Нано- та ДНК-технології
Спеціальність: Біотехнології та біоінженерія
Код дисципліни: 7.162.03.E.018
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Технологія біологічно-активних сполук, фармації та біотехнологія
Лектор: доцент Заярнюк Наталія Леонідівна
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у студентів необхідних компетентностей, таких як
загальні компетентності:
ЗК4: здатність проведення досліджень на відповідному рівні. Здатність проявляти креативність і продукувати нові ідеї і абстрактно та системно мислити, аналізувати та синтезувати.
ЗК5: здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел. Здатність до засвоєння нових знань, прогресивних технологій та різноманітних інформацій впродовж життя.
ЗК7: здатність діяти соціально відповідально та свідомо. Здатність сприймати і дотримуватись етичних норм поведінки відносно людей та природи та розуміти наслідки впливу діяльності організацій і підприємств на довкілля.
фахові компетентності:
СК1: здатність захищати інтелектуальну власність та патентувати винаходи у біотехнології.
СК2: здатність здійснювати пошук необхідної інформації в науковій і технічній літературі, базі знань та інших джерелах.
СК4: здатність планувати і виконувати експериментальні роботи в галузі біотехнології з використанням сучасних обладнання та методів, інтерпретувати отримані дані на основі сукупності сучасних знань та уявлень про об’єкт і предмет дослідження, робити обґрунтовані висновки.
СК7: здатність розробляти та вдосконалювати комплексні біотехнології на основі розуміння наукових сучасних фактів. Концепцій, теорій, принципів і методів біоінженерії і природничих наук.
СК10: здатність застосовувати проблемно-орієнтовані методи аналізу та оптимізації біотехнологічних процесів.
СК28: здатність розробляти нові біологічні агенти та/або проводити оптимізацію вже існуючих з метою підвищення ефективності біотехнологічних процесів.
ФК1.2: знання про ГМО і ДНК-технології та використання останніх в селекції та паспортизації.
Результати навчання: У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі програмні результати навчання:
Програмні результати:
ПР01. Вміти здійснювати патентний пошук, знаходити та обробляти необхідну науково-технічну інформацію; самостійно складати заявку на винахід.
ПР02. Знати вітчизняне та міжнародне законодавство у сфері авторського права. Вміти захищати свою інтелектуальну власність та уникати порушень
інтелектуальної власності інших осіб.
ПР04. Вміти обирати та застосовувати найбільш придатні методи математичного моделювання та оптимізації при розробленні науково-технічних проектів.
ПР05. Знати молекулярну організацію та регуляцію експресії генів, реплікації,
рекомбінації та репарації, рестрикції та модифікації генетичного матеріалу у про- та еукаріотів, стратегію створення рекомбінантних ДНК для цілеспрямованого
конструювання біологічних агентів.
ПР06. Знати та оцінювати основні методичні прийоми культивування
еукаріотичних клітин тваринного та рослинного походження, розробляти нові
технології їх застосування у наукових цілях, медицині, сільському господарстві
тощо.
ПР08. Планувати та управляти науково-дослідними, науково-технічними та/або
виробничими проектами у галузі біотехнології, базуючись на сучасних тенденціях розвитку науки, техніки та суспільства.
ПР09. Вміти розробляти, обґрунтовувати та застосовувати методи та засоби
захисту людини та навколишнього середовища від небезпечних факторів
техногенного та біологічного походження.
ПР10. Упроваджувати найбільш ефективні біотехнологічні методи та прийоми
у практичну виробничу діяльність на основі оцінки ефективності передових
біотехнологій та врахування загальних тенденцій розвитку новітніх біотехнологій у провідних країнах.
ПР11. Вільно спілкуватися усно і письмово державною та іноземною мовами,
обговорювати з фахівцями і нефахівцями результати досліджень, інновації та/або
управління виробництвом і біотехнології.
ПР12. Знаходити необхідну інформацію у науковій та довідниковій літературі,
електронних базах, інших джерелах інформації, оцінювати її релевантність та
достовірність.
ПР15. Мати навички планування та виконання експериментальних досліджень як особисто, так і у колективі, критичного аналізу отриманих результатів; оформлення результатів досліджень у вигляді звіту, наукової публікації,
презентації на наукових та інших заходах.
Вибіркові:
ПР01.1: Аналізувати відомості про біоінформатику, біосенсорику, біонанотехнології та біотрансформації, біотероризм та біозахист.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Пререквізити
1. Сучасне застосування біотехнологічних методів
2. Біотехнологія антибіотиків та вітамінів.
3. Біотехнологія мунопрепаратів та пробіотиків.
Кореквізити
1. Технологія біологічно активних добавок
2. Безпека та методи контролю в біотехнології
3. Методологія та організація наукових досліджень, інтелектуальна власність та інноватика
Короткий зміст навчальної програми: Представлено матеріал щодо основних властивостей наноматеріалів та взаємодії нанооб’єктів у складі наносистем і з навколишнім середовищем; методи синтезу та аналізу функціональних полімерів, що можуть бути носіями лікарських субстанцій, а також колоїдних (мінеральних та полімерних) наночастинок з хімічно активною поверхнею; основи організації генетичного матеріалу живої клітини, загальні положення, що лежать в основі технології рекомбінантних ДНК, застосування ДНК- та РНК- векторів як наноносіїв біологічно активних сполук у біотехнології та медицині та інші прикладні аспекти використання методів молекулярного клонування ДНК.
Опис: Предмет, мета та завдання курсу. Основні етапи розвитку
нанонауки. Нанотехнології, Наноструктури та наноматеріали.
Ліпосоми, наночастинки, наностержні, нанотрубки, фулерени, наноскейл, наносфери, квантові мітки, дендримери, нанопроволока, нанокомпозити, нановолокна,
нанокапсули, нанометали.
2 Наноматеріали і наночастинки. Основні види наноматеріалів, їх фізико-хімічні та фармакологічні властивлості, методи одержання та перспективи застосування. Впровадження наноматеріалів (біомаркерів) в протеоміку та геноміку, візуальна діагностика клітинних структур. Розробка нанотехнологій. Нанороботи в біотехнології та медицині.
3 Нанорозмірні системи доставки ліків. Класифікація та основі вимоги, що висуваються до препаратів на основі систем доставки ліків. Нанорозмірні системи доставки лікарських речовин першого, другого та третього покоління. Ліпосоми, нанокапсули, наночастинки, полімерні міцели. Мікронізація лікарських субстанцій. Вимоги до фізико- хімічних властивостей полімерів – носіїв. Системи
внутрішньоклітинної доставки та генна терапія. Неорганічні наноносії.
4 Полімерні наноструктури. Біологічно активні полімери.Технологічні підходи до одержання полімерних носіїв. Методи синтезу полімерів. Модифікація полімерів. Біологічна активність полімерів, полімери із власною біологічною активністю. Неіоногенні полімери, полікатіони, поліаніони, синтетичні аналоги нуклеїнових кислот,
полімерні комплекси.
5 Молекулярне конструювання полімерів - похідних біологічно активних речовин. Полімерні похідні нозькомолекулярних сполук прищепленого типу. Полімерні похідні гормонів, речовин, що діють на нервову систему, вітамінів, антибіотиків тощо. Наносії третього покоління. Використання елементів крові глікопротеїнів та ДНК та РНК
векторів.
6 Технологія рекомбінантних ДНК, передумови її виникнення. Методи створення рекомбінантних молекул. Основні ферменти матричного синтезу, їх використання в технології рекомбінантних ДНК. Виділення клонованих генів. Молекула-вектор. Поняття про трансфекцію та трансформацію. Необхідні властивості вектора. Плазмідні вектори. Клонування з використанням гомополімерних хвостів та з використанням лінкерів. Основні селективні маркери. Вектори на основі фага ?, косміди, бінарні та
інтегруючі вектори.
7 Конструювання та функціонування векторів. Експресуючі
вектори. Фактори, що впливають на ефективність експресії
рекомбінантних генів на рівні транскрипції та трансляції. Регуляція активності промотору, ділянка Шайна-Дальгарно, співпадання рамок зчитування. Химерна та гібридна ДНК.
Стабільність утворених білків.
8 Вектори для переносу ДНК в клітини рослин та тварин. Особливості еукаріотичного вектору. Вектори для клонування в дріжджових клітинах. Поняття про транспозони. Вектори серії YAC. Введення екзогенної ДНК в рослинні клітини. Векторні системи на основі плазмід коронкових галів. Введення генів в клітини ссавців. Вірусні вектори. Заміщення ранньої та пізньої ділянок SV40, трансформація клітин з утворенням спеціальних культур типу COS. Вектори на основі ретровірусів. Бакуловірусні векторні системи. Конструювання штучних антигенів та вакцин. Ризики та шкідливі наслідки використання наноматеріалів. Етичні та соціальні проблеми нанобіотехнології та нанобіомедицини. Рішення асиломарської конференції та подальше забезпечення
безпеки роботи з рекомбінантною ДНК.
Методи та критерії оцінювання: Під час вивчення предмету використовуються наступні методи:
1. За типом викладу використовують репродуктивний (словесний) та інформаційно рецептивний (наочний).
2. За рівнем викладу використовують словесний метод – лекція, розповідь, пояснення, бесіда, інструктаж; наочний пояснювально-ілюстративний метод – демонстрація, ілюстрація; лабораторна робота - проблемно-пошукові методи.
3. За рівнем самостійної розумової діяльності використовують методи: проблемного викладання, евристичний та дослідницький методи.
4. За характером логіки пізнання використовують методи: аналітичний, синтетичний, аналітико-синтетичний, індуктивний, дедуктивний методи.
Методи, які застосовуються під час проведення занять:
- лекції проводяться у формі бесіди, дискусії, з використанням схем, різного роздаткового матеріалу та мультимедійних технологій;
- лабораторні заняття проводяться у формі виконання завдань, частково-пошукових та дослідницьких робіт; виконання тестів;
- самостійна робота проводиться у формі виконання індивідуальних завдань, їх оформлення та захисту.
Критерії оцінювання результатів навчання: • поточний контроль – 40 % (письмові звіти з лабораторних – 10%, практичних робіт і усне опитування – 10%, індивідуальна робота - 20%)
• підсумковий контроль -60 %, (письмова контрольна робота – 50 %, усна компонента - 10%)
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Електронний навчально- методичний комплекс «Нано- та ДНК-технології» спец. 162 „Біотехнології та біоінженерія” [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=692 Реєстраційний № E.41-218-252/2020 від 07.07.2020.
1. Чекман І.С. Нанофармакоглогія. Київ, 2009.-.350 с.
2. Чекман І.С., Симонов П.В. Природні наноструктури та наномеханізми. – К.: Задруга,, 2012.- 104 с.
3. Ehud Gazit. Plenty of room for biology at the bottom: an Introduction to Bionanotechnology. Газит Эхуд. Нанобиотехнология, необьятные перспективы развития. /-уч., пер. с англ. -М: Научный мир, 2011. – 152 с. URL: https://fileskachat.com/download/24186_5fae1d6ade76c9cb7451001dad2eaa99.html
4. Огурцов А.Н. Бионанотехнология: Принципы и применение. Учебное пособие. - Харьков: ХПИ, 2012. - 480 с.
5. Nanobiotechnology. Microbes and Plant Assisted Synthesis of Nanoparticles, Mechanisms and Applications. Book – 2021. URL: https://doi.org/10.1016/C2019-0-05231-
6. Допоміжні речовини в технології ліків: вплив на технологічні, споживчі, економічні характеристики і терапевтичну ефективність : навч. посіб. для студ. вищ. фармац. навч. закл. / авт.- уклад. : І. М. Перцев, Д. І. Дмитрієвський, В. Д. Рибачук, — Х. : Золоті сторінки, 2010. — 600 с. URL: http://www.dspace.nuph.edu.ua › bitstream
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).