Тема 6. Биотехнология первичных метаболитов. Получение аминокислот, витаминов, ферментов и коферментов биотехнологическими методами

Цель: сформировать у студентов знания по получению первичных метаболитов биотехнологическими методами.

Задачи обучения:

- углубить и закрепить знания по теме занятия;

- сформировать у студентов практические навыки

- проверить эффективность и результативность самостоятельной работы студентов над учебным материалом.

Основные вопросы темы:

1.Моноклональные антитела.

2.Тромболитики и антикоагулянты.

3.Аминокислоты.

4.L-аскорбиновая кислота.

5.Витамины. Традиционные методы получения.

6.Микробиологический синтез витаминов.

7.Витамин В12, Витамин РР, витамин В2, пантотеновая кислота.

8.Витамин D, эргостерин, витамин А.

Форма проведения: практическое занятие

Методы обучения и преподавания:малые группы, дискуссия, презентации

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Н.К.Жакирова, Т.Б.Байзолданов, З.Б.Сакипова. Основы фармацевтической биотехнологии, Уч. пособие, Алматы КазНМУ,Эверо, 2005 – 223 с.

2. Т.П. Прищеп, В.С. Чучалин, К.Л. Зайков, Л.К. Михалева, Л.С. Белова «Основы фармацевтической биотехнологии.» Уч. пособие 2005 – 252 с.

3. Биотехнология Уч. пособие (под редакцией Н.С. Егорова) – М. 1987.

5. Биотехнология. Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева – М.: «Академия», 2007. – С.3-8; 14-24.

6. Фармацевтическая биотехнология : рук. к практ. занятиям : учеб. пособие / С.Н. орехов ; под ред. В.А. Быкова, А.В. катлинского. – м.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. – С. 7-21.

б) Дополнительная:

5. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980.

6. Биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. - М.: Мир. - 1988, 480 с.

Вопросы для самоконтроля

1.Из чего состоит молекула антитела?

2. Как осуществляется реакция иммунного ответа?

3. Какие вы знаете методы облегчения доставки ЛВ к месту его действия?

4. Из чего состоят системы свертывания и антисвертывания крови?

5. Что такое АПг? Какие типы АПг вы знаете?

6. Что такое плазмин и какие функции он осуществляет?

7. Что такое урокиназа и как ее получают? Препараты.

8. Что такое стрептокиназа? Как ее получают? Препараты.

9. Что такое стрептодеказа? Иммобилизированные ферменты: определение, реакторы, используемые для получения иммоб. ферментов, методы получения иммобилизированных ферментов.

10. Опишите комплекс стрептокиназы и АПг.

11. Антикоагулянты. Препараты, их получение.

12. Аминокислоты.

13. L-аскорбиновая кислота, ее синтез.

Тема 7. Биотехнология вторичных метаболитов. Получение антибиотиков биотехнологическими методами.

Цель: сформировать у студентов знания по получению антибиотиков биотехнологическими методами, общую технологическую схему, механизмы действия антибиотиков.

Задачи обучения:

- углубить и закрепить знания по теме занятия;

- сформировать у студентов практические навыки

- проверить эффективность и результативность самостоятельной работы студентов над учебным материалом.

Основные вопросы темы:

1.Общие понятия об антибиотиках (а/б). А/б как вторичные метаболиты.

2. Типы связей между микробиологическими сообществами.

3. Основные этапы развития производства а/б.

4. Причины быстрого роста числа а/б.

5. В чем заключается специфичность а/б.

6. Классификации а/б. Механизмы биосинтеза а/б.

7. Биотехнология а/б. Схема производства а/б . Фазы процесса ферментации а/б.

8. Методы выделения и очистки а/б.

9. Механизмы действия а/б.

Форма проведения: практическое занятие

Методы обучения и преподавания:малые группы, дискуссия, презентации

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

3. Биотехнология Уч. пособие (под редакцией Н.С. Егорова) – М. 1987.

5. Биотехнология. Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева – М.: «Академия», 2007. – С.3-8; 14-24.

б) Дополнительная:

5. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980.

6. Биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. - М.: Мир. - 1988, 480 с.

Вопросы для самоконтроля

1. Общие понятия об антибиотиках (а/б).

2. Охарактеризуйте типы связей между микробиологическими сообществами.

3. Охарактеризуйте методы выделения и очистки а/б.

4. Охарактеризуйте механизмы действия а/б

5.В чем заключаются механизмы биосинтеза антибиотиков?
6. Какие основные стадии можно выделить в производстве антибиотиков в процессе микробного синтеза?

7. Какова общая структура беталактамов?

Тема 8. Получение лекарственных веществ на основе растительных культур тканей. Культивирование растительных клеток.

Цель: сформировать у студентов знания по получению лекарственных веществ на основе растительных культур тканей.

Задачи обучения:

- углубить и закрепить знания по теме занятия;

- сформировать у студентов практические навыки

- проверить эффективность и результативность самостоятельной работы студентов над учебным материалом.

Основные вопросы темы:

1. Культура изолированных клеток, тканей и органов растений.

2. Особенности культивирования изолированных клеток и тканей растений.

3. Методы культивирования изолированных клеток и тканей.

4. Культура растительных клеток как источник ЛВ.

Форма проведения: практическое занятие

Методы обучения и преподавания:малые группы, дискуссия, презентации

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

3. Биотехнология Уч. пособие (под редакцией Н.С. Егорова) – М. 1987.

5. Биотехнология. Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева – М.: «Академия», 2007. – С.3-8; 14-24.

б) Дополнительная:

5. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980.

6. Биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. - М.: Мир. - 1988, 480 с.

Вопросы для самоконтроля

Задания для самостоятельной работы по изучаемой теме:

1. Завершите определения: Микроклональное размножение – Прямая регенерация – Косвенная регенерация – Гомокариоты – Гетерокариоты – Протопласты –

2. Ответьте на вопросы (в рабочих тетрадях):

2.1. Охарактеризуйте каллусные культуры и твердофазный способ культивирования.

2.2. Охарактеризуйте глубинное суспензионное культивирование.

2.3. Дайте характеристику культуры протопластов.

Тема 9. Получение иммунобиологических препаратов.

Цель: сформировать у студентов знания по получению иммунобиологических препаратов биотехнологическим путем.

Задачи обучения:

- углубить и закрепить знания по теме занятия;

- сформировать у студентов практические навыки

- проверить эффективность и результативность самостоятельной работы студентов над учебным материалом.

Основные вопросы темы:

1. Вирусы, их строение. Репликация вирусов.

2. Подходы к разработке вакцин с помощью технологии рекомбинантных ДНК.

3. ДНК – вакцины. Принципы их действия.

4. Противогерпетические и противосальмонелезные вакцины.

5. Цитокины. Интерфероны. Типы ИФН человека.

6. Получение кДНК из ИФН.

7. Интерлейкины.

8. Препараты ИФН человека.

Форма проведения: практическое занятие

Методы обучения и преподавания:малые группы, дискуссия, презентации

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

3. Биотехнология Уч. пособие (под редакцией Н.С. Егорова) – М. 1987.

5. Биотехнология. Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева – М.: «Академия», 2007. – С.3-8; 14-24.

б) Дополнительная:

5. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980.

6. Биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. - М.: Мир. - 1988, 480 с.

Вопросы для самоконтроля

Задания для самостоятельной работы по изучаемой теме (выполнить письменно):

Завершите определения:

Вакцины – это

Интерфероны – это

Интерлейкины – это

Вирусы – это

2. Ответьте на вопросы (письменно в рабочих тетрадях):

2.1. Этапы репликации вирусов.

2.2. Препараты ИФН человека.

2.3. Живые вакцины (общие сведения).

2.4. Инактивированные вакцины (общие сведения).

2.5. Комбинированные вакцины.

2.6. Сыворотки.

Тема 10.Биобезопасность и государственный контроль. Единая система GLP-GCP И GMP для производства и контроля качества лекарственных средств, полученных биотехнологическими методами.

Цель: : студенты должны изучить экологические основы в биотехнологии, аспекты использования правил GMP, GLP-GCP в биотехнологическом призводстве.

Задачи обучения:

- углубить и закрепить знания по теме занятия;

- сформировать у студентов практические навыки

- проверить эффективность и результативность самостоятельной работы студентов над учебным материалом.

Основные вопросы темы:

1. Система GMP производства и контроля качества ЛС.

2. Общая характеристика правил GLP и GCP.

3. Экологические аспекты биотехнологии

4. Эколого – биохимические взаимодействия в организменных сообществах.

5. Биодеградация токсических соединений и утилизация биомассы.

6. Основные санитарные и экологические требования к биотехнологическому производству.

Форма проведения: практическое занятие

Методы обучения и преподавания:малые группы, дискуссия, презентации

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

3. Биотехнология Уч. пособие (под редакцией Н.С. Егорова) – М. 1987.

5. Биотехнология. Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева – М.: «Академия», 2007. – С.3-8; 14-24.

б) Дополнительная:

5. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980.

6. Биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. - М.: Мир. - 1988, 480 с.

Вопросы для самоконтроля

Задания для самостоятельной работы по изучаемой теме (выполнить письменно):

Завершите определения:

Отходы – это Экология – это Феромоны – это Алломоны – это Кайромоны – это

2. Ответьте на вопросы (в рабочих тетрадях):

2.1. Что собой представляют биотехнологические отходы?

2.2. Какова роль генной инженерии в экологии?

2.3. Какие схемы существуют по очистке твердых, жидких и газообразных отходов?

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТА С ПРЕПОДАВАТЕЛЯМИ

Тема1. Введение в биотехнологию.

Цель– дать представление о теоретических и экспериментальных подходах к изучению кинетики микробного роста.

Задачи:

– обучение методологии теоретико-экспериментального планирования эксперимента, методам построения моделей роста микроорганизмов;

– обучение технике культивирования микроорганизмов с регистрацией стадийности роста микроорганизмов.

Объект: микробные культуры, лабораторное ферментационное и аналитическое оборудование.

Работа 1.Планирование эксперимента и построение модели на примере выращивания микроорганизмов

Цель работы:приобретение навыков в проведении гетеротрофного культивирования микроорганизмов, в планировании эксперимента и получении модели.

Планирование эксперимента применяется для изучения механизмов протекающих биотехнологических процессов и их оптимизации. Задачей планирования является выбор необходимых для эксперимента опытов, методов математической обработки их результатов и принятия решений. Планирование эксперимента предполагает активное вмешательство в процесс и возможность выбора в каждом опыте тех факторов, которые представляют интерес. Все способы воздействия на изучаемый объект обозначаются буквой X и называются факторами. Каждый фактор может принимать в опыте одно из нескольких значений, такие значения называются уровнями. При планировании эксперимента полученные результаты должны быть воспроизводимыми, а объект управляем. Общую схему реализации эксперимента представляют в

следущем виде:

Сбор и анализ данных по культивированию

Выбор факторов (критериев оптимизации)

Постановка эксперимента по матрице планирования

Получение обобщающей зависимости

Проверка адекватности модели и значимости коэффициентов

Экспериментальная проверка расчетных параметров

Оптимизация модели

В данной работе в качестве переменного фактора приняты температура рабочей жидкости X1, концентрация фруктозы Х2 и объем рабочей среды X3. Выходным параметром является удельная скорость роста биомассы микроорганизмов Y при гетеротрофном культивировании.

Материалы и оборудование:

1. Музейная культура штамма R. eutrophus B-5786;

2. Стерильный раствор базового фосфатного буфера для среды;

3. Маточные стерильные растворы микроэлементов, железа лимонно-кислого, сульфата магния и хлористого аммония;

4. Шпатели, спиртовка, мерная посуда, пипетки, колбы для выращивания бактерий, резиновые пробки с микробиологическими фильтрами;

5. Термостатируемая качалка.

Ход работы:

1. Рассчитать количество необходимых опытов по формуле N = 2n, где n – количество факторов X1, X2, X3.

2. Построить матрицу планирования в виде табл. 1.1.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

3. Биотехнология Уч. пособие (под редакцией Н.С. Егорова) – М. 1987.

5. Биотехнология. Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева – М.: «Академия», 2007. – С.3-8; 14-24.

б) Дополнительная:

5. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980.

6. Биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. - М.: Мир. - 1988, 480 с.

Тема 2-4. Пути и методы, используемые при получении биообъектов. Иерархическая структура биотехнологического производства. Методы создания и совершенствования биообъектов.

Цель: углубить знания по путям и методам, используемых при получении биообъектов. Иерархическая структура биотехнологического производства. Методы создания и совершенствования биообъектов.

Задачи обучения:

- углубить и закрепить знания по теме занятия;

- проверить эффективность и результативность самостоятельной работы студентов над учебным материалом.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

3. Биотехнология Уч. пособие (под редакцией Н.С. Егорова) – М. 1987.

5. Биотехнология. Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева – М.: «Академия», 2007. – С.3-8; 14-24.

б) Дополнительная:

5. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980.

6. Биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. - М.: Мир. - 1988, 480 с.

Решите задачи.

Задача №1.

Явление резистентности, часто определяющее скрининг ЛС, связано с их активностью.

Обоснуйте биологическую активность сульфаниламидов с этих позиций.

Проанализируйте указанные факторы и дайте обоснование биологической активности сульфаниламидов в данном лекарственном средстве (препарате?).

Задача №2.

В процессе биотехнологического процесса из ядра клетки патогенного для человека микроорганизма выделен геном, в котором был выбран определенный ген (участок нуклеиновой кислоты микроорганизма). Данный ген размножен с применением ПЦР. В базе антимикробных агентов выбран один, взаимодействие с которым подавило активность гена наиболее эффективно. Затем выбранный из антимикробный агент был опробован в действии на целую микробную клетку исходного микроорганизма, вызвав выраженное подавление ее жизнедеятельности.

1. Определите вид скрининга антимикробной структуры для конкретного патогенна.

2. Выделите основные этапы скрининга, определите их значение в ходе скрининга .

3. Для чего применяется данный вид скрининга антимикробной структуры.

4. Что послужит продолжением указанного процесса?

Задача №3.

Стадия ферментации – центральная среди этапов промышленного производства. Под ферментацией понимают всю совокупность последовательных операций от внесения в заранее приготовленную и термостатированную среду инокулята до завершения процессов роста, биосинтеза или биотрансформации.

1. Какие два вида ферментации вам известны?

2. С помощью какого оборудования осуществляется ферментация? Его основные элементы, схематическое изображение.

3. Как технологическое оформление процессов промышленной биотехнологии зависти от отношения микроорганизма-продуцента к кислороду? Три группы биореакторов.

4. Способы управления процессом ферментации.

Задача № 4.

Установите правильную последовательность стадий и операций технологического процесса, представленных на схеме, заполните недостающие операции стадии «Выделение целевого продукта». Предложите методы и аппаратурное оснащение операции «Дезинтеграция клеток».

1. Подготовка и стерилизация газового потока

2. Подготовка и стерилизация оборудования и коммуникаций

3. Подготовка и стерилизация субстрата

4. Разделение культуральной суспензии

5. Обработка культуральной суспензии

6. Анализ целевого продукта

7. Дезинтеграция клеток

8. Выделение индивидуального вещества

9. Культивирование биообъекта

10.Подготовка биообъекта

11.Сушка целевого продукта

12.Фасовка, упаковка, маркировка лекарственной субстанции