Программа кандидатского экзамена послевузовского профессионального образования (аспирантура) по специальной дисциплине 03. 01. 06 «Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)» (биологические науки)

Тема 8. Научные основы инженерного оформления биотехнологий.

Стерилизация технологических потоков и оборудования. Классификация производств биосинтеза по отношению к контаминации. Возможные пути проникновения посторонней микрофлоры в биореактор. Асептическое культивирование. Методы отделения и деструкции контаминантов, их сравнительный анализ. Способы стерилизации жидкостей, твердых субстратов и воздуха. Термическая стерилизация. Критерии стерилизации, их расчет для изотермического, непрерывного и нестационарных условий. Аппаратурное оформление стадий. Деконтаминация воздуха и оборудования в производственных помещениях.

Материальный и энергетический балансы процесса биосинтеза. Стехиометрия микробиологического синтеза. Методы расчета стехиометрических коэффициентов и составление материального баланса стадии биосинтеза. Влияние условий культивирования продуцента на тепловыделение, величину экономического коэффициента и степень утилизации субстрата. Потребление кислорода микроорганизмами. Массопередача кислорода от воздуха к клеткам. Концентрационные "ямы". Массопередача углекислого газа. Массообменные характеристики ферментационного оборудования. Пенообразование и пеногашение. Перемешивание при ферментации и его виды. Массообменный и тепловой расчеты биореакторов: по областям применения, по условиям проведения процессов биосинтеза. Основное ферментационное оборудование, его виды и предварительный подбор.

Биореакторы периодические и непрерывно действующие, полного смешения, полного вытеснения и промежуточного типа. Биореакторы для осуществления асептических, условно-асептических и неасептических операций.

Классификация биореакторов по способу ввода энергии: аппараты с механическим перемешиванием, барботажный, эрлифтный. Методы определения величины коэффициента массопередачи в биореакторах различной конструкции.

Основы моделирования биореакторов. Этапы моделирования. Параметры моделирования и их сопоставление. Моделирование по вводимой удельной энергии, по интенсивности массопереноса кислорода. Исследование и разработка принципов и алгоритмов оптимального компьютерного проектирования биотехнологических систем.

Тема 9. Описание основного оборудования для выделения, концентрирования и очистки продуктов биосинтеза с целью получения готовых товарных форм препаратов

Оборудование для разделения микробных суспензий, жидкой и твердой фазы (центрифуги осадительного и фильтрующего типа с периодической и с непрерывной выгрузкой осадка; суперцентрифуги; сепараторы для фильтрования и отжима осадков).

Оборудование для концентрирования культуральных жидкостей и нативных растворов вакуум-выпариванием (аппараты с восходящей и падающей пленкой; роторно-пленочные испарители). Оборудование для проведения процессов осаждения (влияние начальной концентрации осаждаемого вещества, температуры на скорость образования осадка).

Оборудование для проведения процессов экстракции из твердой фазы и органическим растворителем (влияние соотношения фаз, времени контакта фаз на эффективность процесса).

Оборудование для баромембранного разделения и очистки продуктов биосинтеза и воздуха (микрофильтрация, ультрафильтрация; обратный осмос; селективность баромембранных процессов; концентрация гелеобразования).

Оборудование для хроматографического концентрирования и разделения компонентов нативного раствора (ионный обмен и гельфильтрация; очистка продуктов биосинтеза на гидрофобных сорбентах). Оборудование для сушки биотехнологической продукции (сушилки распылительные, вальцово- ленточные, барабанные, кипящего слоя, пневматические, сублимационные, вакуумные и вакуумные с подбросом давления).

Оборудование для очистки газо-воздушных выбросов и сточных вод (трубы Вентури, скрубберы мокрой очистки, отстойники, биофильтры, аэротенки, окситенки, метантенки).

Принципы регулирования, контроля и автоматического управления процессами биосинтеза. Создание и эксплуатация приборов, систем измерения физико-химических, физиологических и биофизических параметров, компьютеризированных технологических комплексов.

Литература

Основная основная

  1. Егорова Т.А. Основы биотехнологии / Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А. Жинухина. – М.: Академия, 2006. – 208 с.

  2. Коничев, А.С. Молекулярная биология/ А.С. Коничев, Г.А. Севастьянова. – М.: Академия, 2005. – 400 с.

  3. Жимулев И.Ф. Общая и молекуляная генетика / И.Ф. Жимулев.- Новосибирск.: Изд-во Нов. Сиб. Универ. -2006. – 479с.

  4. Комов В.П. Биохимия: учебник для вузов / В.П. Комов, В.И. Шведова.-М.: Дрофа, 2008. – 640 с.

Дополнительная

  1. Биотехнология / под ред. Ю. О. Сазыкина, С. Н. Орехова, И. И. Чакалева. - М. : Академия, 2006. - 256 с.

  2. Биотехнология биологически активных веществ / под ред. И.М. Грачевой и Л.А. Ивановой - М.: Изд-во НПО «Элевар», 2006 – 453 с.

  3. Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии / В.В. Бирюков. - М.: КолосС, 2004. - 295 с.

  4. Большой практикум по биотехнологии / Т. Г. Волова и др. - Красноярск: Краснояр. гос. ун-т, 2005. - 128 с.

  5. Винаров А.Ю. Ферментационные аппараты для процессов микро­биологического синтеза /А. Ю. Винаров и др. ; под ред. В. А. Быкова. - ­М. : ДеЛи Принт, 2005. - 278 с.

  6. Глик Б. Молекулярная биотехнология: принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак / под ред.Н.К.Янковского. - М. : Мир, 2002. – 589 с.

  7. Елинов Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. - СПб.: Наука (Сибирское отделение), 1995. - 600 с.

  8. Картель Н.А. Биотехнология в растениеводстве / Н.А.Картель, А.В. Кильчевский. - Минск: Тэхналогiя, 2005. – 178 с.

  9. Квеситадзе Г.И. Введение в биотехнологию / Г.И. Квеситадзе, А.М. Безбородов. - М.: Наука, 2002. – 284 с.

  10. Кузнецов А.Е. Научные основы экобиотехнологии / А.Е. Кузнецов, Н.Б. Градова. - М. Мир, 2006 г. - 504 с.

  11. Минкевич И.Г. Материально-энергетический баланс и кинетика роста микроорганизмов /И. Г. Минкевич. - Ижевск : «Регулярная и хаотическая динамика», 2005. – 352 с.

  12. Основы фармацевтической биотехнологии. / Т.П. Прищеп и др. - Ростов на Дону: Феникс, 2006.

  13. Першина Л.А. Основные методы культивирования iп vitro в био­технологии растений / Л.А. Першина. - Новосибирск: Новосиб. ун-т., 2005. - 142 с.

  14. Прикладная экобиотехнология / Кузнецов А.Е. и др. В 2-х тт. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010 г. - Т.l - 629 с., Т.2 - 485 с.

  15. Рис Э. Введение в молекулярную биологию клетки / Э. Рис, М. Стернберг. - М.: Мир, 2002. - 142 с.

  16. Саловарова В.П. Биотехнология биологически активных веществ / В.П. Саловарова. - М.: НПО Элевар, 2006. – 568 с.

  17. Саловарова В.П. Эколого-биотехнологические основы конверсии растительных субстратов / В.П. Саловарова, Ю.П. Козлов. - М.: Издательский дом «Энергия», 2007. – 544 с.

  18. Сельскохозяйственная биотехнология /под ред. В.С. Шевелуха. - М.: Высшая школа, 2008. – 710 с.

  19. Современные проблемы и методы биотехнологии: Т.Г. Волова и др. - ­Красноярск: изд-во СФУ, 2009. - 424 с.

  20. Тимощенко Л.В.Основы биотехнологии / Л.В. Тимошенко, М.В. Чубик. - Томск: Изд-во ТПУ, 2005. - 220 с.

  21. Штерншис М.В. Биотехнология в защите растений / М.В. Штерншис, О.Г. Томилова, И.В. Андреева. - Новосибиск: ИГАУ, 2003. – 153 с.

  22. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия /С. Н. Щелкунов. - ­Новосибирск: Сибирское университет, 2004. – 496 с.

ПРОГРАММА

(часть 2 – дополнительная)

кандидатского экзамена по специальности

03.01.06 – «Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)»

Тема 1. Главные слагаемые биотехнологических производств.

Биологические объекты и продукты биотехнологических процессов. Принцип отбора биообъектов для производства. Первичные и вторичные метаболиты. Основные критерии оценки биотехнологических процессов. Способы усиления активности биообъектов. Сверхсинтез продуктов у биообъектов с измененным генотипом. Стабильность генетических свойств мутантов и рекомбинантов. Хранение биообъектов: методы и условия. Условия реактивации и определение жизнеспособности клеток.

Культивирование биологических объектов. Субстраты для культивирования биообъектов. Характеристика важнейших групп субстратов, используемых в биотехнологии, их экологическое значение. Составление рецептур питательных сред. Среды для выращивания клеток растений, животных, микроорганизмов. Обеззараживание питательных сред. Математическое моделирование и оптимизация биотехнологических процессов. Методы математического моделирования. Математические модели, учитывающие гидродинамику и массообмен в процессах культивирования.

Применение математических моделей и методов планирования эксперимента при исследовании биотехнологических процессов. Использование ЭВМ для управления биотехнологическими процессами.

Тема 2.Этапы биотехнологического процесса

Научно-методические основы применения стандартных биосистем на молекулярном, клеточном, тканевом и организменных уровнях в научных исследованиях, контроле качества и оценки безопасности использования пищевых, медицинских, ветеринарных и других биопрепаратов. Разработка средств диагностики вирусных, бактериальных и грибных болезней; создание вакцин против вирусных и бактериальных болезней, биологически активных препаратов для сельского хозяйства и медицины.

Рост и развитие клеток. Кинетика клеточного роста. Влияние условий среды на рост клеток. Регуляция скорости роста клеток. Системы ферментации. Принципы действия и конструкции ферментаторов. Биотехнологические процессы периодического и непрерывного действия. Специализированные типы биотехнологических процессов. Культивирование растительных и животных клеток. Общие принципы и проблемы масштабирования в биотехнологии. Выделение и очистка продуктов ферментации. Получение целевых продуктов различной степени очистки. Современные методы разделения веществ. Получение целевых продуктов различной степени очистки. Обезвоживание продукта, способы его модификации и стабилизации.

Тема 3.Ферментная биотехнология

Источники ферментов. Ферменты животного и растительного происхождения. Микробные ферментные препараты. Основные технологические этапы производства ферментных препаратов.Синтез ферментов. Индукция и репрессия синтеза ферментов. Стабильность ферментов. Вещества и факторы, вызывающие инактивацию ферментов. Пути стабилизации ферментов.

Иммобилизовавнные ферменты. Носители для иммобилизации ферментов. Иммобилизация путем адсорбции на нерастворимых носителях. Иммобилизация ферментов путем включения в гели. Иммобилизация ферментов с использованием систем двухфазного типа. Иммобилизация ферментов с использованием полупроницаемых мембран. Микрокапсулирование. Химические методы иммобилизации. Иммобилизованые клетки, клеточные органеллы. Соиммобилизация. Биотехнологии, основанные на использовании иммобилизованных ферментов.

Тема 4. Молекулярная биотехнология. Новые методы молекулярного клонирования генов для целей производства.

Конструирование векторов, генов, рекомбинантных ДНК, гибридомная технология. Генно-инженерные методы селекции и воспроизводства растений и животных, получение трансгенных организмов. Соматическая гибридизация растений для преодоления не скрещиваемости между видами. Клеточная селекция на устойчивость к абиотическим факторам среды. Разработка методов гаметной и зиготной селекции. Методы хромосомной реконструкции геномов, включая получение гаплоидов и удвоенных гаплоидов для быстрой гомозиготизации материала и ускорения селекционного процесса. Создание и репродукция in vitro уникальных генотипов растений, поддержание генетических коллекций. Разработка, совершенствование и внедрение в практику методов микроклонального размножения растений. Конструирование продуцентов первичных метаболитов. Конструирование микробиологических пестицидов и растений, устойчивых к насекомым. Получение трансгенных животных с ускоренным ростом. Интеграция трансгенов с хромосомами соматических и генеративных клеток. Ретровирусные векторы для введения в генеративные клетки.

Проблемы безопасности использования генетически модифицированных организмов (ГМО) и продуктов, содержащих компоненты ГМО. ДНК-биотехнологии для сельского хозяйства, здравоохранения и охраны окружающей среды.

Тема 5. Микробиотехнология

Типовая схема микробиологического производства. Технологические режимы выращивания микроорганизмов-продуцентов, культур клеток растений и животных для получения биомассы и ее компонентов, направленного биосинтеза биологически активных соединений и других продуктов метаболизма, их состава, создание эффективных композиций биопрепаратов и разработка способов их применения. Разработка требований к сырью. Кинетика и термодинамика биотехнологических процессов.

Процессы и аппараты для микробного синтеза. Физико-химическая кинетика, гидродинамика, массо- и теплообмен в аппаратах для ферментации, сгущение биомассы, разделение клеточных суспензий, сушка, грануляция, экстракция, выделение, фракционирование, очистка, контроль и хранение конечных целевых продуктов. Оптимизация и масштабирование процессов микробного синтеза. Новые биотехнологические процессы на основе микробного синтеза, биотрансформации, биодеструкции, биоокисления. Создание технологий переработки различных отходов с получением ценных продуктов, методов анализа ферментов, белков, антибиотиков, токсинов и других биологически активных соединений.

Микробное выщелачивание металлов. Превращение, накопление и иммобилизация металлов микроорганизмами.

Создание биологических топливных элементов. Получение биогаза и других видов биотоплива. Системы трансформации энергии.

Биоконверсия растительных материалов и отходов. Механизмы микробной деградации растительных субстратов. Ферментативное превращение целлюлозы в сахара. Получение белковых препаратов пищевого и кормового назначения.

Биотрансформация растительных субстратов с целью получения этанола и органических кислот. Получение органических удобрений. Комплексная переработка растительного сырья. Получение основных продуктов питания на основе растительного сырья. Пищевые волокна. Лечебный лигнин.

  1. Организационное правовое обеспечение образовательной деятельности

    Документ
    На основании заявления ректора, решения Ученого Совета Иркутского государственного университета в соответствии с Программой аттестации образовательных учреждений (утвержденной председателем государственной инспекции по аттестации учебных
  2. Ii. Из Типового положения об образовательном учреждении

    Документ
    Статья 2. Государственная политика и государственные гарантии прав граждан Российской Федерации в области высшего и послевузовского профессионального образования
  3. Положение о порядке выборов декана факультета и заведующего кафедрой 40 положение

    Документ
    2. ПОЛОЖЕНИЕ ОБ ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА В БРЯНСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ИМЕНИ АКАДЕМИКА И.Г. ПЕТРОВСКОГО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАЧЕТНЫХ ЕДИНИЦ (КРЕДИТОВ) И БАЛЛЬНО-РЕЙТИНГОВОЙ СИСТЕМЫ 71

Другие похожие документы..