Document 2279369

Программа дисциплины "Биотехнология лекарственных растений"; 020400.68 Биология; доцент, к.н. (доцент) Абдрахимова Й.Р.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное учреждение
высшего профессионального образования
"Казанский (Приволжский) федеральный университет"
Институт фундаментальной медицины и биологии
подписано электронно-цифровой подписью
Программа дисциплины
Биотехнология лекарственных растений М2.ДВ.1
Направление подготовки: 020400.68 - Биология
Профиль подготовки: Биотехнология
Квалификация выпускника: магистр
Форма обучения: очное
Язык обучения: русский
Автор(ы):
Абдрахимова Й.Р.
Рецензент(ы):
Багаева Т.В.
СОГЛАСОВАНО:
Заведующий(ая) кафедрой: Алимова Ф. К.
Протокол заседания кафедры No ___ от "____" ___________ 201__г
Учебно-методическая комиссия Института фундаментальной медицины и биологии:
Протокол заседания УМК No ____ от "____" ___________ 201__г
Регистрационный No 849412815
Казань
2014
Регистрационный номер 849412815
Программа дисциплины "Биотехнология лекарственных растений"; 020400.68 Биология; доцент, к.н. (доцент) Абдрахимова Й.Р.
Содержание
1. Цели освоения дисциплины
2. Место дисциплины в структуре основной образовательной программы
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины /модуля
4. Структура и содержание дисциплины/ модуля
5. Образовательные технологии, включая интерактивные формы обучения
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по
итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
7. Литература
8. Интернет-ресурсы
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины/модуля согласно утвержденному
учебному плану
Регистрационный номер 849412815
Страница 2 из 11.
Программа дисциплины "Биотехнология лекарственных растений"; 020400.68 Биология; доцент, к.н. (доцент) Абдрахимова Й.Р.
Программу дисциплины разработал(а)(и) доцент, к.н. (доцент) Абдрахимова Й.Р. Кафедра
биохимии и биотехнологии отделение биологии и биотехнологии , Yoldez.Abdrahimova@kpfu.ru
1. Цели освоения дисциплины
Целью курса "Биотехнология лекарственных растений" является знакомство с современными
технологиями культивирования и особенностями культуры клеток высших растений как
возобновляемого источника фармакологически ценных вторичных метаболитов. Обращается
внимание на теоретические и практические вопросы, касающиеся изучения процессов
метаболизма, роста, дифференцировки и морфогенеза культивируемых клеток и тканей
лекарственных растений. Рассматриваются подходы, связанные с повышением продуктивности
культур клеток как традиционными, так и методами метаболической инженерии. Представлены
перспективные возможности повышения эффективности биосинтезов вторичных метаболитов
при использовании микроорганизмов, трансформированных растительными генами.
2. Место дисциплины в структуре основной образовательной программы высшего
профессионального образования
Данная учебная дисциплина включена в раздел " М2.ДВ.1 Профессиональный" основной
образовательной программы 020400.68 Биология и относится к дисциплинам по выбору.
Осваивается на 1 курсе, 2 семестр.
Дисциплина базируется на знаниях, приобретенных студентами при изучении
дисциплин:общая биотехнология, фитохимия вторичного метаболизма, молекулярная биология,
генетика, физиология и биохимия растений, микробиология и т.д.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
/модуля
В результате освоения дисциплины формируются следующие компетенции:
Расшифровка
приобретаемой компетенции
Шифр компетенции
ОК-6
(общекультурные
компетенции)
ПК-10
(профессиональные
компетенции)
ПК-2
(профессиональные
компетенции)
ПК-3
(профессиональные
компетенции)
способность 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
глубоко понимает и творчески использует в научной и
производственно-технологической деятельности знания
фундаментальных и прикладных разделов специальных
дисциплин магистерской программы
знает и использует основные теории, концепции и
принципы в избранной области деятельности, способен к
системному мышлению
самостоятельно анализирует имеющуюся информацию,
выявляет фундаментальные проблемы, ставит задачу и
выполняет полевые, лабораторные биологические
исследования при решении конкретных задач по
специализации с использованием современной аппаратуры
и вычислительных средств, демонстрирует ответственность
за качество работ и научную достоверность результатов
В результате освоения дисциплины студент:
1. должен знать:
Регистрационный номер 849412815
Страница 3 из 11.
Программа дисциплины "Биотехнология лекарственных растений"; 020400.68 Биология; доцент, к.н. (доцент) Абдрахимова Й.Р.
преимущества, ограничения и перспективы биотехнологических способов получения
лекарственного сырья и биологически активных соединений растительного происхождения;
2. должен уметь:
ориентироваться в традиционных методах культивирования клеток и тканей, а также подходах
метаболической инженерии для повышения продуктивности и выхода биомассы и\или
фармакологически ценных вторичных метаболитов лекарственных растений;
3. должен владеть:
-теоретическими знаниями и практическими подходами современной биотехнологии
лекарственных растений, а также перспективными направлениями ее развития;
- навыками оценки ростовых, морфогенетических и физиолого-биохимических характеристик
в процессе культивирования клеток и тканей лекарственных растений, а также расчетов
экономической эффективности и себестоимости конечного продукта;
4. должен демонстрировать способность и готовность:
применять на практике теоретические знания и практические навыки для оптимизации
условий культивирования клеток и тканей, направленной на повышение эффективности
получения биологически активных веществ вторичного происхождения.
4. Структура и содержание дисциплины/ модуля
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных(ые) единиц(ы) 108 часа(ов).
Форма промежуточного контроля дисциплины зачет во 2 семестре.
Суммарно по дисциплине можно получить 100 баллов, из них текущая работа оценивается в 50
баллов, итоговая форма контроля - в 50 баллов. Минимальное количество для допуска к зачету
28 баллов.
86 баллов и более - "отлично" (отл.);
71-85 баллов - "хорошо" (хор.);
55-70 баллов - "удовлетворительно" (удов.);
54 балла и менее - "неудовлетворительно" (неуд.).
4.1 Структура и содержание аудиторной работы по дисциплине/ модулю
Тематический план дисциплины/модуля
N
Раздел
Дисциплины/
Модуля
Тема 1. Биотехнология
лекарственных
растений как источник
1.
фармакологически
ценных вторичных
соединений
Регистрационный номер 849412815
Страница 4 из 11.
Виды и часы
аудиторной работы,
их трудоемкость
Неделя
Текущие формы
Семестр
(в часах)
семестра
контроля
Практические Лабораторные
Лекции
занятия
работы
2
1
2
4
0
коллоквиум
Программа дисциплины "Биотехнология лекарственных растений"; 020400.68 Биология; доцент, к.н. (доцент) Абдрахимова Й.Р.
N
Раздел
Дисциплины/
Модуля
Виды и часы
аудиторной работы,
их трудоемкость
Неделя
Текущие формы
Семестр
(в часах)
семестра
контроля
Практические Лабораторные
Лекции
занятия
работы
Тема 2. Основные
принципы и
технологии клеточного
2. культивирования:
стратегии увеличения
биосинтетического
потенциала.
Тема 3. Новые
подходы в технологиях
культивирования
клеток, тканей,
3.
органов
лекарственных
растений.
Тема 4. Генетическая
и метаболическая
4. инженерия
лекарственных
растений
Тема 5. Мировые
тенденции развития
биотехнологии
лекарственных
5.
растений в
производстве
фармацевтически
ценных продуктов
Тема . Итоговая
.
форма контроля
Итого
2
2
2
4
0
коллоквиум
2
3
2
4
0
реферат
2
4
2
4
0
коллоквиум
2
5
2
2
0
коллоквиум
0
0
0
зачет
10
18
0
2
4.2 Содержание дисциплины
Тема 1. Биотехнология лекарственных растений как источник фармакологически
ценных вторичных соединений
лекционное занятие (2 часа(ов)):
Лекарственные растения как важные источники фармакологически ценных вторичных
метаболитов: ключевая роль растительных биотехнологий в сохранении биоразнообразия.
Ограниченность и основные причины сокращения природных ресурсов лекарственных
растений; проблемы их плантационного выращивания. Преимущества биотехнологического
направления в получении веществ растительного происхождения: 1. Независимость от
влияния климатических, сезонных и географических условий; 2. Решение проблем дефицита
исходного сырья, особенно ценных исчезающих видов растений, не поддающихся
плантационному культивированию; 3. Возможно получение фитомассы, полностью свободной
от гербицидов, пестицидов, тяжелых металлов и др.; 4. Использование культуры клеток для
биотрансформации конечного продукта и получения новых веществ, не синтезируемых
соответствующим целевым растением; 5. Управление биосинтезом конечных продуктов за счет
условий культивирования, состава питательной среды и другими способами; 6. Имеется
возможность индустриализации и удешевления производства некоторых БАВ, синтез которых
пока не разработан или очень дорог и т.д.
Регистрационный номер 849412815
Страница 5 из 11.
Программа дисциплины "Биотехнология лекарственных растений"; 020400.68 Биология; доцент, к.н. (доцент) Абдрахимова Й.Р.
практическое занятие (4 часа(ов)):
Семинарские занятия по теме биотехнологии лекарственных растений как источников
фармакологически ценных вторичных соединений (детализацию см в п. 6).
Тема 2. Основные принципы и технологии клеточного культивирования: стратегии
увеличения биосинтетического потенциала.
лекционное занятие (2 часа(ов)):
Основные принципы и технологии клеточного культивирования; объекты и традиционные
методы биотехнологического культивирования. Стратегии увеличения биосинтетического
потенциала клеток. Селекция штаммов-сверхпродуцентов. Оптимизация сред и режимов
культивирования для аккумуляции биомассы и БАВ. Иммобилизация клеток: виды,
преимущества и проблемы. Элиситация как важный фактор увеличения выхода целевого
продукта растительных культур.
практическое занятие (4 часа(ов)):
Семинарские занятия по теме основных принципов и технологий клеточного культивирования,
направленных на повышение биомассы лекарственного сырья (детализацию см в п. 6).
Тема 3. Новые подходы в технологиях культивирования клеток, тканей, органов
лекарственных растений.
лекционное занятие (2 часа(ов)):
Новые технологии культивирования лекарственных растений in vitro основываются на
следующих преимуществах: - стандартность в содержании накапливаемого продукта; сокращение сроков культивирования для накопления растительной биомассы (вместо месяцев
и недель дни и часы); - возможность промышленного производства биомасс экзотических
тропических и субтропических лекарственных растений; - использование разных
технологических режимов (периодический, полунепрерывный и непрерывный), если
нарастание биомассы коррелирует с синтезом вторичных метаболитов; - использование
методов иммобилизации и биотрансформации для повышения выхода продуктов вторичного
метаболизма применительно к растительным клеткам.
практическое занятие (4 часа(ов)):
Семинарские занятия с обсуждением рефератов по теме современных подходов оптимизации
технологий культивирования клеток, тканей, органов лекарственных растений, направленных
на повышение выхода целевого продукта (детализацию см в п. 6).
Тема 4. Генетическая и метаболическая инженерия лекарственных растений
лекционное занятие (2 часа(ов)):
Модификация биосинтетических путей с использованием метода РНК-интерференции.
Биотрансформация БАВ in vitro как использование уникального метаболического потенциала
растительных клеток к пост-трансляционным модификациям природных соединений: реакции
гидроксилирования, метилирования, гликозилирования, этерификации, изомеризации и т.д.).
Применение разработок генной и метаболической инженерии на примере производства
скополамина
практическое занятие (4 часа(ов)):
Семинарские занятия по теме ретроспективы и перспективы генетической и метаболической
инженерии лекарственных растений (детализацию см в п. 6).
Тема 5. Мировые тенденции развития биотехнологии лекарственных растений в
производстве фармацевтически ценных продуктов
лекционное занятие (2 часа(ов)):
Современное состояние мирового рынка природных веществ и тенденции развития
биотехнологий лекарственных растений в производстве фармацевтически важных продуктов.
Коммерчески выгодные биотехнологические продукты растительного происхождения.
Растения как идеальные "биореакторы" для получения рекомбинантных терапевтических
белков; преимущества растительных "молекулярных ферм". Интеграция биотехнологии с
биоинформатикой, нанотехнологией, метаболомикой и другими "омик"-науками.
практическое занятие (2 часа(ов)):
Регистрационный номер 849412815
Страница 6 из 11.
Программа дисциплины "Биотехнология лекарственных растений"; 020400.68 Биология; доцент, к.н. (доцент) Абдрахимова Й.Р.
Семинарские занятия по мировым трендам развития биотехнологии лекарственных растений в
производстве фармацевтически ценных продуктов (детализацию см в п. 6).
4.3 Структура и содержание самостоятельной работы дисциплины (модуля)
N
Раздел
Дисциплины
Виды
Формы контроля
Неделя самостоятельной Трудоемкость
Семестр
самостоятельной
семестра
работы
(в часах)
работы
студентов
Тема 1. Биотехнология
лекарственных
растений как источник
1.
фармакологически
ценных вторичных
соединений
Тема 2. Основные
принципы и
технологии клеточного
2. культивирования:
стратегии увеличения
биосинтетического
потенциала.
Тема 3. Новые
подходы в технологиях
культивирования
клеток, тканей,
3.
органов
лекарственных
растений.
Тема 4. Генетическая
и метаболическая
4. инженерия
лекарственных
растений
Тема 5. Мировые
тенденции развития
биотехнологии
лекарственных
5.
растений в
производстве
фармацевтически
ценных продуктов
Итого
2
1
подготовка к
коллоквиуму
16
коллоквиум
2
2
подготовка к
коллоквиуму
16
коллоквиум
2
3
подготовка к
реферату
16
реферат
2
4
подготовка к
коллоквиуму
16
коллоквиум
2
5
подготовка к
коллоквиуму
16
коллоквиум
80
5. Образовательные технологии, включая интерактивные формы обучения
Наряду с аудиторными лекциями и практическими занятиями будут практиковаться
интернет-формы контроля за самостоятельной работой
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
Регистрационный номер 849412815
Страница 7 из 11.
Программа дисциплины "Биотехнология лекарственных растений"; 020400.68 Биология; доцент, к.н. (доцент) Абдрахимова Й.Р.
Тема 1. Биотехнология лекарственных растений как источник фармакологически ценных
вторичных соединений
коллоквиум , примерные вопросы:
Вопросы к коллоквиуму: - Введенные в культуру in vitro растения - источники эфирных масел; Введенные в культуру in vitro растения - источники дитерпеноидов; - Введенные в культуру in
vitro растения - источники тритерпеноидов; - Введенные в культуру in vitro растения - источники
сапонинов; - Введенные в культуру in vitro растения -источники алкалоидов; - Введенные в
культуру in vitro растения -источники фенольных соединений; - Введенные в культуру in vitro
растения -источники фармакологически ценных минорных вторичных соединений.
Тема 2. Основные принципы и технологии клеточного культивирования: стратегии
увеличения биосинтетического потенциала.
коллоквиум , примерные вопросы:
Вопросы к коллоквиуму: - Общие требования к выращиванию изолированных клеток и тканей в
биотехнологии лекарственных растений; - Основные аспекты культивирования клеток растений
в качестве продуцентов БАВ; - Микроклональное размножение как один из методов
биотехнологического культивирования растений; - Влияние предшественников на биосинтез
БАВ - вторичных метаболитов культур лекарственных растений; - Механизмы стимуляции
процессов биосинтеза вторичных метаболитов в клетках культуры при иммобилизации;
Механизмы стимуляции процессов биосинтеза вторичных метаболитов в клетках культуры при
элиситации.
Тема 3. Новые подходы в технологиях культивирования клеток, тканей, органов
лекарственных растений.
реферат , примерные темы:
Темы рефератов: - Методы метаболической инженерии: современное состояние и
перспективы. - Метод РНК-интерференции в модификации биосинтетических путей. Особенности и преимущества технологий культуры корней. - Экономическая эффективность
получения растительных БАВ in vitro. - Новые подходы к повышению продуктивности культур in
vitro. - Особенности производства растительных вторичных метаболитов микроорганизмами. Растительные источники противоопухолевых соединений; механизмы их действия.
Тема 4. Генетическая и метаболическая инженерия лекарственных растений
коллоквиум , примерные вопросы:
Вопросы к коллоквиуму: - Биотрансформация как перспективное направление в получении
лекарственных средств на основе культур клеток растений; - Виды биотрасформаций БАВ
культурой растительных клеток; - Методы генной инженерии в биотехнологии лекарственных
растений; - Источники получения адвентивных и трансформированных корней; - Практические
разработки в области генетической и метаболической инженерии лекарственных растений.
Тема 5. Мировые тенденции развития биотехнологии лекарственных растений в
производстве фармацевтически ценных продуктов
коллоквиум , примерные вопросы:
Вопросы к коллоквиуму: - Современное состояние мирового рынка природных веществ (natural
products); - Основные тенденции развития биотехнологий лекарственных растений в
производстве фармацевтически важных продуктов; - Проблемы и перспективы промышленного
использования разработки в области биотехнологии лекарственных растений. - Растения как
идеальные "биореакторы" для получения рекомбинантных терапевтических белков. - Новые
противоопухолевые растительные соединения, получаемые биотехнологическим способом.
Тема . Итоговая форма контроля
Примерные вопросы к зачету:
- Преимущества биотехнологии лекарственных растений по сравнению с традиционными
технологиями.
- Типы культивирования каллусов и суспензий лекарственных растений в лабораторных
условиях.
- Технологический режим выращивания растительных клеток лекарственных растений.
Регистрационный номер 849412815
Страница 8 из 11.
Программа дисциплины "Биотехнология лекарственных растений"; 020400.68 Биология; доцент, к.н. (доцент) Абдрахимова Й.Р.
- Факторы увеличения накопления вторичных метаболитов.
- Оптимизация состава питательных сред и технологических параметров культивирования.
- Влияние предшественников на рост клеток и выход целевого продукта.
- Иммобилизация в выращивании растительных клеток.
- Методы элисиции в выращивании культуры клеток лекарственных растений (условия,
способы, преимущества и недостатки).
- Биотрансформация в биотехнологии лекарственных растений.
- Методы генной инженерии в биотехнологии лекарственных растений.
- Методы метаболической инженерии: современное состояние и перспективы.
- Основные способы биотехнологического культивированияадвентивных и
трансформированных корней.
- Метаболическая инженерия: ретроспектива и перспективы.
- Метаболическая инженерия: прогресс в получении целевого продукта (на примере
получения скополамина).
- Коммерчески востребованные и выгодные вторичные метаболиты растений.
- Преимущества растительных "молекулярных ферм" как источников получения
рекомбинантных белков.
- Современные мировые тенденции развития биотехнологии лекарственных растений в
производстве БАВ.
7.1. Основная литература:
Осн.лит-ра:
1. Тимофеева О.А. Культура клеток и тканей растений: учебное пособие / О.А. Тимофеева, Н.
И. Румянцева; Казан. (Приволж.) федер. ун-т, Ин-т фундам. медицины и биологии.?Казань:
Казанский университет, 2012.?91 с.
2. Лутова Л.А. Биотехнология высших растений: учебник / Л. А. Лутова; С.-Петерб. гос.
ун-т.?Изд. 2-е, доп. и испр.?Санкт-Петербург: Изд-во С.-Петербургского университета,
2010.?238 с.
3. Фармацевтическая биотехнология. Руководство к практическим занятиям.: учебное пособие
/ Орехов С.Н. / Под ред. В.А. Быкова, А.В. Катлинского - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2009. - 384 с.
http://www.studmedlib.ru/ru/book/ISBN9785970413036.html
7.2. Дополнительная литература:
Доп. Лит-ра:
1. Фармацевтический анализ (Серия "Проблемы аналитической химии") [Эл.книга] :
Монография / Под редакцией профессора Г. К. Будникова и профессора С. Ю. Гармонова. М. : АГРАМАК - МЕДИА, 2013. - 778 с. http://www.znanium.com/bookread.php?book=429035
2. Вл. В. Кузнецов, В. В. Кузнецов, Г. А. Романов и др. Молекулярно-генетические и
биохимические методы в современной биологии растений. - М. : БИНОМ. Лаборатория
знаний, 2012. - 487 с.
3.Абдрахимова Й.Р. Вторичные метаболиты растений:физиологические и биохимические
аспекты. Часть 2. Алкалоиды. - Казань: Каз.гос.ун-т, 2009. - 40 с.
4.Абдрахимова Й.Р. Вторичные метаболиты растений:физиологические и биохимические
аспекты. Часть 3. Фенольные соединения. - Казань: Каз.гос.ун-т, 2012. - 40 с.
Регистрационный номер 849412815
Страница 9 из 11.
Программа дисциплины "Биотехнология лекарственных растений"; 020400.68 Биология; доцент, к.н. (доцент) Абдрахимова Й.Р.
5. И. А. Самылина, Г. П. Яковлев. Фармакогнозия : учебник. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. - 976
с. http://www.studmedlib.ru/ru/books/ISBN9785970426012.html
7.3. Интернет-ресурсы:
Electronic Journal of Biotechnology - http://www.ejbiotechnology.info/index.php/ejbiotechnology
Electronic Sites of Botany, Plant Biology and Plant Science Journals http://www.e-journals.org/botany
Medicinal Plant Biotechnology (studmed.ru) http://www.studmed.ru/arora-r-ed-medicinal-plant-biotechnology_672ef5c0197.htm
Phytochemical Analysis (Wiley Online Library) http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1002/%28ISSN%291099-1565
сайт журнала "Биотехнология" http://www.biochemistry.org.ua/index.php/ru/journal-of-biotechnology
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины(модуля)
Освоение дисциплины "Биотехнология лекарственных растений" предполагает использование
следующего материально-технического обеспечения:
Мультимедийное оборудование для демонстрации учебного материала,
ламинары, автоклав, качалки, ВЭЖхроматографы,лабораторная посуда, реактивы
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и учебным планом по
направлению 020400.68 "Биология" и магистерской программе Биотехнология .
Регистрационный номер 849412815
Страница 10 из 11.
Программа дисциплины "Биотехнология лекарственных растений"; 020400.68 Биология; доцент, к.н. (доцент) Абдрахимова Й.Р.
Автор(ы):
Абдрахимова Й.Р. ____________________
"__" _________ 201 __ г.
Рецензент(ы):
Багаева Т.В. ____________________
"__" _________ 201 __ г.
Регистрационный номер 849412815
Страница 11 из 11.