Минск
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К данной программе разработаны и изданы дидактические материалы для учащихся и методические рекомендации для педагогов.
Биотехнология – одна из самых старых и одновременно одна из самых
молодых наук и отраслей промышленности. Эта наука принадлежит к числу
приоритетных областей человеческих знаний и изучает процессы воспроизведения целевых продуктов с помощью живых организмов или их элементов, способных функционировать вне клетки. В основе ее лежит уникальность биологических систем в отношении узнавания и катализа.
Люди выступали в роли биотехнологов тысячи лет: пекли хлеб, варили пиво, делали сыр, другие молочнокислые продукты, используя различные микроорганизмы и даже не подозревая об их существовании. Не менее древними биотехнологическими процессами являются хлебопечение и получение молочнокислых продуктов. В традиционном, классическом, понимании биотехнология – это наука о методах и технологиях производства различных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов.
Цель факультативных занятий – расширить представления учащихся об основных положениях биотехнологии, показать связь биотехнологии с другими научными дисциплинами и отраслями промышленности.
Задачи:
– изучить основы биотехнологических производств;
– рассмотреть перспективы использования биотехнологических разработок;
– рассмотреть практическое использование трансгенных организмов.
Изучение содержания учебной программы факультативных занятий рассчитано на 35 часов (1 час в неделю).
СОДЕРЖАНИЕ
Биотехнология и генетическая инженерия как виды человеческой деятельности
Понятие о биотехнологических процессах. Живые организмы как источник продуктов питания и сырья для промышленности. Использование ферментов в промышленном производстве. Искусственный отбор и его возможности. Генетическая инженерия как новое средство улучшения качеств используемых в биотехнологии организмов. История ее возникновения и ее особенности.
Манипулирование с генетическим материалом.
Принципы объединения фрагментов ДНК и ферментативный аппарат для их реализации. Общая характеристика эндонуклеаз, их биологическая роль и применимость для целей генетической инженерии. Эндонуклеазы класса II, их многообразие и использование в конструировании рекомбинантных молекул. Электрофорез как способ разделение фрагментов ДНК по размерам. Гибридизация молекул ДНК как один из методов выявления фрагментов с определенной последовательностью нуклеотидов. Плазмиды бактерий, их биологическая роль и применение для целей генетической инженерии. Конструирование векторных молекул на основе бактериальных плазмид. Лигазы. Принципы клонирования генетического материала. Принципы и методы отбора рекомбинантных клонов. Особенности клонирования генов эукариот. Экзонно-интронная структура и процессинг пре-мРНК в эукариотических клетках (кэпирование, сплайсинг, полиаденилирование). Особенности экспрессии генов в клетках гетерологичных хозяев. Понятие о промоторах и терминаторах и их роли в экспрессии. Понятие о посттрансляционной модификации белков и ее значение.Обратная транскриптаза и необходимость ее применения при клонировании эукариотических генов. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) как метод выделения нужных генов. Применение ПЦР в других областях современной науки. Особенности методического арсенала генетической инженерии начала XXI века. Современные векторы для клонирования генов, улучшенные варианты отбора клонов Электропорация.
Получение и практическое использование трансгенных бактерий Трансгенные бактерии и их ферменты как основа для биотрансформации молекул, получения биологически активных веществ различного назначения, деструкторов веществ, загрязняющих окружающую среду.
Получение и практическое использование трансгенных дрожжей
Векторы для генетической модификации дрожжей. Получение улучшенных штаммов дрожжей для производства спирта, кормового белка и пива. Использование генетически модифицированных дрожжей для получения ферментов, органических кислот и белковых препаратов медицинского назначения. Искусственные дрожжевые хромосомы и их применение.
Получение и практическое использование трансгенных растений.
Агробактерии и Ti-плазмиды как основа для создания векторных систем для трансформации растений. Механизм переноса генетической информации от агробактерий в клетки растений. Методы трансформации растительных клеток и получения из них полноценных вегетирующих растений. Проверка свойств полученных исходных вариантов и создание сортов генетически модифицированных растений. Получение трансгенных растений с улучшенными сельскохозяйственными характеристиками (гербицидоустойчивость; устойчивость к насекомым-вредителям, фитопатогенным вирусам и бактериям; устойчивость к стрессовым воздействиям). Трансгенные растения с улучшенными пищевыми и декоративными характеристиками. Получение трансгенных растений для нужд текстильной, химической и фармацевтической промышленности.