УТВЕРЖДАЮ Проректор-директор института физики высоких

УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор института
физики высоких технологии
д.ф.-м. н., профессор Лопатин В.В.
«___»_____________2011г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП 240700 - Биотехнология
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ Биотехнология
КВАЛИФИКАЦИЯ Бакалавр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011г.
КУРС 3 СЕМЕСТР 6
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 4
ПРЕРЕКВИЗИТЫ Б2 Б9 Б2 Б10
КОРЕКВИЗИТЫ Б3 Б4
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции 36 час.
Лабораторные работы 36 час.
Практические занятия 18 час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 90 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 90 час.
ИТОГО 180 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ экзамен
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ кафедра биотехнологии и
органической химии
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ БИОХ ____________ФИЛИМОНОВ В.Д.
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
____________КРАСНОКУТСКАЯ Е.А.
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
____________ ТИМОЩЕНКО Л.В.
2011г.
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Основы биотехнологии» в соответствии с
ООП «Биотехнология» являются:

на основе знаний, умений, навыков приобретение компетенций,
необходимых для самореализации в производственно-технологической и
проектной деятельности в области высокотехнологичных процессов
получения современных лекарственных и медицинских препаратов.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Данная дисциплина относится к базовой части профессионального цикла
ООП «Биотехнология». Она тесно связана с дисциплинами Б2.Б7 «Общая
биология и микробиология», Б2.Б8 «Основы биохимии и молекулярной
биологии» и Б3.Б5 «Процессы и аппараты биотехнологии». Для успешного
усвоения данной дисциплины студент
Для успешного усвоения данной дисциплины студент
должен знать:
- структуру и пространственную организацию белков, нуклеиновых кислот,
углеводов, липидов, низкомолекулярных биорегуляторов и антибиотиков;
- анализ, химический синтез и биосинтез биополимеров; ферментативный
катализ, понятия о ферментах, антителах, структурных белках;
- уровни организации и свойства живых систем;
- клетки эукариотов и прокариотов;
- обмен веществ и превращение энергии в клетке; воспроизведение и
жизненный цикл клетки;
- размножение и индивидуальное развитие организмов;
- основные группы живых организмов; закономерности наследования и
изменчивости
- метаболизм микроорганизмов
- анаэробное и аэробное окисление микроорганизмов;
- процессы биосинтеза и биотрансформации у микроорганизмов;
-основные классы биомолекул (белки, нуклеиновые кислоты, липиды,
углеводы), их биологические функции в клетке;
- молекулярные механизмы передачи генетической информации.
должен уметь:
- подбирать условия и проводить идентификацию, выделение и
культивирование микроорганизмов-продуцентов биомассы, органических
кислот, этанола, аминокислот, антибиотиков
- определять возможные пути биосинтеза ключевых интермедиатов и
целевых продуктов для выбора оптимальных биотехнологического процесса.
должен владеть:
- приемами работы с микроорганизмами;
- правилами безопасной работы в химической и микробиологической
лаборатории.
Пререквизиты данной дисциплины: Б2 Б9 «Общая биология и
микробиология», Б2 Б10 «Основы биохимии и молекулярной биологии»,
Б3 Б5 «Процессы и аппараты биотехнологии».
Кореквизиты: Б3 Б4 «Процессы и аппараты биотехнологии».
3. Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент
будет знать:
- основные принципы организации биотехнологического производства, его
иерархическую структуру, методы оценки эффективности производства;
принципиальную схему биотехнологического производства;
- основы биотехнологии;
- основные биообъекты и методы работы с ними;
- биохимические, химические и физико-химические процессы, протекающие
в биореакторах и на стадиях переработки, связанных с выделением и
очисткой целевого продукта;
- основы энзимологии, методы иммобилизации ферментов и клеток;
важнейшие
производства
промышленной,
медицинской,
сельскохозяйственной и экологической биотехнологии.
будет уметь:
- выбрать рациональную схему биотехнологического производства заданного
продукта,
будет владеть:
- знаниями по выбору аппаратуры, условий и типа микроорганизмов для
проведения определенного биотехнологического процесса.
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины направлено
на формирование у студентов следующих компетенций(результатов
обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС:
1. Профессиональные
 Р4: Способность к овладению базовыми знаниями в области базовых
естественных и технических наук, применение их в различных видах
профессиональной деятельности;
 Р5: Понимать сущность и значение информации в развитии современного
информационного общества, быть готовым к использованию в
профессиональной деятельности информационных и коммуникативных
технологий.
 Быть способным и готовым использовать основные законы
естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности,
применять методы математического анализа и моделирования,
теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);
 владеть основными методами, способами и средствами получения,
хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером
как средством управления информацией (ПК-4);
 работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-12);
 быть готовым к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3).
4. Структура и содержание дисциплины
1. Введение. Предмет биотехнологии. Связь биотехнологии с естественными
науками. Краткий исторический очерк развития биотехнологии. Основные
направления современной биотехнологии. Значение биотехнологии в
народном хозяйстве
2. Элементы, слагающие биотехнологические процессы и биотехнологии:
Биологические агенты: микробные клетки, ферменты, природные ассоциации
микробных культур. Нетрадиционные биологические агенты.
Субстраты и среды. Источники углерода, азота и серы. Источники энергии,
минеральные элементы и ростовые факторы.
Аппаратура. Аппараты для анаэробных процессов. Аппараты для аэробной
поверхностной ферментации (жидкофазные и твердофазные). Аппараты для
аэробной глубинной ферментации. Их классификация по подводу энергии.
Продукты. Основные группы продуктов. Сертификация готовой продукции.
Нормативно-правовая база сертификации.
Критерии оценки эффективности процессов. Скорость роста продуцента.
Продуктивность. Выход продукта. Конечная концентрация продукта.
Удельные энергозатраты. Непродуктивные затраты субстрата.
Принципиальная схема реализации биотехнологических процессов.
3. Промышленная микробиология.
Важность и разнообразие микробных продуктов. Ферментация в твердых
средах. Переработка сельскохозяйственных продуктов и продуктов питания.
Первичные метаболиты. Производство аминокислот (лизин, глутаминовая
кислота). Производство органических кислот (уксусная, молочная кислоты).
Вторичные метаболиты. Антибиотики. Виды антибиотиков. Механизм
устойчивости
микроорганизмов
к
антибиотикам.
Получение
полусинтетических антибиотиков. Производство белков одноклеточных
организмов. Производство ферментов.
4. Генная инженерия.
Метод рекомбинантных ДНК. Рестрикция, лигирование, трансформация,
скрининг. Получение фармакологических препаратов с помощью методов
генной инженерии. Биосинтез инсулина, соматотропина в клетках кишечной
палочки E.coli. Вакцины. Производство вакцин против гепатита В.
5. Инженерная энзимология.
Ферментные препараты, применяемые в промышленности. Гидролитические
ферменты. Протеолитические ферменты. Ферментные смеси и пектиновые
ферменты. Методы стабилизации и иммобилизации ферментов.
Иммобилизованные ферменты. Технологические процессы с участием
ферментов: гидролиз крахмала в декстрины, мальтозу и глюкозу; получение
инвертного сахара из сахарозы; изомеризация глюкозы во фруктозу;
разделение рацемических смесей аминокислот.
6. Биотехнологические методы очистки и деградации токсикантов.
Характеристика отходов и побочных продуктов промышленности и
сельского хозяйства. Переработка отходов биологическими методами.
Использование микроорганизмов в качестве контроля загрязнений.
Экологические системы и экологические ниши. Микрофлора водоемов,
воздуха, почвы. Роль микроорганизмов в охране окружающей среды от
загрязнений.
Биологические методы очистки стоков. Общие показатели загрязненности
сточных вод. Перманганатная и дихроматная окисляемость (ХПК).
Биохимическое потребление кислорода (БПК). Аэробные процессы очистки
сточных вод биотехнологических и промышленных предприятий. Основные
параметры, влияющие на биологическую очистку. Биофильтры, аэротенки,
окситенки. Одноступенчатая схема очистки сточной воды. Анаэробные
процессы очистки стоков. Септиктенки, анаэробные биофильтры.
Биоочистка газо-воздушных выбросов. Биофильтры, биоскрубберы и
биореакторы с омываемым слоем.
7. Технологическая
минерального сырья.
биоэнергетика
и
биологическая
переработка
Биометаногенез. Метантенки. Получение спирта и жидких углеводородов.
Биологическое получение водорода.
8. Сельскохозяйственная биотехнология.
Энтомопатогенные препараты. Биопестициды, биогербициды, биологические
удобрения (нитрагин, азотобактерин, фосфоробактерин).
9. Биогеотехнология металлов.
Бактериальное выщелачивание.
Обогащение руд.
Биосорбция
металлов
10. Этические и профессиональные проблемы биотехнологии.
из
растворов.
Лабораторные работы
1. Глубинный способ получения ферментов путем культивирования
плесневого гриба Endomycopsis fibuliger .(12 часов)
2. Культивирование плесневого гриба Aspergillus niger поверхностным
способом с целью получения лимонной кислоты. (18 час)
3. Определение физиологической активности дрожжей при спиртовом
брожении. (6 час)
Практические занятия
1. Предферментационная стадия биотехнологического процесса (2 час)
2. Ферментационная стадия биотехнологического процесса. Ферментаторы.
(2 час)
3. Постферментационная стадия биотехнологического процесса. Методы
выделения конечных продуктов. (2 час)
4. Получение полусинтетических антибиотиков (2 час)
5. Метод рекомбинантных ДНК (2 час)
6. Методы стабилизации и иммобилизации ферментов. (2 час)
7. Биофильтры, аэротенки, окситенки. (2 час)
8. Программа “Biodiezel”(2 час)
9. Этические процессы биотехнологии (2 час)
Таблица 1.
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела
Аудиторная работа (час)
Лекци Практ./сем.
Лаб. зан.
и
Занятия
СРС
(час)
Колл, Итого
Конт
р.Р.
Вход- 2
ной
контроль
К.р.
№1
1. Введение. Предмет
биотехнологии. Связь
биотехнологии с
естественными науками.
2. Элементы, слагающие
биотехнологические
процессы и
биотехнологии:
2
12
6
12
35
3. Промышленная
микробиология.
4
2
18
15
39
4. Генная инженерия.
2
4
2
2
6
10
10
14
22
6. Биотехнологические
методы очистки и
деградации токсикантов.
4
2
5
11
7. Технологическая
биоэнергетика и
биологическая
2
2
5
9
5. Инженерная
энзимология.
К.р.
№2
65
переработка минерального
сырья.
8. Сельскохозяйственная
биотехнология.
2
5
9. Биогеотехнология
металлов.
2
5
10. Этические и
профессиональные
проблемы биотехнологии.
2
2
Итого
36
18
7
К.р.
№3
7
4
36
90
180
5. Образовательные технологии
Приводится описание образовательных технологий, обеспечивающих
достижение планируемых результатов освоения модуля (дисциплины).
Специфика сочетания методов и форм организации обучения
отражается в матрице (см. табл 2). Перечень методов обучения и форм
организации обучения может быть расширен.
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекц.
Методы
Лаб.
раб.
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы
проблемного
обучения.
Обучение
+
на основе опыта
Опережающая
самостоятельная
работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский
метод
Другие методы
* - Тренинг, ** - Мастер-класс
Пр. зан./
Сем.,
+
+
+
+
+
+
+
+
Тр*.,
Мк**
СРС
+
К. пр.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
6.1. Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студента,
развитие практических умений. Она включает в себя:
- работа с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных
источников информации по индивидуально заданной проблеме курса,
- перевод текстов с иностранных языков,
- изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
- подготовка к лабораторным работам,
- подготовка к практическим занятиям,
- подготовка к контрольным работам, к экзамену.
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР), ориентирована на развитие интеллектуальных умений, комплекса
универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций,
повышение творческого потенциала студентов.
Она включает
- анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем теме.
Содержание самостоятельной работы студентов
(дисциплине)
Темы, выносимые на самостоятельную проработку.
1. Производство аминокислот (лизин, глутаминовая кислота).
6.2.
по
модулю
2. Производство органических кислот (уксусная, молочная кислоты).
3. Вторичные метаболиты. Антибиотики. Виды антибиотиков. Механизм
устойчивости микроорганизмов к антибиотикам.
4. Производство вакцин против гепатита В.
5. Экологические системы и экологические ниши. Микрофлора водоемов,
воздуха, почвы. Роль микроорганизмов в охране окружающей среды от
загрязнений.
6. Анаэробные процессы очистки стоков. Септиктенки, анаэробные
биофильтры.
7. Биоочистка газо-воздушных выбросов. Биофильтры, биоскрубберы и
биореакторы с омываемым слоем.
6.3
Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как
единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества
освоения дисциплины)
Примеры вопросов для контрольных работ
Контрольная работа № 1 ««Технологические основы биотехнологических
производств»
Билет 1.
1. Баллистические методы дезинтеграции клеточной массы.
2. Фракционирование экстрактов биомассы. Способы разделения суспензий.
3. Гель-проникающая и афинная хроматография.
Контрольная работа № 2 «Промышленная микробиология, генная инженерия,
инженерная энзимология»
Билет 1
1. Разделение рацемических смесей аминокислот с использованием
иммобилизованной аминоацилазы..
2. Получение интерферонов разными методами
3. Получение глутаминовой кислоты ферментацией.
Контрольная работа № 3 «Технологическая биоэнергетика и
биологическая переработка минерального сырья. Сельскохозяйственная
биотехнология. Биогеотехнология металлов»».
Билет 1.
1. Процессы с участием активного ила.
2. Биометаногенез.
3. Очистка сточных вод с помощью аэротенков–смесителей. Преимущества и
недостатки.
8. Рейтинг качества освоения модуля (дисциплины)
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и
промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с
«Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости,
промежуточной
и
итоговой
аттестации
студентов
Томского
политехнического университета», утвержденными приказом ректора № 77/од
от 29.11.2011 г.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
 текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического
материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической
деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем и
др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах
(максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент
должен набрать не менее 33 баллов);
 промежуточная аттестация (экзамен) производится в конце семестра
(оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене студент
должен набрать не менее 22 баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов,
полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный
итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение
модуля (дисциплины)
Основная литература:
1. Тимощенко Л.В., Чубик М.В. Основы биотехнологии. Учебное пособие.Томск, изд-во ТПУ, 2005. – 225 с.
2. Тимощенко Л.В., Чубик М.В. Основы биотехнологии. Учебное пособие.Томск, изд-во ТПУ, 2009. – 196 с.
3. Биотехнология: учебник / И.В. Тихонов, Е.А. Рубан, Т.Н. Грязнева и др.;
под ред. Е.С. Воронина. – СПб.: ГИОРД, 2008.– 704 с.
4. Елинов Н.П. Основы биотехнологии. – СПб.: Наука, 1995. – 600 с.
5.. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. Тт. 1,2. – М.:
Мир, 1989.
6.. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. М.: Мир, 1987. – 312 с.
Дополнительная литература:
1. Биотехнология: учеб. пособие для вузов. В 8 кн. / под ред. Н.С. Егорова,
В.Д. Самуилова. Кн.1: Проблемы и перспективы / Н.С. Егоров, А.В. Олескин,
В.Д. Самуилов. – М.: Высш. шк., 1987.
2.. Timoshenko L.V. The Bases of Biotechnology. Textbook. Tomsk: TPU Press,
1999. – 127 p.
Программное обеспечение и Internet-ресурсы:
1. http://www.biotechnologie.de
2. http://mosbiotechworld.ru/
3. http://biorosinfo.ru/
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Имеется следующее материально-техническое обеспечение дисциплины
для выполнения лабораторных работ: Учебная лаборатория № 311, каф.
ОХОС, оборудованная вытяжными шкафами, в том числе шкафом с
вертикальным ламинарным потоком. В достаточном количестве имеются
магнитные и механические мешалки, электрические нагреватели, весы
электронные, сушильные шкафы, хроматоскопы, автоклавы, роторные
испарители, термостаты, микроскопы, наборы стеклянной посуды. Насос
вакуумный спектрофотометр, хроматограф, поляриметр, рефрактометр.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки ООП
Биотехнология.
Программа одобрена на заседании
кафедры БИОХ
(протокол № 9 «22» июня 2011 г.)
Автор: доцент, к.х.н. Тимощенко Л. В.
Рецензент: доцент, к.м.н. Чубик М.В.