Здесь - Институт молекулярной генетики РАН

ИМГ РАН является участником проекта
ТЕМПУС (№ 511426-TEMPUS-1-2010-1-RU-TEMPUS-JPCR)
«Реформа высшего образования по биотехнологии: разработка и
усовершенствование стандартов и учебных планов по подготовке
бакалавров и магистров», осуществляемого при финансовой поддержке
Европейской комиссией.
В рамках этого проекта в соответствии с Болонским процессом
1) Разработана детальная программа по дисциплине «Молекулярная и клеточная
биотехнология» (совместно с другими исполнителями).
2) Написан и подготовлен к изданию «Толковый словарь по молекулярной и
клеточной биотехнологии» (около 8000 терминов, около 1500 стр.)
3) Составлена часть Анкеты, касающаяся требований работодателей к выпускникаммагистрам по биотехнологии.
4) Сформулированы компетенции, требующиеся работодателями Российской
академии наук от магистров по специальности «биотехнология».
5) ИМГ участвует в работе всех совещаний, проводимых по проекту TEMPUS.
Компетенции для магистра
биотехнологии (требования РАН)
по
молекулярной
и
клеточной
Магистр-биотехнолог должен:
- иметь теоретические представления об основных этапах развития современной
молекулярной и клеточной биотехнологии, роли биотехнологии в современной экономике
(ПК-2);
- иметь современные теоретические представления об основных разделах молекулярногенетической и клеточной биотехнологии, значении биотехнологии для современной
энергетики,
пищевой,
химической,
фармацевтической
и
других
областей
промышленности. (ПК-4);
- иметь современные представления о структурных особенностях и эволюции геномов
эукариотических организмов и промышленных микроорганизмов; иметь представления об
использовании постгеномных подходов для разработки оптимальных стратегий создания
трансгенных растительных и животных организмов и новых штаммов–продуцентов
целевых первичных и вторичных метаболитов, биополимеров (ИК-5);
- обладать современными знаниями о молекулярно-генетических и ключевых
метаболических процессах, протекающих в про- и эукариотических клетках;
- обладать знаниями и навыками применения современных методов молекулярногенетической и клеточной биотехнологии, самостоятельно использовать их в
практической работе;
- умение планировать, создавать программу действий и определять стратегию
экспериментов, самостоятельно проводить биотехнологические исследования;
- обладать способностью отбирать и анализировать литературные данные и использовать
полученную информацию для своей работы;
- уметь анализировать полученные результаты, докладывать и демонстрировать их,
самостоятельно писать тезисы, рефераты, аннотации научные статьи;
- быть способным использовать основные информационные технологии исследования,
применяемые в области биотехнологии; получать и грамотно использовать биологические
базы данных (ПК-7);
- обладать навыками инновационной деятельности;
- проявлять инициативность и уметь организовать научное сотрудничество с другими
исследователями;
- обладать знанием английского языка, умение говорить, читать и писать научные статьи
по-английски;
- обладать коммуникативными способностями и умением учиться;
- иметь приверженность к этическим ценностям, обладать терпимостью, способностью к
конструктивной критике и самокритике, умением работать в коллективе;
- обладать способностью адаптироваться к новым ситуациям.
Выступление В.З. Тарантула на Биотехнологическом конгрессе в Москве в 2013 г.
Подготовка биотехнологов в Российской Федерации.
Точка зрения сотрудников Российской академии наук.
(Компетенции выпускников – основной критерий их связи с рынком труда)
Дорогие коллеги!
С моей стороны было бы неправильным считать, что все, что я скажу в своем
выступлении, - это официальное мнение Российской академии наук. В тоже время,
надеюсь, что сказанное мной близко к общему представлению в РАН об этой проблеме.
Основываюсь в своих высказываниях на многочисленных беседах с коллегами по РАН и
на данных анкеты, в которой приняли участие свыше 50 человек.
Какова общая ситуация? Во многих институтах различных Отделений Российской
академии наук существует большая потребность в хорошо подготовленных молодых
ученых-биотехнологах. Как показывает наш опыт работы в РАН, значительная часть
выпускников разных ВУЗов по специальности «биотехнология» сейчас в целом
соответствуют критериям, предъявляемым работодателями РАН.
Между тем существует несколько проблем, которые мешают плодотворному
сотрудничеству между ВУЗами, обучающими и выпускающими биотехнологов, и
работодателями из РАН. Проведенное в рамках проекта «Рехаут» (программа TEMPUS)
анкетирование показало, что одна из проблем связана с тем, что в организациях РАН
порой имеется слабое представление о Болонском процессе, который внедряется в
образовательную систему уже свыше 12 лет. Согласно анкетированию, проведенному
среди работодателей РАН, не имеющих отношения к образовательной сфере напрямую,
свыше 20% из них практически вообще ничего не знают о новой системе образования.
Для большинства сотрудников РАН терминология Болонской системы
представляет определённую сложность для понимания. Но даже ученые РАН, которые
знакомы со спецификой перехода на новую систему образования, приемлемость данной
системы оценивается неоднозначно. Только незначительная часть работодателей
считает применение этой системы высшего профессионального образования полностью
приемлемой в условиях отечественного образования, а 3% респондентов вообще считаю
внедрение такой системы нежелательным и вредным. Четверть опрошенных
высказывают мнение, что следует более внимательно изучить опыт других стран и не
спешить с принятием данной системы. Правда, когда ознакомление с документами
Болонского процесса происходит, то такой аспект этого процесса как мобильность
студентов, преподавателей и научных работников высоко оценивается работодателями
РАН. И только!
Встает вопрос, а нужно ли вообще понимание всего этого учеными РАН? Позиция
большинства работодателей РАН (и думаю, не только РАН) заключается в том, что
пусть ВУЗы работают по Болонской системе, или по нашей классической системе, или
по любой другой, но важно, чтобы результат этого обучения был выражен в появлении
высококвалифицированных специалистах-биотехнологах, обладающих определенными
необходимыми для успешной работы компетенциями.
Каковы они? Как было очевидным еще до анкетирования, оценивая компетенции
выпускников-биотехнологов, работодатели РАН на первое место ставят что: 1) широкие
базовые знания наряду с узкоспециализированные знания по профилю
биотехнологических дисциплин, 2) знание базовых научных методов исследования, 3)
хорошее владение английским языком и компьютером. Кроме того, более 80%
работодателей РАН отмечают, что способность овладевать смежными профессиями,
адаптироваться в изменившихся обстоятельствах и способности применять имеющиеся
знания при решении новых проблем способствуют первичному трудоустройству
выпускников. Очевидно, что нехватка той или иной компетенции может препятствовать
этому процессу.
Более половины работодателей РАН считают классический подход обучения
приемлемым для получения знаний, и лишь около трети из них поддерживает
европейский опыт, ориентированный на самостоятельный выбор студента. Значительное
количество представителей работодателей по-прежнему уверено, что бакалавр не может
быть квалифицированным биотехнологом-исследователем. Представители учебных и
научно-исследовательских учреждений оценивают бакалавров как «недоученных
специалистов» и не понимают, как их можно эффективно использовать. Здесь явно
какая-то недоработка Болонской системы.
По профилю подготовки «Молекулярная и клеточная биотехнология»
определены модули и осуществлена аннотация дисциплин.
Модули:
Химия ДНК, генная инженерия, клеточная инженерия, белковая
инженерия, биокаталитические технологии, клеточная биотехнология,
экспериментальные генетические модели, молекулярные основы
фармакологии, медицинская биотехнология, биомедицинская инженерия,
бионанотехнология, биоинформатика, биобезопасность
АННОТАЦИЯ ДИСЦИПЛИН
№
Наименование дисциплины и ее основные разделы
1.
Химия ДНК.
Химия нуклеиновых кислот. Физико-химические свойства нуклеозидов.
Химический синтез нуклеозидов. Химические реакции нуклеозидов. Общие
свойства природных нуклеотидов и родственных органических фосфатов.
Химический синтез дезоксирибоолигонуклеотидов и
Всего
зачетных
единиц
2.
3.
рибоолигонуклеотидов. Печать микрочипов. Химические методы
определения последовательности ДНК и РНК. Фотохимия нуклеиновых
кислот.
Экспериментальные
доказательства
генетической
функции
ДНК.
Конформации ДНК (А, В и Z-формы). Нуклеотидный состав ДНК и
конформации ДНК. Большая и малые бороздки ДНК. Узнавание ДНК
белками в малой и большой бороздке. Подвижность структуры ДНК.
Свехспирализация. Неканонические структуры ДНК. Изгибы в ДНК
(упаковка ДНК и регуляция транскрипции).
Топоизомеры. Топоизомеразы. Полуконсервативная репликация ДНК. ДНКполимеразы. Вилка репликации ДНК. Регуляция репликации ДНК у
бактерий. Понятие о репликоне и репликаторе. Репликация у эукариот.
Полирепликонное строение хромосомы. "Фабрики" репликации ДНК в ядре.
Теломераза и репликация ДНК у эукариот.
Генная инженерия
Основные биологические системы, используемые в молекулярной
биотехнологии. Ферменты, используемые в молекулярном клонировании.
Плазмидные векторы. Векторы на основе бактериофага . Векторы на
основе бактериофага M13. Векторы большой вместимости и их применение.
Искусственные хромосомы дрожжей и человека. Хромосомная инженерия.
Анализ нуклеиновых кислот и белков электрофоретическими методами.
Анализ структуры и уровня экспрессии ДНК и РНК. Полимеразная цепная
реакция. Современные методы анализа белок-белковых взаимодействий.
Получение и анализ библиотек кДНК.
Секвенирование ДНК. Сайт-направленный мутагенез.
Гетерологичная экспрессия и синтез рекомбинантного белка в
бактериальных и эукариотических клетках.
Иммунологическая биотехнология.
Микробиологическое производство малых молекул и белковых
лекарственных средств.
Библиотеки генов и кДНК, комбинаторные библиотеки.
Генная инженерия растений. Векторы генной инженерии растений: векторы
на основе Ti-плазмид, векторы на основе хлоропластной и
митохондриальной ДНК, транспозируемых элементов растений, вирусов
растений, вирионной РНК.
Белковая инженерия
Уровни структурной организации белковых молекул. Первичная структура
белка. Аминокислоты, как элементы пептидной цепи. Структура и
особенности пептидной связи, cis- и trans-изомеры, изомеры с участием
пролина. Конформационная подвижность пептидной цепи. Карта
Рамачандрана.
Регулярные вторичные структуры. Особенности их организации. Роль
вторичных структур в формировании доменов. Мотивы в белковых
структурах.
Классификация
пространственных
структур
белков.
Формирование белками пространственной структуры.
Кинетические и термодинамические аспекты фолдинга. Интермедиаты
фолдинга и энергетические барьеры. Шаперон-зависимый и про-зависимый
фолдинг.
Общие методы синтеза аминокислот. Получение энантиомеров
аминокислот. Общая стратегия определения первичной структуры белков.
Аминокислотный анализ. Определение N- и C-концевых групп.
Селективные химические и ферментативные методы расщепления
4.
пептидных связей. Определение аминокислотной последовательности с
помощью масс-спектрометрии. Никомолекулярные пептиды,
встречающиеся в природе. Пептидный синтез: общая стратегия,
твердофазный синтез. Защитные группы.
Технологии очистки белков. Осаждение, диализ, ультрафильтрация.
Ультрацентрифугирование. Хроматографические методы разделения
веществ.
Хроматографические
материалы.
Адсорбционная,
распределительная, обращенно-фазовая, гель-проникающая, ионообменная
и биоспецифическая хроматография. Оборудование для хроматографии.
Электромиграционные
методы
разделения
веществ.
Зональный
электрофорез. Стационарный электрофорез. Капиллярный электрофорез.
Методы установления первичной структуры белков. Методы установления
пространственной структуры: спектроскопия ЯМР и рентгеноструктурный
анализ. Методы анализа первичных структур. Методы анализа
пространственных структур. Молекулярное моделирование.
Методы направленного мутагенеза в изучении структурно-функциональных
особенностей белков и конструировании их модифицированных
производных, обладающих новыми свойствами. Конструирование
искусственных белков, не существовавших в природе, путем объединения
фрагментов и функциональных доменов из разных полипептидных цепей с
использованием
генно-инженерных
методов.
Конструирование
биологически активных пептидов, обладающих фармакологической
активностью с использованием методов фагового дисплея. Репортёрные
белки в составе химерных полипептидов, их роль в изучении функции,
локализации
и
транспорта
исследуемых
белков.
Гибридные
модифицированные токсины направленного действия, их получение, новые
функциональные свойства и применение в качестве эффективных
фармакологических препаратов. Подходы к созданию новых ферментов.
Синтез белков, способных связываться с онкобелками и со специфическими
антигенами патогенных микроорганизмов и их использование в качестве
средств адресной достаки лекарственных препаратов. Получение
рекомбинантных искусственных полиэпитопных белков и создание на их
основе высокоэффективных вакцин. Биосенсорная технология. Применение
биосенсоров в экологических исследованиях, в области оценки пищевой
ценности и безопасности продуктов питания, в обнаружении токсинов,
наркотиков, взрывчатых веществ, возбудителей особо опасных инфекций, а
также в экспрессной лабораторной диагностике. Бесклеточные белоксинтезирующие системы в научных исследованиях и в биотехнологии
получения ряда биологически важных белков. Технологии очистки
рекомбинантных белков.
Биокаталитические технологии
Ферменты как катализаторы в химической промышленности. Преимущества
ферментов перед обычными катализаторами. Классификация и
номенклатура ферментов. Основные типы процессов промышленного
значения, осуществляемые с использованием ферментов.
Основы кинетики ферментативных реакций. Основные кинетические
параметры ферментов. Влияние физико-химических условий на кинетику
ферментативных реакций. Физико-химические основы специфичности
ферментов. Возможные подходы к управлению специфичностью
ферментов.
Формы применения ферментов. Цельные клетки в качестве
биокатализаторов (процессы биотрансформации).
5.
6.
Использование ферментов в неводных системах (системах с низким
содержанием воды). Реакции в двухфазных системах. Реакции в ионных
жидкостях.
Реакции переноса ацильных групп. Синтез аспартама.
Синтез хиральных соединений, разделение стереоизомеров. Гидролазы и
оксидоредуктазы в стереоспецифических превращениях. Кофакторы
оксидоредуктаз. Проблемы регенерации кофакторов и пути их решения.
Синтез хиральных спиртов.
Реакции нитрования и галогенирования органических соединений.
Стереоспецифичный гидролиз эпоксидов. Стереоспецифичный синтез
аминокислот.
Реакции переноса фосфатных групп.
Реакции конденсации с использованием макроэргических кофакторов
(лигазные реакции). Ферментативный синтез нуклеиновых кислот и
олигонуклеотидов.
Реакторы, используемые для осуществления биокаталитических процессов.
Песпективы развития биокатализа. Дизайн новых биокатализаторов.
Молекулярная эволюция как способ получения ферментов с заданными
свойствами. ПЦР-мутагенез.
Нуклеиновые кислоты как катализаторы. Рибозимы, ДНК-зимы и их
конструирование. Абзимы.
Использование ферментов в медицинской, пищевой, текстильной,
целлюлозобумажной промышленности, производстве комбикормов, в
составе синтетических моющих средств.
Клеточная биотехнология
Общее представления о структуре клетки. Типы клеток. Регуляция
клеточного деления. Пролиферация клеток и молекулярные механизмы
клеточного цикла.
Межклеточные взаимодействия и их природа (в процессе развития
первичных половых клеток, оплодотворения, в период дробления).
Соматические и половые клетки. Стволовые клетки: эмбриональные и
региональные. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки.
Происхождение стволовых клеток. Способы получения и культивирования
клеток. Свойства стволовых клеток и клеточный фенотип. Тотипотентность
и плюрипотентность. Индукция направленной дифференцировки.
Отношение эмбриональных стволовых клеток к первичным половым
клеткам и стволовым клеткам, эмбриокарциномы. Поддержание и
сохранение эмбрионального фенотипа при культивировании in vitro.
Методы введения веществ и органелл в клетку. Методы манипуляций с
половыми клетками и эмбрионами млекопитающих. Получение эмбрионов.
Культивирование их in vitro.
Основные манипуляции с эмбриональными клетками для получения
реконструированных клеток и организмов. Приемы микрохирургии клетки и
предимплантационных эмбрионов. Микрохирургическое разделение ранних
эмбрионов. Слияние клеток (вирус Сендая, полиэтиленгликоль,
электростимулируемое слияние).
Энуклеация эмбриональных клеток – получение цитопластов и
кариопластов.
Клеточная инженерия в животноводстве. Методы получения генетических
химер на предимплантационных стадиях развития.
Клеточная терапия.
Экспериментальные генетические модели
7
Генетические ресурсы лабораторных животных. Роль животных с
заданными генетическими свойствами в решении фундаментальных
проблем постгеномной физиологии и биомедицины. Основные подходы к
созданию генетических моделей на животных. Управление генетическими
ресурсами и принципы международной кооперации.
Криоконсервирование и репродуктивные технологии. История вопроса.
Методы криоконсервирования. Видовые особенности. Искусственное
осеменение. Пересадки эмбрионов. Преодоление репродуктивных барьеров.
Освобождение от видоспецифических патогенов.
Трансгенез. Технологии получения трансгенных и химерные животных и
трансгенных растений. Направленная модификация генома. Генный
таргетинг: нокаут генов и генный нокин. Трансгенные животные как
биореакторы. Сельскохозяйственные трансгенные растения и животные.
Трансхромосомные животные. Трансмитохондриальные организмы.
Клонирование
млекопитающих
методом
ядерного
трансфера,
репрограммирование клеток.
Международные правила экспериментов на животных. Современные
технологии содержания животных. SPF-стандарт. Основные протоколы
экспериментальных манипуляций.
Молекулярные основы фармакологии
Общие принципы фармакологии. Связывание фармакологического агента с
мишенью в организме как основа действия лекарств. Уравнение Хилла–
Ленгмюра. Физиологический ответ. Агонисты и антагонисты. Основные
типы фармакологических мишеней.
Фармакотерапия.
Фармакокинетика. Механизмы и кинетика проникновения лекарственных
средств в организм и их выведения. Метаболизм лекарственных стредств
как ксенобиотиков. Основные фазы метаболизма.
Фармакодинамика. Механизмы действия на организм лекарственных
средств.
Фармакология периферической нервной системы. Фармакология
холинэргической и адренэргической нейротрансмиссии.
Фармакология центральной нервной системы. Возбуждающая и тормозящая
нейротрансмиссия в ЦНС. Основные нейротрансмиттеры в ЦНС.
Дофаминэргическая, серотонинэргическая и адренэргическая
нейротрансмиссия в ЦНС.
Электрическая передача нервного импульса. Молекулярные механизмы
возникновения и передачи болевых сигналов. Фармакология анестезии и
анальгезии. Молекулярные механизмы толерантности рецепторов. Система
поощрения в ЦНС и механизм действия наркотических веществ.
Фармакология сердечной мышцы. Автоматическая и возбудимая функции.
Сократительная функция.
Фармакология регуляции давления. Регуляция объема жидкости. Регуляция
сосудистого тонуса.
Фармакология гемостаза и тромбоза. Фармакология метаболизма
холестерина и липопротеинов.
Эндокринная фармакология.
Основные принципы химиотерапии. Фармакологические агенты,
подавляющие синтез нуклеотидов. Фармакологические агенты,
подавляющие репликацию и митоз. Фармакологические агенты,
подавляющие транскрипцию и трансляцию у бактерий. Противовирусные
агенты. Фармакологические агенты, подавляющие синтез клеточной стенки
8.
9.
бактерий. Основные фармакологические мишени при терапии грибковых и
паразитарных инфекций. Механизмы возникновения устойчивости к
химиотерапевтическим агентам. Принципы комбинационной химиотерапии.
Фармакология иммунной системы и воспаления. Фармакологические
агенты, ингибирующие синтез эйкозаноидов. Антигистаминные средства.
Гематопоэз. Иммуносупрессия и ее использование в клинической практике.
Принципы разработки лекарственных средств. Основные стадии разработки
новых лекарств. Подходы к скринингу, дизайну и оптимизации
фармакологических агентов. Схемы и принципы клинических испытаний.
Фармакогеномика.
Вариабельность фармакологических мишеней и ферментов метаболизма.
Персонализированная фармакология.
Молекулярная диагностика. Методы иммунодиагностики. Стимуляционная
диагностика. Ферментные биосенсоры. Молекулярная диагностика
наследственных заболеваний. Методы ДНК-диагностики. Биомаркеры
заболеваний. Микрочипы. Технологии, основанные на индикации белков и
других биомолекул. Иммуноферментый анализ.
Медицинская биотехнология
Медицинская и клиническая генетика. Генетическое разнообразие
популяций человека. Роль наследственности и среды в развитии патологии.
Общие принципы клинической диагностики наследственных болезней.
Наследственные заболевания и наследственные факторы риска. Генные
болезни. Хромосомные болезни. Болезни с наследственной
предрасположенностью. Генетика злокачественных новообразований.
Медико-генетическое консультирование. Пренатальная и
преимплантационная диагностика. Генетические карты здоровья.
Перспективы персонализированной медицины. Этические вопросы
медицинской генетики.
Вакцинирование. Виды вакцин: рекомбинантная, синтетическая,
поливалентная, химическая, конъюгированная. Основные принципы
разработки и действия традиционных живых и убитых вакцин. Генная
иммунизация.
Использование антител и белков в качестве лекарственных средств. Поли- и
моноклональные антитела как лекарственные средства. Химерные антитела,
гуманизация антител. Заместительная терапия при наследственных
заболеваниях.
Перспективные механизмы доставки лекарственных средств.
Генная терапия и терапевтическое клонирование. Принципы генной терапии
ex vivo и in vivo. Основные требования к безопасности и эффективности
генной терапии. Системы доставки генов. Генная терапия на основе РНКинтерференции и антисмысловой мРНК. Лекарственные средства на основе
олигонуклеотидов. Терапевтическое клонирование.Этические и
юридические аспекты генной терапии и терапевтического клонирования.
Биомедицинская инженерия
Биомедицинские материалы: свойства, типы и применение. Взаимодействие
биомедицинских материалов с живыми тканями. Дизайн и испытания
биомедицинских материалов. Безопасность и регуляция биомедицинских
материалов. Хирургические материалы и имплантанты.
Тканевая инженерия. Материалы для тканевых матриц. Клеточные
механизмы регенерации. Примеры использования тканевой инженерии.
Принципы конструирования биомедицинских приборов.
Биомедицинские сенсоры.
Инструментальная обработка биологических сигналов. Физиологическая
природа и основные характеристики биологических сигналов. Детекция,
преобразование и анализ биологических сигналов.
Медицинская визуализация. Рентгенологические методы. Радионуклидные
методы. Магниторезонансные методы. Акустические методы.
Биоэлектрическая диагностика. Основные принципы и приборы для
электрокардиографии и электроэнцефалографии.
Биомедицинская оптика. Распространение света в живых тканях. Лазерная и
фотодинамическая терапия. Оптические методы медицинской визуализации.
10. Бионанотехнология
Предмет нанотехнологии. Особенности поведения биологических систем в
наномасштабах: биополимеры, самосборка, наноразмерные биологические
машины. Физико-химические основы молекулярного узнавания и
самосборки. Наноматериалы: наносферы, наностержни, нанораковины,
нанопоры, нанопровода, наномембраны, нанокатализаторы.
Биологические процессы на границах раздела фаз. Биосовместимые
материалы. Микрофлюидика и ее применение в нанобиотехнологии.
Микроконтактная печать с использованием белков. Взаимодействие клеток
с наноструктурами. Конструирование нейронных сетей in vitro.
Белковые наноструктуры. S-слои. Белковые нанопоры. Генноинженерные
подходы к получению белков со способностью к самосборке в
наноструктуры. Микробиологическая продукция наночастиц. Магнетосомы:
природные наночастицы. Бактериородопсин и его применение в
бионаноконструкциях. Полимерные наноконтейнеры. Искусственные
биомолекулярные моторы. Гибридные системы наночастица–биоматериал и
их применение в биоэлектронике.
Наноструктуры на основе нуклеиновых кислот (НК). НК-белковые
наноструктуры. НК-матричная электроника. Применение НК для
биомиметического синтеза металлических нанопроводов и наноконтуров.
Минерализация наноструктур: биомиметические ферритины как элементы
компьютерной памяти. Конъюгаты НК с наночастицами золота. НКструктуры для наномеханики. ДНК-компьютеры. Применение наночастиц
для трансфекции клеток.
Наноанализ. Люминесцентные квантовые точки для мечения биомолекул.
Наночастицы как молекулярные метки. Анализ биомолекулярных структур
при помощи атомной силовой микроскопии. Силовая спектроскопия.
Биофункционализированные наночастицы для усиленного поверхностного
комбинационного рассеяния света и поверхностного плазмонного
резонанса. Применение биоконъюгатов с частицами SiO2 в биоанализе.
11. Биоинформатика
Введение в биоинформатику. Предмет, задачи и объекты биоинформатики.
Биологические базы данных. Публичные базы данных и инструментарий –
NCBI, EBI, KEGG, SwissProt, PDB. Пакеты биоинформационных программ
и алгоритмов. Интеллектуальные системы анализа данных. Семантические
сети.
Сравнительные геномика и протеомика. Филогенетические древа. Факторы
эволюции генетических систем. Компьютерная молекулярная филогения.
Мутационные спектры генов и иерархическая организация регуляторных
систем.
Компьютерный анализ последовательностей нуклеиновых кислот и белков.
Операции с последовательностями, базы данных последовательностей,
форматы данных, программы анализа последовательностей. Сравнение
последовательностей. Выравнивание последовательностей. Предсказание
вторичной структуры РНК. Установление эволюционных взаимосвязей по
последовательностям. Поиск гомологии в базах данных.
Генные сети. Структурно-функциональная организация и интеграция:
понятие «генной сети», классы функциональных структур и событий,
значимых для функционирования генных сетей, Cтруктурнофункциональная организация, кассетная активация и репрессия генов,
положительные и отрицательные обратные связи, мотивы генных сетей,
интеграция генных сетей. Функциональные системы как сети
взаимодействующих элементов; случайные и безмасштабные сети,
структура, динамика и устойчивость сетей. Общие принципы и реализация
организации генных сетей про- и эукариот. Примеры генных сетей: генная
сеть апоптоза, генные сети развития Drosophila melanogaster, генные сети
метаболизма.
Математическое моделирование молекулярно-генетических систем.
Основные понятия и термины, обзор современных подходов.
Математические модели гомеостатических генных сетей и генных сетей
развивающихся систем на примерах сети гомеостаза холестерина и сети
регуляции дифференцировки эритроидной клетки. Моделирование
динамики генных сетей при воздействиях на них в норме и при различных
мутациях. Моделирование эволюции генных сетей. Обобщенный химикокинетический метод моделирования: формальное описание моделей генных
сетей. Стохастическая модель трансляции. Проблема и методы верификации
параметров математических моделей. Решение задач управления
динамическими системами. Простейшая самовоспроизводящая система и
реализация двух разных ее состояний. Гипотетические генные сети.
Виртуальный высокопроизводительный скрининг. Молекулярный дизайн.
Белок-белковый докинг. Поиск новых лекарственных средств, скрининг in
silico.
12. Биобезопасность
Концепция биологической безопасности в лабораторных условиях,
классификации патогенов по уровням риска. Основные понятия
биобезопасности. Отличия в классификации уровней биобезопасности по
рекомендациям ВОЗ, правилам США, Канады и России. Характеристика
уровней биологической безопасности 1–3 по российских правилам. Порядок
учета, обращения, хранения, отпуска микроорганизмов. Защитное
лабораторное оборудование: боксы биологической безопасности разных
классов; средства индивидуальной защиты. Безопасные методы работы с
микробиологическими материалами. Дезинфекция, стерилизация,
деконтаминация боксов биологической безопасности, обеззараживание
отходов. Аварии и аварийные ситуации. Контроль экспериментов с
рекомбинантными ДНК. Контроль за производством и потреблением
продуктов, полученных биотехнологическими методами. Контролируемое
высвобождение генетически модифицированных организмов в
окружающую среду.
Организационные вопросы биобезопасности. Организация надзора в
лабораториях и на производстве. Юридические и международные аспекты
биобезопасности. Противодействие биотерроризму.