ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ

И МЕТОДЫ БИОТЕХНОЛОГИИ

Организационно-методические указания

Красноярск

ИПК СФУ

2011

УДК 60(075)

ББК 30.16я73

В67

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Современные проблемы и методы биотехнологии» подготовлен в рамках программы развития федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» (СФУ) на 2007-2010гг.

Рецензенты:

Красноярский краевой фонд науки;

Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин

В67 Современные проблемы и методы биотехнологии:организац.-метод. указания/ сост. : Т. Г. Волова, Е. И. Шишацкая,Л. А. Франк. – Красноярск : ИПКСФУ, 2009. – 100 с. (Современные проблемы и методы биотехнологии :УМКД № 1323-2008 / рук. творч. коллективаТ. Г. Волова).

ISBN 978-5-7638-1867-3 (комплекса)

Настоящее издание является частью учебно-методического комплекса по дисциплине «Современные проблемы и методы биотехнологии», включающего учебную программу, учебное пособие с электронным оптическим диском (содержит банк тестовых заданий и наглядное пособие «Современные проблемы и методы биотехнологии.Презентационные материалы»), лабораторный практикум,методические указания по самостоятельной работе.

Изложены указания по организации учебного процесса по дисциплине «Современные проблемы и методы биотехнологии».

Предназначены для преподавателей, ведущих учебные занятия по дисциплине «Современные проблемы и методы биотехнологии».

УДК 60(075)

ББК 30.16я73

Рекомендовано к изданию

Инновационно-методическим управлением СФУ

Учебное издание

Волова Татьяна Григорьевна, Шишацкая Екатерина Игоревна,

Франк Людмила Алексеевна

Современные проблемы

и методы биотехнологии

Подписано в печать 13.11.2009. Печать плоская. Формат 6084/16.

Бумага офсетная. Усл. печ. л. 5,8.

Тираж 500 экз. Заказ №

Издательско-полиграфический комплекс Сибирского федерального университета

660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а

ISBN 978-5-7638-1867-3 (комплекса) © Сибирский федеральный

университет, 2009

общие сведения

Целью организационно-методических указаний по курсу «Современные проблемы и методы биотехнологии» является обеспечение эффективного процесса обучения студентов на основе изучениятеоретического материала, выполнения экспериментальных лабораторных работ, самостоятельной работы с литературойна основе рациональной организации процесса обучения.

Организационно-методические указания предназначены для ассистентов и старших преподавателей, ведущих лабораторные ипрактические занятия, доцентов и профессоров, читающих лекции по дисциплине.

Исходя изконцепции совершенствования качества и повышения эффективности подготовкиспециалистов и приоритетных задач, стоящих перед Сибирским федеральным университетом, необходимо совершенствование собственно процесса обучения, развитие активных форм обучения и ориентированиестудентов на углубленное и творческое освоение дисциплин в процессе аудиторного обучения, а также расширениеобъема самостоятельной компонентыобучения и повышения творческой активности.

Расширение спектра компонентов деятельности студентов в процессе обучения и увеличение объема внеаудиторныхзанятий делают необходимыми повышение активностистудентов и развитие у них чувства ответственности и самоконтроля. Для этого необходимо наличиекритериев и показателей оценки качества обучения, современных средств мониторинга качества подготовки специалистов в университете, включая внедрение системы объективных измерений оценки успеваемости студентовбалльно-рейтинговой системы оценки результатов обучения студентов.Необходимость развития этого подходаи новых форм учебно-методической деятельности в университетах РФ регламентирована Министерством образования и науки Российской Федерациив приказе № 215 от 29.07.2005 «Об инновационной деятельности высших учебных заведений по переходу на систему зачетных единиц». В основу разработки настоящих методических указаний положены рекомендации, разработанные ИМУ СФУ от 01.09.2008.

Настоящие организационно-методическиеуказания подисциплине «Современные проблемы и методы биотехнологии» включают в себя указания и рекомендации по порядку преподавания разделов и тем курса в процессе его усвоения студентами, включающего аудиторное и самостоятельное изучение теоретического материала, выполнение лабораторных работ, оформление рефератов, проведение тестирования студентов, оценку эффективности обучения студентов на основе кредитно-модульной системы.

Результаты аттестации процесса обучения на основе кредитно-модульной системы используются для реализации академического рейтинга студентов. Ранжирование студентов по результатам рейтинга позволит поощрять наиболее успешныхстудентов и стимулировать к работе отстающих. Студенты, имеющие высокий рейтинг, получат академические льготы и преимущества, например, повышенную стипендию, путевки в летние школы и лагеря, возможность принять участие в стажировках и научных форумах.

Программадисциплины «Современные проблемы и методы биотехнологии» составлена в соответствии с Проектомфедерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования третьего поколения по укрупненной группе 020000 «Естественные науки» направления 020400.68 «Биология» для подготовки магистров по магистерской программе «Микробиология и биотехнология».Трудоемкость дисциплины: 2,0 зачетные единицы/72 часа.

1.Общая характеристика дисциплины

Дисциплина «Современные проблемы и методы биотехнологии» относится к циклу М.3. – профессиональный цикл по направлению подготовки 020400.68 «Биология», программа подготовки магистров 020400.68.01 «Микробиология и биотехнология» укрупненной группы 020000 «Естественные науки».

Значимость учебного курса «Современные проблемы и методы биотехнологии» обусловлена тем, что биотехнология является новейшим направлением в комплексе наук биологическогои небиологического профиля, объединившим и объединяющим крупнейшие достижения XX – начала XXI вв. в области генетики и микробиологии, биоинженерии и биофизики, молекулярной биологии имолекулярной генетики. Биотехнология имеет огромное значение для развития научно-технического прогресса и повышения качества жизни человека через воспроизводство пищевых и лекарственных веществ нового поколения, новых экологически чистых материалов и новых, более эффективных методов диагностики и способов лечения, рационального использования ресурсов биосферы, нацеленных на охрану окружающей среды.

Задачи учебной дисциплины «Современные проблемы и методы биотехнологии» нацелены на формирование у студентов знаний и умений в сфере потенциала, методологии и компетенций биотехнологии, новейших технологий получения и использования генетически модифицированных организмов и продуктов, базирующихся на достижениях молекулярной биологии, молекулярной генетики и молекулярной биотехнологии. Курс предусматривает рассмотрение теоретических основ новейших разделов биотехнологии и приобретение студентами знаний по методологии и ключевым направлениям современной биологической науки:

• протеомике,
• генетической инженерии,
• генной диагностики и генной терапии,
• новейших материалах и способах, способах их синтеза и областях применения;
• методологии и направлениях биоинженерии, ориентированныхна повышение экономической эффективности биотехнологий;
• современным методам физико-химического анализа клеточных макромолекул и целевых продуктов биотехнологии.
• Для изучения данной дисциплины целесообразно предварительное освоение студентами биоорганической химии,общей генетики и общей микробиологии, молекулярной генетики, общей биотехнологии.

Цель курса дать знания о новейших достижениях, направлениях исследования и практической реализации биотехнологической наукиXXI в. и обеспечитьформирование у студентов представлений о революционных изменениях комплекса наук биологического направления в областигенетической инженерии, геномики и протеомики, новейших достижений молекулярной биотехнологии.

В результате освоения дисциплины «Современные проблемы и методы биотехнологии» студенты приобретают

знания:

• научных основ молекулярной биотехнологии;
• основных направлений получения и использования генетически модифицированных организмов различного уровня организации;
• научных основ новейших направлений и технологий получения целевых генно-инженерных продуктов для различных областей применения;
• научных основ генной диагностики и генной терапии;
• необходимости соблюденияэтических норм и стратегии риска при развитии биотехнологических технологий;
• направлений исследований и стратегии применения новых безопасных материалов, получаемых биотехнологическими способами;
• научных основ современных методов аналитики важнейших клеточных макромолекул и целевых продуктов биотехнологии;
• методологии биоинженерии органов и тканей

умения:

• ориентироваться в современных направлениях и новейших методах биотехнологии (геномике, протеомике, генетической инженерии, биоматериаловедении и современной аналитике);
• использовать знания по новейшим направлениям современной биотехнологии при изучении специальных дисциплин;
• применять полученные знаниядля повышения качества жизни людей;
• использовать полученные данные при написании рефератов, статей, научных проектов.

Учебно-методический комплекс дисциплины (УМКД) «Современные проблемы и методы биотехнологии» содержит:

• теоретический материал(учебное пособие), в том числе и в виде электронного ресурса;
• демонстрационную презентацию курса[48];
• лабораторный практикум [2];
• контрольно-измерительные материалы (экзаменационные билеты, перечень экзаменационных вопросов, электронный банк тестовых заданий по каждой главе курса, список тем рефератов) [44];
• методические указания по самостоятельной работе с учебно-методическим комплексом дисциплины [3];
• дополнительный информационно-справочный материал [48-57];
• календарный понедельный график самостоятельной работы студента по освоению дисциплины «Современные проблемы и методы биотехнологии» насеместр;
• организационно-методические указания [53];
• график учебного процесса и самостоятельной работы студентов;
• календарный понедельный график самостоятельной работы студента по освоению дисциплины.

Учебно-методический комплекс«Современные проблемы и методы биотехнологии»нацелен на подготовку специалистов – биотехнологов мирового уровня, способных решать критические проблемы XXI в. на базе применения инструментальных возможностей и методологии высоких технологий современной биотехнологии.

2.Компетентностный подход при преподавании

дисциплины

Выпускник по направлению подготовки «Биология» со степенью (квалификацией) «магистр» в соответствии с целями основной образовательной программы и задачами профессиональной деятельности, указанными в проекте ФГОС ВПО - 3, должен обладать следующими компетенциями (дополнительно к компетенциям бакалавра).

Дисциплина «Современные проблемы и методы биотехнологии» формирует следующие компетенциимагистров:

В результате освоения указанной магистерской программы выпускник должен обладать следующими компетенциями:

а) общекультурные компетенции (ОК):

• ОК-1: способен к творчеству (креативность) и системному мышлению;
• ОК-2: способен к инновационной деятельности;
• ОК-3: способен к адаптации и повышению своего научного и культурного уровня;
• ОК-4: понимает пути развития и перспективы сохранения цивилизации, связь геополитических и биосферных процессов, проявляет активную жизненную позицию, используя профессиональные знания;
• ОК-5: проявляет инициативу, в том числе в ситуациях риска, способен брать на себя всю полноту ответственности способен к поиску решений в нестандартных ситуациях;
• ОК-6: способен самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности.

б) профессиональные (ПК): общепрофессиональные:

• ПК-1: понимает современные проблемы биологии и использует фундаментальные биологические представления в сфере профессиональной деятельности для постановки и решения новых задач.
• ПК-2: знает и использует основные теории, концепции и принципы в избранной области деятельности, способен к системному мышлению.

в) в соответствии с видами деятельности:

• ПК-13: самостоятельно использует современные компьютерные технологии для решения научно-исследовательских и производственно-технологических задач профессиональной деятельности, для сбора и анализа биологической информации.

Трудоемкость дисциплины: 2,0 зачетные единицы (72 часа)

3. Связь с другими дисциплинами и образовательными

программами

Для освоения данного курса необходимы базовые знания, которые студентыдолжны получить по биохимии, генетике, микробиологии, общей биотехнологии [46; 8; 17; 19; 21 ]. В ходе освоения курса студенты применяют знания и используют навыки, полученные в рамках обучения по программебольшого практикума по общей генетике, биохимии, биотехнологии, лекционных курсов по молекулярной биологии, генетике, «Введение в биотехнологию» [13; 25; 26] и соответствующих практикумов [2; 22].

Знания, получаемые по данной дисциплине, интегрируют приобретенные знания и умения в области цитологии,молекулярной биологии и молекулярной генетики, новейших направлений и методов биотехнологии, спецкурсовпо молекулярной генетике, протеомике, генетической и клеточной инженерии.

Компоненты УМКД курса «Современные проблемы и методы биотехнологии» [41] (учебное пособие [1], лабораторный практикум [2], методические указания по самостоятельной работе [3], банктестовыхзаданий [44], презентационные материалы [48]) служат основой:

• для освоения студентами дисциплины «Современные проблемы и методы биотехнологии»;
• для подготовки магистерских диссертаций, тематика которых соответствует уровню науки и техники в новейших областях биотехнологии;
• для получения фундаментальной основы, необходимой для проведения на высоком методическом уровне научно-исследовательских работ в области современной биотехнологии, а такжеподготовки высококвалифицированных специалистов для производственной деятельности на предприятиях микробиологической и биотехнологической промышленности.

4.Структура дисциплины

Курс «Современные проблемы и методы биотехнологии»изучается в течение одного семестра (10) на первом году обучения в магистратуре.

Трудоемкость каждого вида учебной работ дисциплиныв часах и зачетных единицах приведена в табл. 1. В трудоемкость засчитывается аудиторная нагрузка и самостоятельная работа студента.

В лекциях излагаются основные сведения по темам, разделам курса, новейшие достижения и тенденции развития биоматериаловедения, клеточной и тканевой инженерии.

В ходе лабораторных работ студенты изучают типы полимеров, осваивают методы изучения свойств и биотестирования полимеров и изделий из них; осваивают технику получения и ведения клеточных культур, регистрации пролиферативной активности и дифференцировки, анализирует полученные результаты.

Во время самостоятельной работы студенты по рекомендованной литературе работают над выполнением отдельных разделов и тем дисциплины.

Структура и содержаниемодулей дисциплины «Современные проблемы и методы биотехнологии даны в прил. 1,2.Трудоемкость модулей и видов учебной работы в относительных единицах по дисциплине«Современные проблемы и методы биотехнологии»представлены в Приложениях1,2.

Объем дисциплины и виды учебной работы представлены в табл. 1.

Таблица 1

Вид учебной работы	Всего, зачетных единиц (часов)	Семестр
		10
Общая трудоемкость дисциплины	2,0 (72)	2,0 (72)
Аудиторные занятия:	0,83 (30)	0,83 (30)
лекции	0,28 (10)	0,28 (10)
лабораторные работы (ЛР)	0,42 (20)	0,42 (20)
промежуточный контроль	0,11 (4)	0,11 (4)
Самостоятельная работа:	1,17 (42)	1,17 (42)
изучение теоретического курса (ТО)	1,05 (38)	1,05 (38)
реферат	0,11(4)	0,11(4)
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	зачет	зачет

В основу построения учебного комплекса положен модульный принцип, который реализуется во всех типах работ: теоретическом курсе лекций, при проведении цикла лабораторных работ, а также в ходе самостоятельной работы студентов.

Модульное обучение обеспечивает обязательную проработку каждого компонента системы (табл. 2). Модули являются также основой для организациисамостоятельной работы студентов по изучению материалов дисциплины и удобны для самообразования.

Разделение курса на модули и компоновка содержания дисциплины приведены в соответствии с современными представлениями биотехнологии какфундаментальной базы знаний для промышленной отрасли. Теоретический материал представлен в логической последовательности при сохранении целостности содержания. Данный курс акцентируетвнимание напрактической значимости биотехнологии для развития научно-технического прогресса общества и повышения качества жизни человека.

Дисциплина «Современные проблемы и методы биотехнологии» содержит 7 модулей:

Модуль 1. Введение в предмет «Современные проблемы и методы биотехнологии».

Модуль 2. Успехи современной геномики.Трансгенные организмы.

Модуль 3. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний.

Модуль 4.Культура растительных клеток и тканей.

Модуль 5.Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения.

Модуль 6. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии.

Модуль 7.Инженерные основы биотехнологии.

Курс дисциплиныдетально структурирован таким образом, что студент с момента начала изучения дисциплины получает представление о задачах каждого модуля, его трудоемкости, темах и количестве лекций, предстоящем объеме самостоятельной работы по усвоению теоретического курса, количестве и темах рефератов, а также об объеме и задачах цикла лабораторных работ.

Трудозатраты по каждому модулю дисциплины с учетом объема аудиторной и самостоятельной работы студентов представлены в табл. 2.

Таблица 2

№ п/п	Раздел дисциплины	Лекции, зачетные единицы (часы)	ЛР, зачетные единицы (часы)	Самостоятельная работа, зачетные единицы (часы)	Формируемые компетенции
1	Модуль 1. Введение в предмет «Современные проблемы и методы биотехнологии»	0,03 (1)	-	0,17 (6)	ОК - 1, 2, 3, 4, 5, 6 ПК – 1, 2, 13
2	Модуль 2. Трансгенные организмы	0,03 (1)	0,11(4)	0,17 (6)	ОК - 1, 2, 3, 4, 5, 6 ПК – 1, 2, 13
3	Модуль 3. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний	0,06 (2)	0,11 (4)	0,17(6)	ОК - 1, 2, 3, 4, 5, 6 ПК – 1, 2, 13
4	Модуль 4. Культура растительных клеток и тканей	0,06 (2)	0,11(4)	0,17 (6)	ОК - 1, 2, 3, 4, 5, 6 ПК – 1, 2, 13
5	Модуль 5. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения	0,06 (2)	0	0,17 (6)	ОК - 1, 2, 3, 4, 5, 6 ПК – 1, 2, 13
6	Модуль 6. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии	0,03 (1)	0,11(4)	0,17 (6)	ОК - 1, 2, 3, 4, 5, 6 ПК – 1, 2, 13
7	Модуль 7. Инженерные основы биотехнологии	0,03 (1)	0,11(4)	0,17 (6)	ОК - 1, 2, 3, 4, 5, 6 ПК – 1, 2, 13

В ходе освоения дисциплины по мере продвижения по программе приобретаются знания, умения и компетенции (общенаучные, общепрофессиональные и инструментальные).

Модуль 1. Введение в предмет «Современные проблемы и методы биотехнологии»

Тема 1.1. Биотехнология на рубеже XX XXIвв. Новейшие достиженияв области биотехнологии:трансгенные организмы и продукты, геномика и протеомика, медицинская биотехнология, новые биоматериалы.

Тема 1.2. Целевые продукты биотехнологии: рекомбинантные ДНК, генно-инженерные белки, моноклональные антитела, съедобные вакцины,антитела, биоматериалы. Инновации в биотехнологии.

Лабораторные работыпо модулю не запланированы. Самостоятельная работа включает работу с литературой и теоретической самостоятельное освоение курса по трем темам.

В результате освоения материала модуля 1 студенты приобретают следующие умения:

• формировать диагностические решения проблем, основанные на исследованиях в области новейших направлений биотехнологии, путем интеграции знаний в различных областях биотехнологии;
• выносить квалифицированные суждения о предмете и его составляющих;

знания:

• теоретических основ, основных понятияхнаук биологического профиля (современных направлений биотехнологии, молекулярной генетики, клеточной и тканевой инженерии), в т.ч. находящихся на передовом рубеже в области современной биотехнологии.

Модуль 2. Успехи современной геномики.Трансгенные организмы

Теоретический курс включает три темы лекций:

Тема 2. 1. Общие принципы конструирования новых организмов для биотехнологии. Технологии рекомбинантных ДНК.

Тема 2.2. Трансгенные микроорганизмы. Проблемы экспрессии чужеродных генов. Стабилизация целевых продуктов в клетке.

Тема 2.3. Трансгенные растения и животные как биореакторы целевых продуктов.

Лабораторные работы, сопровождающие модуль, предусматривают выполнение3 тем. На самостоятельное освоение теоретического материала отведено 6 часов, включая подготовку реферата.

В результате освоения материала модуля 2 студенты приобретают следующие умения:

• пользоваться теоретическими основами, основными понятиями и моделями, изучаемыми и применяемыми в генетической инженерии низших и высших организмов;
• сформулировать задачу и реализовать на практике основные положения для разработки и освоения новых методов молекулярной биотехнологии;

знания:

• теоретических основ, основных понятий классификации генно-инженерных организмов, методов их конструирования и свойств; областей применения, преимуществ и факторов риска.

Модуль 3. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний

Лекционный курсвключает 3 темы.

Тема 3.1. Молекулярная генетика человека и новейшие генетические методы медицинской диагностики и терапии.

Тема 3.2. Проблемы современной медицинской диагностики. Методы молекулярной диагностики.

Тема 3.3.Генная терапия человека.

Лабораторные работыпредполагают выполнение 2 тем.Самостоятельная работы направлена на освоение теоретического материала по 3 темам.

В результате освоения материала модуля 3 студенты приобретают следующие умения:

• использовать основные понятияи принципы в области новейших направлений медицинской генетики, генной диагностики и генной терапии;
• пользоваться аппаратурой дляпостроения генетических карт хромосом человека;
• знать принципы и приемыприменения антисмысловых РНК и олигонуклеотидов

знания:

• теоретических основ, основных понятий молекулярной биотехнологии; генной диагностики и генной терапии, знания о путях и способах, областях и перспективах применения в практической сфере;
• значения генных технологий в медицине; об этических ограничениях и степени риска.

Модуль 4.Культура растительных клеток и тканей

В течение 4 часовв осваивается лекционный материал по 2 темам:

Тема 4.1.Значение и место культуры тканей в биотехнологии растений. Условия и методы культивирования тканей растений invitro.

Тема 4.2.Культура каллусных тканей и ее использование в биотехнологии растений.

Лабораторные работы – 3 темы. Самостоятельное освоение теоретического материалапредусматривает знакомство с 2 темами.

В результате освоения материала модуля 4 студенты приобретают следующие умения:

• демонстрировать умение владения методами и инструментами для синтеза, выделения и очистки, изучения структуры и свойств биопластиков;
• разрабатыватьобоснованные пути для определения сферприменимости новых материалов в технических областях и биомедицине;

знания:

• глубокие теоретические знания комплекса наук о новых биоматериалах и путях их синтеза как основы конструирования продуцирующих биосистем целевого получения материалов с заданными свойствами для различных областей применения, включая сельское хозяйство, радиоэлектронику, фармакологию и реконструктивную медицину.

Модуль 5.Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения

Лекционный материал дается по 3 темам.

Тема 5.1. Освоение новых материалов – актуальное направление критических технологий XXI в.

Тема 5.2. История появления и применения биопластиков. Факторы, влияющие на стоимость биопластиков и возможность расширения областей применения. Полимеры монокарбоновых кислот.

Тема 5.3. Физико-химические свойства биопластиков. Связь химической структуры с условиями синтеза типом углеродного субстрата.

Лабораторные работы не предусмотрены. Самостоятельное изучение теоретического курса по 3 темам.

В результате освоения материала модуля 5 студенты приобретают следующие умения:

• планировать и реализовывать эксперименты в условиях эксплуатации лабораторных биосистем, продуцирующих целевые продукты биосинтеза;
• владеть техникой экстракции и различных методов очистки получения гомогенных препаратов;
• использовать современные методы для детекции степени химической чистоты, структуры и физико-химических свойств клеточных макромолекул; областях их применения для повышения качестве жизни человека

знания:

• глубокие теоретические знания комплекса наук о новых биоматериалах и путях их синтеза как основы конструирования продуцирующих биосистем целевого получения материалов с заданными свойствами для различных областей применения, включая сельское хозяйство, радиоэлектронику, фармакологию и реконструктивную медицину.

Модуль 6.Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии

Тема 6.1. Методы выделения и очистки клеточных макромолекул для получения целевого биотехнологического продукта. Принципы выбора методов.

Тема 6.2. Современные аналитические методы, используемые для количественных и качественных характеристик целевых продуктов биотехнологии: газо-жидкостная и высокоэффективная хроматографии.

Тема 6.3. Масс-спектрометрия в биотехнологии.

Лабораторные работы предполагают знакомство с методами аналитики и освоение новейших приборов ЦКПП СФУ по трем темам. Самостоятельные работы предполагают самостоятельное изучение теоретического материала по 3 темам.

В результате освоения материала модуля 6 студенты приобретают следующие умения:

• планировать и реализовывать эксперименты в условиях эксплуатации лабораторных биосистем, продуцирующих целевые продукты биосинтеза;
• владеть техникой экстракции и различных методов очистки получения гомогенных препаратов;
• использовать современные методы для детекции степени химической чистоты, структуры и физико-химических свойств клеточных макромолекул;
• об области их применения для повышения качества жизни человека;

знания:

• основ современного материаловедения;
• спектре, свойств и преимуществах материалов, получаемых промышленной биотехнологией;
• способов переработки и областей использования.

Модуль 7.Инженерные основы биотехнологии

Тема 7.1. Научные основы биоинженерии.

Тема 7.2. Современное ферментационное оборудование.

Тема 7.3. Биоинженерное оборудование для концентрирования и сушки целевых продуктов биосинтеза.

Лабораторные работы включают 3 темы; самостоятельное обучение – освоение 3 тем и подготовку реферата.

В результате освоения материала модуля 7 студенты приобретают следующие умения:

• владение базовыми знаниями и методами биоинженерии;
• умение применять принципы конструирования, контролирования и проведения биотехнологических ферментаций;
• владение принципами биоинженерии для определения подходов конструирования биореакторов различных типовдля применения в различных областях современной биотехнологии («белой», «зеленой» и «красной») биотехнологии;

знания:

• теоретических основ, основных понятий биоинженерии, принципов создания ферментеров с различными массообменными характеристиками;
• необходимости ориентироваться в современном рынке биодатчиков для контроля и управления биотехнологическими процессами;
• необходимости совершенствования технических устройств и средств контроля, обеспечивающих повышение экономической эффективности биотехнологических процессов.

Каждый модуль учебного курса построен и структурирован таким образом, чтобы дать студентам максимальное представление о рассматриваемой тематике теоретического курса, помочь освоить методические приемы и навыки, применяемые в ключевых разделах современной биотехнологии (генетической инженерии,принципах молекулярной диагностики и генной терапии, технологиях микроклонального размножения растений и культуре растительных клеток, новых биоматериалах, современной аналитике, применяемой для детектирования продуктов биотехнологии, ключевых принципах биоинженерии.

5. Структура и методика преподавания

теоретического курса

Теоретический материал курса «Современные проблемы и методы биотехнологии» необходимо рекомендовать студентам изучать последовательно, согласно приведённомув программе дисциплины [46], методических указаниях по самостоятельному изучению дисциплины [3], а также в этом пособии понедельному календарному графику (прил. 1). Структура и трудоемкость лекционного курса представлены в табл. 3.

Таблица 3

№ п/п	Номер раздела дисциплины	Темы занятий
1	Модуль 1. Введение в предмет «Современные проблемы и методы биотехнологии»	Тема 1.1 Биотехнология на рубеже XX–XXI веков. Новейшие достижения в области биотехнологии, трансгенные организмы и продукты, геномика и протеомика, медицинская биотехнология, новые биоматериалы. Биотехнология – основа научно-технического прогресса и повышения качества жизни человека в условиях возрастающей антропогенной нагрузки. Особенности развития исследований и коммерциализации биологических технологий в США, Японии, странах ЕС и России. Тема 1.2 Целевые продукты биотехнологии: рекомбинантные ДНК, генно-инженерные белки, моноклональные антитела, съедобные вакцины, антитела, биоматериалы. Рынок новейших биотехнологических препаратов и продуктов, его структура и динамика. Социальные, законодательные и этические вопросы современной промышленной биотехнологии. Инновации в биотехнологии: процедура коммерциализации и передачи технологий
2	Модуль 2. Успехи современной геномики: трансгенные организмы	Тема 2.1 Общие принципы конструирования новых организмов для биотехнологии. Технологии рекомбинантных ДНК. Клонирование известных и конструирование новых белков. Общая схема векторов для клонирования и экспрессии рекомбинантных ДНК. Разнообразные, системы (простейшие, растения и животные) для биопродукции белков. Гетерологичная экспрессия, пострансляционные модификации, фолдинг и получение функционально активных аутентичных белков. Получение трансгенных организмов, не содержащих маркерные гены. Новые методы селекции – сочетание молекулярных и традиционных методов. Тема 2.2 Трансгенные микроорганизмы. Проблемы экспрессии чужеродных генов. Стабилизация целевых продуктов в клетке. Конструирование секретирующих организмов. Дрожжи – старый и новый организм в биотехнологии. Дрожжевые системы экспрессии. Клетки насекомых и бакуловирусы для синтеза целевых белков. Тема 2.3 Трансгенные растения и животные как биореакторы целевых продуктов. Конструирование трансгенных растений. Биопродукция ценных для промышленности и медицины органических соединений в растениях и растительных клетках. Генетически модифицированные продукты – мифы и реальность. Регулирование производства и сертификация генетически модифицированного сырья и пищевых продуктов. Технологии создания трансгенных животных. Получение улучшенных пород животных.
3	Модуль 3. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний	Тема 3.1 Молекулярная генетика человека и новейшие генетические методы медицинской диагностики и терапии. Генетическое сцепление и картирование генов. Построение генетических карт хромосом человека. Физическое картирование генома человека. Программа геном человека. Тема 3.2 Проблемы современной медицинской диагностики. Методы молекулярной диагностики: возможность эффективности. Состояние мирового рынка диагностических тестов. Методы иммунодиагностики – основные закономерности и разнообразие. Иммуноферментный анализ. Моноклональные антитела. Гибридомная технология. Ферменты, пригодные для ИФА. Биолюминесцентные маркеры. Методы ДНК-диагностики – основные закономерности и разнообразие. Получение зондов (химический синтез и клонирование).
		Методы детекции для выявления гибридов. Использование биолюминесцентных белков в качестве репортеров. Тема 3.3 Генная терапия человека. Генная терапия exvivo и invivo. Вирусные и невирусные системы доставки генов. Лекарственные средства на основе олигонуклеотидов: синтез и применение «антисмысловых РНК» и «антисмысловых» олигонуклеотидов и «пролекарств». Рибозимы как лекарственные средства. Генная терапия соматических клеток и клеток зародышевой линии. Клонирование человека. Этика и политика в области генной терапии человека
4	Модуль 4. Культура растительных клеток и тканей	Тема 4.1 Значение и место культуры тканей в биотехнологии растений. Условия и методы культивирования тканей растений invitro. Направления и возможности использования культуры изолированных тканей растений. Клональноемикроразмножение растений и его прикладное значение. Оздоровление посадочного материала растений в культуре апикальных меристем. Тема 4.2 Культура каллусных тканей и ее использование в биотехнологии растений. Органогенез в культуре соматических тканей. Суспензионные культуры. Культура отдельных изолированных клеток или культура одиночных клеток. Культура протопластов. Культура гаплоидных тканей. Получение растений, устойчивых к различным стрессовым факторам на селективных средах в культуре изолированных тканей.
5	Модуль 5. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения	Тема 5.1 Освоение новых материалов – актуальное направление критических технологий XXI века. Потребности в полимерных материалах. Биопластики – экологическая альтернатива синтетическим полимерам. Мировые тенденции развития индустрии разрушаемых биопластиков. Проблемы синтеза биопластиков и обоснованность наращивания темпов прироста производств. Тема 5.2 История появления и применения биопластиков. Факторы, влияющие на стоимость биопластиков и возможность расширение областей применения.Полимеры монокарбоновых кислот (молочной, гликолевой, масляной и др.); продуценты (природные и генетически модифицированные организмы), субстраты технологии синтеза. Способы переработки в специализированные полимерные изделий.
		Тема 5.3 Физико-химические свойства биопластиков. Связь химической структуры с условиями синтеза типом углеродного субстрата. Методы исследования базовых свойств биопластиков. Области и потенциал рыночных продуктов.
6	Модуль 6. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии	Тема 6.1 Методы выделения и очистки клеточных макромолекул для получения целевого биотехнологического продукта. Принципы выбора методов. Сепарация клеток: флотация, фильтрация, центрифугирование. Дезинтеграция продуцентов: механическая, химическая, ферментативная. Экстракционные методы из твердой фазы на примере выделения биопластиков из бактериальных клеток. Методы, используемые для получения чистых продуктов: колоночная хроматография, тонкослойная хроматография, электрофорез. Тема 6.2 Современные аналитические методы, используемые для количественных и качественных характеристик целевых продуктов биотехнологии: газо-жидкостная и высоко-эффек-тивная хроматографии. Принципы методов. Колонки. Элюенты. Детекторы Тема 6.3 Масс-спектрометрия в биотехнологии. Основные принципы работы масс-спектрометров. Типы масс-спектрометров. Аналитические возможности
7	Модуль 7. Инженерные основы биотехнологии	Тема 7.1 Научные основы биоинженерии. Спейцифика конструирования и применения аппаратуры для реализации биотехнологических процессов. Элементы контроля и управления биотехнологическими процессами. Материально-энергетический баланс роста микроорганизмов. Проблема термогенеза и стабилизации параметров процесса на заданном уровне. Тема 7.2 Современное ферментационное оборудование. Принципы классификации. Основные конструкции ферментационного оборудования и их анализ. Конструирование, масштабирование и выбор биореакторов. Способы и методы стерилизации сред, оборудования, обеспечение стерильности процесса ферментации. Тема 7.3 Биоинженерное оборудование для концентрирования и сушки целевых продуктов биосинтеза. Основные типы оборудования для концентрирования микробных суспензий и их анализ (центрифуги, сепараторы, флотаторы, пленочные испарители). Основные типы сушилок для биотехнологической продукции (распылительные, барабанные, кипящего слоя, пневматические, сублимационные) и их анализ

Изучение теоретического материала проводится студентами по конспектам прослушанных лекций и разработанным конспектам лекций в электронном виде, представленным в качестве гипертекстового ресурса, который имеет сопровождение в виде демонстрационных презентаций для каждой главы и темы курса [12; 41; 48]. Использование этих материалов следует настоятельно рекомендовать студентампри самостоятельном изучении разделов дисциплины «Современные проблемы и методы биотехнологии». Иллюстративный материал в виде слайд-лекции (презентации) содержит учебный материал в разнообразных формах и включает не только ключевые тексты и формулировки, но также таблицы, графики, фотоматериалы; видео- и аудиоматериалы. Использование студентами слайд-лекции при самостоятельном изучении теоретического материала позволяет получить более детальную информацию о предмете. Это создает благоприятные условия для понимания и усвоения изучаемого материала по курсу «Введение в биотехнологию».

В процессе освоения теоретического материала студенты заслушивают в соответствии с учебной программой лекционный материал, подготовленный преподавателем, который сопровождается демонстрационной презентацией с использованием мультимедийной техники и лицензионного ПО, закупленного по программе развития СФУ.

Презентация построена и структурирована с учетом модульного принципа; в ней дается содержание каждого модуля дисциплины и акцентируется внимание студентов по темам (разделам) лекционного материала. В заключение каждого модуля приводится перечень использованной лектором и рекомендованной студентам литературы [48].

Студентам рекомендуется, используя разработанные в рамках УМКД дисциплины «Современные проблемы и методы биотехнологии» методические указания по самостоятельной работе, заранее познакомиться с тематикой каждого последующего модуля и самостоятельно, освоив дополнительный теоретический материал по списку рекомендованных учебных и научных источниковв программе курса, а также с использованием методических указаний по самостоятельной работе, приходить на лекции подготовленными к восприятию нового материала.

После прочтения лекции студентам рекомендуется самостоятельно воспроизвести ее содержание в виде конспекта с необходимыми схемами, основными определениями и выводами формул. В комплектетестов в конце каждого раздела курса (модуля) приведены вопросы для самоконтроля усвоения материала, на которые студент должен ответить. В комплекте после каждой темы помещены тестовые вопросы, отвечая на которые обучаемый легко сможет понять, какой из изученных параграфов требует дополнительной проработки.

В конце семестра на консультациях основное внимание нужно уделить изучению наиболее сложных вопросов биотехнологии и теоретическому обоснованию основных понятий и подходов, используемых в биотехнологии. Студентам рекомендовано приходить на эти занятия подготовленными, предварительно изучив материал лекций и проработавосновную и дополнительную литературу.

В ходе самостоятельной работы, если при прочтении лекции возникают вопросы, студент может проконсультироваться у преподавателя по электронной почте или на периодических очных консультациях. Рекомендуется проводить заочное общение с преподавателем (с помощью электронной почты, форумов в образовательно-информационной среде на сайте ИФБиБ СФУ).

Наиболее успешным и заинтересованным студентам,обучающимся по данной дисциплине, предоставляется возможность включиться в научные исследования в рамках выполнения курсовых, дипломных работ, подготовкидиссертаций бакалавров и магистров в лабораториях СФУ и академических институтов Красноярского научного центра, оснащенных новейшим научным оборудованием и приборами.

6. Структура и методика преподавания

лабораторного практикума

Целью практикума, сопровождающего лекционный курс «Современные проблемы и методы биотехнологии», является формирование у студентов представленийо возможностях и уровне биологических технологий и приобретение практических навыков в области основных направлений современной биотехнологии:генетической инженерии и молекулярном клонировании, новейших методах генетической диагностики, культуре растительных клеток и тканей, современных методах анализа целевых продуктов биотехнологии и ключевых принципах биоинженерии.

Задачи цикла лабораторных работ предусматривают рассмотрение теоретических основ и методологии биотехнологии и обучение студентовпринципам и методам современной геномики ипринципам конструирования трансгенных организмов; основам молекулярной диагностики и терапии;методологии культур растительных клеток и тканей; современным аналитическим методам выделения и детекции целевых продуктов биотехнологии; основам биоинженерии.

Теоретический материал, получаемый и усваиваемый студентами на лекциях и в ходе самостоятельной работы с учебной и научной литературой, закрепляется при выполнении лабораторных работ. Для дисциплины «Современные проблемы и методы биотехнологии» разработанлабораторный практикум, который включает серию работ по различным разделам (модулям) дисциплины (табл. 4).

Таблица 4

№ п/п	Номер раздела дисциплины	Наименование лабораторных работ
1	Модуль 1. Введение в предмет «Современные проблемы и методы биотехнологии»	–
2	Модуль 2. Успехи современной геномики: трансгенные организмы	Тема 2.1. Выделение и анализ ДНК из бактериальных клеток Цель лабораторной работы – приобретение студентами знаний и навыков работы с биологическим объектом для выделения ДНК. Будут освоены методы дезинтеграции и разделения фракций клеточных макромолекул. Методом электрофореза детектирована гомогенность полученной фракции ДНК. Знакомство и освоение методов получения генов (рестрикция, химико-ферментный синтез, ферментный синтез), необходимых для последующего конструирования генетически модифицированных продуцентов. Тема 2.2. Методы введения чужеродной ДНК в клетки дрожжей и Е. coli Цель лабораторной работы – получение студентами знаний о способах переноса генетической информации, получении и идентификации рекомбинантных организмов (освоение методов химической трансформации и электропорации). Будет проведена процедура отбора рекомбинантов, несущих маркерные Lux-гены. В результате работы студентами будут приобретены теоретические знания и основные приемы работы с генетическим материалом и техникой генетического конструирования. Тема 2.3. ПЦР качественная и количественная Количественное определение присутствия генетически модифицированных продуктов в продуктах питания методом ПЦР в реальном времени с использованием коммерческих наборов Цель лабораторной работы – ознакомление студентов с проблемой генетически модифированных продуктов питания и обучение тестированию наличия ГММ в образцах продуктов.
3	Модуль 3. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний	Тема 3.1. Биолюминесценция – распространение в природе, основные закономерности явления, перспективы применения в молекулярной диагностике Цель лабораторной работы – приобретение студентами знаний об общих закономерностях функционирования различных биолюминесцентных систем (бактериальной, кишечнополостных и др.) и применении этого явления в медицинской диагностике. В ходе работы будут освоены методы определения биолюминесцентной активности различных белков и проведения твердофазного иммуноанализа.
		Тема 3.2. Метод геномной дактилоскопии (ДНК-типирование) и его применение Цель лабораторной работы – приобретение студентами знаний о методе ДНК-типирования (основные закономерности, возможности и применение) и навыков работы с генетическим материалом. В ходе работы будут освоены методы проведения реакции рестрикции ДНК и анализа полученных фрагментов с помощью гель-электрофореза. В работах по данному модулю студенты будут ознакомлены с устройством и принципом работы оборудования: спектрофотометр SmatSpecPlus (BioRad); устройство для промывки планшет ВОШЕР, модель PW40 (BioRad), электрофоретическая ячейка Mini-SubCellGTSystem (BioRad); источник питания для электрофореза с термодатчиком PowerPac HV (BioRad); ридер для микропланшетов, модель 680 (BioRad).
4	Модуль 4. Культура растительных клеток и тканей	Тема 4.1. Сравнение эффективности разных по гормональному и минеральному составу питательных сред при культивировании изолированных тканей растений Цель лабораторной работы – приобретение студентами знаний и навыков работы с донорными растениями и эксплантами для культивирования изолированных тканей. Будут освоены приемы проведения 1 этапа микроразмножения в культуре изолированных тканей растений, определены условия, необходимые для проведения следующих этапов микроразмножения (формирования проростков или каллуса в культуре изолированных зародышей). Тема 4.2. Индукция возникновения адвентивных почек непосредственно на тканях экспланта Цель лабораторной работы – получение студентами знаний о способах и возможностях микроразмножения растений и роли фитогормонов в этом процессе. Будет проведено получение растений-регенерантов путем прямого органогенеза у бегонии и сенполии. В результате работы студентами будут приобретены теоретические знания и освоены основные приемы второго способа микроклонального размножения растений Тема 4.3. Оздоровление посадочного материала растений в культуре апикальных меристем Цель лабораторной работы – ознакомление студентов с проблемой и способами освобождения растений от вирусной инфекции. Будет проведено выделение апикальных меристем картофеля и введение их в культуру, дано представление о следующих этапах микроразмножения на примере микрочеренкования пробирочных растений картофеля.
5	Модуль 5. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения	_
6	Модуль 6. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии	Тема 6.1. Выделения целевого продукта на примере разрушаемого биопластика Цель лабораторной работы – знакомство с методами и приемами работы с биологическим материалом и целевыми продуктами, сепарация (центрифугирование биомассы), разрушение биомассы, экстракция биопластика, осаждение, очистка; знакомство с основными методами получения целевых продуктов биотехнологии. В процессе работы будет проведено центрифугирование суспензии бактериальных клеток на высокоскоростной центрифуге AvantiJ-26XPI (BeckmanInt., США). Из полученной пасты после предварительного ее разрушения механическим диспергаторомIKA (Германия) будет экстрагирован биопластик 20 объемами растворителя, произведена отгонка растворителя на роторном испарителе ROTOVAPOR R210/V (Buchi, Германия), затем осаждение биопластика и его очистка. Тема 6.2. Изучение распределения молекулярных масс биопластиков методом гель-фильтрации Цель работы – приобретение навыков работы с жидко-жидкостной хроматографией. Для работы будет использована изократическая система высокоэффективной жидкостной хроматографии «Бриз» с рефрактометрическим детектором 2414 (Waters, США). Для определения распределения молекулярных масс биопластика будут приготовлены растворы определенной концентрации, проведена калибровка прибора по полистериновым стандартам (Sigma, США), будет освоена программа, контролирующая работу хроматографа «Бриз».
		Тема 6.3. Исследование состава жирных кислот и биопластика, выделенных из биомассы R.eutropha, методом хромато-масс-спектрометрии Цель работы – приобретение навыков работы с газовой хроматографией и идентификация индивидуальных компонентов с помощью масс-спектрометрии. В работе будет использован газо-жидкостный хроматограф с масс-спектрометрическим детектором 6890N/5975 (Agilent, США). Для этого будут выделены липиды и полимер из биомассы водородокисляющих бактерий, получены метиловые эфиры жирных кислот и полимера, проведено их хроматографическое разделение и проведен анализ полученных хроматограмм.
7	Модуль 7. Инженерные основы биотехнологии	Тема 7.1. Исследование тепловыделения и потребления кислорода при росте бактерий Цель работы – показать экспериментально действие общей закономерности вытекающей из теории материально-энергетического баланса. В ходе работы будет использован автоматизированный комплекс для культивирования водородоокисляющих бактерий, биореакторBioFlo110 с датчиками по измерению pH-среды, температуры, концентрации кислорода; перистальтические насосы DP2-2; аэропомпаEL-200 с системой очистки и стерилизацией воздуха. Анализ полученных данных позволит приобрести навыки в составлении материального и теплового баланса системы, проводить расчеты тепловыделения и скорости потребления кислорода микроорганизмами при аэробном росте. Тема 7.2. Определение величины коэффициента массоотдачи в газожидкостном биореакторе и его влияния на продуктивность биотехнологического процесса Цель работы – приобретение знаний и навыков по определению и расчету величины объемного и поверхностного коэффициентов массопередачи в газо-жидкостном биореакторе и оценке продуктивности процесса биосинтеза водородоокисляющих бактерий при гетеротрофном культивировании. В ходе работы будет продемонстрирован ферментационный процесс в биореактореBioFlo110. Обработка и анализ полученных экспериментальных данных позволит приобрести навыки по оценке влияния кинетики массообмена на производительность процесса и его контроль. Тема 7.3. Определение величины межфазной поверхности в системе газ-жидкость в ферментерах различных конструкций Цель работы – приобретение знаний и навыков по определению и расчету величины межфазной поверхности в биореакторах разного типа для оценки эффективности их воздействия на биологический объект.1 час. Теоретический раздел работы закрепляет базовые знания по методам конструирования и выбора ферментационного оборудования с заданными тепломассообменными характеристиками.

База для проведения лабораторных занятий включает: современные комплексы лабораторного оборудования для проведения ферментации в различных режимах (длясинтеза биомассы, белка, разрушаемых биопластиков, деградации ксенобиотиков); аналитическое оборудование для определения субстратов, клеточных макромолекул и продуктов; опытное производство разрушаемых биопластиков, серию ферментационного оборудования, оборудования для разделениявеществ и получения готового продукта (см. конкретные работы).

Для выполнения лабораторных работ по учебной дисциплине «Современные проблемы и методы биотехнологии» используется оборудование, которым укомплектован Центр коллективного пользования приборами,лаборатории и кафедры Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ и Института биофизики СО РАН:

1. Термостатируемый шейкер-инкубатор Exella E-24, «NewBrunswick» (США) для выращивания клеточных культур.
2. Система видеодокументирования гелей «MolecularImagerGelDoc XR» производства «Bio-Rad» (США) с трансиллюминатором.
3. Микроцентрифуга для пробирок «Eppendorf» 5417R (США).
4. Оборудование для горизонтального ДНК гель-электрофореза фирмы «Bio-Rad» (США): источник постоянного тока «PowerPac HV PowerSupply» и «Sub-CellGT» камеры с заливочными столиками.
5. Лабораторный шейкер-вортекс V-1 фирмы «BioSan».
6. Охлаждаемый термостат модель КВ53 фирмы «Binder» (Германия).
7. Бокс-ламинар БАВнп-01-«Ламинар-С-1,2» производства «Ламинарные системы» (Россия), I класс защиты.
8. Универсальный электропоратор «GenePulserXсell» фирмы «Bio-Rad» (США) с одноразовыми кюветами для электропорации:
1. Водяная баня-термостат WB-4MS фирмы «BioSan».
9. Градиентный термоциклер дляамплификации нуклеиновых кислот «MJ Mini» фирмы «Био-Рад» (США).
10. Градиентная реал-тайм ПЦР система «Chromo4» фирмы «Bio-Rad» (США) для проведения ПЦР в реальном времени.
11. Установки для гель-электрофореза Mini-SubcellGTфирмы «Bio-Rad» (США).
12. Микропланшетный денситометр Model 680 фирмы «Bio-Rad» (США).
13. МикропланшетныйлюминометрLuminoscan v1.30 фирмы «ThermoElectron» Финляндия).
14. Высокоскоростная центрифуга AvantiJ-26XPI фирмы «BeckmanInt.» (США).
15. Роторный испаритель RotovaporR210/V фирмы «Buchi» (Швейцария)
16. Система высокоэффективной жидкостной хроматографии Breeze фирмы«Waters» (США).
17. Хромато-масс-спектрометр Agilent 5975Inert фирмы «Agilent» (США).
18. Лабораторные весы «Adventurer» ™ OH – AR2140 (США).
19. Стационарный pH-метр фирмы «Sartorius» (Германия).

В ходе освоения дисциплины студенты знакомятся с современным научным оборудованием, закупленным по программе развития СФУ, и активно используют его в ходе выполнения лабораторных работ и научных исследований.

В каждом разделеметодических указанийк лабораторному практикуму обозначены цель и подробное описание используемого современного научного оборудования.

В учебном пособии по лабораторному практикуму теоретический раздел предшествует описанию экспериментальной части, что дает представление о конкретной методике, способе и технологии. Студентам необходимо рекомендовать заранее осваивать методические указания по выполнению лабораторный работы и знакомиться с целью, задачами и теоретическим описанием предстоящей работы.

После проверки преподавателем степени теоретической подготовки студентов и разъяснения хода лабораторной работы студенты самостоятельно выполняют работу, при необходимости консультируются с преподавателем. После выполнения работыстуденты заносят полученные экспериментальные результаты в таблицы, обрабатывают результаты, получая искомые зависимости и величины, строят графики.Выполненные лабораторные работыоформляются в соответствии с требованиями оформления студенческих текстовых документов и сдаются преподавателю в соответствии с графиком самостоятельной работы (прил. 3).

Каждому разделу учебного пособиядля выполнения лабораторных работ по дисциплине «Современные проблемы и методы биотехнологии» даны рекомендации и необходимый список литературы для ознакомления.

На каждом занятии студенты защищают выполненные лабораторные работы, представляя результаты преподавателю, а также отвечают устно на вопросы, помещенные в конце каждой лабораторной работы.

Преподаватель долженинформировать студентов о том, что они обязаны присутствовать на всех занятиях,выполнить и защитить все лабораторные работы. Оценка качества выполнения и оформления лабораторных работ, ответы на вопросы служат показателем результативности учебы и необходимы для допуска студентов к экзамену по дисциплине.

7. Структура и методика проведения

самостоятельной работы студентов

Условием успешной профессиональной деятельности выпускника СФУ и его дальнейшего карьерного роста является его профессиональная мобильность, умение самостоятельно получать новые знания, повышать квалификацию.

Учебной программой дисциплины «Современные проблемы и методы биотехнологии» предусмотрено 44,4 %объема времени изучения материала на самостоятельную работу студентов. Данный вид работы является обязательным для выполнения. При самостоятельном выполнении различных видов заданий студент учится принимать самостоятельно решения, разбирать и изучать новый материал, работать с периодической научной литературой.

Самостоятельная работа по курсу «Современные проблемы и методы биотехнологии» включает:

• самостоятельное изучение теоретического материала с использованием рекомендуемой литературы;
• подготовку к выполнению и защите лабораторных работ;
• написание и защиту рефератов;
• самотестирование.

По каждому виду работы студент должен выполнить задания, приведенные в настоящих методических указаниях и согласованные спреподавателем. Выполненные задания оформляются в соответствии с требованиями оформления студенческих текстовых документов и сдаются преподавателю в соответствии с графиком самостоятельной работы (прил. 3).

7.1.Самостоятельное изучение теоретического материала

В программе дисциплинывыделен раздел для самостоятельного изучения теоретического материала.Изучение теоретического материала проводится по лекциям, прослушиваемым студентами в аудитории, а также представленным в электронном виде в соответствии с программой дисциплины. Теоретический материал осваивается студентами не только на лекциях, но также и в ходе самостоятельной работы.

При самостоятельном изучении теоретического курса студентам необходимо:

1. Самостоятельно изучить темы теоретического курса в соответствием учебной программой дисциплины;
2. Подготовить устные ответы на контрольные вопросы, приведенные после каждой темы в методических указаниях по выполнению самостоятельной работу по курсу «Современные проблемы и методы биотехнологии».

Самостоятельное изучение теоретического материала планируется по разделам курса 1–7, содержаниеуказано в табл.5.

Таблица5

№ п/п	Номер раздела дисциплины	Темы для самостоятельной работы, трудоемкость
1	Модуль 1. Введение в предмет «Современные проблемы и методы биотехнологии»	По модулю 1 выдает устные задания и оценивает результаты самостоятельной работы студентов в виде подготовленных эссе и резюме Тема 1.1. Современная биотехнология: принципы и применение. Молекулярно-биотехнологическая революция на рубеже XX–XXI веков. Тема 1.2. Белковая и генетическая инженерия. Значимость для различных сфер применения. Тема 1.3. Продвижение новейших продуктов биотехнологии на рынок. Контроль исследований в области молекулярно-генетических исследований.
2	Модуль 2. Трансгенные организмы	По модулю 2 выдает устные задания и оценивает результаты самостоятельной работы студентов в виде подготовленных эссе и резюме Тема 2.1. Основные принципы конструирования рекомбинантных микроорганизмов. Тема 2.2. Использование рекомбинантных микроорганизмов различных систематических групп для получения коммерческих продуктов. Тема 2.3. Преимущества и проблемы биопродукции ценных для промышленности и медицины органических соединений в растительной системе.
3	Модуль 3. Медицинская биотехнология: основы молекулярной диагностики социально значимых заболеваний	По модулю 3 выдает устные задания и оценивает результаты самостоятельной работы студентов в виде подготовленных эссе и резюме Тема 3.1. Медицинская биотехнология: реалии и перспективы. Тема 3.2. Применение Са2+-активируемых фотопротеинов в микроанализе. Тема 3.3. Применение ДНК-типирования в криминалистике.
4	Модуль 4. Культура растительных клеток и тканей	По модулю 4 выдает устные задания и оценивает результаты самостоятельной работы студентов в виде подготовленных эссе и резюме Тема 4.1. Использование селективных сред в культуре invitro для отбора устойчивых к стрессовым факторам генотипов растений Тема 4.2. Использование культуры изолированных тканей для масштабного производства оздоровленного посадочного материала культурных растений.
5	Модуль 5. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения	По модулю 5 выдает устные задания и оценивает результаты самостоятельной работы студентов в виде подготовленных эссе и резюме Тема 5.1. Физико-химические методы исследования биоматериалов. Характеристика основных физико-химических методов, их возможности и ограничения; основные принципы, положенные в основу физико-химических методов; чувствительность, воспроизводимость. Тема 5.2. Понятие о спетроскопических методах анализа; шкала электромагнитных волн; классификация оптических методов анализа; методы атомной спектроскопии (атомно-абсорбционная спектроскопия, атомно-эмиссионная спектроскопия, рентгеновская и электронная спектроскопия); методы молекулярной спектроскопии (инфракрасная спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния, УФ-спектроскопия) Тема 5.3. Принципы изучения физико-механических характеристик биоматериалов и полимерных изделий для различных сфер деятельности. Потенциал электромеханических методов для тестирования и определения прочностных свойств изделий.
6	Модуль 6. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии	По модулю 6 выдает устные задания и оценивает результаты самостоятельной работы студентов в виде подготовленных эссе и резюме Тема 6.1.Преимущества аффинной хроматографии. Тема 6.2. Высоко-эффективная жидкостная хроматография на основе Миллихрома А-02 Тема 6.3. Квадрупольные масс-спектрометры и методы детекции биотехнологических продуктов
7	Модуль 7. Инженерные основы биотехнологии	По модулю 7 выдает устные задания и оценивает результаты самостоятельной работы студентов в виде подготовленных эссе и резюме Тема 7.1. Математические модели популяций микроорганизмов. Тема 7.2. Расчет удельной мощности и анализ газо-жидкостных биореакторов с турбинной мешалкой при культивировании водородоокисляющих бактерий в рабочих объемах 100, 200, 600 куб. м. Тема 7.3. Методика подбора и расчет производительности оборудования для концентрирования микробиологических сред на примере: центрифуги, сепаратора, пленочного испарителя, сушилки