Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов
Методические указания к самостоятельной работе
Красноярск
СФУ
2011
УДК
ББК
Г
Рецензенты:
Составитель
Г Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов: Методические указания к самостоятельной работе [Текст] / сост. . – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2011. – 19 с.
ISBN
Методические указания составлены в соответствии с учебным планом и программой по дисциплине «Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов». Пособие содержит тематический план лекций, вопросы для самостоятельной подготовки, контрольные вопросы к экзамену, примеры задач; представлены источники основной и дополнительной литературы в соответствии с темами дисциплины. В пособие даны рекомендации для самостоятельного изучения теоретического курса дисциплины, написания рефератов и подготовки к промежуточному и итоговому контролю. Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология», магистерская программа «Микробиология и биотехнология».
Ó
Ó ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный
университет», 2011
СОДЕРЖАНИЕ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ...................................................................................... 4
1. СТРУКТУРА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ..................................... 5
2. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА......................................................................... 5
2.1 Перечень тем теоретического цикла для самостоятельного изучения. 5
2.2 Перечень контрольных вопросов.......................................................... 9
3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ ДРУГИХ ВИДОВ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ........................................................................................................................ 10
3.1. Список тем рефератов......................................................................... 10
3.2. Методические рекомендации по подготовке рефератов.................... 11
4. РЕАЛИЗАЦИЯ ГРАФИКА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ............. 12
5. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ... 13
5.1 Перечень контрольных вопросов:....................................................... 13
5.2 Примеры задач для промежуточного контроля................................. 14
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.......................................................... 15
ГЛОССАРИЙ ТЕРМИНОВ ДИСЦИПЛИНЫ............................................. 17
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Дисциплина «Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов» входит в цикл дисциплин ООП подготовки магистров по программе «Микробиология и биотехнология» вариативная часть, дисциплина по выбору студента. Для успешного освоения курса необходима подготовка до уровня бакалавра и желательно прохождение таких биологических дисциплин как биохимия, микробиология, генетика, биотехнология.
Чтобы восполнить необходимые знания по этим предметам, можно воспользоваться дополнительной литературой:
1. Глик, Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Б. Глик, Дж. Пастернак. - М.: Мир, 20с.
2. Щелкунов, инженерия: учебное пособие для вузов по направлению "Биология" и специальностям "Биотехнология", "Биохимия", "Генетика", "Микробиология": рек. Мин. обр. РФ / . - 2-е изд., испр. и доп. - Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 20с.
3. Микробиология : учебник для студентов вузов по направлению 510600 "Биология" и биологическим специальностям : рекомендовано Министерством образования РФ / , . - 9-е изд., стер. – М. : Академия, 20с. – 20 экз.4. Гусев, : учебник для вузов по направлению 510600 «Биология» и биологическим специальностям / , . - 4-е изд., стер. – М. : Академия, 20с.
4. Микробиология с основами вирусологии. Версия 1.0 [Электронный ресурс]: электрон. учеб.-метод. комплекс/ , , и др.– Электрон. дан. (124Мб).– Красноярск: ИПК СФУ, 2008.– (Микробиология с основами вирусологии: УМКД №/ рук. творч. коллектива ). - Режим доступа: из читальных залов НБ СФУ.
В задачи курса «Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов» входит изучение общих принципов конструирования рекомбинантных организмов; получение современных представлений о способах выявления, переноса и экспрессии целевого гена, а также получения и выделения целевого продукта; изучение возможностей использования трансгенных организмов – от бактерий до растений и животных; знакомство с правовыми аспектами и проблемами биобезопасности при использовании генномодифицированных организмов.
Это определяет основные направления самостоятельной работы студентов – ознакомление с последними достижениями в области генетической инженерии (интернет-ресурсы, научные периодические издания), самостоятельное изучение тем, которым на лекциях уделяется недостаточное внимание, подготовка реферата.
1. СТРУКТУРА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
На самостоятельную работу по дисциплине «Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов» по учебному плану отводится 40 часов, из них 32 часа на изучение теоретического курса и 8 часов на подготовку реферата по темам и разделам курса. Теоретический курс включает четыре модуля – «Принципы конструирования рекомбинантных организмов» (10 ч), «Экспрессия и выделение целевых белков» (9 ч), «Генетически важные продуценты» (9 ч), «Трансгенные растения и животные» (12 ч).
2. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА
Теоретический материал осваивается студентами, как в ходе прослушивания лекций, так и самостоятельного изучения теоретического курса и решения задач.
В Программе дисциплины выделен раздел для самостоятельного изучения теоретического материала. Для этого по каждому разделу (модулю) дисциплины обозначены конкретные темы и дан список рекомендованной литературы. Для самостоятельной работы студентами используются источники из списка рекомендованной литературы и электронные ресурсы, доступ к которым обеспечивается в электронных читальных залах библиотеки.
Индивидуальная работа со студентами магистратуры предполагает дополнительное углубленное изучение вопросов, непосредственно связанных с исследованиями, которые осуществляются в рамках выпускных квалификационных работ. Работа выполняется под руководством или по рекомендациям преподавателя: например, направляемый преподавателем поиск соответствующей интересам студента литературы, которая может быть использована для работы над магистерской диссертацией.
Приведен список контрольных вопросов для подготовки к экзамену и тестовые задания для проверки знаний при промежуточной аттестации.
2.1 Перечень тем теоретического цикла для самостоятельного изучения
Раздел 1. Принципы конструирования рекомбинантных организмов
История генетической инженерии. Виды генетической инженерии – клеточная, хромосомная и генная инженерия. Проблемы, решение которых возможно с применением генетической инженерии. Технологии рекомбинантных ДНК и общие принципы конструирования промышленно важных продуцентов для биотехнологии. Молекулярные основы генной инженерии. Источники генов для целевых продуктов.
Основные типы клонирующих векторов. Общая схема вектора на примере бактериальной экспрессионной плазмиды. Использование регуляторных элементов репликации и биосинтеза для конструирования векторов: сайты инициации репликации, маркерные гены - гены для селекции векторов и репортерные гены, регулируемые промоторы и другие регуляторные элементы экспрессии целевого гена. Использование внехромосомных элементов, подвижных генетических элементов и вирусов для конструирования векторов. Временная (транзиентная) экспрессия и интеграция в хромосому. Идентификация и изоляция рекомбинантных организмов.
Работа с нуклеиновыми кислотами: Требования к лаборатории. Выделение ДНК и РНК. Обработка и количественное определение нуклеиновых кислот. Мечение нуклеиновых кислот (типы меток - радиоактивные и флуоресцентные, мечение концов, трансляция ника). Гибридизация нуклеиновых кислот. Гель-электрофорез. Секвенирование ДНК. Принципы секвенирования ДНК. Подготовка фрагментов ДНК – метод контига и метод дробовика. Секвенирование Maксама-Гилберта (химическое). Секвенирование Сэнгера-Коулсона (дидезокси - или ферментативное). Электрофорез и чтение сиквенсов. Автоматизация секвенирования ДНК.
Ферменты молекулярного клонирования: Биология и активность эндонуклеаз рестрикции (лат.. Системы рестрикции-модификации. Последовательности узнавания для ферментов рестрикции. Участки ДНК, разрезанные ферментами рестрикции. Разрезание ДНК эндонуклеазами рестрикции. Рестрикционное картирование. Создание карты путем расщепления ДНК с помощью нескольких рестриктаз. Создание карты по частичному расщеплению маркированной на конце ДНК. Использование компьютера для создания карт рестрикции. ДНК лигирование. Факторы, влияющие на активность ферментов рестрикции. ДНК полимеразы. Термостабильная ДНК-полимераза. Терминальная трансфераза. Обратные транскриптазы. Бактериофаг РНК полимераза. Нуклеазы: ДНКаза и РНКаза. ДНК-лигаза. Полинуклеотидкиназа.
Самостоятельное изучение:
Введение рекомбинантных ДНК и РНК в реципиентные клетки: биологические, химические, физические, механические методы. Трансформация, трансфекция с помощью вирусов, электропорация, липосомы, микроинъекция и бомбардировка микрочастицами. Решение задач по темам: ферменты молекулярного клонирования, получение генов для клонирования.
Вопросы для промежуточного контроля:
1. Что такое эндонуклеазы рестрикции типа II и почему они так важны для технологии рекомбинантных ДНК?
2. Опишите применение плазмиды pBR322 в качестве вектора. Какими особенностями она обладает?
3. Зачем рестрицированную плазмидную ДНК перед лигированием часто обрабатывают щелочной фосфатазой?
4. Что такое линкер и адаптер? Где их используют?
5. Что такое дидезоксинуклеотиды? Как с их помощью определяют нуклеотидную последовательность ДНК?
6. Какая реакция катализируется ферментом обратной транскриптазой? Как этот фермент используется в рекомбинантных ДНК-технологиях?
7. Что такое ДНК-микрочипы, и как они используются в функциональной геномике?
Раздел 2. Экспрессия и выделение целевых белков
Проблемы экспрессии чужеродных генов в целевом организме. Причины использования разнообразных систем (простейшие, растения и животные) для биопродукции белков. Гетерологичная экспрессия, пострансляционные модификации и получение функционально активных аутентичных белков. Гликозилирование рекомбинантных белков в зависимости от клетки-хозяина. Стабилизация целевых продуктов в клетке.
Конструирование секретирующих организмов. Активное использование регуляторных особенностей биосинтеза белка для оптимизации конструкции генно-инженерных организмов.
Самостоятельное изучение:
Метаболическая инженерия. Использование естественных систем биосинтеза и хранения запасных веществ организма-хозяина для конструирования продуцентов целевых продуктов. Выделение генетически-модифицированных организмов и проблема удаления маркерных генов. Метаболическая перегрузка. Тельца включения.
Вопросы для промежуточного контроля:
1. Почему плазмидный вектор с максимально сильным промотором не всегда является наилучшим экспрессирующим вектором?
2. Иногда стратегия синтеза белка-мишени включает получение этого белка в составе гибридного продукта. В чем преимущество такого подхода? Как создают гибридный белок?
3. Что такое тельца включения и как избежать их образования?
4. В чем преимущество локализации чужеродных белков на поверхности клеток? Какие стратегии используются для того, чтобы сделать белки секретируемыми?
5. Предложите несколько способов снижения метаболической перегрузки E. coli, синтезирующих в большом количестве рекомбинантный белок.
6. Почему для получения белков, использующихся в медицине, лучше применять эукариотические, а не прокариотические системы?
7. Что такое аффинная метка? Для чего ее используют?
8. Какие функции важны для бактериального вектора клонирования? Зачем вектор имеет более одного сайта клонирования?
9. Опишите двухгибридную систему, которая использует дрожжевой GAL4 белок, и объясните, как двухгибридная система обнаруживает взаимодействие между белками.
Раздел 3. Генетически важные продуценты
Генно-инженерные организмы в хозяйственной деятельности человека и перспективы их дальнейшего использования. Особенности использования генно-модифицированных микроорганизмов, животных и растений.
Дрожжевые системы экспрессии. Клетки насекомых и бакуловирусы для синтеза целевых белков.
Использование рекомбинантных микроорганизмов различных систематических групп для получения коммерческих продуктов (ферменты, инсулин, гормон роста, интерфероны, моноклональные антитела и т. д.). Использование трансгенных микроорганизмов в медицине, биомассы ГМ-микроорганизмов и производимых ими ферментов и добавок в пищевой и кормовой промышленности, в качестве продуктов питания. Биоремедиация. Применение трансгенных животных: научные модели, модели для изучения болезней человека, источники для производства фармацевтических препаратов, ксенотрансплантантов и пищи. Использование трансгенных растений в фундаментальных исследованиях, создании принципиально новых сортов сельскохозяйственных культур, производство биологически активных веществ для медицины, ветеринарии и субстратов для промышленности
Самостоятельное изучение:
Эукариотические системы экспрессии - линия СНО, SP2/0, MEL, COS. Белоксинтезирующие системы клеток с нарушенной проницаемостью внешних мембран, бесклеточные системы – прокариотические и эукариотические, проточные системы
Вопросы для промежуточного контроля:
1. Что такое трансгенные организмы? Каково практическое применение трансгенных организмов?
2. Объясните роль рекомбинации в нацеливании гена в эмбриональных стволовых клеток. Как нацеливание гена может быть использовано для создания "нокаутных" мутаций?
3. Эксперимент по функциональной геномике проводится с использованием ДНК-микрочипов для анализа уровня экспрессии генов в бактерии. Какие гены вы ожидаете обнаружить избыточно экспрессируемыми в клетках, выращенных на минимальной среде по сравнению с клетками, выращенными на полной среде?
4. Вы хотите ввести человеческий ген инсулина в бактериальную клетку-хозяина в надежде на производство большого количества человеческого инсулина. Что вы используете – геномную ДНК или кДНК? Объясните ваши рассуждения.
5. В чем состоит экономическое преимущество использования генномодифицированных растений и животных в качестве «биореакторов»?
Раздел 4. Трансгенные растения и животные
Трансгенные растения и животные как биореакторы для получения ценных для промышленности и медицины органических соединений. Конструирование трансгенных растений. Векторные системы для растений на основе Ti-плазмид и фитовирусов. Культуры растительных клеток. Биопродукция ценных для промышленности и медицины органических соединений в растениях и растительных клетках. Преимущества и проблемы биопродукции в растительной системе. Метаболическая инженерия растений. Создание растений, устойчивых к болезням, вредителям (растения, синтезирующие инсектициды), гербицидам (на примере раундапа). Изменение пищевой ценности и внешнего вида растений. Повышение продуктивности и устойчивости к внешней среде.
Технологии создания трансгенных животных. Сложность и длительность создания трансгенных животных. Использование искусственных хромосом для переноса генов. Использование модифицированных эмбриональных стволовых клеток. Клонирование переносом ядра. Трансгенные животные как «биореакторы» биологически активных веществ.
Самостоятельное изучение
Направленный или сайт-специфический мутагенез (Получение делеций и вставок, химический мутагенез, система сопряженного праймирования для мутагенеза, системы циклического отбора мутантных ДНК метод кассетного мутагенеза ПЦР в направленном мутагенезе).
Белковая инженерия (Библиотеки пептидов и эпитопов, белки-репортеры в гибридных белках, бесклеточные белоксинтезирующие системы, прокариотические, эукариотические, проточные системы синтеза белка, создание новых ферментов).
Генетически-модифицированные продукты - мифы и реальность. Коммерциализация трансгенных растений и биобезопасность. Регулирование производства и сертификация генно-модифицированного сырья и пищевых продуктов.
2.2 Перечень контрольных вопросов
1. Идентификация и отбор ГМ-клеток и организмов.
2. Вирусная трансдукция.
3. ГМО-технологии. Генетическая инженерия. Молекулярное клонирование.
4. Источники рисков при создании и использовании ГМО.
5. Клонирование генов.
6. Получение рекомбинантных ДНК.
7. Масштабы распространения ГМО в мире. Перспективы ГМО технологий.
8. Трансгенная, ксеногенная, цисгенная и интрагенная трансформации.
9. Векторы для переноса генов. Характеристика основных групп.
10. Структура агробактериальных Ti и Ri-плазмид. Нопалиновая и октопиновая Ti-плазмиды.
11. Селективные/репортерные гены первого, второго и третьего поколений.
12. Физические методы введения рекомбинантных ДНК в клетку.
13. Транспластомная и митохондриальная трансформация.
14. Агробактериальная трансформация растений.
15. Биобезопасность. Контроль за использованием и распространением ГМО.
16. Способы клонирования трансформированных клеток бактерий, грибов, растений, животных.
17. Генная инженерия и селекция. Цели создания ГМ-сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов.
18. Бактериальная трансформация.
19. Ферменты синтеза рекомбинантных ДНК.
20. Полимеразная цепная реакция.
21. Трансгенные продукты, лекарства, вакцины. Достоинства и недостатки.
Способы получения.
22. Генная инженерия и молекулярная диагностика
23. Способы получения трансгенных растений.
24. Способы получения трансгенных животных.
3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ ДРУГИХ ВИДОВ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Второй вид самостоятельной работы включает подготовку студентами рефератов. Для качественной подготовки рефератов студенты должны использовать не только материал лекций, но работать активно самостоятельно по разработанному списку основной и дополнительной литературы, а также использовать ресурсы Интернета. Студенты должны продемонстрировать умение самостоятельно представить выбранную тему в целостном, системном виде, последовательно раскрывая ее основные аспекты, и с соответствующими ссылками на степень научной изученности новейшей литературы по конкретной теме
3.1. Список тем рефератов
Рекомендации по написанию реферата и других письменных работ призваны организовать самостоятельную работу студента и помочь ему выполнить предъявляемые требования. Студентам в рамках дисциплины предоставляется право самостоятельно выбрать тему реферата из обозначенных преподавателем.
Примерные темы рефератов:
1. ПЦР (полимеразная цепная реакция) – проведение, методы, проблемы при постановке, использование.
2. Источники рисков от производства и использования ГМО (факторы риска, пищевые и медицинские риски, экологические и аграрные риски, экономические риски, биотерроризм и биобезопасность, контроль за использованием и распространением ГМО).
3. Законодательство в сфере ГМО (российское и зарубежное), патентование (правовое регулирование создания и использования ГМО, идентификация ГМИ в пищевых продуктах, стандарты, методы. Маркировка продуктов, содержащих ГМИ). Перспективы ГМО технологий.
4. Особенности применения методов генной инженерии для различных групп микроорганизмов (Bacillus, Streptococcus, Streptomyces, Pseudomonas, коринеформные бактерии, дрожжи).
5. Направленный или сайт-специфический мутагенез (Получение делеций и вставок, химический мутагенез, система сопряженного праймирования для мутагенеза, системы циклического отбора мутантных ДНК метод кассетного мутагенеза ПЦР в направленном мутагенезе).
6. Белковая инженерия (Библиотеки пептидов и эпитопов, белки-репортеры в гибридных белках, бесклеточные белоксинтезирующие системы, прокариотические, эукариотические, проточные системы синтеза белка, создание новых ферментов).
3.2. Методические рекомендации по подготовке рефератов
В течение семестра каждому студенту необходимо подготовить и оформить реферат. Преподаватель, закрепляя за студентом тему реферата, выдает рекомендации по необходимой литературе, предоставляя также студенту самостоятельно провести поиск по базам данных в Интернете и в библиотеках.
Оформление реферата осуществляется в соответствии с инструктивными материалами и ГОСТами (аналогично оформляются курсовые и дипломные работы, научные отчеты и пр.).
Нормативные ссылки для оформления реферата:
1. ГОСТ 7.1-2003 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления. – Переиздание дата введ. 01.07.2004. Дата изм. 19.04.2010 – М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. – 80 с.
2. СТО 4. Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности. – Переиздание. Дата введ. 22.11.2010 – Красноярск: СФУ, 2010. – 57 с.
Структура реферата:
– титульный лист;
– ФИО исполнителя;
– реферат;
– содержание;
– нормативные ссылки;
– определения;
– обозначения и сокращения;
– введение;
– основная часть;
– заключение;
– список использованных источников.
Титульный лист оформляется в соответствии со стандартом СТО 4.: указывают наименование высшего учебного заведения; институт, кафедру, где выполнялась работа; название работы; фамилию и инициалы студента; ученую степень и ученое звание, фамилию и инициалы преподавателя; город и год выполнения работы. Нумерация страниц реферата начинается с титульного листа, номер на титульном листе не ставится.
Реферат должен содержать сведения об объеме отчета, количестве иллюстраций, таблиц, приложений, количестве частей отчета, количестве использованных источников; перечень ключевых слов; текст реферата.
Введение должно содержать оценку современного состояния решаемой научно-технической проблемы, основание и исходные данные для разработки темы реферата.
Содержание, представляющее собой обзор и анализ литературы, включает введение, наименование всех разделов, подразделов, заключение, список использованных источников. В данном разделе излагаются теоретические основы по выбранной тематике. Изложение должно вестись в форме теоретического анализа проработанных источников применительно к выполняемой теме логично, последовательно и грамотно. При необходимости данный раздел может состоять из отдельных подразделов. Из содержания теоретического обзора должно быть видно состояние изученности темы в целом и отдельных ее вопросов.
Заключение должно содержать краткие выводы по результатам анализа литературы в ходе раскрытия заданной темы.
Список литературы должен содержать сведения об источниках, использованных при составлении отчета. Сведения об источниках приводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 7.1.
Для защиты реферата студент готовит презентационные материалы. Презентация должна быть выполнена в программе Power Point. Объем презентации не менее 15 слайдов. Задание для подготовки реферата и презентации выдается преподавателем в соответствии с графиком учебного процесса. Представление производится в сроки указанные в графике учебного процесса на одном из практических занятий.
4. РЕАЛИЗАЦИЯ ГРАФИКА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Реализация графика самостоятельной работы студентов регламентирована в приложении Учебной программы курса «Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов». График предусматривает самостоятельное изучение теоретического материала в течение 11-го семестра по модульному принципу, подготовку реферата и его защиту. Темы рефератов выдаются студентам преподавателям; выдача тем для подготовки реферата проводится на 2-й неделе обучения, защита рефератов – в течение семестра на практических занятиях по соответствующим темам и разделам.
Промежуточный контроль знаний осуществляется на практических занятиях в виде опроса по темам дисциплины, обозначенным в конце каждого раздела, и решения задач на 4-й, 8-й и 12-й неделях семестра.
Итоговый этапом контроля знаний студентов является зачет.
5. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
Контрольно-измерительными параметрами дисциплины являются:
1) перечень контрольных вопросов,
2) перечень вопросов для промежуточного контроля,
3) решение задач,
4) оценка качества подготовки рефератов и презентаций.
5.1 Перечень контрольных вопросов:
1. Идентификация и отбор ГМ-клеток и организмов.
2. Вирусная трансдукция.
3. ГМО-технологии. Генетическая инженерия. Молекулярное клонирование.
4. Источники рисков при создании и использовании ГМО.
5. Клонирование генов.
6. Получение рекомбинантных ДНК.
7. Масштабы распространения ГМО в мире. Перспективы ГМО технологий.
8. Трансгенная, ксеногенная, цисгенная и интрагенная трансформации.
9. Векторы для переноса генов. Характеристика основных групп.
10. Структура агробактериальных Ti и Ri-плазмид. Нопалиновая и октопиновая Ti-плазмиды.
11. Селективные/репортерные гены первого, второго и третьего поколений.
12. Физические методы введения рекомбинантных ДНК в клетку.
13. Транспластомная и митохондриальная трансформация.
14. Агробактериальная трансформация растений.
15. Биобезопасность. Контроль за использованием и распространением ГМО.
16. Способы клонирования трансформированных клеток бактерий, грибов, растений, животных.
17. Генная инженерия и селекция. Цели создания ГМ-сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов.
18. Бактериальная трансформация.
19. Ферменты синтеза рекомбинантных ДНК.
20. Полимеразная цепная реакция.
21. Трансгенные продукты, лекарства, вакцины. Достоинства и недостатки.
Способы получения.
22. Генная инженерия и молекулярная диагностика
23. Способы получения трансгенных растений.
24. Способы получения трансгенных животных.
5.2 Примеры задач для промежуточного контроля
1. При обработке кольцевой двухцепочечной плазмиды pCELl различными рестриктазами и их комбинациями получаются следующие фрагменты (размеры указаны в парах нуклеотидов): EcoRI - 6,0; ВатIII - 6,0; HindIII -6,0; НаеII - 3,0; 2,0 и 1,0; EcoRI и НаеII - 2,0 и 1,0; EcoRI и HindIII - 3,5 и 2,5; EcoRI и ВатHI - 4,5 и 1,5; ВатHI и HindIII - 5,0 и 1,0; ВатШ и Haell - 3,0; 1,5 и 0,5; HindIII и НаеII — 3,0; 1,5; 1,0 и 0,5. Используя эти данные, постройте рестрикционную карту pCELl.
2. Предположим, что ваш новый ДНК-синтезатор имеет среднюю эффективность присоединения нуклеотидов 98,5%. Каким будет выход продукта, если вы синтезируете гибридизационный зонд длиной 50 нуклеотидов?
3. Какие две стратегии химического синтеза гена длиной 0,5 т. п. н. вы можете предложить? Какую из них вы предпочтете?
4. Построить карту расположения участков узнавания эндонуклеаз рестрикции на линейной ДНК, если известно, что при действии на эту ДНК ферментом EcoR1 получаются три фрагменты длиной 850, 500 и 300 пар нуклеотидов, а BamH1 разрезает эту ДНК на фрагменты 950 п. н., 600 п. н. и 100 п. н. При совместном расщеплении данной ДНК указанными рестриктазами получается следующий набор фрагментов: 600 п. н., 400 п. н., 300 п. н., 250 п. н. и 100 п. н.
5. Построить физическую карту кольцевой ДНК по сайтам рестрикции гипотетических рестриктаз R1 и R2. Фрагменты ДНК при действии R1 9.0 т. п. н. и 3.0 т. п. н.; R2 6.5, 4.5 и 1.5 т. п. н.; R1+R2 5.5., 2.5., 2.0 и 1.0 т. п. н.
6. Сколько молекул бета-галактозидазы присутствует в одной клетке кишечной палочки, если бактерии растут на лактозе? Кишечная палочка имеет цилиндроподобную форму длиной 2 мкм и диаметром 1 мкм; молекулярный вес бета-галактозидазы —
Плотность бактериальной клетки — около 1,2 г/мл. На долю растворимых белков, к которым относится и бета-галактозидаза, приходится 14% всей массы, из которых бета-галактозидаза составляет 1%.
7. Содержание лизина в рибонуклеазе составляет 10,5% по весу (мол. вес лизина — 147). Рассчитайте минимальную молекулярную массу рибонуклеазы и реальную, если известно, что она содержит 10 остатков лизина.
8. Используйте концевую трансферазу для создания гибридных кольцевых и линейных молекул ДНК, принадлежащих разным геномам. Какие еще ферменты вам понадобятся для этого?
9. Создайте конструкцию, несущую прокариотический ген устойчивости к неомицину, подходящую для переноса генов в эукариотические клетки. Опишите план клонирования с помощью такого вектора.
10. Будут ли последовательности 5’-AATT-3’ и 3’-AATT-5’ в двухцепочечной молекуле ДНК разрезаться на том же самом сайте рестрикции?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
а) основная литература:
1. Жимулев, и молекулярная генетика: учебное пособие для студентов университетов /; отв. ред. , . - изд. 4-е, стереотип. третьему. – Новосибирск : Сибирское университетское издательство, 20с. – 30 экз.
2. Льюин, Б. Гены = Genes IX : / Б. Льюин ; пер. с англ. и др. ; ред. . - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 20с. – 21 экз.
3. Попов, некоторых генетических успехов на пути к биомедтехнологиям / . – М.: Новый ключ, 20с. – 1 экз.
4. Biotechnology & Genetic Engineering Reviews [Электронный ресурс]. - Nottingham : Nottingham University Press, 2008. - Volume 25 / Editor: S. E. Harding, M. P. Tombsс. - ISBN 1-66-2/ Режим доступа: читальные залы НБ СФУ http://liber. lib. *****/phpopac/get_url. php? store=2&part=elib/b28/0234103.pdf
5. Strain Engineering. Methods and Protocols /Ed.: James A. Williams. - Humana Press, USA, 2011. – 480 p. – ISBN: -197-0 (Online) http://link. /book/10.1007/-197-0/page/1
6. Giacca, M. Gene Therapy. – Grafiche Porpora, Segrate (MI), Italy. – 2010. – 303 p. ISBN: 1643-9 (Online)
http://link. /book/10.1007/1643-9/page/1
7. Plastics from Bacteria. Natural Functions and Applications /Ed.: George Guo-Qiang Chen. - Springer-Verlag, 2010. – 450 р. - ISBN: 3286-8 (Print) 3287-5 (Online)
http://link. /book/10.1007/3287-5/page/1
б) дополнительная литература:
8. Boehm, R. Bioproduction of therapeutic proteins in the 21st century and the role of plants and plant cells as production platforms. / R. Boehm //Ann. NY Acad. Sci, V.1102(1). - P.121-134.
9. Lewin B. Genes VII. - Oxford University Press.- 2001.
10. Айала, Ф. Современная генетика: В 3-х т. / Ф. Айала, Дж. Кайгер. - М. : Мир, .
11. Альбертс, Б. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. / Б. Альбертс, Д. Брей, Дж. Льюис. - М. : Мир, 1994.
12. Глик, Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Б. Глик, Дж. Пастернак. - М.: Мир, 20с.
13. Льюин, Б. Гены. Пер. с англ. / Б. Льюин. - М., Мир, 1987. – 544 с.
14. Математические методы анализа ДНК. Пер. с англ./ Под ред. . М.: Мир, 1999. – 349 с.
15. Максимов, и практические аспекты использования биотехнологии и генной инженерии / , , – М.: Вузовская книга, 2004. – 208 с.
16. Основы формацевтической биотехнологии: Учебное пособие /, , . – Ростов н/Д.: Феникс; Томск: Издательство НТЛ, 2006. – 256 с.
17. Патрушев, генетические системы. Т.1 / . – М.: Наука, 20с.
18. Проблемы и перспективы молекулярной генетики = Problems and Prospects of Molecular Genetics. Т. 1./ кол. авт. Российская академия наук [РАН] / Отв. ред. . Институт молекулярной генетики. – М.: Наука, 20с.
19. Проблемы и перспективы молекулярной генетики = Problems and Prospects of Molecular Genetics. Т. 2./ кол. авт. Российская академия наук [РАН] / Отв. ред. . Институт молекулярной генетики. – М.: Наука, 20с.
20. Рукавцова, растения для фармакологии. / , , // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии, 2006. - № 2. - С. 3-12.
21. Рыбчин генетической инженерии: Учебник для вузов./ . – С.-Пб.: Изд-во СПбГТУ, 19с
22. Сингер, М. Гены и геномы. (В 2-х т.): Пер. с англ. Т. 1. / М. Сингер, П. Берг. - М.: Мир, 19с.
23. Сингер, М. Гены и геномы. (В 2-х т.): Пер. с англ. Т. 2./ М. Сингер, П. Берг. - М.: Мир, 19с.
24. Спирин, биология: Структура рибосомы и биосинтез белка / . М.: Высшая школа, 1986.
25. Фогель, Ф. Генетика человека: В 3-х томах. Пер. с англ., / Ф. Фогель, А. Мотульски. – М.: Мир, 1990. – 1064 с.
26. Эволюция генома: Пер. с англ./ Под ред. Г. Доувера, Р. Флейвелла.- М.: Мир, 1986. – 368с
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
27. Жимулев и молекулярная генетика. Рекомендовано Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений. /. - Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 20 с. www. *****
28. Инге-Вечтомов, в молекулярную генетику: учебное пособие для вузов по специальности "Генетика": Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР / -Вечтомов. – М.: Высшая школа, 19с. (Электронная версия) Формат: PDF; Размер: 20Мб; Доступ: локальная сеть СФУ - http://mail. lib. *****/ft/ft_sfu/b28/0084557.pdf
29. Инге-Вечтомов, с основами селекции: учебник для биологических специальностей университетов: Допущено ГК СССР по народному образованию / -Вечтомов. – М.: Высшая школа, 19с. (Электронная версия) Формат: PDF; Размер: 40М http://mail. lib. *****/ft/ft_sfu/b28/0084559.pdf
30. Современные проблемы и методы биотехнологии [Электронный ресурс] : электрон. Учеб. Пособие / и др. Сиб. федерал. Ун-т. – Версия 1.0. – Электронные данные (PDF ;Кб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2009. – on-line.
31. The Human Genome Project, 2000 / Multimedia CD Rom
32. Molecular Cell Biology. A. Lodich et al. / Multimedia CD Rom
33. Журнал «Молекулярная генетика, микробиология и вирусология» http://*****/contents. asp? titleid=7904
34. Учебный сайт по биотехнологии. Автор - http://www. *****
35. Сайт организации Альянс стран СНГ «За биобезопасность» http://www. *****
36. Проект «Интернет-портал *****» http://www. *****
37. Образовательный сайт «Биология и медицина» http://www. *****
ГЛОССАРИЙ ТЕРМИНОВ ДИСЦИПЛИНЫ
Адаптор, бакмида, баллистическая трансфекция, библиотека кДНК, бинарная векторная система, блоттинг, вектор, вставка, ген-мишень, генная терапия, геномная библиотека (банк (библиотека) генов), ген-репортер, гибридизация, гибридный (химерный ) белок, гибридный ген, гибридома, группа несовместимости, гликозилирование, двухцистронный вектор, ДНК-зонд, ДНК-полимераза, емкость вектора, интегрирующий вектор, искусственная бактериальная хромосома (ВАС), искусственная дрожжевая хромосома (YAC), искусственная хромосома человека (НАС), клонирование генов, клонирующий вектор, коинтегративная векторная система, комплементарная ДНК (кДНК), контиг, контрансфекция, коньюгативные плазмиды, космида, лигирование, линкер, липкие юнцы, маркерный ген, метаболическая перегрузка, микроинъекция, молекулярная диагностика, отжиг, плазмида, плазмида-помощник, полилинкер, полимеразная цепная реакция (ПЦР), полиморфизм длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ), праймер, «прогулка по хромосоме», «прыжки по хромосоме», рекомбинантная ДНК, рекомбинантная плазмида, рекомбинантный белок, рестриктазы (рестрицирующие эндонуклеазы), ретровирусы, сайг встраивания (клонирования), сайт рестрикции, сайт-специфический мутагенез, секреция, сигнальный пептид (сигнальная последовательность, лидериый пептид), скрининг, сos-сайты, Т-ДНК, тельца включения, трансгеноз, Ti-плазмида, фрагмент Кленова, химерный организм, хромосомный сайт интеграции, цистрон, челночный вектор, экспрессирующий вектор, электропорация, эмбриональные стволовые клетки (ES-клетки), эпитоп (антигенная детерминанта), ядерное клонирование.
Учебное издание
Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов.
Методические указания к самостоятельной работе
Редактор
Фамилия
Компьютерная верстка:
Подписано в печать (дата) 2011 г. Формат 60х84/16. (А5)
Бумага офсетная. Печать плоская.
Усл. печ. л. (количество страниц/ ). Уч.-изд. л.
Тираж 100 экз. Заказ
Редакционно-издательский отдел
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Тел/факс (3E-mail *****@***ru
http://rio. *****
Отпечатано Полиграфическим центром
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
г. Красноярск, пр. Свободный, 82а
