологии и история ее развития. Молекулярно-биотехнологическая революция в биологии. Технология рекомбинантных ДНК. Надежды и опасения. Коммерциализация молекулярной биотехнологии.
  • Основные элементы и процессы, используемые в молекулярной биотехнологии. Биологические системы, используемые в молекулярной биотехнологии. Химический синтез, определение нуклеотидной последовательности и амплиикация ДНК.
    Основные элементы и процессы, используемые в молекулярной биотехнологии. Структура ДНК. Репликация. Расшифровка генетической информации: РНК и белок. Трансляция. Регуляция транскрипции у бактерий. Регуляция транскрипции у эукариот. Биологические системы, используемые в молекулярной биотехнологии. Прокариоты и эукариоты. Escherichia coli и Saccharomyces cerevisiae как основные биоагенты в разработках молекулярно-генетических исследований. Культуры эукариотических клеток. Химический синтез, определение нуклеотидной последовательности и амплиикация ДНК. Химический синтез ДНК. Фосфорамидитный метод. Применение синтезированных олигонуклеотидов. Синтез генов. Методы секвенирования ДНК. Полимеразная цепная реакция.
  • Биотехнология рекомбинантных ДНК. Оптимизация экспрессии генов, клонированных в прокариотических системах.
    Рестрицирующие эндонуклеазы. Плазмидные векторы. Трансформация и отбор. Создание и скрининг библиотек. Клонирование структурных генов эукариот. Векторы и векторные системы для клонирования крупных фрагментов ДНК. Векторы на основе бактериофага. Космиды. Генетическая трансформация прокариот. Перенос ДНК в Е. coli. Электропорация. Конъюгация. Оптимизация экспрессии генов, клонированных в прокариотических системах. Регулируемые промоторы. Экспрессия генов при участии сильных регулируемых промоторов. Крупномасштабные системы. Использование для экспрессии генов других микроорганизмов. Химерные белки, их расщепление и применение. Трансляционные экспрессирующие векторы. Стабилизация белков. Интеграция чужеродной ДНК в хромосому хозяина. Повышение эффективности секреции. Метаболическая перегрузка объектов.
  • Получение рекомбинантных белков с помощью эукариотических систем.
    Системы экспрессии Saccharomyces сегеvisiae. Векторы для S. cerevisiae. Прямая экспрессия в S. сerevisiae. Секреция гетерологичных белков, синтезируемых S. сerevisiae. Другие дрожжевые системы экспрессии. Синтез поверхностного антигена вируса гепатита В. Синтез бычьего лизоцима С2. Системы экспрессии с использованием культур клеток насекомых. Система экспрессирующих векторов на основе бакуловирусов. Получение рекомбинантных бакуловирусов. Создание челночного вектора на основе бакуловирусов для Е. coli и клеток насекомых. Выделение рекомбинантного белка из клеток насекомых с помощью аффинного связывания. Экспрессирующие векторы для работы с клетками млекопитающих. Селективные маркерные гены. Экспрессия двух клонированных генов в одной клетке млекопитающих.
  • Направленный мутагенез и генная инженерия белков.
    Направленный мутагенез: методика. Олигонуклеотид-направленный мутагенез с использованием ДНК фага М13, с использованием плазмидной ДНК, с использованием ПЦР-амплификации. Случайный мутагенез с использованием вырожденных олигонуклеотидных праймеров. Случайный мутагенез с использованием аналогов нуклеотидов. Генная инженерия белков. Образование дополнительных дисульфидных связей. Замена аспарагина на другие аминокислоты. Уменьшение числа свободных сульфгидрильных групп. Повышение ферментативной активности. Изменение потребности ферментов в металлических кофакторах. Изменение специфичности фермента. Повышение стабильности и специфичности ферментного белка.
  • Молекулярная биотехнология микробиологических систем Биотехнологические процессы при участии рекомбинантных микроорганизмов.
    Рост микроорганизмов. Периодическая культура. Периодическая культура с добавлением субстрата. Непрерывная культура. Повышение эффективности ферментации. Культуры с высокой плотностью. Биореакторы. Типичные крупномасштабные системы ферментации. Двухступенчатая ферментация в тандемных эрлифтных биореакторах. Двухступенчатая ферментация в одном реакторе с механическим перемешиванием. Периодическая ферментация и периодическая ферментация с добавлением субстрата. Сбор клеток. Разрушение клеток. Дальнейшая обработка. Солюбилизация белков.
  • Медицина и иммунобиотехнология Микробиологическое производство лекарственных средств.
    Лекарственные препараты. Интерфероны человека, полученные методом генной инженерии. Гормон роста человека, полученный методом генной инженерии. Оптимизация генной экспрессии. Ферменты. Моноклональные антитела как лекарственные средства. Гибридные моноклональные антитела человека и мыши. Производство антител с помощью Е. coli . Лекарственные средства против ВИЧ.
  • Вакцины. Молекулярная диагностика.
    Различные виды вакцин. Вакцины, полученные методами генной инженерии. Генная иммунизация. Бактерии как системы доставки антигенов. Молекулярная диагностика. Методы иммунодиагностики. Ферментный иммуносорбентный анализ. Моноклональные антитела. Образование и отбор гибридных клеток. Идентификация гибридных клеточных линий, секретирующих специфические антитела. Системы ДНК-диагностики. Гибридизационные зонды. Нерадиоактивные методы детекции. Геномная дактилоскопия. Использование полиморфных ДНК-маркеров. Молекулярная диагностика генетических заболеваний. Перспективы использования молекулярной диагностики.
  • Использование рекомбинантных микроорганизмов для получения коммерческих продуктов различного назначения. Биодеградация токсичных соединений и утилизация биомассы.
    Синтез L-аскорбиновой кислоты. Синтез индиго. Синтез аминокислот. Антибиотики. Клонирование генов биосинтеза антибиотиков. Синтез новых антибиотиков. Усовершенствование производства антибиотиков. Биополимеры: ксантан, меланин, каучук, полигидроксиалканоаты. Биодеградация токсичных соединений и утилизация биомассы. Метаболические пути биодеградации ксенобиотиков, созданные методами генной инженерии. Утилизация крахмала и сахаров. Промышленное производство фруктозы и этанола. Получение силоса. Утилизация целлюлозы. Компоненты лигноцеллюлозы. Выделение прокариотических целлюлазных генов. Выделение эукариотических целлюлазных генов. Манипуляции с целлюлазными генами.
  • Сельское хозяйство и экология Бактерии, стимулирующие рост растений. Микробные инсектициды.
    Фиксация азота. Генная инженерия кластера генов нитрогеназы. Образование клубеньков. Конкуренция среди организмов, образующих клубеньки. Манипуляции с генами образования клубеньков. Биоконтроль патогенных микроорганизмов. Сидерофоры. Антибиотики. Ферменты. Образование кристаллов льда и антифризные белки. Стимуляция роста растений свободноживущими бактериями. Микробные инсектициды. Токсин, синтезируемый Bacillus thuringiensis. Механизм действия и использование. Идентификация генов токсинов. Генная инженерия генов токсинов В. thuringiensis. Бакуловирусы как инструмент биоконтроля. Механизм действия. Усиление биоконтроля с помощью генной инженерии.
  • Молекулярная биотехнология эукариотических систем Генная инженерия растений: методология и применение. Трансгенные животные.
    Трансформация растений Ti-плазмидой из Agrobacterium tumefaciens. Векторные системы на основе Ti-плазмид. Физические методы переноса генов в растительные клетки. Бомбардировка микрочастицами. Применение репортерных генов при трансформации клеток растений. Эксперименты по экспрессии чужеродных генов в растениях. Выделение различных промоторов и их использование. Введение чужеродных генов в хлоропластную ДНК. Получение трансгенных растений, не содержащих маркерных генов. Генная инженерия растений: применение. Выведение растений, устойчивых к насекомым-вредителям, вирусам и гербицидам. Растения, устойчивые к грибам и бактериям. Получение растений, противостоящих неблагоприятным воздействиям и старению. Окислительный стресс. Солевой стресс. Созревание плодов. Изменение окраски цветков. Изменение пищевой ценности растений. Аминокислоты. Липиды. Изменение вкуса и внешнего вида плодов. Растения как биореакторы. Антитела. Полимеры. Чужеродные белки, аккумулирующиеся в семенах. Трансгенные животные. Трансгенные мыши: методология. Использование ретровирусных векторов. Метод микроинъекций ДНК. Использование модифицированных эмбриональных стволовых клеток. Клонирование с помощью переноса ядра. Перенос генов с помощью искусственных дрожжевых хромосом. Трансгенные мыши: применение. Трансгенный крупный рогатый скот. Трансгенные овцы, козы и свиньи. Трансгенные птицы и рыбы.
  • Молекулярная генетика человека. Генная терапия.
    Генетическое сцепление и картирование генов человека. Построение генетических карт хромосом человека. Генетический полиморфизм. Полиморфизм. Картирование локуса генетического заболевания в определенном районе хромосомы. Построение мультилокусных хромосомных карт человека. Локализация гена заболевания на карте сцепления. Клонирование генов заболеваний человека. Выявление мутаций в генах человека. Функциональное картирование. Кандидатное картирование. Позиционное картирование. Позиционно-кандидатное картирование. Программа Геном человека. Генная терапия ex vivo. Генная терапия in vivo. Вирусные системы доставки генов. Ретровирусные векторы. Аденовирусные векторы. Векторы на основе аденоассоциированных вирусов. Векторы на основе вируса простого герпеса. Невирусные системы доставки генов. Активация предшественника лекарственного вещества (пролекарства). Лекарственные средства на основе олигонуклеотидов. Синтез антисмысловых мРНК in vivo. Олигонуклеотиды, связывающиеся с белками: антитромбиновый аптамер. Рибозимы как лекарственные средства. Коррекция генетических дефектов с помощью олигонуклеотидов.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Аудиторная работа 1-2 модулей
    Текущий контроль проводится в виде аудиторной работы. Оценка выставляется по десятибалльной шкале. Студенту необходимо проявлять активное участие во время занятий. Преподаватель оценивает работу студентов на семинарских и практических занятиях. Оценки за работу на семинарских занятиях преподаватель выставляет в рабочую ведомость.
  • неблокирующий Аудиторная работа 3-4 модулей
    Текущий контроль проводится в виде аудиторной работы. Оценка выставляется по десятибалльной шкале. Студенту необходимо проявлять активное участие во время занятий. Преподаватель оценивает работу студентов на семинарских и практических занятиях. Оценки за работу на семинарских занятиях преподаватель выставляет в рабочую ведомость.
  • неблокирующий Экзамен 1-2 модулей
    Оценка на экзамене учитывает знание основных положений курса и правильность выполнения заданий. Экзамен по дисциплине проводится в устной форме. Экзаменационный билет содержит несколько вопросов из разных тем. Оценивается владение теоретическими знаниями дисциплины. Оценка выставляется по десятибалльной шкале.
  • неблокирующий Экзамен 3-4 модулей
    Оценка на экзамене учитывает знание основных положений курса и правильность выполнения заданий. Экзамен по дисциплине проводится в устной форме. Экзаменационный билет содержит несколько вопросов из разных тем. Оценивается владение теоретическими знаниями дисциплины. Оценка выставляется по десятибалльной шкале.
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.6 * Аудиторная работа 1-2 модулей + 0.4 * Экзамен 1-2 модулей
  • Промежуточная аттестация (4 модуль)
    0.3 * Аудиторная работа 3-4 модулей + 0.5 * Промежуточная аттестация (2 модуль) + 0.2 * Экзамен 3-4 модулей
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Молекулярная биология : учебник / В.В. Иванищев. — М. : РИОР : ИНФРА-М, 2019. — (Высшее образование). — 225 с. — DOI: https://doi.org/10.12737/1731-9 - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/1019421
  • Субботина, Т.Н. Молекулярная биология и генная инженерия : практикум / Т.Н. Субботина, П.А. Николаева, А.Е. Харсекина. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2018. - 60 с. - ISBN 978-5-7638-3857-2. - Текст : электронный. - URL: https://new.znanium.com/catalog/product/1032111 - Текст : электронный. - URL: http://znanium.com/catalog/product/1032111

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Молекулярная спектроскопия: основы теории и практика: Учебное пособие / Ф.Ф. Литвин, В.Т. Дубровский и др.; Под ред. Ф.Ф.Литвина - Москва : НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 263 с.: 60x88 1/16. - (Высшее образование: Бакалавриат). (о) ISBN 978-5-16-005727-9 - Текст : электронный. - URL: http://znanium.com/catalog/product/444657
  • Прошкина Е. Н., Юранева И. Н., Москалев А. А. - МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ: СТРЕСС-РЕАКЦИИ КЛЕТКИ. Учебное пособие для вузов - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 101с. - ISBN: 978-5-534-08502-0 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/molekulyarnaya-biologiya-stress-reakcii-kletki-441651
  • Симметрия молекул и молекулярная спектроскопия, Банкер, Ф., 1981