Аннотации дисциплин

АННОТАЦИИ ДИСЦИПЛИН

Основной профессиональной образовательной программы

Уровень: Высшее образование – программа бакалавриата

Укрупненная группа специальностей: 19.00.00 Промышленная экология и биотехнологии

19.03.01 Биотехнология

ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА

Предмет начертательной геометрии и инженерной графики. Метод прямоугольного проецирования. Центральное, параллельное и ортогональное проецирование. Проекции точки. Комплексный чертеж. Аксонометрический чертеж. Основные виды. Задание линии. Прямые общего и частных положений. Взаимное положение прямых.

Способы задания плоскости, плоскости общего и частных положений. Многогранники. Пересечение многогранников плоскостью и прямой. Пересечение многогранников. Развертывание поверхности многогранника. Анализ формы призмы. Позиционные задачи. Задачи на взаимную принадлежность точек прямых и плоскостей. Точки и линии на поверхности призмы и пирамиды.

Задачи на пересечение прямой и плоскости, двух плоскостей. Кривые линии. Плоские и пространственные кривые. Поверхности: образование и классификация. Поверхности и тела вращения: цилиндр, конус, сфера, торы, эллипсоид, гиперболоиды. Принадлежность линии поверхности. Точки и линии на цилиндре и конусе. Анализ формы цилиндра, конуса и пирамиды.

Цилиндрические и конические сечения. Конические и цилиндрические поверхности общего вида. Торсы. Сечение цилиндра и конуса плоскостями частных положений.

Методика построения линии пересечения, вспомогательные секущие плоскости и поверхности. Пересечение поверхностей. Пересечения поверхности вращения с гранной поверхностью. Пересечение линии с поверхностью. Пересечение поверхностей. Точки на торе. Пересечение двух поверхностей вращения.

Винтовые поверхности: прямой и наклонной геликоиды. Резьба: классификация, изображение, обозначение.

Пересечение 2-х цилиндров разного диаметра. Пересечение соосных поверхностей. Особые случаи пересечения поверхностей. Пересечение двух цилиндров одинакового диаметра. Теорема Монжа.

Прямоугольная аксонометрическая проекция. Стандартные виды аксонометрических проекции.

Изображение. Виды, сечения, разрезы. Нанесение размеров. Основные принципы и правила нанесения размеров.

Роль компьютерной графики, назначение, сферы применения. Технические средства компьютерной графики. Современные графические оболочки. Геометрическое моделирование. Примитивы и их атрибуты. Интерактивные графические системы для выполнения и редактирования изображений.

Участвует в формировании компетенций: ПК-12, ПК-13

ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ

Основные направления биотехнологии. Краткий исторический очерк развития биотехнологии. Новейший этап биотехнологии. Особенности биотехнологических процессов.

Продуценты биотехнологических процессов: прокариоты, эукариоты, ферментные препараты, культуры клеток и тканей растений и животных. Особенности метаболизма микроорганизмов в биотехнологических процессах. Основные характеристики процесса роста микроорганизмов.

Культивирование микроорганизмов  в замкнутой и открытой биотехнологической системах.

Жидкофазное, твердофазное и газофазное культивирование.

Закономерности роста и развития микроорганизмов в условиях периодического культивирования. Кривая роста. Принципы сокращения лаг-фазы. Понятие о первичных и вторичных метаболитах. Понятие об удельной скорости роста, времени удвоения  популяции. Продуктивность и другие характеристики периодического процесса культивирования.

Особенности получения культур клеток и тканей растений. Условия и питательные среды для культивирования. Цели создания и культивирования культур клеток растений.

Получение культур клеток и тканей животных. Условия и питательные среды для культивирования клеток и тканей животных. Цели культивирования культур клеток и тканей животных.

Понятие биотехнологической системы, характеристика ее основных стадий и компонентов. Особенности и назначение основных и вспомогательных стадий биотехнологического процесса.

Основные методы обеспечения асептических условий. Термическая стерилизация оборудования, коммуникаций, питательных сред и других технологических жидкостей. Стерилизация воздуха.

Основные направления моделирования процессов. Блочные принцип математического моделирования биотехнологических систем. Математическое описание кинетики роста микроорганизмов, кинетики потребления субстрат, кинетики биосинтеза продуктов метаболизма.

Основные направления моделирования процессов биосинтеза. Классификация математических моделей и входящих в них параметров. Требования, предъявляемые к математическим моделям.

Методы и задачи оптимизации. Оптимизация состава питательных сред: и технологических параметров. Постановка задачи оптимизации процессов по методу полного факторного эксперимента. Оптимизация по методу «крутого восхождения-спуска» Уилсона-Бокса.

Участвует в формировании компетенций: ОК-5, ОК-7, ОПК-2. ПК-8, ПК-10

ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА

Основные понятия и аксиомы статики. Момент силы. Пара сил. Связи и их реакции. Равновесие тела под действием системы сил.

Сопротивление материалов. Понятие расчетной схемы. Классификация тел по геометрическим параметрам. Классификация внешних сил. Гипотезы о свойствах материала. Внутренние силы. Метод сечений. Внутренние силовые факторы в поперечном сечении стержня и соответствующие виды нагружения стержня. Напряжения, напряженное состояние. Принцип начальных размеров. Принцип независимости действия сил. Принцип Сен-Венана.

Простейшие задачи растяжения-сжатия. Статически неопределимые задачи, их особенности: зависимость усилий в стержнях от податливости элементов конструкции, температурные и монтажные напряжения. Энергия деформаций при растяжении - сжатии. Основные характеристики механических свойств материалов при растяжении и сжатии. Пластическое и хрупкое состояние материалов. Закон разгрузки и повторного нагружения. Расчет на прочность по допускаемым напряжениям. Условия прочности. Нормативные и фактические коэффициенты запаса. Пластическое деформирование систем, находящихся в условиях растяжения-сжатия. Системы статически определимые и статически неопределимые, остаточные напряжения и перемещения. Расчет на прочность по предельным нагрузкам.

Кручение и изгиб. Кручение бруса круглого поперечного сечения. Напряжения и деформации при кручении. Гипотезы плоских сечений. Потенциальная энергия деформации кручения. Расчеты на прочность и жесткость при кручении. Статически неопределимые задачи на кручение. Кручение бруса с прямоугольным поперечным сечением. Расчет винтовых пружин.

Внутренние силовые факторы при поперечном и чистом изгибе. Построение эпюр. Дифференциальные зависимости между изгибающим моментом, поперечной силой и интенсивностью нагрузки. Гипотезы плоских сечений. Деформации и нормальные напряжения при чистом изгибе бруса. Поперечный изгиб. Касательные напряжения при поперечном изгибе. Условие прочности. Рациональные сечения балок из пластичных и хрупких материалов. Энергетические теоремы. Интеграл Мора. Дифференциальное уравнение изогнутой оси балки. Определение перемещений при поперечном изгибе балки. Расчет простейших плоских рам, статически неопределимых балок. Изгиб тонкостенных балок.

Понятие о напряженном состоянии в точке твердо деформируемого тела. Компоненты напряженного состояния, их обозначение. Закон парности касательных напряжений. Напряжения на наклонных площадках.

Главные площадки и главные напряжения. Инварианты напряженного состояния. Круговая диаграмма Мора. Частные случаи напряженного состояния. Понятие о деформированном состоянии в точке тела. Общая линейная зависимость между компонентами напряженного и деформированного состояния. Закон Гука.

Основные понятия о прочности материалов. Прочность материалов. Разрушение и прочность абсолютно твердых тел. Свойства и поведение твердых тел в зависимости от условий нагружения.

Критерий наибольших нормальных напряжений и линейных деформаций. Критерии текучести, не зависящие от давления. Критерий максимального касательного напряжения (критерий Треска). Критерий текучести Мизеса и его физическая интерпретация. Критерии текучести, зависящие от давления. Критерий Кулона-Мора.

Геометрия тонкостенной оболочки вращения, меридиональные и окружные сечения. Безмоментная теория расчета осесимметрично нагруженных тонкостенных оболочек вращения. Формулы Лапласа.

Критическая нагрузка. Формула Эйлера для критической силы сжатого стержня. Пределы применимости формулы Эйлера. Понятие о потере устойчивости при напряжениях, превышающих предел пропорциональности. Рациональные формы поперечных сечений. Расчет продольно сжатых стержней по коэффициенту понижения допускаемых напряжений.

Участвует в формировании компетенций: ОК-7, ПК-12

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ БИОТЕХНОЛОГИИ

Отличительные особенности проведения  биотехнологических процессов.

Принципы организации, структура и функциональные элементы биотехнологического производства, его основные стадии. Устройство и назначение основных аппаратов для подготовки посевного материала, подготовки и стерилизации питательных сред, газов (воздуха).

Общие сведения о конструкции химических реакторов. Расчет аппаратов непрерывного и периодического действия. Классификация биореакторов; конструкции основных видов биореакторов; методы расчета основных узлов и механизмов биореакторов. Расчет материального и теплового баланса биореактора.

Теплообменные процессы. Конструкции теплообменных устройств. Расчет теплового баланса и площади теплопередающей поверхности. Конденсация. Выпаривание. Охлаждение и замораживание.

Массообменные процессы.  Расчет основных размеров массобменных аппаратов. Абсорбция, расчет абсорберов. Перегонка и ректификация. Экстракция. Адсорбция. Кристаллизация. Сушка, теория сушки, устройство сушилок.

Транспортирование жидкостей и газов. Перемешивание. Расчет перемешивающих устройств. Методы разделения неоднородных систем. Машины и аппараты для отстаивания и осаждения и их расчет. Мембранные процессы.

Физические основы измельчения. Конструкции и работа основных типов измельчающих машин и расчет их производительности. Прессование. Оборудование для обработки продуктов  прессованием и расчет его производительности.

Участвует в формировании компетенций: ОПК-3, ПК-1, ПК-2, ПК-7, ПК-8, ПК-12

ОБЩАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ

Современное состояние и перспективы развития биотехнологии. Роль биотехнологии в решении глобальных проблем человечества.

Особенности биотехнологических процессов. Основные элементы и стадии биотехнологических процессов.

Биологические объекты. Характеристика продуцентов прокариот и эукариот, ферментные препараты, культуры клеток и тканей растений и животных.

Методы выделения и скрининга продуцентов биотехнологии. Аппаратура для различных стадий биотехнологий: предферментационной, ферментации и постферментационной. Характеристика ферментеров для биотехнологических процессов.

Классификация субстратов: субстраты I, II и III поколений. Продукты биотехнологии, классификация.

Аппаратура и технологические линии биотехнологического процесса.  Методы трансформации продуцентов. Генетическая трансформация: мутации и  рекомбинации, гибридомные технологии.

Классификации процессов ферментации по фазе ферментации, организации производства, целевому продукту, освещенности, защищенности от посторонних микроорганизмов.

Контроль и управление биотехнологическими процессами. Основные показатели роста продуцентов в замкнутой и открытой биотехнологической системе. Оптимизация процессов биотехнологии.

Инженерная энзимология. Продуценты ферментных препаратов: прокариоты и эукариоты. Иммобилизованные ферменты.

Продуценты белка, пробиотиков, пищевого белка  и биопестицидов.  Особенности технологий и типовые схемы получения микробных биомасс.

Характеристика продуцентов первичных метаболитов. Типовые схемы получения спиртов и органических кислот. Получение антибиотиков: продуценты, условия биосинтеза, очистка препаратов. Получение биогаза и водорода.

Участвует в формировании компетенций: ОК-7, ОПК-2, ПК-1, ПК-2, ПК-6, ПК-8, ПК-9, ПК-10

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Электрические цепи постоянного тока. Источники ЭДС, идеальные и реальные, их свойства и вольтамперные характеристики. Законы Ома и Кирхгофа для цепей постоянного тока. Двухполюсники. Методы расчета электрических цепей. Метод контурных токов. Метод двух узлов. Метод эквивалентного генератора. Баланс мощностей. Четырехполюсники, их коэффициенты, входные и выходные сопротивления и режимы работы.

Электрические цепи переменного тока. Законы Ома и Кирхгофа для цепей синусоидального тока. Уравнения состояния электрических цепей. Векторные диаграммы. Способы представления синусоидальных величин. Символический метод расчета цепей. Цепи синусоидального переменного тока с последовательным и параллельным соединением R, L, С-элементов. Резонанс токов и напряжений. Активная, реактивная и полная мощности. Треугольник сопротивлений, напряжений и мощностей. Коэффициент мощности.

Коммутация в электрических цепях. Переходные процессы. Некорректная коммутация. Импульсная и переходная характеристики линейной электрической цепи. Интеграл Дюамелля.

Электрические машины. Электрический трансформатор. Электрический двигатель постоянного тока. Электрический двигатель переменного тока. Электрические генераторы постоянного и переменного тока.

История развития электроники. Основные элементы электронной техники. Аналоговая и цифровая электроника. Области применения. Перспективы развития. Полупроводниковые приборы. Биполярные и полевые транзисторы. Вольтамперные характеристики элементов. Операционные усилители и схемы их включения.

Участвует в формировании компетенций: ОК-7, ПК-1, ПК-12

ОСНОВЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ И КЛЕТОЧНОЙ ИНЖЕНЕРИИ

Предмет и задачи генной и клеточной инженерии. Основоположники генной инженерии и их вклад в развитие данного направления исследований.

Методы очистки и выделения бактериальных плазмид. Электрофоретическое и хроматографическое разделение нуклеиновых кислот. Метод аффинной хроматографии мРНК на олиго(dТ)-целлюлозе. Электрофорез. Электрофоретическая подвижность и определение размеров фрагментов ДНК. Выделение метафазных хромосом с помощью проточной цитометрии.

Эндонуклеазы рестрикции (рестриктазы). Использование линкеров и адаптеров для создания сайтов рестрикции и регуляторных элементов ДНК. Изошизомеры, гетерошизомеры и изокаудомеры. ДНК-метилазы. Использование для получения крупных рестрикционных фрагментов ДНК. Урацил-ДНК-гликозилазы. ДНК- и РНК-лигазы. РНК-лигаза бактериофага Т4. ДНК-зависимая ДНК-полимераза I E.coli и ее фрагмент Кленова. Термостабильные ДНК-полимеразы. РНК-зависимые ДНК-полимеразы. Стратегии синтеза кДНК.

Общая схема ПЦР. Устройство современного амплификатора. Особенности конструирования праймеров. Методы ПЦР. Случайная амплификация полиморфных последовательностей (метод RAPD). Количественная ПЦР (ПЦР в реального времени). Устройство амплификатора для ПЦР в режиме реального времени. Определение числа молекул матричной ДНК в пробе.

Геномика как новое направление исследований в постгеномную эру. Функциональная геномика. Генетические и физические карты генома. Построение генетических карт сцепления. Электронная ПЦР. Физическое картирование. Сравнительная геномная гибридизация. Хромосомные карты. Физические карты генома высокого разрешения. Контиги. Стратегия и тактика секвенирования больших геномов. ДНК-диагностика и генотипирование. Использование минисателлитных последовательностей для идентификации личности человека.

Системы массового параллельного секвенирования ДНК второго поколения. Подходы к проведению реакций секвенирования: пиросеквенирование, секвенирование синтезом, секвенирование лигированием.

Системы секвенирования ДНК третьего поколения. Области применения методов секвенирования нового поколения.

Транскриптом и необходимость его изучения. Нозерн-блоттинг. Защита мРНК от действия РНКаз. Методы быстрой амплификации концов кДНК.  Обратная гибридизация. Принципы анализа транскриптома с использованием ДНК-биочипов. Футпринтинг и иммунопреципитация хроматина (ChIP) в исследовании ДНК-белковых взаимодействий.

Трансгенные животные. Феномен трансгенеза. Необходимость получения трансгенных животных. Способы получения трансгенных животных. Векторы, используемые для доставки получения трансгеных жиотных в организм млекопитающих. Факторы, оказывающие влияние на экспрессию трансгенов в организме трансгенных животных. Направленная активация и инактивация генов in vivo. Современные методы инактивации генов. Системы сайт-специфической рекомбинации Cre/lox. Регулируемая экспрессия трансгенов в организме животных. Условные мутации у животных. Подходы к генотерапии наследственных и приобретенных заболеваний.

Клонирование многоклеточных организмов. Этапы клонирования. Необходимость перепрограммирования генома как одна из основных причин низкой эффективности клонирования. Получение индуцированных стволовых клеток из фибробластов. Животные-биореакторы. Клонирование органов и тканей человека: репродуктивное и терапевтическое клонирование.

Трансгенные растения. Эмбриональные стволовые клетки растений. Необходимость получения трансгенных растений. Получение протопластов. Фитогормоны. Соматический эмбриогенез. Методы, используемые для трансформации разных объектов растительного происхождения. Селектируемые маркеры, используемые в биоинженерии растений. Системы контроля экспрессии рекомбинантных генов у растений. Агробактериальная инфекция. Ti-плазмиды и T-ДНК. Опины и их роль в инфекции. Этапы получения трансгенных растений с помощью агробактерий. Трансгенные хлоропласты. Преимущества использования хлоропластов для экспрессии трансгенов. Получение транспластомных одноклеточных водорослей.

Участвует в формировании компетенций: ОК-7, ПК-9

ПРОМЫШЛЕННАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ

Предмет промышленной биотехнологии.

Основные принципы промышленного осуществления биотехнологических процессов.

Получение первичных метаболитов.

Производство вторичных метаболитов

Промышленное получение микробной биомассы и отдельных компонентов микробных клеток.

Промышленное получение белка и белковых препаратов

Промышленная инженерная энзимология.

Биотехнология ферментных препаратов.

Промышленная биоэнергетика.

Промышленная биотехнология и решение экологических  проблем.

Медицинская биотехнология. Создание и организация биотехнологических производств.

Участвует в формировании компетенций: ОК-7, ПК-1, ПК-2

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Общие принципы методов выделения, очистки и фракционирования биологически активных веществ в биотехнологии.

Методы выделения биологически активных веществ  в биотехнологии. Разделение веществ по растворимости. Первичное выделение биологически активных веществ.

Очистка биологически активных веществ. Классификация и области использования хроматографических методов. Электрофорез и мембранные технологии. Основные достижения в применении различных методов выделения и очистки биологически активных веществ.

Участвует в формировании компетенций: ОК-7, ПК-2

РЕГУЛЯЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ АКТИВНОСТИ

Молекулярная и субмолекулярная организация клетки. Межклеточная коммуникация посредством сигнальных молекул и клеточных рецепторов. Характеристика и физиологическая роль сигнальных молекул. Строение и функции рецепторов клеточной поверхности и трансмембранных молекул клеточной адгезии. Трансмембранный перенос веществ. Рецепторы, сопряженные с G-белками (RG). Физиологическая роль G-белков. Значение мембранных фосфолипидов для регуляции клеточной активности. Гормональная регуляция физиологических функций. Нервная система – ключевой элемент регуляции клеточной активности. Организация нервной системы. Понятие рефлекторной дуги. Роль глиальной системы в ЦНС. Роль проницаемости плазматической мембраны в регуляции клеточной активности. Сенсорная система как элемент регуляции клеточной активности. Роль G-белков в сенсорной системе.

Участвует в формировании компетенций: ОК-7, ОПК-2, ПК-8

НАНОБИОТЕХНОЛОГИИ

Введение в нанобиотехнологию. Термины и определения. Новые стратегии терапии патологий – от химиотерапии к биотерапии. Проблема размера для НЛ. Линейные размеры полимерных и неорганических наночастиц, нанокристаллов лекарственных веществ и биомакромолекулярных нанолекарств. Сравнение размера нанопрепаратов с линейными размерами природных объектов: молекул, биомакромолекул, молекулярных структур. Фундаментальные физико-химические механизмы, определяющие размер наночастиц как лекарственных веществ: физика и химия поверхности наночастиц, адсорбционные свойства, заряд поверхности, оптические и магнитные свойства наночастиц. Перспективы развития медицинской нанобиотехнологии.

Стратегии создания нанопрепаратов направленного действия. Преимущества и недостатки препаратов направленного действия. Способы присоединения терапевтических агентов к векторным молекулам. Реагенты для получения коньюгатов. Коньюгаты для диагностики и терапии.  Становление и развитие концепции «магической пули».

Антитела как молекулярные векторы. Основные мишени действия иммуноконьюгатов. Иммунотоксины. Радиоиммуноконьюгаты. Изотопы для биомедицинских исследований. Принципы терапевтического применения радиоиммуноконьюгатов. Препараты на основе антител. Препараты на основе белков.

Транспортные наночастицы и переносчики терапевтических агентов.

Полимеры как переносчики терапевтических агентов. Применение полиэтиленгликолей в нанотехнологии и медицине. Пэгилированные белки.

Липидные системы и наночастицы. Кубосомы. Дискосомы. Липидные ленты. Кохлиты. Жировые микроэмульсии. Масляные суспензии. Твердые липидные наночастицы. Липидные микротрубки. Липидные микропузырьки. Липосомы – типы, размеры, стерически стабилизированные липосомы, нацеленные липосомы. Мицеллы. Виросомы.

Полимерные наночастицы. Полимерные нанокапсулы и наносферы. Полимерные мицеллы. Дендримеры.

Неорганические наночастицы – керамические и металлические наночастицы, нанокристаллы, квантовые точки, магнитные наночастицы, наночастицы оксидов цинка, титана, церия и кремния, фосфата кальция. Наноклетки и нанораковины. Фуллерены и нанотрубки.

Методы получения наночастиц. Биочипы – назначение и принципы функционирования

Участвует в формировании компетенций: ОК-7, ОПК-3, ПК-3, ПК-8, ПК-9

ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ

Генная терапия и мутации. Применение генотерапии для лечения различных заболеваний. Разработка программы генной терапии. Два типа генно-терапевтического воздействия. Векторы для генной терапии. Новый, "щадящий" метод генной терапии.

Молекулярно-генетические принципы возникновения опухолей. Иммунотерапия опухолей. Вакцинация при инфекционных заболеваниях и вакцинотерапия при раке. Классификация противоопухолевых терапевтических вакцин. Причина низкой эффективности этих вакцин и пути её преодоления. Краткий экскурс в теорию иммунного ответа. Опухолевые клетки и белок Tag7.

Основные свойства стволовых клеток. Классификация стволовых клеток. Механизмы действия клеточной терапии. Применение клеточных технологий в клинике.

Технология изготовления искусственных органов. Экспериментальные разработки в области тканевой инженерии. Клинические опыты по пересадке искусственных органов и тканей.

Участвует в формировании компетенций: ОК-7, ПК-9

МАСШТАБИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

Математическое и физическое моделирование (общие понятия). Исследование технологических процессов методом подобия. Постановка задачи масштабирования. 

Особенности моделирования биотехнологических процессов. Принципы поэтапного масштабирования. Основные подходы к масштабированию биотехнологических процессов.

Способы расчета процессов и аппаратов при  масштабном переходе. Расчет тепломассообменных аппаратов с учетом фактора масштабного перехода. Расчет теплообменных процессов с использованием критериальных уравнений. Расчет массообменных процессов с использованием критериальных уравнений.

Участвует в формировании компетенций: ПК-1, ПК-2, ПК-12, ПК-14

ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ

Применение методов вычислительной математики и математической статистики для надежного переноса процессов из лаборатории в опытно-промышленное производство. Параметры масштабирования.

Методы построения эмпирических (статистических) и физико-химических (теоретических) моделей биотехнологических процессов. Методы масштабирования и оптимизации биотехнологических схем и процессов.

Назначение, структура и разработка опытно-промышленного регламента. Нормативная документация, регулирующая процессы производства разного масштаба Назначение современного лабораторного и производственного оборудования для ферментационных процессов, культивирования биотехнологических объектов, отделения, очистки и модификации продуктов. Параметры и нормы экологической безопасности биотехнологического производства.

Участвует в формировании компетенций: ПК-1, ПК-2, ПК-12, ПК-14


АННОТАЦИИ ДИСЦИПЛИН

Основной профессиональной образовательной программы

Уровень: Высшее образование – программа специалитета

Укрупненная группа специальностей: 19.00.00 Промышленная экология и биотехнологии

19.04.01 Биотехнология

БИОТЕХНОЛОГИЯ  ПРОБИОТИКОВ,  ПРЕБИОТИКОВ  И  БИОПОЛИМЕРОВ  ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Определение понятий пробиотики, пребиотики и синбиотики. Источники выделения пробиотиков: микробиота пищеварительного тракта и её роль в поддержании здоровья. Роль в функциональном питании.

Гомо-, гетеро- и эупробиотики. Монопробиотики и ассоциированные пробиотики.

Механизм действия пробиотиков: критерии отбора штаммов. Симбиотические взаимоотношения пробиотиков и микрофлоры кишечника (мутуалистический и паразитический симбиоз). Активность пробиотических культур, методы определения активности пробиотиков. Основные требования для отбора активных штаммов пробиотиков: антимикробные соединения пробиотиков, холестерин-снижающая активность, пробиотические свойства, генетический профиль.

Группы микроорганизмов-продуцентов пробиотиков. Пробиотические лекарственные препараты. Биотехнология пробиотиков.  Основные этапы биотехнологического процесса получения пробиотиков. Основные принципы подбора питательных субстратов для культивирования пробиотиков. методы микробиологического и химико-токсикологического контроля готовых лекарственных форм.  Лекарственные формы препаратов. Пробиотики, на основе бифидобактерий, лактобактерий, кишечной палочки, энтерококков, бацилл. Пробиотики на основе дрожжевых грибов. Пробиотики для животных. Получение генно-инженерных штаммов-продуцентов пробиотиков. Негативные последствия действия пробиотиков.

Классификация пребиотиков.  Неперевариваемые олигосахариды, микроводоросли (хлорелла, спирулина), биологически активные вещества: иммунные белки (лактоглобулин, гликопептиды), витамины и их производные, полисахариды пищевых волокон (ПВ): полисахариды растительных клеточных стенок, полисахариды, синтезируемые молочнокислыми бактериями.

Функции и механизм действия пребиотиков. Синбиотики как биологически активные добавки на основе пробиотических культур и пребиотических веществ. Биотехнология пребиотиков и синбиотиков.

Биополимеры для медицины: природа и практическое использование. Группы природных полимеров, используемых в медицине: гликаны, полиоксиалканоаты. Строение, природа, свойств и пути использования биополимеров.

Биотехнология биополимеров для направленного использования в медицине. Основные продуценты биополимеров. Условия биосинтеза гликанов: декстрана, пуллана, полиуронанов, ксилана.

Характеристика продуцентов полиоксиалканоатов.  Биосинтез в автотрофных и гетеротрофных условиях.

Участвует в формировании компетенций: ОК-4, ОК-5,  ОПК-1, ОПК-4, ПК-1

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОТЕХНОЛОГИИ В РЕШЕНИИ ГЛОБАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ ОБЩЕСТВА

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.

Целевые продукты биотехнологии. Рекомбинантные ДНК, генно-инженерные белки, моноклональные антитела, съедобные вакцины, антитела, биоматериалы. Рынок новейших биотехнологических препаратов и продуктов, его структура и динамика. Трансгенные микроорганизмы. Трансгенные растения и животные как биореакторы целевых продуктов. Генетически модифицированные продукты – мифы и реальность. Социальные, законодательные и этические вопросы современной промышленной биотехнологии. Инновации в биотехнологии: процедура коммерциализации и передачи технологий.

Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний. Молекулярная генетика человека и новейшие генетические методы медицинской диагностики и терапии. Построение генетических карт хромосом человека. Физическое картирование генома человека. Программа геном человека.

Проблемы современной медицинской диагностики. Методы молекулярной диагностики: возможность эффективности. Состояние мирового рынка диагностических тестов. Методы ДНК-диагностики – основные закономерности и разнообразие. Методы иммунодиагностики – основные закономерности и разнообразие. Гибридомная технология. Моноклональные антитела. Иммуноферментный анализ.

Генная терапия человека. Генная терапия ex vivo и in vivo. Вирусные и невирусные системы доставки генов. Лекарственные средства на основе олигонуклеотидов: синтез и применение «антисмысловых РНК» и «антисмысловых» олигонуклеотидов и «пролекарств».

Этика и политика в области генной терапии человека.

Участвует в формировании компетенций: ОК-3, ОК-6

НОВЕЙШИЕ МЕТОДЫ ИЗЫСКАНИЯ АНТИБИОТИКОВ

Задачи и цели скрининга. Антагонизм микроорганизмов, подходы к выделению из природных источников потенциальных продуцентов в прошлом и настоящем, подходы к совершенствованию продуцентов, модификация молекул.

Мишени для создания новых антимикробных препаратов. Классы антибиотиков, Механизм действия различных  классов антибиотиков.

Резистентность: виды резистентности, возможности преодоления.

Современные подходы поиска новых активных молекул с антибактериальными свойствами. Биосинтез, выделение и определение метаболитов химическими и физико-химическими методами. Роль системной биотехнологии (геномики, протеомики, метаболомики) при скрининге антибиотиков.

Комбинаторный биосинтез вторичных метаболитов

Наиболее существенные факторы, оказывающих влияние на образование антибиотиков.

Этапы скрининга от активной молекулы до кандидата в лекарственные средства. Скрининг среди кандидатов в лидеры: идеальная молекула, активность in vitro, токсичность, мутагенность, понятия фармакокинетика и фармакодинамика.

Валидация методов при скрининге новых антибиотиков.

Участвует в формировании компетенций: ОК-3, ОК-4, ОК-5, ОПК-1, ОПК-4, ПК-1

ЛИПОСОМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

История и развитие бионаноструктур, как транспортеров лекарственных препаратов.

Строение, функции, свойства биомолекул, способных формировать бислойную мембрану липосом. Классификация фосфолипидов.

Изучение липидов, в качестве материала для получения бионаноструктур.

Выделения и анализ фосфолипидов различными методами.

Методы получения липосом. Получение мультиламелярных везикул. Методы получения малых одноламелярныхвезикул: озвучивание; экструзия; инжекция; метод, основанный на удалении детергентов; экструзия через ядерные фильтры, модифицированные методы получения. Большие одноламеллярные везикулы: инжекция; упаривание в обращенной фазе.

Изучение физико-химических и биологических свойств липосом методами: электронной микроскопии, светорассеяния, хроматографии, ультрацентрифугирования и т.п.

Иммобилизация в липосомы различных веществ, стерилизация и лиофилизация липосом. Активная загрузка липосом. Определение эффективности включения веществ в липосомы.

Направленный транспорт лекарственных препаратов с помощью липосом. Строение и свойства липосом, обусловившие их применение в медицине и фармации. Пути введения липосом.

Участвует в формировании компетенций: ОК-4, ОПК-1, ОПК-4, ПК-1

ИММУНОБИОТЕХНОЛОГИЯ

Введение в иммунобиотехнологию. Биотехнологические методы и сферы применения иммунобиотехнологии.

Вакцины. Виды вакцин. Живые, неживые и комбинированные вакцины. Субъединичные вакцины. Аттенуированные вакцины. «Векторные» вакцины. Токсины как продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Экзотоксины, эндотоксины. Применение сывороток. Получение сывороток. Проблемы роста животных клеток. Процесс культивирования животных клеток. Процесс консервирования животных клеток.

Моноклональные антитела и их применение в диагностике. Гибридомные технологии. Роль гибридомных технологий в биотехнологии.

Основные этапы получения гибридом. Иммунизация животных. Выбор объекта иммунизации. Преимущества и недостатки объектов иммунизации. Способы усиления иммунного ответа. Условия успешной гибридизации В-лимфоцитов с миеломными клетками. Методы селекции гибридомных клеток. Использование селективных сред и проточной цитофлуориметрии. Скрининг супернатантов гибридом. Виды иммуноферментного анализа. Основные этапы выполнения твердофазного иммуноферментного анализа. Клонирование гибридом. Метод клонирования в мягком агаре. Клонирование методом предельных разведений. Клонирование с помощью приборов. Наработка гибридомных клеток и секретируемых ими антител. Наработка на культуральных средах в СО2-инкубаторе.  Наработка антител в асцитных жидкостях. Хранение гибридомных клеток. Выделение монклональных антител из супернатантов гибридом и асцитных жидкостей.

Интерфероны. Классификация. Альфа-, бета-, гамма-интерфероны. Интерфероны при вирусных и онкологических заболеваниях. Видоспецифичность интерферонов. Ограниченные возможности получения альфа и гамма-интерферонов. Лимфобластоидный интерферон. Методы получения бета-интерферона при культивировании фибробластов.

Участвует в формировании компетенций: ОК-4, ОК-6, ПК-1

БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОДУКТОВ БИОТЕХНОЛОГИИ

Классификация продуктов биотехнологии. Основные субстраты, используемые в производстве биопрепаратов, и получаемые продукты (диагностические, лечебные, питательные среды, кормовые и пищевые добавки и др.)

Критические точки производств биотехнологии и источники эмиссии биологических факторов. Технологические процессы и операции производства противобактерийных, противовирусных, диагностических препаратов, сывороток, глобулинов, пробиотиков, антибиотиков: приготовление посевного материала и питательных сред, культивирование микроорганизмов, выделение, очистка и инактивация микробной массы, стандартизация, лиофильное высушивание, расфасовка и укупорка биопрепарата.

Токсиколого-гигиеническая и микробиологическая оценка продуктов биотехнологии. Доклиническое исследование безопасности лекарственных средств. Определение LD50, максимально недействующей дозы, предельно допустимой концентрации в продукте. Определение класса токсичности веществ. Методы оценки токсичности, иммунотоксичности, канцерогенности, а также аллергизирующих и мутагенных свойств лекарственных средств.

Нормативные документы контроля качества и сертификации биопрепаратов по стандартам GMP и HAССP. Федеральный закон РФ «Об обращении лекарственных средств». «Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы « (СанПиН 2.3.2.1290-03). «Национальный стандарт РФ – Правила производства и контроля лекарственных средств». «ПДК микроорганизмов-продуцентов, бактериальных препаратов и их компонентов в атмосферном воздухе населенных мест и в воздухе рабоче зоны». «Сборник гигиенических нормативов».

Участвует в формировании компетенций: ОПК-6, ПК-2

СКРИНИНГ ПРОДУЦЕНТОВ БИОТЕХНОЛОГИИ

Основные продуценты в биотехнологии. Исторический очерк скрининга продуцентов для отраслей биотехнологии. Определение продуцентов прокариот и эукариот. Критерии отбора продуцентов биотехнологии. Понятие продуктивность у прокариот и эукариот. Создание рекомбинантных штаммов прокариот, гибридных клеток животных, растений и грибов.

Выделение прокариот, скрининг продуктивных штаммов. Этапы выделения прокариот. Особенности создания элективных сред для выделения автотрофных и гетеротрофных культур. Методы повышения активности и продуктивности прокариот продуцентов антибиотиков, витаминов, ферментных препаратов, гормонов, органических кислот.

Этапы получения клеточных культур растений, цели культивирования каллусов растений. Получение протопластов и гибридизация клеток растений продуцентов лекарственных препаратов.

Этапы получения культур клеток животных. Этапы гибридизации клеток для получения гибридом, критерии отбора гибридом-продуцентов моноклональных антител.

Методы поддержания и хранения продуцентов для использования в биотехнологии. Сервисные и исследовательские коллекции. Биологические ресурсные центы. Депонирование продуцентов в сервисных коллекциях. Защита авторских прав. Патентование штаммов продуцентов.

Участвует в формировании компетенций: ОК-6, ПК-2

ГЕНОМИКА И ПРОТЕОМИКА

Источники данных в современной геномике. Секвенаторы второго поколения. Пиросеквенирование. Локализация и границы генов. Базы данных нуклеотидных (Nucleotide databases) GenBank,  EMBL Nucleotide  Sequence  Database,  UniGene и аминокислотных последовательностей (Protein databases) Swiss-Prot, NCBI Protein Database. “Выравнивание" нуклеотидных последовательностей. Протеомные данные. Масс-спектрометрия. Связь с геномами. "Трансляция" нуклеотидной последовательности в аминокислотную. "Выравнивание" аминокислотных последовательностей, поиск белковых "мотивов". Оcновные методы протеомных исследований.

Молекулярные взаимодействия биомакромолекул. Белок-белковые взаимодействия. Дрожжевые двугибридные системы. Методы фагового дисплея, двугибридных систем и другие аффинные методы. Белковые чипы. Предсказание потенциальных сайтов пост-трансляционных модификаций белков и белок-белковых взаимодействий.

Белок-ДНКовые взаимодействия. Техники ChIP-Chip и ChIP-Seq. Применение для идентификации сайтов связывания белков.

Сборка геномов.  Вновь секвенированные последовательности нуклеотидов как набор контигов (contig - непрерывная последовательность), объединенных в скаффолды. Скаффолд (scaffold) как последовательность контигов с оценкой расстояния между ними. Упорядочивание контигов в скэффолды по библиотекам с протяженными клонированными фрагментами ДНК.

Сравнительная геномика. Сравнительная геномика. Функциональная аннотация генов: a) по сходству, b) по ко-локализации, c) по филогенетическим образцам (phyletic patterns), d) по ко-регуляции. Характеризация геномов по молекулярной массе, количеству генов и нуклеотидной последовательности. Выявление сходства и различия в организации геномов. Получение сведений об уникальных и гомологичных генах, о степени гомологии.

Инструменты сравнительной геномики. Основные инструменты: a) COGs и KOGs; Homologene и другие базы данных гомологов, b) String, c) SEED. Филогенетическая классификация белков (Clusters of Orthologous Groups of proteins, COGs). Программа HomoloGene (NCBI). Алгоритм SEED.

Эволюция геномов. Методы: a) cортировка перестановками (sorting by reversals) и построение филогенетических деревьев, b) полногеномные дупликации, c) пан-геномы. Гомология, деревья, эволюция. Пути эволюции геномов. Эволюционный подход к изучению формирования комплексов генов, отдельных хромосом, стабильности частей генома, процесса расообразования у человека, эволюцией наследственной патологии.

SNP. Спейсеры генов  рибосомальной РНК. Использование SNP в молекулярной диагностике болезней человека. Метагеномика. Секвенирование 16S РНК и других маркеров. Тотальное секвенирование и функциональные  интерпретации. Метагеном. Метагеномика как «геномика окружающей среды» или «эко геномика».

Протеомика. Негеномные (постгеномные) данные.  Bэб-ориентированный автоматизированный мета-анализ данных. Прогнозирование и аннотирование взаимодействующих белков.

Транскриптомика. Картирование секвенированных фрагментов на геном. Фильтрация. Оценка уровней экспрессии генов и уровней включения экзонов. Основные методы транскриптомики.

Протеомика. Аннотация протеомов по масс-спектрометрическим данным. Методы протеомных исследований. Применение масс-спектрометрии для анализа пост-трансляционных модификаций белков и для характеристики белковых комплексов. Трансляция “in silico”. Протеолиз “in silico”. Построение карт взаимодействия между белками в клетке. Пост-трансляционные модификации белков. Ограниченный протеолиз, белковый сплайсинг, образование дисульфидных связей. Присоединение или отщепление небольших химических групп: гликозилирование, ацетилирование, метилирование, карбоксилирование, фосфорилирование. Присоединение других белков и пептидов: убиквитинилирование, сумоилирование

Системная биология. Сети и модели. Графовый подход. Свойства (природных) графов: a) диаметр, b) распределение степеней вершин, c) коэффициент кластеризации. Особенные элементы: a) hubs, центральные вершины, b) графовые мотивы (graphlets). Исследование и моделирование свойств сложных биологических систем. Применение теории динамических систем к биологическим системам.

Участвует в формировании компетенций: ОК-4, ОПК-4, ОПК-5, ПК-2


АННОТАЦИИ ДИСЦИПЛИН

Основной профессиональной образовательной программы

Уровень: Высшее образование – программа специалитета

Укрупненная группа специальностей: 020000 Естественные науки

06.05.01 Биоинженерия и биоинформатика

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МАКРОМОЛЕКУЛ

История формирования "физико-химической биологии" - качественно нового уровня развития естествознания. Вклад биологов, химиков и физиков в развитие этого направления биологии. К. Бернар (1813- 1878), Г. Гельмгольц (1821- 1894), Л. Пастер (1822- 1895), И.М. Сеченов (1829- 1905), И.П. Павлов (1849-1936), С.Н. Виноградский (1856- 1953), К.А. Тимирязев (1843- 1920), И.И. Мечников (1845- 1916) и др. Химические основы лабораторных технологий. Классификация физико-химических методов анализа. Использование методов разделения и очистки биополимеров.  Характеристика и классификация биологических макромолекул.

Получение экстрактов биологических материалов. Теории метода, преимущества и ограничения, количественные характеристики экстракции: константа экстракции, константа распределения, скорость экстракции. Способы осуществления экстракции: периодическая, непрерывная, противоточная. Механизм экстракции. Реэкстракция. Экстракт. Анализ экстракта. Криоконсервация, концентрирование с помощью ротационного упаривания и лиофилизации.

Общие принципы хроматографии. Классификация хроматографических методов анализа. Адсорбционная хроматография. Распределительная (жидкостная и газожидкостная) хроматография. Ионообменная хроматография. Электрофорез. Изоэлектрофокусирование. Гель-хроматография (гель-фильтрация, или ситовая хроматография).

Ультразвуковые и биофизические методы исследования биомакромолекул. Понятие ультразвука. УЗИ. Допплеровский метод измерения скорости кровотока. Акустооптическая и оптоакустическая томографии.

Ультрафильтрация. Полупроницаемые мембраны, предел исключения мембран. Диализ, электродиализ. Центрифугирование, виды центрифугирования: аналитическое, препаративное, зонально-скоростное, изопикническое, равновесное, ультрацентрифугирование.

Спектральные методы исследования биополимеров. Общие принципы спектральных методов. Электронная спектроскопия. Спектроскопия светорассеяния.

Инфракрасная спектроскопия. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса. Электронный парамагнитный резонанс. Масс-спектрометрия. 

Микроскопические методы исследования: виды микроскопии. Световой микроскоп: инвертированный микроскоп; методы наблюдения в проходящем и отраженном свете, фазового контраста, темного поля; области применения. Флуоресцентные микроскопы: устройство и принципиальные особенности эпи-флуоресцентного и конфокального сканирующего микроскопов; области применения. Устройство и принцип работы сканирующих зондовых микроскопов. Сканирующая туннельная микроскопия. Атомно-силовая микроскопия. Исследование белков, нуклеиновых кислот и нуклеопротеиновых комплексов с помощью сканирующей зондовой микроскопии. Сканирующая зондовая микроскопия и биочипы. Рамановская микроспектроскопия и КАРС-микроскопия для биологических применений.

Дифракционные методы исследования биополимеров. Общие принципы дифракционных методов. Рентгенография. Электронография.

Участвует в формировании компетенций: ПК-1, ОПК-10, ОПК-11

ГЕНОМИКА И ПРОТЕОМИКА

Источники данных в современной геномике. Источники данных. Секвенаторы второго поколения. Пиросеквенирование. Локализация и границы генов. Базы данных нуклеотидных (Nucleotide databases) GenBank,  EMBL Nucleotide  Sequence  Database,  UniGene и аминокислотных последовательностей (Protein databases) Swiss-Prot, NCBI Protein Database. “Выравнивание" нуклеотидных последовательностей. Протеомные данные. Масс-спектрометрия. Связь с геномами. "Трансляция" нуклеотидной последовательности в аминокислотную. "Выравнивание" аминокислотных последовательностей, поиск белковых "мотивов". Оcновные методы протеомных исследований.

Молекулярные взаимодействия биомакромолекул. Белок-белковые взаимодействия. Дрожжевые двугибридные системы. Методы фагового дисплея, двугибридных систем и другие аффинные методы. Белковые чипы. Предсказание потенциальных сайтов пост-трансляционных модификаций белков и белок-белковых взаимодействий.

Белок-ДНКовые взаимодействия. Техники ChIP-Chip и ChIP-Seq. Применение для идентификации сайтов связывания белков.

Сборка геномов.  Вновь секвенированные последовательности нуклеотидов как набор контигов (contig - непрерывная последовательность), объединенных в скаффолды. Скаффолд (scaffold) как последовательность контигов с оценкой расстояния между ними. Упорядочивание контигов в скэффолды по библиотекам с протяженными клонированными фрагментами ДНК.

Сравнительная геномика. Функциональная аннотация генов: a) по сходству, b) по ко-локализации, c) по филогенетическим образцам (phyletic patterns), d) по ко-регуляции. Характеризация геномов по молекулярной массе, количеству генов и нуклеотидной последовательности. Выявление сходства и различия в организации геномов. Получение сведений об уникальных и гомологичных генах, о степени гомологии.

Инструменты сравнительной геномики. Основные инструменты: a) COGs и KOGs; Homologene и другие базы данных гомологов, b) String, c) SEED. Филогенетическая классификация белков (Clusters of Orthologous Groups of proteins, COGs). Программа HomoloGene (NCBI). Алгоритм SEED.

Эволюция геномов. Методы: a) cортировка перестановками (sorting by reversals) и построение филогенетических деревьев, b) полногеномные дупликации, c) пан-геномы. Гомология, деревья, эволюция. Пути эволюции геномов. Эволюционный подход к изучению формирования комплексов генов, отдельных хромосом, стабильности частей генома, процесса расообразования у человека, эволюцией наследственной патологии.

SNP. Спейсеры генов  рибосомальной РНК. Использование SNP в молекулярной диагностике болезней человека. Метагеномика. Секвенирование 16S РНК и других маркеров. Тотальное секвенирование и функциональные  интерпретации. Метагеном. Метагеномика как «геномика окружающей среды» или «эко геномика».

Протеомика. Негеномные (постгеномные) данные.  Bэб-ориентированный автоматизированный мета-анализ данных. Прогнозирование и аннотирование взаимодействующих белков.

Транскриптомика. Картирование секвенированных фрагментов на геном. Фильтрация. Оценка уровней экспрессии генов и уровней включения экзонов. Основные методы транскриптомики.

Протеомика. Аннотация протеомов по масс-спектрометрическим данным. Методы протеомных исследований. Применение масс-спектрометрии для анализа пост-трансляционных модификаций белков и для характеристики белковых комплексов. Трансляция “in silico”. Протеолиз “in silico”. Построение карт взаимодействия между белками в клетке. Пост-трансляционные модификации белков. Ограниченный протеолиз, белковый сплайсинг, образование дисульфидных связей. Присоединение или отщепление небольших химических групп: гликозилирование, ацетилирование, метилирование, карбоксилирование, фосфорилирование. Присоединение других белков и пептидов: убиквитинилирование, сумоилирование

Системная биология. Сети и модели. Графовый подход. Свойства (природных) графов: a) диаметр, b) распределение степеней вершин, c) коэффициент кластеризации. Особенные элементы: a) hubs, центральные вершины, b) графовые мотивы (graphlets). Исследование и моделирование свойств сложных биологических систем. Применение теории динамических систем к биологическим системам.

Участвует в формировании компетенций: ОПК-5, ОПК-8, ОПК-9, ОПК-11, ПК-1

БИОИНЖЕНЕРИЯ

Предмет и задачи биоинженерии. Основоположники генной инженерии и биоинженерии и их вклад в развитие данного направления исследований.

Нуклеиновые кислоты и основные методы очистки и разделения. Методы очистки и выделения бактериальных плазмид. Электрофоретическое и хроматографическое разделение нуклеиновых кислот. Метод аффинной хроматографии мРНК на олиго(dТ)-целлюлозе. Электрофорез. Электрофоретическая подвижность и определение размеров фрагментов ДНК. Выделение метафазных хромосом с помощью проточной цитометрии.

Ферменты, используемые в биоинженерии для создания фрагментов нуклеиновых кислот. Эндонуклеазы рестрикции (рестриктазы). Использование линкеров и адаптеров для создания сайтов рестрикции и регуляторных элементов ДНК. Изошизомеры, гетерошизомеры и изокаудомеры. ДНК-метилазы. Использование для получения крупных рестрикционных фрагментов ДНК. Урацил-ДНК-гликозилазы. ДНК- и РНК-лигазы. РНК-лигаза бактериофага Т4. ДНК-зависимая ДНК-полимераза I E.coli и ее фрагмент Кленова. Термостабильные ДНК-полимеразы. РНК-зависимые ДНК-полимеразы. Стратегии синтеза кДНК.

Полимеразная цепная реакция. Общая схема ПЦР. Устройство современного амплификатора. Особенности конструирования праймеров и. Методы ПЦР. Случайная амплификация полиморфных последовательностей (метод RAPD). Количественная ПЦР (ПЦР в реального времени). Устройство амплификатора для ПЦР в режиме реального времени. Определение числа молекул матричной ДНК в пробе.

Анализ геномов. Векторы для клонирования ДНК, построение физических карт. Геномика как новое направление исследований в постгеномную эру. Функциональная геномика. Генетические и физические карты генома. Построение генетических карт сцепления. Электронная ПЦР. Физическое картирование. Сравнительная геномная гибридизация. Хромосомные карты. Физические карты генома высокого разрешения. Контиги. Стратегия и тактика секвенирования больших геномов. ДНК-диагностика и генотипирование. Использование минисателлитных последовательностей для идентификации личности человека.

Современные методы секвенирования ДНК. Системы массового параллельного секвенирования ДНК второго поколения.

Подходы к проведению реакций секвенирования: пиросеквенирование, секвенирование синтезом, секвенирование лигированием.

Системы секвенирования ДНК третьего поколения. Области применения методов секвенирования нового поколения.

Анализ экспрессии генов на уровне транскрипции. Транскриптом и необходимость его изучения. Нозерн-блоттинг. Защита мРНК от действия РНКаз. Методы быстрой амплификации концов кДНК.  Обратная гибридизация. Принципы анализа транскриптома с использованием ДНК-биочипов. Футпринтинг и иммунопреципитация хроматина (ChIP) в исследовании ДНК-белковых взаимодействий.

Трансгенные животные. Феномен трансгенеза. Необходимость получения трансгенных животных. Способы получения трансгенных животных. Векторы, используемые для доставки получения трансгеных жиотных в организм млекопитающих. Факторы, оказывающие влияние на экспрессию трансгенов в организме трансгенных животных. Направленная активация и инактивация генов in vivo. Современные методы инактивации генов. Системы сайт-специфической рекомбинации Cre/lox. Регулируемая экспрессия трансгенов в организме животных. Условные мутации у животных. Подходы к генотерапии наследственных и приобретенных заболеваний.

Биоинженерия и клонирование трансгенных многоклеточных органов и организмов. Этапы клонирования. Необходимость перепрограммирования генома как одна из основных причин низкой эффективности клонирования. Получение индуцированных стволовых клеток из фибробластов. Животные-биореакторы. Клонирование органов и тканей человека: репродуктивное и терапевтическое клонирование.

Трансгенные растения. Эмбриональные стволовые клетки растений. Необходимость получения трансгенных растений. Получение протопластов. Фитогормоны. Соматический эмбриогенез. Методы, используемые для трансформации различных объектов растительного происхождения. Селектируемые маркеры, используемые в биоинженерии растений. Системы контроля экспрессии рекомбинантных генов у растений. Агробактериальная инфекция. Ti-плазмиды и T-ДНК. Опины и их роль в инфекции. Этапы получения трансгенных растений с помощью агробактерий. Трансгенные хлоропласты. Преимущества использования хлоропластов для экспрессии трансгенов. Получение транспластомных одноклеточных водорослей.

Участвует в формировании компетенций: ОПК-4, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-11, ПК-1

ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Общие понятия клеточной и генной инженерии. Ферменты генетической инженерии: рестриктазы, ДНК-лигазы, ДНК-полимераза I E. coli, обратная транскриптаза, нуклеазы. Методы конструирования гибридных молекул ДНК in vitro. Векторные молекулы ДНК. Введение молекул ДНК в клетки. Методы отбора гибридных клонов. Амплификация последовательностей ДНК. Блоттинг и иммуноблоттинг. Разделение электрофорезом молекулы ДНК. Методы химико-ферментативного синтеза двуцепочечных фрагментов ДНК.

Клеточная инженерия растений и грибов. Изолированные протопласты. Методы получения протопластов растений и грибов. Каллусогенез растений.

Клеточная инженерия животных. Получение моноклональных антител. Получение мезенхимальных стромальных клеток.

Векторная система грамотрицательной бактерии E. coli. Введение плазмидных и фаговых молекул ДНК в клетки E. coli. Молекулярные векторы E. coli. Достижение повышенной продукции белков, кодируемые генами, клонированными в клетках E. coli. Экспрессия клонированных эукариотических генов в клетках E. coli. Конструирование штаммов – продуцентов первичных метаболитов на основе E. coli.

Направленный мутагенез молекул ДНК in vitro и белковая инженерия. Генно-инженерные делеции и вставки последовательностей ДНК. Статистический мутагенез гибридных ДНК. Сегмент-направленный мутагенез in vitro. Олигонуклеотид-направленный мутагенез in vitro. Получение новых форм белков олигонуклеотид-направленным мутагенезом. Изучение доменной структуры белков. Создание белков с гибридными свойствами. Фаговый дисплей.

Генно-инженерная система грамположительных бактерий рода Bacillus. Введение молекул ДНК в клетки Bacillus. Молекулярные векторы Bacillus. Экспрессия чужеродных генов в клетках Bacillus. Стабильность плазмид в клетках B. subtilis.

Генно-инженерная система дрожжей S. cerevisiae. Генетическая организация дрожжей-сахаромицетов. Плазмиды S. cerevisiae. Плазмидная трансформация клеток дрожжей. Молекулярные векторы S. cerevisiae. Клонирование генов в клетках S. cerevisiae.

Генетическая инженерия культивируемых клеток млекопитающих.  Введение молекул ДНК в клетки млекопитающих. Стабильность гибридных молекул ДНК в культивируемых клетках млекопитающих. Генетическая трансформация клеток млекопитающих.

Векторные системы на основе вирусов животных. Молекулярные векторы на основе вируса SV40. Молекулярные векторы на основе генома вируса папилломы быка. Молекулярные векторы на основе аденовирусов. Молекулярные векторы на основе вирусов семейства Herpesviridae. Трансдукция генов с помощью ретровирусов. 

Трансгенные животные и растения. Получение трансгенных животных. Экспрессия генов в трансгенных мышах. Трансгенные животные в фундаментальных исследованиях. Биотехнологическое применение трансгенных животных. Перенос генов в растения из бактерий рода Agrobacterium. Прямой метод введения трансгена в растение. Синтез в растениях чужеродных белков медицинского назначения. Перенос генов в растения с помощью вирусов. Трансгенная система хлоропластов.

Участвует в формировании компетенций: ОПК-4, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-11, ПК-1

ИНЖЕНЕРНАЯ ЭНЗИМОЛОГИЯ

История развития  и задачи инженерной энзимологии. Открытие ферментов. Свойства ферментов, классификация и номенклатура.  Конструирование биоорганических катализаторов с заданными свойствами на основе ферментов или ферментных комплексов и разработка на их базе различных эффективных и экологически

чистых биотехнологических процессов.

Источники ферментов: растительные и животные ткани, микроорганизмы. Продуценты ферментных препаратов. Источники ферментов: растительные и животные ткани. Микробиологический метод получения ферментов: преимущества:  ассортимент ферментов, возможность управления ферментативными системами и составом производимых препаратов, высокие скорости размножения микроорганизмов. Методы скрининга продуцентов, генетическая инженерия в создании новых продуцентов ферментов.

Природа ферментов. Свойства ферментов, единицы активности.  Характеристика основных групп промышленных ферментных препаратов и номенклатура.

Определение активности ферментов, продуктивность продуцентов ферментов. Способы повышения продуктивности продуцентов ферментных препаратов.

Биотехнология ферментных препаратов: поверхностный и глубинный способы. Основные стадии производства ферментных препаратов поверхностным способом: субстраты. Продуценты, номенклатура и условия биосинтеза. Методы очистки ферментных препаратов.

Основные стадии производства ферментных препаратов глубинным способом: субстраты.

Продуценты, номенклатура и условия биосинтеза. Принципиальная  технологическая схема  процесса глубинного способа получения ферментов.  Методы очистки ферментных препаратов.

Иммобилизованные ферменты. Определение иммобилизации как процесса прикрепления ферментов к поверхности природных или синтетических материалов, включение их в полимерные материалы, полые волокна и мембранные капсулы,

поперечная химическая сшивка. Методы иммобилизации. Преимущества иммобилизованных ферментов.

Использование биокаталитических процессов в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Применение ферментных препаратов в бродильных производствах, получении чая, технологии мясных и молочных продуктов, в хлебопечении. Иммобилизованные ферменты в пищевой промышленности.

Использование иммобилизованных ферментов в тонком органическом синтезе. Иммобилизованные  ферменты в создании  более эффективных аналогов антибиотиков, получение  лекарственных веществ с использованием сложных полиферментных систем.

Использование ферментов в медицине. Применение ферментных препаратов  для аналитических целей. Полиферментные системы.

Использование ферментов для создания новых материалов для медицины.

Участвует в формировании компетенций: ОК-5, ОПК-5, ОПК-7, ОПК-10, ОПК-11, ПК-1

РЕГУЛЯЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ АКТИВНОСТИ

Молекулярная и субмолекулярная организация клетки.

 Межклеточная коммуникация посредством сигнальных молекул и клеточных рецепторов.

Характеристика и физиологическая роль сигнальных молекул.

 Строение и функции рецепторов клеточной поверхности и трансмембранных молекул клеточной адгезии.

Трансмембранный перенос веществ.

Рецепторы, сопряженные с G-белками (RG). Физиологическая роль G-белков.

Значение мембранных фосфолипидов для регуляции клеточной активности.

Гормональная регуляция физиологических функций.

Нервная система – ключевой элемент регуляции клеточной активности. Организация нервной системы. Понятие рефлекторной дуги. Роль глиальной системы в ЦНС.

Роль проницаемости плазматической мембраны в регуляции клеточной активности.

Сенсорная система как элемент регуляции клеточной активности. Роль G-белков в сенсорной системе.

Участвует в формировании компетенций: ОК-7, ОПК-6

ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

Основные направления биотехнологии. Краткий исторический очерк развития биотехнологии. Новейший этап биотехнологии. Особенности биотехнологических процессов.

Продуценты биотехнологических процессов: прокариоты, эукариоты, ферментные препараты, культуры клеток и тканей растений и животных. Методы скрининга и трансформации клеток продуцентов. Особенности метаболизма микроорганизмов в биотехнологических процессах. Основные характеристики процесса роста микроорганизмов.

 Культивирование микроорганизмов  в замкнутой и открытой биотехнологической системах.

Жидкофазное, твердофазное и газофазное культивирование.

Закономерности роста и развития микроорганизмов в условиях периодического культивирования. Кривая роста. Принципы сокращения лаг-фазы. Понятие о первичных и вторичных метаболитах. Понятие об удельной скорости роста, времени удвоения  популяции. Продуктивность и другие характеристики периодического процесса культивирования.

Особенности получения культур клеток и тканей растений. Условия и питательные среды для культивирования. Цели создания и культивирования культур клеток растений.

Получение культур клеток и тканей животных. Условия и питательные среды для культивирования клеток и тканей животных. Цели культивирования культур клеток и тканей животных.

Понятие биотехнологической системы, характеристика ее основных стадий и компонентов. Классификация процессов ферментации. Получение первичных и вторичных метаболитов и микробных биомасс. Особенности и назначение основных и вспомогательных стадий биотехнологического процесса.

Основные методы обеспечения асептических условий. Термическая стерилизация оборудования, коммуникаций, питательных сред и других технологических жидкостей. Стерилизация воздуха.

Основные направления моделирования процессов. Блочный принцип математического моделирования биотехнологических систем. Математическое описание кинетики роста микроорганизмов, кинетики потребления субстрат, кинетики биосинтеза продуктов метаболизма.

Основные направления моделирования процессов биосинтеза. Классификация математических моделей и входящих в них параметров. Требования, предъявляемые к математическим моделям.

Методы и задачи оптимизации биотехнологических процессов. Оптимизация состава питательных сред: и технологических параметров. Постановка задачи оптимизации процессов по методу полного факторного эксперимента. Оптимизация по методу «крутого восхождения-спуска» Уилсона-Бокса.

Участвует в формировании компетенций: ОК-5, ОПК-5, ОПК-7, ОПК-10, ОПК-11, ПК-1


АННОТАЦИИ ДИСЦИПЛИН

Основной профессиональной образовательной программы

Уровень: Высшее образование – программа специалитета

Укрупненная группа специальностей: 33.00.00 Фармация

33.05.01 Фармация

ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ

Развитие современной биотехнологии на основе достижений молекулярной биологии, молекулярной генетики и биоорганической химии. Значение биотехнологии при скрининге и производстве лекарственных средств (ЛС). Нанобиотехнологии.

Понятие биообъекта. Классификация биообъектов как продуцентов лекарственных и диагностических препаратов. Генетические основы совершенствования биообъектов. Методы селекции. Клеточная инженерия и использование ее методов в создании микроорганизмов и клеток растений - новых продуцентов биологически активных (лекарственных) веществ.

Иерархическая структура биотехнологического производства. Подготовительные операции: стерилизация оборудования, стерилизация воздуха, стерилизация питательных сред, приготовление посевного материала. Классификация биосинтеза по технологическим параметрам (периодический, регулируемый, непрерывный и др.). Критерии подбора ферментеров. Выделение, концентрирование и очистка биотехнологических продуктов. Контроль и управление биотехнологическими процессами.

Производство ферментных препаратов. Ферменты, используемые как лекарственные средства. Протеолитические ферменты. Амилолитические, липолитические ферменты. L-аспарагиназа. Проблемы стандартизации целевых продуктов. Ферментные препараты как биокатализаторы в фармацевтической промышленности. Ферменты трансформации бета-лактамных антибиотиков. Ферментные препараты, используемые в генетической инженерии (рестриктазы, лигазы и т.д.).

Микробиологический синтез аминокислот. Продуценты. Преимущества микробиологического синтеза перед другими способами получения. Общие принципы конструирования штаммов микроорганизмов-продуцентов аминокислот как первичных метаболитов. Основные пути регуляции биосинтеза и его интенсификации. Механизмы биосинтеза глутаминовой кислоты, лизина, треонина. Конкретные подходы к регуляции каждого процесса. Получение аминокислот с помощью иммобилизованных клеток и ферментов. Получение оптических изомеров аминокислот путем использования ацилаз микроорганизмов.

Биотехнология гормональных лекарственных средств- кортикостероидов. Традиционные источники получения стероидных гормонов. Проблемы трансформации стероидных структур. Преимущества биотрансформации перед химической трансформацией. Штаммы микроорганизмов, обладающие способностью к трансформации (биоконверсии) стероидов. Конкретные реакции биоконверсии стероидов. Подходы к решению селективности процессов биоконверсии. Микробиологический синтез гидрокортизона, получение из него путем биоконверсии преднизолона.

Разработка методов культивирования растительных тканей и изолированных клеток. Понятие тотипотентности растительных клеток. Каллусные и суспензионные культуры. Особенности роста растительных клеток в культурах. Среды. Фитогормоны. Проблемы стерильности. Особенности метаболизма растительных клеток in vitro. Биореакторы. Применение растительных клеток для трансформации лекарственных веществ. Получение дигоксина. Иммобилизация растительных клеток. Методы иммобилизации. Проблемы экскреции целевого продукта из иммобилизованных клеток. Методы контроля и идентификации (цитофизиологические, химические, биохимические, биологические) биомассы и препаратов, полученных методом клеточной биотехнологии. Лекарственные препараты, получаемые из культур клеток женьшеня, родиолы розовой, воробейника, стевии, наперстянки, табака и др.

Пробиотики, микробиотики, эубиотики. Общие проблемы микроэкологии человека. Понятие и виды симбиоза. Резидентная микрофлора желудочно-кишечного тракта. Причины дисбактериоза. Нормофлоры в борьбе с дисбактериозом. Бифидобактерии, молочнокислые бактерии; непатогенные штаммы кишечной палочки, образующей бактериоцины как основа нормофлоров. Получение готовых форм нормофлоров. Монопрепараты и препараты на основе смешанных культур. Лекарственные формы бифидумбактерина, колибактерина, лактобактерина.

Биологическая роль витаминов. Традиционные методы получения. Микробиологический синтез витаминов и конструирование штаммов-продуцентов методами генетической инженерии. Витамин В2 (рибофлавин). Основные продуценты. Схема биосинтеза и пути интенсификации процесса. Микроорганизмы прокариоты - продуценты витамина B12 (пропионовокислые бакгерии и др.). Схема биосинтеза. Регуляция биосинтеза. Микробиологический синтез пантотеновой кислоты, витамина РР. Биотехнологическое производство аскорбиновой кислоты (витамина С). Микроорганизмы-продуценты и различные схемы биосинтеза в промышленных условиях. Химический синтез аскорбиновой кислоты и стадия биоконверсии в производстве витамина С. Эргостерин и витамины группы D. Продуценты и схема биосинтеза эргостерина. Среды и пути интенсификации биосинтеза. Получение витамина D из эргостерина.

Каротиноиды и их классификация. Схема биосинтеза. Среды для микроорганизмов-продуцентов и регуляция биосинтеза. Образование из β-каротина витамина А. Убихиноны (коферменты Q). Источники получения. Интенсификация биосинтеза.

Антибиотики как биотехнологические продукты. Методы скрининга продуцентов. Биосинтез – проблемы и решения. Пути создания высокоактивных продуцентов антибиотиков. Резистентность к антибиотикам. Противоопухолевые антибиотики.

Генетическая инженерия. Основные принципы технологии рекомбинантной ДНК. Понятие вектора в генетической инженерии. Векторные молекулы на основе плазмидной и фаговой ДНК. Методы секвенирования. Химический синтез гена. Ферменты, используемые в генетической инженерии. Проблемы экспрессии чужеродных генов в микроорганизмах. Последовательность операций при создании рекомбинантных продуцентов. Меры безопасности при работе с рекомбинантами на генетическом и физическом уровнях. Рекомбинатные белки как лекарственные препараты на современном фармацевтическом рынке. Оценка качества. Инсулин. Интерфероны. Интерлейкины.

Инженерная энзимология. Преимущества биотехнологического производства, основанного на иммобилизованных биообъектах. Методы иммобилизации. Иммобилизация за счет образования коваяентных связей между ферментом и носителем. Адсорбция ферментов на инертных носителях и ионообменниках. Иммобилизация ферментов путем включения в структуру геля. Микрокапсулирование. Биокатализ в тонком органическом синтезе. Иммобилизация целых клеток микроорганизмов и растений. Создание биокатализаторов второго поколения. Системы, открытые для усложнения.

Иммунобиотехнология. Иммуномодулирующие агенты: иммуностимуляторы и иммуносупрессоры (иммунодепрессанты). Вакцины на основе рекомбинантных протективных антигенов или живых гибридных носителей. Антисыворотки к инфекционным агентам, к микробным токсинам. Технологическая схема производства вакцин и сывороток. Производство моноклональных антител. Области применения моноклональных антител. Методы анализа, основанные на использовании антител.

Участвует в формировании компетенций: ОК-1, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-9, ПК-3, ПК-20, ПК-22, ПК-23


АННОТАЦИИ ДИСЦИПЛИН

Основной профессиональной образовательной программы

Уровень: Высшее образование – программа специалитета

Укрупненная группа специальностей: 30.00.00 Фундаментальная медицина

30.05.01 Медицинская биохимия

МЕДИЦИНСКИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ

Развитие современной биотехнологии на основе достижений молекулярной биологии, молекулярной генетики и биоорганической химии. Значение биотехнологии при скрининге и производстве лекарственных средств (ЛС). Нанобиотехнологии.

Понятие биообъекта. Классификация биообъектов как продуцентов лекарственных и диагностических препаратов. Генетические основы совершенствования биообъектов. Методы селекции. Клеточная инженерия и использование ее методов в создании микроорганизмов и клеток растений - новых продуцентов биологически активных (лекарственных) веществ.

Производство ферментных препаратов. Ферменты, используемые как лекарственные средства. Протеолитические ферменты. Амилолитические, липолитические ферменты. L-аспарагиназа. Проблемы стандартизации целевых продуктов. Ферментные препараты как биокатализаторы в фармацевтической промышленности. Ферменты трансформации бета-лактамных антибиотиков. Ферментные препараты, используемые в генетической инженерии (рестриктазы, лигазы и т.д.).

Микробиологический синтез аминокислот. Продуценты. Преимущества микробиологического синтеза перед другими способами получения. Общие принципы конструирования штаммов микроорганизмов-продуцентов аминокислот как первичных метаболитов. Основные пути регуляции биосинтеза и его интенсификации. Механизмы биосинтеза глутаминовой кислоты, лизина, треонина. Конкретные подходы к регуляции каждого процесса.

Биотехнология гормональных лекарственных средств- кортикостероидов. Традиционные источники получения стероидных гормонов. Проблемы трансформации стероидных структур. Преимущества биотрансформации перед химической трансформацией. Штаммы микроорганизмов, обладающие способностью к трансформации (биоконверсии) стероидов.

Биотехнология ЛС на основе растительных тканей и клеток. Разработка методов культивирования растительных тканей и изолированных клеток. Понятие тотипотентности растительных клеток. Каллусные и суспензионные культуры. Особенности роста растительных клеток в культурах. Среды. Фитогормоны. Проблемы стерильности. Особенности метаболизма растительных клеток in vitro. Биореакторы. Применение растительных клеток для трансформации лекарственных веществ. Методы контроля и идентификации (цитофизиологические, химические, биохимические, биологические) биомассы и препаратов, полученных методом клеточной биотехнологии. Лекарственные препараты, получаемые из культур клеток женьшеня, родиолы розовой, воробейника, стевии, наперстянки, табака и др.

Биотехнология пробиотиков. Пробиотики, микробиотики, эубиотики. Общие проблемы микроэкологии человека. Понятие и виды симбиоза. Резидентная микрофлора желудочно-кишечного тракта. Причины дисбактериоза. Нормофлоры в борьбе с дисбактериозом. Бифидобактерии, молочнокислые бактерии; непатогенные штаммы кишечной палочки, образующей бактериоцины как основа нормофлоров. Получение готовых форм нормофлоров. Монопрепараты и препараты на основе смешанных культур. Лекарственные формы бифидумбактерина, колибактерина, лактобактерина.

Биологическая роль витаминов. Традиционные методы получения. Микробиологический синтез витаминов и конструирование штаммов-продуцентов методами генетической инженерии. Витамин В2 (рибофлавин). Основные продуценты. Схема биосинтеза и пути интенсификации процесса. Микроорганизмы прокариоты - продуценты витамина B12 (пропионовокислые бакгерии и др.). Схема биосинтеза. Регуляция биосинтеза. Микробиологический синтез пантотеновой кислоты, витамина РР. Биотехнологическое производство аскорбиновой кислоты (витамина С). Микроорганизмы-продуценты и различные схемы биосинтеза в промышленных условиях. Химический синтез аскорбиновой кислоты и стадия биоконверсии в производстве витамина С. Эргостерин и витамины группы D. Продуценты и схема биосинтеза эргостерина. Среды и пути интенсификации биосинтеза. Получение витамина D из эргостерина.

Каротиноиды и их классификация. Схема биосинтеза. Среды для микроорганизмов-продуцентов и регуляция биосинтеза. Образование из β-каротина витамина А. Убихиноны (коферменты Q). Источники получения. Интенсификация биосинтеза.

Антибиотики как биотехнологические продукты. Методы скрининга продуцентов. Биосинтез – проблемы и решения. Пути создания высокоактивных продуцентов антибиотиков. Резистентность к антибиотикам. Противоопухолевые антибиотики.

Генетическая инженерия. Основные принципы технологии рекомбинантной ДНК. Понятие вектора в генетической инженерии. Векторные молекулы на основе плазмидной и фаговой ДНК. Методы секвенирования. Химический синтез гена. Ферменты, используемые в генетической инженерии. Проблемы экспрессии чужеродных генов в микроорганизмах. Последовательность операций при создании рекомбинантных продуцентов. Рекомбинатные белки как лекарственные препараты на современном фармацевтическом рынке. Оценка качества. Инсулин. Интерфероны. Интерлейкины.

Инженерная энзимология. Преимущества биотехнологического производства, основанного на иммобилизованных биообъектах. Методы иммобилизации. Иммобилизация за счет образования коваяентных связей между ферментом и носителем. Адсорбция ферментов на инертных носителях и ионообменниках. Иммобилизация ферментов путем включения в структуру геля. Микрокапсулирование. Биокатализ в тонком органическом синтезе. Иммобилизация целых клеток микроорганизмов и растений. Создание биокатализаторов второго поколения. Системы, открытые для усложнения.

Иммунобиотехнология. Иммуномодулирующие агенты: иммуностимуляторы и иммуносупрессоры (иммунодепрессанты). Вакцины на основе рекомбинантных протективных антигенов или живых гибридных носителей. Антисыворотки к инфекционным агентам, к микробным токсинам. Технологическая схема производства вакцин и сывороток. Производство моноклональных антител. Области применения моноклональных антител. Методы анализа, основанные на использовании антител.

Нанобиотехнологии. Понятие нанобиотехнологии. Стратегии создания нанопрепаратов направленного действия. Коньюгирование как ключевой инструмент нанотехнологий. Коньюгаты для диагностики и терапии. Наночастицы. Нацеленные наночастицы – принципы и методы конструирования. Использование наночастиц в диагностике. Липосомные нанопрепараты. Биочипы. Перспективы развития медицинских нанобиотехнологий.

Участвует в формировании компетенций: ОК-5, ОПК-5, ПК-12, ПК-13