Биотехнологии: живые организмы в руках инженеров

2020/2021

Статус: Майнор

Кто читает: Факультет биологии и биотехнологии

Где читается: Факультет биологии и биотехнологии

Когда читается: 1, 2 модуль

Преподаватели: Рыскина Елена Анатольевна

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 76

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Биотехнология — дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии. Изучение данной дисциплины базируется на знаниях средней школы, поэтому во многом чтение курса предполагает повторение и укрепление школьных знаний по биологии, отчасти химии и физики. Однако в некоторых разделах курс выходит за пределы стандартной школьной программы с целью изучения актуальных тем биологии и медицины. Прочное здание начинается с хорошего фундамента.

Цель освоения дисциплины

формирование современных представлений об уровне научных достижений в области биоинженерии и биотехнологии, клеточной и генетической инженерии, энзимологии.
знакомство с современными промышленными биотехнологическими процессами.
знание теоретических основ культивирования in vitro растительных и животных тканей и клеток; теоретических основ гормональной регуляции роста и развития растений.
знание основных типов биотехнологических процессов и объектов биотехнологии.
знание стадий промышленного осуществления биотехнологических процессов и сырьевую базу промышленной биотехнологии; основных технологий получения микробных препаратов; методов получения и использования иммобилизованных ферментов.
знание потенциальной опасности биотехнологических объектов и способов предупреждения их попадания в окружающую среду; проблем безопасности, связанных с получением и использованием генетически модифицированных организмов; основных нормативных документов соблюдения экологической безопасности к получаемым биотехнологическими методами веществам и организмам.

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.
Освоение термина «фермент».
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 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 бактериальных удобрений, методы силосование кормов.
Освоение принципа культивирования клеток растений и животных.
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.
Освоение основ медицинской биотехнологии: современные направления развития медицинской биотехнологии, этические проблемы биотехнологий, производство моноклоналъных антител, иммунных сывороток и вакцин.
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

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, 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. 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. Производство кормовых витаминных препаратов.
Тема 4. Инженерная энзимология.
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.
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 нефтяных загрязнений, пестицидов. Применение биотехнологических процессов для решения проблем окружающей среды. Утилизация твердых отходов.
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. Биотехнология преобразования солнечной энергии. Фотопроизводство водорода. Перспектива замены бензина этанолом.
Тема 7. Сельскохозяйственная биотехнология (Агробиотехнология). «Зеленая» биотехнология.
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 клетках; ускоренное микроразмножение ценных хозяйственно-важных культур. Генетическая инженерия в животноводстве. 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. Культивирования изолированных клеток растений. Понятия каллусные и суспензионные культуры – как основные типы пересадочных культур высших растений. Экономические аспекты и перспективы развития промышленного культивирования клеток растений. Использование биотехнологии растений в сельском хозяйстве, селекции и растениеводстве.
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). Улучшение 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. Биообъекты. Характеристика биообъектов для производства лекарственных, профилактических и диагностических средств. Биотехнология лекарственных препаратов и биологически активных веществ. Имунобиотехнология. Производство антител, сывороток и вакцин. Основы молекулярной диагностики. Генные технологии восстановления здоровья. Клеточная терапия. Стволовые клетки как основной источник клеточного материала. 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

Домашнее задание_Темы 1-2
Домашнее задание_Тема 3
Домашнее задание_Темы 4-5
Домашнее задание_Тема 6
Домашнее задание_Тема 7
Домашнее задание_Тема 8
Домашнее задание_Тема 9
Домашнее задание_Тема 10
Домашнее задание_Тема 11
Экзамен

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.04 * Домашнее задание_Тема 10 + 0.04 * Домашнее задание_Тема 11 + 0.04 * Домашнее задание_Тема 3 + 0.04 * Домашнее задание_Тема 6 + 0.04 * Домашнее задание_Тема 7 + 0.04 * Домашнее задание_Тема 8 + 0.04 * Домашнее задание_Тема 9 + 0.04 * Домашнее задание_Темы 1-2 + 0.04 * Домашнее задание_Темы 4-5 + 0.64 * Экзамен

Программа дисциплины