ОТЧЕТ

 

по мероприятию №  2.4.1.
Разработка учебно-методического обеспечения основной образовательной программы подготовки  магистров  223200.68.11  «Прикладные основы генной и клеточной инженерии» по направлению  Техническая физика

в рамках реализации Программы развития национального исследовательского университета

 

вид отчета: аннотационный

 

 

Ответственный исполнитель: Н.Н. Никольский  (____________)

 

 

г. Санкт-Петербург

2011 г.

 

Содержание

 

1 Цели мероприятия. 

2 Задачи мероприятия. 

3. Описание работ по мероприятию.

4 Использование в учебном процессе. 

5 Реализация и подготовка инноваций в образовательной деятельности. 

 


1 Цели мероприятия

 

-подготовка магистров для фундаментальной и прикладной науки в области генной и клеточной инженерии, обладающих современными теоретическими знаниями и экспериментальной подготовкой, способных формулировать научные и прикладные задачи и предлагать подходы для их решения, нацеленных на совершенствование и развитие своего научного потенциала и своей личности;

- повышение качества завершающей ступени профессиональной образовательной программы с обязательным сохранением ее фундаментальности и научности в многоуровневой структуре высшего профессионального образования и конкурентоспособности выпускников факультета медицинской физики и биоинженерии  СПбГПУ,  ориентированных прежде всего на  междисциплинарные научные исследования с  использованием современных высоких технологий мирового уровня.

 

2 Задачи мероприятия. 

В настоящее время в медицинской практике высокоразвитых стран сформировалась новая область - заместительная клеточная терапия. Основу её составляют наукоемкие биомедицинские технологии, в которых используются культивируемые нормальные клетки человека. Такие клетки, трансплантированные пациенту, замещают, восстанавливают или корректируют нарушенную в результате болезни или ранения структуру и функцию ткани или органа. Созданы фирмы, обеспечивающие клиники соответствующими клеточными продуктами, приготовленными с использованием культивируемых клеток. Серийно производятся культивируемые клетки кожи и хрящевой ткани.

Сложившаяся ситуация остро ставит проблемы подготовки кадров, способных решать  фундаментальные и прикладные проблемы биологии и медицины и смежных областей на молекулярном и клеточном уровнях организации биологических систем.

Факультет медицинской физики и биоинженерии наряду с классической университетской подготовкой  дает  фундаментальное образование, где связь обучения с научной деятельностью обеспечивается выпускающими кафедрами, в частности кафедрой физико-химической биологии клетки, которая располагается на базе института цитологии РАН, головного исследовательского учреждения в области клеточной биологии РФ.  Исследования, проводимые в Институте цитологии, позволяют изучать новые реалии современных  научных изысканий и отражать их в учебных дисциплинах.

 

 Вхождение России  в общеевропейское образовательное пространство остро ставит вопрос о сопоставимости и сравнимости  отечественной системы высшего образования с системами образования европейских стран. И именно качество высшего профессионального образования является фундаментом в создании общеевропейского пространства высшего образования и модернизации высшего профессионального образования России.

 

Для достижения  поставленных целей  ООП «Прикладные основы генной и клеточной инженерии» решила  следующие задачи:

 

-разработан  учебный план подготовки магистров с ориентацией на ГОС -3 и кредитно-модульную систему по очной  форме обучения, реализуемой в ГОУ «СПбГПУ»;

- разработаны инновационные рабочие программы учебных дисциплин подготовки магистров по направлению  «Техническая физика»;

- разработана итоговая государственная аттестация магистра по направлению «Техническая физика»;

- разработаны УМК учебных дисциплин учебного плана подготовки магистров;

- разработаны учебные программы практик (научно-исследовательской, научно-педагогической);

- разработан  УМК научно-исследовательской работы магистра;

- разработано положение о квалификационной работе - магистерской диссертации;

 

Коллектив преподавателей базовой кафедры физико-химической биологии клетки ФМедФ и Б в Институте цитологии РАН располагает возможностями для обеспечения теоретической и практической подготовки студентов, получающих завершающую образовательную подготовку по магистерской программе. В Институте цитологии разрабатываются фундаментальные основы современных технологий биологической  и медицинской направленности. Ряд новых разработок уже внедрены или внедряются в медицинскую практику. Непосредственное участие студентов в разработке новых теоретических и современных экспериментальных подходов для выполнения научных задач в этой области является перспективным подходом в  подготовке  кадров. По окончании магистратуры мы получаем полноценных научных сотрудников, способных не только участвовать в экспериментальном процессе, но и ставить задачи, анализировать результаты и оценивать перспективы и роль этих результатов для народного хозяйства.

 

Выпускники, получившие такую подготовку, будут востребованы в научных учреждениях Российской академии наук, в научных учреждениях Российской академии медицинских наук и Министерства здравоохранения и социального развития  России, а также в коммерческих учреждениях биотехнологической направленности. 

 

3. Описание работ по мероприятию

         Разработанная  ООП «Прикладные основы генной и клеточной инженерии» включает:

 

1) Общенаучный цикл, состоящий из базовой части – 7зачетных единиц трудоемкости  (ЗЕТ) и вариативной части – 25 ЗЕТ, всего Общенаучный цикл  включает 32 ЗЕТ.

Вариативная часть Общенаучного цикла содержит два блока дисциплин по выбору студента.

2) Профессиональный  цикл,  состоящий  из базовой части -  10 ЗЕТ  и вариативной части – 15 ЗЕТ. Всего Профессиональный цикл дисциплин включает 25 ЗЕТ.

Вариативная часть Профессионального цикла содержит блок дисциплин по выбору студента.

3) Научно-исследовательская и научно-педагогическая практики  включают – 34,5 ЗЕТ.

4) Итоговая государственная аттестация магистра - 28,5 ЗЕТ.

Общая трудоемкость разработанной ООП составляет 120 ЗЕТ.

 

Базовая часть Общенаучного цикла включает дисциплины федерального компонента.

Вариативная часть Общенаучного цикла включает дисциплины, которыеявляются теоретической основой магистерской программы.

 

Это следующие дисциплины:

 

Генная и клеточная инженерия.

1. Предмет генной инженерии. Цели и задачи генной инженерии. История развития генной инженерии. Первые важные открытия:

1.1. Рестриктазы и метилазы.

1.2. Лигазы.

1.3. Полимеразы.

1.4. Другие ферменты, используемые в молекулярном клонировании.

1.5.  Плазмиды.

2.    Векторы для клонирования в клетках прокариот:

2.1. Методы молекулярного клонирования в клетках прокариот.

2.2. Векторная система грамотрицательной бактерии E. coli

3.    Векторы для клонирования в клетках эукариот.

3.1. Методы молекулярного клонирования в клетках эукариот.

3.2. Векторная система пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae.

3.3. Искусственные хромосомы дрожжей.

3.4. Векторы для клонирования в клетках растений.

3.5. Векторы для клонирования в клетках насекомых

3.6. Генно-модифицированные организмы.

3.7. Культура клеток животных.

3.8. Клеточные технологии. Стволовые клетки.

 

Везикулярный транспорт и передача внутриклеточного сигнала.

 

1. Внутриклеточная сигнализация.

1.1. Введение. Понятие о передаче сигнала в клетке. Стимулы внешние и внутренние, роль межклеточной коммуникации. Этапы прохождения внешнего сигнала. Рецепция, типы рецепторов. Основные типы внутриклеточных систем передачи сигнала. Варианты ответа клетки на внешний стимул. Сигнальные молекулы – белковые и небелковые, требования к вторичному мессенджеру. Механизмы регуляции количества белка. Посттрансляционные модификации белков и их функции. Доменная структура организации сигнальных белков.

1.2. Рецепторы, сопряженные с G-белками (GPCR). Структура GPCR,  принцип передачи сигнала через плазматическую мембрану. Гетеротримерные G-белки - регуляция, типы α-субъединиц. Основные пути сигнализации от GPCR - регуляция аденилатциклазы (αs, αi), фосфолипазы Сb (αq), Rho-GTPазы (α12/13). Лиганды GPCR. Значение GPCR  в физиологии1.3. Рецепторы факторов роста.

1.4. Малая регуляторная ГТФаза Ras. Принцип работы и функции малых регуляторных ГТФаз, их роль в передаче сигнала, везикулярном и ядерном транспорте. Регуляция – GEFs и GAPs. Активация Ras, путь через Shc, Grb2, Sos. Множественные пути активации и регуляция Ras.

Raf – классическая мишень Ras. Регуляция активации Raf. Другие мишени Ras и Ras-зависимые пути. Роль различных Ras-зависимых путей в контроле пролиферации и апоптоза.

1.5. Каскады МАР-киназ. Каскады MAP-киназ, принципы каскадной организации - фильтрация “шума” и возможности регуляции. Каскад ERK. Стимулы к активации ERK. Субстраты ERK киназ - транскрипционные факторы, киназы, структурные белки, элементы обратной связи. Регулируемые транскрипционные факторы. AP-1, регуляция экспрессии c-fos и c-jun. Тройной комплекс - транскрипционные факторы TCF и SRF. Влияние ERK-каскада на пролиферацию, выживание/апоптоз и диференцировку. Каскады "стрессорных" МАP-киназ - JNK и p38. Условия и пути активации, роль ГТФаз Rho-семейства, киназ 4-го этажа (Ste-20 гомологов) и 3-го этажа МАР-киназных каскадов, адапторных белков Crk, Nck, белков TRAF и Rip. Ответы клетки на их активацию JNK и p38, их субстраты. Регуляция NFkB. Каскады стрессорных МАР-киназ в индукции и амплификации апоптоза. Взаимодействие МАР-киназных каскадов, механизмы обеспечения специфичности. Scaffold-белки.

1.6. Цитокиновые рецепторы. Транскрипционные факторы семейства STAT. STAT-белки - гены, строение, механизмы активации. Роль тирозинового фосфорилирования и димеризации. Активация, гены-мишени и функции конкретных STAT-белков. Специальные функции STAT 2, 4, 6.  STAT 1, 3, 5 в проведении сигнала к пролиферации/остановке цикла, апоптозу, дифференцировке. Значение серинового фосфорилирования STAT-белков. Базальная активность STAT1. Латентные комплексы сигнальных молекул, статосомы. Негативная регуляция STAT-пути.

1.7. Фосфоинозитид-3-киназа (PI3K). Виды фосфорилированных фосфатидилинозитидов в клетке, пути биосинтеза. PI-3-монофосфат, FYVE-домены. Типы PI-3-киназ. Пути активации p110/p85 PI3K типа I. Мишени PI-3,5-бифосфата и PI-3,4,5-трифосфата, PH-домены. PKB/Akt - основной нижележащий передатчик сигнала от PI-3 киназы. Активация PKB. Субстраты PKB в предотвращении апоптоза. GSK-3β – различные способы ее ингибирования, мишени, значение. Инсулин и регуляция синтеза гликогена. mTOR, TSC и p70S6K, интеграция сигналов от неблагоприятных условий внешней  среды. Регуляция трансляции. PKB в регуляции клеточного цикла, выход на ингибиторы циклин-зависимых киназ, на циклины D и G. Другие мишени продуктов деятельности PI-3 киназы - атипические изоформы PKC, Btk (Tec-киназы) и PLCg, GEFs. Негативная регуляция PI-3 киназы - PTEN и SHIP. Роль PI3K в норме и в онкогенезе.

1.8. Трансактивация рецепторов и взаимодействие сигнальных путей. Элементы негативной регуляции тирозинкиназной передачи сигнала. Трансактивация рецепторов и взаимодействие сигнальных путей. Пересечение и взаимодействие путей от GPCR и рецепторов факторов роста. Необходимость примембранных посадочных площадок для сигнальных белков. Трансактивация рецепторов ростовых факторов - внутриклеточный и аутокринный механизмы. Роль нерецепторных тирозинкиназ и металлопротеаз семейства ADAM. Киназы Src-семейства - экспрессия и функции в клетках, строение, способы активации. Src в онкогенезе, в трансактивации и проведении сигнала от рецепторов ростовых факторов.

1.9. Регуляция клеточного цикла. Регуляция клеточного цикла. Фазы клеточного цикла, контрольные точки. Циклины/циклин-зависимые киназы (cdk), их действие в клеточном цикле. Регуляция активности циклин-зависимых киназ. Механизмы регуляции экспрессии циклинов. Роль фосфорилирования циклин-зависимых киназ. Ингибиторы cdk семейств KIP/CIP и INK4. 

Фаза G1. Фосфорилирование Rb - ключевое событие при прохождении G1/S контрольной точки. Циклины D, E, A - последовательность и механизм экспрессии, активация циклин-киназных комплексов. Точка рестрикции и действие внешних факторов. Фаза G0 - особый вариант бока клеточного цикла. S-фаза, контроль правильности репликации. Переход к митозу. cdc25 и PLK. APC и метафазная контрольная точка. Клеточное старение (senescence) как необратимый блок клеточного цикла. Теломер-независимое старение: старение, индуцируемое онкогенами или стрессом (STASIS). Сигнальные пути.

Взаимосвязь апоптоза и пролиферации, онкоген-индуцируемый апоптоз. Взаимодействие сигнальных путей при передаче пролиферативного сигнала.

 

2. Регуляция везикулярного транспорта в норме и патологии.


2.1. Введение. Определение везикулярного транспорта. Функции, обеспечиваемые везикулярным транспортом на уровне организма (секреция, синаптическая передача, фагоцитоз,  репарация мембранных повреждений, подвижность клеток, морфогенез) и на уровне клетки (биогенез и гомеостаз органелл). Квазистабильность внутриклеточных компартментов. Общие представления о везикулярном транспорте: основные стадии транспортного процесса (формирование транспортной везикулы на мембране-доноре, транспортировка к мембране-акцептору; узнавание, нацеливание, заякоривание; слияние мембран; рециклирование регуляторных белков к мембране-донору). Основные группы белков, участвующих в регуляции этих стадий. Роль молекул-грузов. Малые ГТФазы семейств Rab и Arf.

2.2. Основные методические подходы. Структура GPCR,  принцип передачи сигнала через плазматическую мембрану. Гетеротримерные G-белки - регуляция, типы α-субъединиц. Основные пути сигнализации от GPCR - регуляция аденилатциклазы (αs, αi), фосфолипазы Сb (αq), Rho-GTPазы (α12/13). Лиганды GPCR. Значение GPCR  в физиологии.

2.3. Пути поступления высокомолекулярных веществ  в клетку. Пиноцитоз, макропиноцитоз, клатрин-зависимый эндоцитоз и клатрин-независимый рецептор-опосредованный эндоцитоз. Характеристики, пространственная организация и размер инвагинаций. Частные случаи: фагоцитоз, путь через кавеолы.

 2.3.1. Эндоцитозный путь. Компартменты эндоцитозного пути: ранние эндосомы, рециклирующие эндосомы, поздние эндосомы и лизосомы. Ранние эндосомы – основная сортирующая станция эндоцитозного пути. Морфология эндосом, их локализация. Внутривезикулярный рН эндосом и лизосом. Основные гипотезы регуляции транспорта из ранних в поздние эндосомы: гипотеза везикул-переносчиков и гипотеза созревания; гипотеза эндоцитозной сети.  Мультивезикулярные эндосомы, их роль в доставке грузов в лизосомы и в презентации антигенов в иммунокомпетентных клетках. Взаимодействие поздних эндосом и лизосом.Судьба вторичных лизосом.

2.3.2. Формирование транспортных везикул. Роль окаймлений. Формообразование в ходе транспортных процессов (поддержание или изменение формы везикул и их доменов: везикулярные и тубулярные органеллы и\или их домены, образование инвагинаций и т.д.). Физико-химические основы изменения формы мембраны. Механизмы формирования транспортных пузырьков. Регуляторная роль окаймлений. Известные типы окаймлений (COP I, COPII, клатрин-зависимые окаймления и др.) Их  структура, локализация, принципы формирования. Отделение сформированных транспортных пузырьков от мембраны. Роль атипичной ГТФазы динамина в отрывании пузырьков и тубуляции мембран.Роль молекул-грузов в формировании окаймлений. Как грузы попадают в транспортные пузырьки. Рецепторы для грузов. Участие клатрина и элементов COPII-окаймления в функционировании плоских сортирующих платформ на эндосомах. Участие грузов в определении судьбы везикулы.

2.3.3.  Регуляция слияния мембран. SNARE-рецепторы. NSF-SNAP-SNARE – комплекс. Структура NSF и SNAP. V- и t-SNARE. Структура SNARE-комплекса. “Q+R” номенклатура. Стадии слияния, опосредуемые SNARE-комплексом. Активация t-SNARE. Протекторный белок семейства n-Sec1. Роль NSF. Как  SNARE –комплекс обеспечивает специфичность слияний на каждой стадии транспортного пути. Как состав SNARE-комплексов оркеструет различные стадии одного и того же пути.

2.4. Малые ГТФазы Rab-семейства, их роль в везикулярном транспорте организации сортирующих платформ. Структура Rab-белков. Компартментспецифичность. Эффекторы, регулирующие цикл обмена нуклеотидов на Rab-белках (GAPs and GEFs). Механизмы, используемые клеткой для координации прохождения грузов по определенным транспортным путям.Цикл Rab-белка после синтеза. REP-белок. Рабочий цикл Rab-белка. GDI, GDF белки. Белковые эффекторы, обеспечивающие функционирование Rab-белков как регуляторов слияния мембран -  факторы дистанционного сближения (tethers). Примеры (ЕЕА1, рабаптин 5, Exocyst).

2.5. Две стадии слияния мембран (Rab-зависимая и SNARE-зависимая). Их координация (как Rab-белки регулируют образование SNARE-комплексов). Роль ионов Са2+ в регуляции слияния. Кальциевые каналы  как грузы и как регуляторы слияний. Ремоделирование липидных бислоев, приводящее к слиянию мембран. Пора слияния. Фликеринг. Роль субъединицы Vo протонной вакулоярной помпы в опосредовании слияния мембран.

2.6. Транспортные функции Rab-белков, отличные от регуляции слияния мембран.  Формирование и транспортировка везикул к мембране-мишени. Взаимодействие с грузами, адаптерами или SNARE. Взаимодействие с моторными белками, связанными с цитоскелетом).

2.7.  Rab-белки как «топ-менеджеры» клетки. Представление о мозаичности мембран (доменной структуре) и сортирующих платформах. Роль Rab-белков в формировании сортирующих платформ (на примере Rab5, Rab4 и рабаптина4). Rab-белки и координация сигнальных и транспортных процессов.

2.8.  Роль убиквитинирования в регуляции везикулярного транспорта белков. Ферменты убиквитинирующей системы. Классификация убиквитин-лигаз. Примеры убиквитин-лигаз. Типы убиквитинирования: моно-, мульти- и полиубиквитинирование. Убиквитинирование белков-грузов и регуляторных белков. Убиквитин-узнающие домены. Моноубиквитинирование – сигнал интернализации и  механизм негативной регуляции, мультиубиквитинирование – сигнал доставки грузов во внутренние пузырьки мультивезикулярных тел. Полиубиквитинирование – сигнал протеасомной деградации. Примеры.

2.9.  Полифункциональность убиквитин-лигазы с-Cbl. Доменная структура. Ассоциация c-Cbl с адаптерами и ферментами, участие в процессах сигнализации. Регуляция активности через фосфорилирование по тирозину. Негативная регуляция. Убиквитинирование тирозинкиназных рецепторов. Связь убиквитин-зависимых механизмов сортировки белков с направлением инвагинации мембраны.

2.10. Убиквитин-подобные белки. (Sumo, Nedd8, Apg), их роль в транспортных процессах (эндоцитоз, аутофагия). Ферменты убиквитин-подобных систем.Стадии развития аутофагоцитозного процесса. Проблема биогенеза мембран аутофагосом.

2.11. АДФ-рибозилирование. Действие Брефельдина А на мембраны аппарата Гольжди, эндосом и лизосом. БрефельдинА препятствует сборке COPI-окаймления. Роль истощения клеток по АДФ-рибозе в развитии эффекта Брефельдина А. BARS50 и глицерофосфатдегидрогеназа GADPH, их участие в регуляции тубуляции мембран.

2.12. Липиды и везикулярный транспорт. Классификация мембранных липидов. Представление о гелевой и жидкой фазах. Гипотеза «инертной платформы». Ассиметричная локализация липидов в мембранах. Липидные «территории». Взаимодействия с белками. Понятие о рафтах. Свойства, примеры. Роль липидов в сортировке белков. Избирательный транспорт липидов в зависимости от их свойств.  Участие липидов в формообразовании и изменении кривизны мембран.

2.13. Роль цитоскелета в позиционировании органелл. Микрофиламенты, промежуточные филаменты, микротрубочки. Динамическая нестабильность. Тредмиллинг. Моторные белки. Позиционирование органелл. Роль микротрубочек и актина в определении положения аппарата Гольджи, лизосом и эндосом. Поляризация клеток.

2.14. Цитоскелет и везикулярный транспорт. Участие микротрубочек в регуляции биосинтетического пути в клетках млекопитающих. Влияние разборки микротрубочек на функционирование биосинтетического пути. Участие актинового и тубулинового цитоскелета в регуляции интернализации, перемещения эндосом в околоядерную область и взаимодействия эндосом с лизосомами. Роль ацетилирования микротрубочек. Гистоновая деацетилаза HDAC6, деацетилирующая микротрубочки. Характер перемещения эндосом. Проблемы, возможные объяснения. Транспорт меланосом.

2.15. Как функционирует транспортная машинерия (на примере эндоцитоза рецептора ЭФР). «Груз» регулирует свой собственный эндоцитоз: активированный рецептор ЭФР стимулирует RIN1- GEF для Rab5. Роль Rab5 в регуляции слияний на ранних эпапах эндоцитоза. Роль Rab5 как организатора сортирующей платформы для доставки рецепторов ЭФР в поздние эндосомы. Рекрутирование фосфоинозитол-3-киназы Vps34. Убиквитинирование рецептора убиквитин-лигазой c-Cbl. Роль Vps34 и  Cbl в координации последовательного взаимодействия рецептора ЭФР с сортирующими комплексами HRS\SNX1, ESCRTI, II и III. Деубиквитинирование перед включением во внутренние пузырьки мультивезикулярных тел.

2.16. Везикулярный транспорт в митозных клетках. Что происходит с везикулярным транспортом в митозе. Поведение мембран аппарата Гольджи и эндоплазматического ретикулума в митозе. Роль экзоцитоза в образовании мембран при разделении  дочерних клеток.

2.17. Эндоцитоз  и передача сигнала. История вопроса. Участие эндоцитоза в процессах внутриклеточной сигнализации. Даун-регуляция сигнальных рецепторов. Методические подходы к разделению сигналов с поверхностных и эндоцитированных рецепторов, их недостатки. Доказательства стимуляции сигналов с интернализованных рецепторов (примеры). «Нестабильность динамики» эндоцитоза. Синаптическая передача. Транспорт в системе меланоцит-кератиноциты

2.18.  Патологии, связанные с нарушениями функционирования транспортных систем. Синдромы, связанные с нарушениями механизмов сортировки (липидозы, или болезни накопления; синдром Хермански-Пудлака). Заболевания, вызываемые нарушениями в функционировании компонентов Rab-системы (синдромы Грисцелли, Х-связанной ментальной ретардации, хороидермия). Нейродегенеративные заболевания. Эндоцитоз – путь попадания в клетку многих вирусов и бактерий. Сайты выхода интернализованных вирусов в цитоплазму. Фагоцитоз и бактериальные инфекции. Стратегии, используемые бактериями для подавления их доставки в лизосомы. Судьба холерного токсина после попадания в эндосомы. Токсин ботулизма и синаптические SNARE.

 

Структура и функции цитоскелета.

 

1.  Сократительный аппарат мышечных клеток. Его структура и молекулярная организация.

2. 1. Структура и функции актина. Первичная и третичная структуры мономерного актина. Различия в структуре актина в комплексах с ДНКазой I, сегментом 1 гельзолина и профилином. Структура актина, закристаллизованного без взаимодействия с актин-связывающими белками. Модели актиновой нити. Конформационные изменения и аллостерические  эффекты в молекуле актина при его функционировании. Роль дивалентных ионов и АТФ в поддержании структуры актина и конформационных перестройках. Ограниченный протеолиз как метод изучения функциональной роли конформационных изменений в молекуле актина. Ключевая роль ДНКазной петли в образовании контактов между мономерами в полимере актина. Суперсемейство белков подобных актину.

2.1.1. Полимеризация актина и ее регуляция. Превращение мономерного (глобулярного) актина в полимерный (фибриллярный) актин. Методы исследования процесса полимеризации: вискозиметрия, седиментация, светорассеяние, флуоресцентный анализ. Преимущества и недостатки разных методов. Стадии полимеризации, активация мономера, роль прочно связанного катиона. Нуклеация полимеризации как стадия, определяющая скорость формирования нитей актина. Удлиннение, фрагментация и реассоциация нитей актина. Различия в структуре Са- и Мg-актинов. Гидролиз связанной АТФ в ходе полимеризации актина, различия в скорости полимеризации АТФ- и АДФ-актинов. Полярность нитей актина, быстрый и медленный концы нити. Тредмиллинг. Изменение структуры нитей актина в ходе полимеризации.

2.2. Миозин. Строение и физико-химические свойства. Строение молекулы миозина, размер, молекулярный вес, тяжелые и легкие цепи. Получение протеолитических фрагментов молекулы обладающих разными функциональными свойствами, легкий меромиозин-ЛММ, тяжелый меромиозин-ТММ, субфрагмент-1 (S-1). Гидролиз связанной АТФ, интермедиарный обмен, конформационные превращения молекулы в процессе гидролиза АТФ. Образование надмолекулярных структур, различные типы укладки мономеров. Изоформы миозина, различия в их строении, определяемые разнообразными функциями. Миозин как молекулярный мотор. Взаимодействие миозина с актином, цикл структурных преобразований молекулы миозина в процессе сократительного акта.

3. Общие представления о строении цитоскелета и о его роли в      жизнедеятельности клетки. Основные структуры цитоскелета: микрофиламенты, микротрубочки, промежуточные филаменты. Их локализация в немышечных клетках, взаимодействие и функциональное назначение. Структуры актинового цитоскелета: стресс-фибриллы, полигональная сеть, радиальные и циркулярные тяжи, арки, микроворсинки и микрошипы, раффлы. Подмембранная сеть микрофиламентов. Спектрин, анкирин, дистрофин.   Изоформы актина, Связь между первичной структурой актина и его свойствами. Распределение изоформ актина в клетке. Корреляция между стабильностью актиновых полимеров и локализацией в сократительных структурах разного типа. Актиноподобные белки и их участие в формировании актиновых структур. Участие цитокелета в поддержании формы клетки, в процессах эндо - и экзоцитоза, в осуществлении деления клетки, в передаче внутриклеточных сигналов и в двигательной активности клеток.

3.1.  Актин-связывающие белки. Их номенклатура и роль в формировании структур актинового цитоскелета. Регуляция формирования структур актинового цитоскелета путем взаимодействия актина с различными актин-связывающими белками. Белки, взаимодействующие с глобулярнымактином и регулирующие образование полимеров: профилин и тимозин, ДНКаза I. Обмен нуклеотидов в комплексах актина с тимозином и профилином. Белки, способствующие образованию зародышей полимеризации актина: гельзолин, Arp 2/3, Cap Z, субфрагмент 1 миозина. Модели нуклеации на примере Cap Z. Конформационные изменения актина под действием гельзолина, способствующие нуклеации. Белки, регулирующие длину актиновых структур: кэпирующие белки, тропомиозин, небулин. Белки, обеспечивающие контакт актиновых структур с плазматической мембраной клетки: винкулин, паксилин, талин, тензин, плектин. Белки, соединяющие отдельные филаменты в пучки: -актинин, филамин.

3.2.  Микротрубочки и промежуточные филаменты. Строение и функциональная роль микротрубочек в клетке. Тубулин,

его структура  и физико-химические свойства. Инициация сборки микротрубочек. Перенос везикул и мультимолекулярных комплексов с помощью моторных белков – кинезина и динеина. Белки, осуществляющие взаимодействие микротрубочек с актиновыми структурами: МАP-2 и Tau.

Регулирующая роль кальмодулина.

Основные структурные белки и белки модуляторы промежуточных филаментов. Тканевая специфичность основных белков. Десмин, виментин, кератины. Повторяющиеся последовательности в структуре филаментов. Сходство с белками кариоскелета - ламинами. Промежуточные филаменты осуществляют связь между плазматической и ядерной мембранами. Механизмы сборки и разборки полимерных структур.

3.3.  Динамика цитоскелета. Реорганизация  под влиянием факторов внешней среды. Формирование пространственной организации актинового цитоскелета в процессе прикрепления и распластывания культивируемых клеток на субстрате. Зависимость характера организации микрофиламентной системы от типа иммобилизованных лигандов. Перестройка актиновых структур под действием ростовых факторов и других биологически- активных молекул. Последовательные стадии реорганизации цитоскелета, зависящие от его исходного состояния. Роль протеинкиназ, фосфатаз и малых ГТФаз (Rho, Rac и Cdc 42) в формировании и в перестройках актиновых структур. Взаимодействие лиганд-рецепторных комплексов со структурами цитоскелета..

3.4. Внеклеточный матрикс. Внеклеточный матрикс – главный модулятор пространственной организации актинового цитоскелета. Основные белки внеклеточного матрикса: коллаген, ламинин, фибронектин, протеогликаны. Строение молекул, изоформы, Сайты взаимодействия с поверхностными рецепторами клеток. Базальная ламина, белковый состав, образование белковых комплексов и полимерных сетей. Рецепторы белков внеклеточного матрикса. Интегрины,  и  субъединицы, комбинации субъединиц, обеспечивающие специфику взаимодействия с актиновыми структурами. Димеризация рецепторов и образование фокальных контактов. Взаимодействие интегринов  с актин связывающими белками. Различные типы связи между винкулином, талином и -актинином при образовании фокальных контактов. Созревание фокальных контактов в процессе распластывания клеток, взаимодействие с актином и формирование стресс-фибрилл. Особенности пространственной структуры цитоскелета при взаимодействии с разными белками внеклеточного матрикса.

3.5.  Взаимодействие структур цитоскелета с сигнальными молекулами. Связь транскрипционного фактора NFkappaB c фокальными контактами и стресс-фибриллами. Зависимость локализации субъединиц фактора от типа белков внеклеточного матрикса. Непосредственное взаимодействие и солокализация ряда протеинкиназ с актин-связывающими белками, -актинином и филамином. Киназа фокальных контактов – р125 FAK – основной регулятор взаимодействий между белками цитоскелета и сигнальными молекулами в процессе созревания фокальных контактов. Непосредственая связь актина с рецептором эпидермального фактора роста. Взаимодействие с астином необходимое условие для активации некоторых сигнальных молекул.

3.6. Роль цитоскелета в передаче сигнала и регуляции экспрессии генов. Нарушение целостности структур цитоскелета сопровождается изменением или полным прекращением проведения сигнала и экспрессии генов.

Взаимодействие цитоскелетных и сигнальных белков обеспечивается наличием в них идентичных регуляторных доменов. Анкирин и анкириновые последовательности в белках, регулирующих транскрипцию. FERM- домены, типичные для цитоскелетных белков эзрина,моезина и радиксина обнаружены в некоторы тирозиновых киназах и фосфатазах. Скрытые домены. SH2-домены, узнающие фосфорилированный тирозин. SH3-домены, взаимодействующие с полипролиновыми последовательностями. Гомологичные сайты у виментина и онкобелков Jun, fos  и CREB. Белки матрицы – основа для сборки сигнальных комплексов (сигналосом). Спектриновые повторы - кандидаты на выполнение матричных функций.

4.     Межбелковые взаимодействия. Универсальные доменные структуры. Взаимодействие цитоскелетных и сигнальных белков обеспечивается наличием в них идентичных регуляторных доменов. Анкирин и анкириновые последовательности в белках, регулирующих транскрипцию. FERM- домены, типичные для цитоскелетных белков эзрина,моезина и радиксина обнаружены в некоторы тирозиновых киназах и фосфатазах. Скрытые домены. SH2-домены, узнающие фосфорилированный тирозин. SH3-домены, взаимодействующие с полипролиновыми последовательностями. Гомологичные сайты у виментина и онкобелков Jun, fos  и CREB. Белки матрицы – основа для сборки сигнальных комплексов (сигналосом). Спектриновые повторы - кандидаты на выполнение матричных функций.

4.1. Медицинские аспекты нарушений структуры и функции цитоскелета. Нарушения пространственной структуры актинового цитоскелета в трансформированных и малигнизированных клетках. Снижение уровня синтеза актин-связывающих белков тимозина, -актинина, тензина, винкулина в раковых клетках с высоким метастатическим потенциалом. Смена синтеза изоформ тропомиозина при инфекции клеток разными вирусами. Нарушения взаимодействия актиновых филаментов с клеточной мебраной при нейрофиброматозе связано с дефектами ERM- белков (эзрина, радиксина и моезина). Развитие миопатий связано с мутациями в гене дистрофина, который осуществляет связь актиновых структур с ламинином. Некоторые виды аллергий вызывает образованием антител  на профилин пыльцы растений. Болезни эпидермиса связанные с дефектами в генах кератинов. Протеолитическая модуляция молекул внеклеточного матрикса  при заживлении ран.

4.2. Инвазия патогенных микроорганизмов в клетки. Использование  актинового цитоскелета хозяина для этой цели. Два пути проникновения бактерий в клетку. «Зипперный» механизм, основанный на взаимодействии бактериальных белков с поверхностными рецепторами клетки (на примере Listeria monocytogenes). «Триггерный» механизм, состоящий во впрыскивании в клетку бактериальных белков с помощью системы секреции III типа ( на примере Shigella flexneri). Индукция фагоцитоза. Роль малых ГТФаз и цитоскелетных белков в этом процессе. Выход бактерии из вакуоли, образование на ее поверхности кометообразного «хвоста» – пучка актиновых филаментов, обеспечивающего передвижение бактерии внутри клетки. Бактериальные белки, участвующие в инициации сборки актиновых структур на поверхности бактерии. Клеточные факторы, необходимые для формирования этих структур. Роль цитоскелетных белков клетки хозяина в осуществлении направленной полимеризации актина. Молекулярные механизмы внутриклеточного движения бактерий.

 

Колоквиум 1.  Сократительный аппарат мышечных клеток.

 

  • Строение сократительного аппарата мышечной клетки.
  • Формирование миофибрилл в процессе дифференцировки мышечной клетки.
  • Миозин, его строение. Легкие и тяжелые цепи, формирование толстых нитей, стадии гидролиза АТФ. Актин, его структура. Изоформы актина и их различия. Распределение изоформ в мышечной клетке. Полимеризация актина, стадии процесса, роль дивалентных катионов
  • Быстрый и медленный концы полимера, тредмилинг. Взаимодействие мономеров в полимере.
  • Сокращение мышц.  Молекулярный механизм.
  • Циклическое взаимодействие миозина с актином.
  • Роль тропомиозина и тропонинов.

 

Колоквиум 2. Актиновый цитоскелет немышечных клеток.

 

  • Актиновый цитоскелет немышечных клеток.
  • Строение актинового цитоскелета клетки, характерные типы актин- содержащих структур. Зависимость организации цитоскелета от характера субстрата, на котором распластываются клетки.
  • Реорганизация цитоскелета под влиянием внешних лигандов. Стадии реорганизации и физиологический смысл этого процесса. Роль малых ГТФаз в формировании разных актиновых структур
  • Взаимодействие клетки с внеклеточным матриксом. Основные белки внеклеточного матрикса. Интегрины. Образование фокальных контактов.
  • Актин-связывающие белки, их роль в организации и реорганизации актинового цитоскелета. Белки, взаимодействующие с глобулярным актином. Участие в процессах нуклеации, полимеризации.
  • Белки, диссоциирующие микрофиламенты. Регуляция динамики актиновых филаментов.
  • Минимальный набор актин-связывающих белков, обеспечивающих динамику актиновых филаментов. Фокальные контакты.
  • Основные актин-связывающие белки, принимающие участие в их формировании и взаимодействии с актиновым цитоскелетом

 

 

Колоквиум 3. Роль цитоскелета в передаче внутриклеточного сигнала.

 

  • Доказательства участия цитоскелета в передаче внутриклеточного сигнала.
  • Локализация субъединиц р65, р50 и IkB транскрипционного фактора NFkappaB на структурах актинового цитоскелета, взаимодействие р65 с фибриллярным актином.
  • Прямое взаимодействие и солокализация МЕКК-1 с -актинином.

 

Генно-инженерные методы диагностики и лечения наследственных заболеваний человека.

 

1.    Типы наследования у человека.

1.1. Аутосомно-доминантный тип наследования.

1.2. Аутосомно-рецессивный тип наследования. Расчет коэффициента инбридинга

1.3. Аутосомно-рецессивный тип наследования. Расчет риска носительства патологических аллелей.

1.4.  Сцепленные с полом типы наследования.

1.5.  Мультифакториальные заболевания.

2.     Хромосомные болезни человека.

2.1. Основы цитогенетики.

2.2. Основные хромосомные болезни человека. Их диагностика.

3.    Генные болезни человека

3.1. Типы мутаций. Номенклатура мутаций.

3.2.  Особенности строения генома человека.

3.3.  Наиболее распространенные генные болезни человека.

3.4.  Скрининговые программы диагностики генных болезней.

4.     Основные методы диагностики наследственных болезней.

4.1. Выделение нуклеиновых кислот из различных тканей, органов и биологических жидкостей

4.2.  Разделение нуклеиновых кислот методом гель-электрофореза

4.3.  Полимеразная цепная реакция

4.4.  Сиквенирование

 

Молекулярные и клеточные основы онтогенеза.


1. Закономерности развития многоклеточных животных.

1.1. Принципы организации про- и эукариот. Принципы организации и функционирования генома у про- и эукариот. Развитие одноклеточных эукариот. Генетические механизмы кодирования биологической сложности у про- и эукариот. Направления эволюции. Основные типы развития животных.

1.2. Общая характеристика дробления. Классификация и особенности типов дробления у разных групп организмов (асцидии, иглокожие, амфибии, моллюски, птицы, насекомые, млекопитающие).

Голобластические типы дробления (радиальное, спиральное, билатеральное, чередующееся). Меробластические типы дробления (дискоидальное, поверхностное).

1.3. Гаструляция: зародышевые листки и внезародышевые оболочки. Гаструляция у иглокожих, амфибий, птиц и млекопитающих. Типы морфогенетических движений, роль белков клеточной поверхности, перестройка цитоскелета. Генетический контроль клеточных миграций.

Первичноротые и вторичноротые животные. Формирование, строение, функция внезародышевых оболочек. Критические периоды развития.

1.4. Раннее развитие позвоночных: производные эктодермы. Органо- и гистогенез производных эктодермального зародышевого листка. Образование нервной трубки, формирование отделов головного мозга. Дифференцировка клеток нервной системы. Развитие глаза и органов чувств. Миграция клеток нервного гребня, его производные. Образование многослйного эпидермиса, взаимодействие с мезодермой, формирование их производных.

1.5. Раннее развитие позвоночных: производные эктодермы и мезодермы. Производные энтодермы. Пищеварительная трубка и ее производные (органы пищеварения, печень, поджелудочная железа, желчный пузырь, ротовая полость, глоточные карманы). Образование органов дыхания.

Производные мезодермы. Хордомезодерма, ее значение. Дорсальная мезодерма (дифференцировка сомитов, миогенез, остеогенез). Мезодерма боковых пластинок (соматическая и спланхическая мезодерма, целом, сердце, формирование кровеносных сосудов, локализация гемопоэза). Промежуточная мезодерма (органы выделения и протоки половых желез).

1.6. Детерминация судьбы клеток и их дифференцировка. Гипотезы преформации и эпигенеза. Автономная детерминация и мозаичный тип развития. Зависимая детерминация и регуляционный тип развития. Первичная эмбриональная индукция, компетенция и вторичная индукция. Молекулярная природа индукторов. Соотношение процессов детерминации и дифференцировки. Эпителиально-мезенхимные взаимодействия.

1.7. Формирование пространственной организации. Градиентные модели позиционной информации. Генетика формирования пространственной организации дрозофилы. Формирование анимально-вегетативного, дорсо-вентрального градиента и терминальных структур. Сегрегационные и гомеозисные гены. Гены материнского эффекта. Открытие гомеозисных генов, их роль в развитии.

Роль гомеобокссодержащих генов в развитии млекопитающих. Характеристика экспрессии гомеозисных генов. Гены, контролирующие гомеозисные гены.

1.8. Регуляция экспрессии генов в процессе развития. Дифференциальная экспрессия генов. Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции. Механизмы дифференциальной транскрипции генов. Гетерохроматин. Селективная транскрипция генов транскрипция глобиновых генов. Функциональные различия отцовских и материнских геномов. Регуляция экспрессии генов на уровне процессинга РНК (образованию различных иммуноглобулинов  в ходе дифференцировки В-лимфоцитов). Регуляция экспрессии генов на уровне трансляции (продукция гемоглобина). Посттрансляционная активация и инактивация белков (на примере коллагена I).

1.9. Клеточные взаимодействия в развитии. Роль клеточной поверхности в пространственной упорядоченности клеток и процессах морфогенеза. Способы клеточной миграции. Изменение клеточной мембраны в процессе развития. Молекулы клеточной адгезии. Молекулы адгезии клеток к субстрату. Клеточные контакты. Внеклеточный матрикс. Контактные модификации и морфогенез. Сигналинг при межклеточных взаимодействиях и при взаимодействии клеток с внеклеточным матриксом.

1.10. Детерминация пола и его молекулярно-генетические основы. Различные типы определения пола в животном мире. Детерминация пола с помощью половых хромосом. Роль факторов внешней среды в формировании пола. Развитие гонад у млекопитающих. Участие гормонов в формировании внутренних органов и становлении полового фенотипа. Контроль детерминации пола у млекопитающих: гены Y-хромосомы, аутосомные гены. Генетические мутации, связанные с инверсией пола. Формирование и изменение вторичных половых признаков.

1.11. Программы развития. Формирование конечности у высших позвоночных. Морфогенетическое поле конечности. Формирование осей развивающейся конечности. Активность гомеозисных генов и генов, участвующих в трансдукции сигналов. Индукция апикального эктодермального гребня, формирование зоны «прогресса». Зона поляризующей активности. Роль факторов роста в определении судьбы клеток. Поздние этапы развития конечностей млекопитающих: замена хряща костной тканью конечности, образование скелетных мышц, их иннервация.

2.   Доимплантационное развитие млекопитающих.

2.1. Введение. Периодизация онтогенеза млекопитающих. Особенности строения репродуктивной системы и эмбрионального развития млекопитающих. Происхождение и значение клеток зародышевой линии (ППК). Основные события предзародышевого периода развития.

Динамика развития эмбриона в течение доимплантационного периода.

2.2. Мейоз. Гаметогенез, место мейоза в гаметогенезе. Структура мейотического цикла, сходство и различие с митотическим клеточным циклом. События профазы первого деления и их значение. Дальнейший ход мейоза, значение первого и второго делений мейоза. Регуляция делений мейоза, роль MPF и CSF.

2.3. Мужская репродуктивная система. Органы мужской половой системы и их роль в сперматогенезе и оплодотворении. Клеточное строение семенника. Основные этапы сперматогенеза, его гормональная регуляция. Особенности сперматогенного мейоза. Строение и функциональное состояние зрелого, обладающего оплодотворяющей способностью спермия.

2.4. Женская репродуктивная система. Половые циклы. Органы женской половой системы. Строение яичника, фолликулярный цикл и его регуляция. Основные этапы оогенеза, его гормональная регуляция. Овуляция, строение и функциональное состояние овулировавшей яйцеклетки.

Понятие о половых циклах самок млекопитающих, их биологической роли. Структура и регуляция овариально-менструального цикла человека.

2.5. Оплодотворение и начало эмбрионального развития. Оплодотворение: последовательность событий. Функциональное состояние готовых к оплодотворению гамет. Дистантные взаимодействия гамет. Контактные взаимодействия гамет. Активация метаболизма яйца. Стадия зиготы как  период интеграции родительского генетического материала и формирования эмбрионального генома.

2.6. Дробление и первичная цитодифференцировка зародыша. Структура клеточного цикла делений дробления. Особенности дробления млекопитающих. Основные события периода дробления у млекопитающих и их связь с внутриутробным развитием эмбриона. Зародыш 2-8-клеточной стадии. Зародыш 8-16 –клеточной стадии. Поляризация бластомеров и компактизация зародыша. Стадия морулы и начало процесса первичной цитодифференцировки.  Формирование бластоцисты, особенности строения ТЭ и ВКМ. Биологическое значение раннего выделения первичных клеточных линий. Завершение доимплантационного периода развития эмбриона и подготовка к имплантации.

2.7.  Имплантация и плацентация. Имплантация, ее биологическое значение. Взаимодействие матери и плода в ходе имплантации. Изменения зародыша в ходе имплантации. Изменения слизистой оболочки матки  в ходе имплантации. Типы имплантации. Регуляция имплантации. Нарушения имплантации. Хронология имплантации у человека. Плацента, ее биологическая роль. Типы плаценты. Формирование плодной части плаценты. Функции плаценты. Близнецы.

В блоках «Дисциплины по выбору» студентам предложены следующие дисциплины:

Дополнительные главы математики;

Прикладные методы статистического анализа данных.

Актуальные проблемы экологии и биотехнологии;

Семинар по клеточной биологии.

 

Основной целью Семинара по клеточной биологии является:

1) привить студентам интерес к представлению результатов своих экспериментальных работ на конференциях и съездах;

2) ознакомить студентов  с правилами, которые необходимо выполнять при публикации статей в различных  журналах: по оформлению статей, таблиц, рисунков, подписей к рисункам и составлению Списка литературы, цитируемой в статье.

Помимо этого участие в семинаре предусматривает обязательное устное сообщение студентом на одну из перечисленных тем семинаров. Это позволит студентам получить определенные навыки в устном изложении научного материала,  распределении своих данных и данных, приводимых для обсуждения, во временных пределах, накладываемых регламентом той или иной конференции.

 

Учебная программа Семинара по клеточной биологии включает следующие разделы:

 

1. Знакомство с требованиями для авторов журнала

«Цитология»

2. Написание раздела «Методы», согласно требованиям журнала «Цитология»

3. Подготовка собственных данных для публикации тезисов доклада на конференцию «Наука в XXI веке»

4. Обсуждение тезисов докладов студентов на семинаре.

Цикл семинаров «Использование клеток эмбрионального происхождения в заместительной клеточной терапии и коррекции репродуктивной функции человека»

а) Эмбриональные стволовые клетки и возможности их использования.

б) Клонирование млекопитающих.

в) Пренатальная диагностика наследственных заболеваний человека.

г) Вспомогательные репродуктивные технологии.

Цикл семинаров «Фундаментальные и прикладные аспекты регенеративной биологии»

д) Регенерация у животных и человека: распространение регенеративных способностей в животном мире.

 е) Репаративная регенерация: виды восстановительных процессов у животных и человека.

 ж) Прикладные исследования регенеративных процессов.

 

5. Знакомство с Правилами для  авторов  журналов «Клеточная трансплантология и тканевая инженерия» и «Stem cells».

6. Написание списка цитируемых в статьях работ.

7. Написание разделов статей «Результаты и обсуждение».

 

Безусловно  новыми в этой дисциплине являются разделы, посвященные обучению студентов писать и оформлять статьи и тезисы в соответствии с требованиями, которые предъявляют к публикациям определенные журналы или конференции. Как правило, обучение написанию тезисов и статей является задачей научного руководителя. Обучение этим подходам в обязательном порядке на семинаре прививает студентам  навыки в изложении экспериментального материала  как письменно, так и устно и, возможно, поможет им при подготовке докладов для участия в конференциях  и представлении  магистерской диссертации.

 

Профессиональный цикл в базовой части включает следующие дисциплины:

 

Деловой иностранный язык.

Информационные технологии в технической физике.

Изучению иностранного языка в разработанной магистерской программе уделяется существенное внимание, т.к. именно английский язык является коммуникативным средством в научном мире. 

Вариативная часть Профессионального цикла включает дисциплины:

 

Клеточная биология.

 

1. Введение в клеточную биологию.  Основные этапы развития клеточной теории. Клетка – элементарная единица живого. Гомологичность клеток. Клетка от клетки. Клетки и организм. Основные этапы развития клеточной теории

2. Строение и химия клеточного ядра. Строение и химия клеточного ядра. Морфология ядерных структур. Структура и химия хроматина. Роль ядерных структур в жизнедеятельности клетки  Ядерные компоненты прокариотов. Ядро эукариотов

Хромосомный цикл. Общая морфология митотичесих хромосом. Клеточный цикл. Полиплоидия. Пространственное расположение хромосом в интерфазном ядре. Эухроматин и гетерохроматин. ДНК хроматина. Репликация ДНК эукариотов. Белки хроматина – гистоны. Функциональные свойства гистонов. Первый уровень компактизации ДНК. Структурная роль хромосом. Нуклеосомы при репликации и транскрипции. Второй уровень компактизации – 30 нм фибрилла. Негистоновые белки

Петлевые домены ДНК – третий уровень структурной организации хроматина

Ядерный белковый матрикс.

3. Ядерные транскрипты и их транспорт. Ядерные транскрипты и их транспорт.     

Ядрышко – источник рибосом Нерибосомные продукты ядра Ядерная оболочка Строение

Рибосом.  Чем определяется число ядрышек в клетке. Множественность рибосомных

Генов. Амплифицированные ядрышки. Строение и функционирование генов р РНК

Белки ядрышка. Структура ядрышка. Фибриллярны центр и ядрышковый организатор.

Структурные типы ядрышек. Ядрышко во время митоза. Транскрипция нерибосомных генов. Морфология РНП-компонентов ядра. Синтез ДНК в пуфах политенных хромосом.  

Транскрипция на мейотических хромосомах. Морфология транскрипции  индивидуальных генов. Компоненты ядерной оболочки . Роль ядерной оболочки в ядерно-цитоплазматическом обмене. Импорт кариофильных белков. Экспорт из ядра в  цитоплазму. Динамика ядерной оболочки в митозе

4. Цитоплазма, вакуолярная система. Цитоплазма, вакуолярная система Плазматическая мембрана. Органеллы. Гиалоплазма. Гранулярный эндоплазматический ретикулум. Аппарат Гольджи. Лизосомы. Гладкий ретикулум и друие мембранные вакуоли.

5. Цитоплазма. Система энергообеспечения клетки. Митохондрии. Пластиды Клеточная дифференцировка. Общая морфология. Ультраструктура митохондрий

Функции митохондрий. Окислительное фосфорилирование у бактерий. Увеличение числамитохондрий. Авторепродукция митохондрий. Хондриом.. Хлоропласт. Функции  хлоропластов. Онтогенез и функциональные перестройки пластид. Фотосинтезирующие структуры низших  эукариотических и прокариотических клеток. Геном пластид.    

 Биологические основы клеточной дифференцировки. Понятие о стволовых клетках. Канцерогенез. Апоптоз и анабиоз. Старение и смерть клеток. Теория Хейфлика. Теломеры, открытие, теломеразы. Биологические часы

6. Опорно-двигательная система клетки: цитоскелет. Микрофиламенты. Микротрубочки. Промежуточные филаменты. Двигательный аппарат бактерий Клеточный центр. Актиновые микрофиламенты. Мышечные клетки. Актиновые компоненты немышечных клеток. Общая характеристика микротрубочек. Строение и движение ресничек

Микротрубочки цитоплазмы. Клеточный центр. Центриоль. Центросомный цикл. Двигательный аппарат бактерий

7.  Механизмы клеточного деления.  Митотическое деление клеток. Мейоз. Синамптонемный комплекс. Общая организация митоза Морфология митотической фигуры. Кинетохор. Динамика митоза.  Митоз растительной клетки. Различные типы митоза эукариотов. Мейоз. Фазы мейоза. Синамптонемный комплекс. Рекомбинационный узелок. Хиазмы.  Биологическое значение мейоза

 

Регуляторные механизмы экспрессии генома.


1. Структура хроматина. Уровни организации хроматина. Основные белки хроматина -гистоны. Вариантные формы гистонов. Негистоновые белки. Белки HMG. Модификации компонентов хроматина: модификации гистонов и ДНК. Специфические домены белков, узнающие модифицированные гистоны. Гистоновый код. 

2.Белковые комплексы, ремоделирующие хроматин.

Специализация семейств АТР-завмсимых белковых комплексов, ремоделирующих хроматин, семейства SWI/SNF, ISWI, CHD, INO80.  Механизм подвижности нуклеосом.

Модель нуклеосомной мобильности.

3. РНК интерференция. Интерферирующие РНК. Ферменты биогенеза 

интерферирующих РНК. Медицинский и экспериментальный аспекты применения РНК интерференции.

4.Процессинг РНК в эукариотической клетке. Механизмы процессинга мРНК в эукариотической клетке. Процессинг 5-конца мРНК. Процессинг 3-конца мРНК: дробление и полиаденилирование Процессинг 3-конца мРНК гистонов Гетерогенные ядерные РНП. Процессинг 3'-конца пре-мРНК гистонов. Гетерогенные ядерные РНП и экспрессия генов.

5. Сплайсинг пре-мРНК. Малые ядерные РНП и процессинг мяРНК. Белковые факторы сплайсинга. Сборка сплайсосомы и реакции сплайсинга. Альтернативный и транс-сплайсинг. Автокаталитический сплайсинг.  

6.Процессинг  некодирующих РНК.  Процессинг транспортных РНК,  рибосомных РНК, микро-РНК, редактирование РНК.  Особенности строения пре-тРНК. Механизм и ферменты процессинга тРНК. Редактирование РНК: явление и механизм. Биологический смысл. Процессинг рибосомных РНК. U3 мяРНК и факторы процессинга рРНК.

7.Функциональная компартментализация клеточного ядра и процессинг РНК.

Универсальные ядерные домены интерхроматиновой области ядра. Перихроматиновые гранулы, перихроматиновые фибриллы. Интерхроматиновые гранулы. Тельца Кахала.

Некоторые особенности экстрахромосомных ядерных структур ооцитов. Снёрпосомы Особенности телец Кахала ооцитов.

8.Три Р ДНК-метаболизма: репликация, рекомбинация и репарация.

Конститутивные и  индуцибельные процессы  в  клетке. Основные группы белков, вовлеченные в процессы ДНК-метаболизма.

10. Регуляция репликации ДНК. Инициация репликации. Регуляция экспрессии ДНК-Полимераз. Регуляция экспрессии ДНК-лигаз. Белки, влияющие на топологию ДНК. Топоизомеразы и геликазы. Нуклеазы, их классификация и роль в процессе репликации Метилирование ДНК. Роль  метилаз семейства DCMT.

11. Процессы рекомбинации и их регуляция. Типы рекомбинации и их роль в жизни клетки и организма. Белок RecA E. coli и его роль в гомологической рекомбинации.

Белок  Rad51 и другие гомологи RecA  у эукариот. SOS-ответ на повреждение ДНК у E.coli. Экспрессия генов SOS-регулона. Мейотическая рекомбинация у эукариот и ее регуляция.

12.Репарация ДНК. Фундаментальная роль процессов репарации ДНК в функционировании клеток и организмов. Типы процессов репарации и механизмы регуляции их активность. Прямая репарация. Эксцизионная репарация. Репарация двунитевых разрывов ДНК. Пострепликативная репарация. Глобальный клеточный ответ на повреждение ДНК и его регуляция.

13. Активная деградация белков и ее роль в регуляции ДНК-метаболизма.

Система убиквитинирования белков. Протеасомы 20S и 26S, их строение и роль в активной деградации белков. Регуляция экспрессии различных белковых субъединиц протеасомы. Роль протеасомы в развитии иммунного ответа. Протеасомная регуляция клеточного цикла.

 

Практикум «Молекулярное клонирование. Микроорганизмы».

 

1. Лигирование вектора заданной вставкой. Анализ продукта лигирования методом ПЦР. Освоение метода лигирования плазмидной ДНК для создания новых генно-инженерных конструкций с заданными свойствами:

праймеры, используемые для амплификации фрагмента ДНК, имеют на 5'-концах сайты для эндонуклеаз рестрикции. Эти же сайты имеются в составе полилинкера вектора. После ПЦР такие продукты необходимо очистить от полимеразы и dNTP, чтобы в дальнейшем по ходу рестрикции полимераза не достраивала концы ДНК. Лучше всего очистку проводить на колонках с мембранами из силикагеля. Также возможна экстракция фенолом/хлороформом с последующим осаждением спиртом:

Добавьте равный объем смеси фенол/ хлороформ/ изоамиловый спирт (в соотношении 25:24:1) и перемешайте при помощи вортекса.

Центрифугируйте при 14000g в течение 5 мин при комнатной температуре.

Перенесите верхнюю водную фазу в чистую пробирку.

Добавьте 1/10 объема 3 М NaAc и перемешайте при помощи вортекса.

Добавьте 2,5 объема 96 % C2H5OH и центрифугируйте при 14000g в течение 5 мин при комнатной температуре.

Промойте осадок 70 % C2H5OH.

Тщательно отберите надосадочную жидкость. Образовавшийся осадок высушите на воздухе, в термостате (37 °С) или в центрифужно-вакуумном испарителе.

Осадок растворите в подходящем объеме буфера ТЕ (10 мМ трис-НCl, рН 7,4; 1 мМ ЭДТА, рН 8,0).

После очистки проводят две параллельных реакции рестрикции: рестрикцию продукта ПЦР и рестрикцию вектора. После реакции рестриктазу, как правило, инактивируют нагреванием. Этот этап необходим, чтобы в дальнейшем рестриктаза не мешала протеканию реакции лигирования. Если клонирование проводится по одной рестриктазе, то перед реакцией лигирования вектор следует обработать щелочной фосфатазой, чтобы предотвратить обратное  замыкание вектора в кольцо. Стандартный протокол обработки плазмидной ДНК щелочной фосфатазой выглядит следующим образом:

Компонент                    Количество

Плазмидная ДНК                  1 пмоль

Буфер для фосфатазы 10   2 мкл

Щелочная фосфатаза

(телят или креветок)              1 ед.

Вода                                      до 20 мкл

 

Реакционную смесь инкубируют при 37 °C в течение 30 мин при 5'-выступающих или тупых концах и в течение 60 мин при 3'-выступающих концах. После реакции фосфатазу инактивируют нагреванием при 65 °C в течение 15 мин.

Далее проводят реакцию лигирования подготовленных вставки и вектора. Успешность клонирования зависит от соотношения количеств используемых в реакции вставки и вектора. В оптимальном случае оно должно составлять 1:3 (вектор/вставка). Стандартная реакционная смесь состоит из следующих компонентов:

линеаризованный вектор: для липких концов -330 фмоль;

для тупых концов - 1560 фмоль;

вставка: для липких концов - 990 фмоль;

для тупых концов - 45180 фмоль;

Буфер для лигазы 5х по 4 мкл;

Т4 ДНК-лигаза: для липких концов – 0,1 ед.;

для тупых концов – 1 ед.

Вода: до конечного объема – 20 мкл.

 

Время и температура инкубации зависят от источника лигазы и указываются в описаниях фермента. Очевидно, что продолжительность инкубации при лигировании тупых концов будет на порядок больше. После лигирования 25 мкл лигазной смеси добавляют к 50200 мкл компетентных клеток E. coli и проводят их трансформацию. На чашке с соответствующим антибиотиком размножатся только те бактерии, которые получили вектор при трансформации. Поэтому останется только доказать наличие вставки в этих векторах.

 

Для этого продукты лигирования  анализируют методом полимеразной цепной реакции. Студенты освоили этот метод на практических занятия курса «Генно-инженерные методы диагностики и лечения наследственных заболеваний».

2. Анализ продукта ПЦР методом электрофореза в полиакриламидном геле.

 

Материал, полученный в результате ПЦР, подвергали разделению при помощи гель-электрофореза в 8% полиакриламидном геле (ПААГ). Напряженность электрического поля составляла 12,5 В/см. В качестве буфера использовался буфер TBE (89 мМ трис-борат, 89 мМ борная кислота). О скорости движении в геле фрагментов ДНК судили по скорости движения маркерных красителей: бромфенолового синего и ксилолцианола, которые движутся в 8% полиакриламидном геле, как фрагменты ДНК длиной 45 п.н. и 160 п.н., соответственно. По окончании разделения гель окрашивали при помощи интеркалирующего вещества - бромистого этидия, который флюоресцирует под действием ультрафиолетового света. Таким образом, осуществлялась визуализация разделенных фрагментов ДНК. Результаты электрофореза наблюдали при помощи трансиллюминатора фирмы “LKB” в ультрафиолетовом свете при длине волны 254 нм. Размер амплифицированного фрагмента определяли при помощи маркера, в качестве которого использовали ДНК бактериофага , обработанную эндонуклеазой рестрикции Pst I.

 

3. Приготовление сред для культивирования и культивирование E.coli. Приобретение умений в культивировании бактериальных клеток, работы в стерильных условиях, приготовлении сред для культивирования и растворов для метода трансформации.

Прежде, чем приступить к освоению метода трансформации, студенты обучаются процедурам приготовления питательной среды LB для выращивания клеток E.coli, приготовления растворов, необходимых для получения компетентных клеток и трансформации, подготовки растворов и материалов для стерилизации, работе на рН-метре, работе в боксе с соблюдением стерильных условий, выращивания ночной культуры. Среду LB готовят из расчета 20г смеси : бактотриптон, дрожжевой экстракт и хлористый натрий на 1л дистиллированной воды. Оптимальные значениия рН для культивирования клеток микроорганизмов  лежат в интервале 7,0 – 7,5. Для выращивания ночной культуры в пробирку со средой с помощью петли вносим          культуру E.coli HB101. Культивирование осуществляем в течение ночи при t 370С. В результате получаем массу клеток E.coli в стационарной фазе роста. Это и называется «ночной культурой».

 

Для селекции трансформированных клеток готовят твердую селективную среду (все процедуры выполняют в специальном боксе, в стерильных условиях): к стерильному раствору 1% агара, приготовленного на среде LB, расплавленному при температуре 550 С, прибавляют ампициллин до конечной концентрации 50-75 мкг/мл. Агар немедленно разливают в чашки Петри (25-30 мл на чашку), дают остыть, после чего чашки переворачивают вверх дном и помещают в термостат при 370 на сутки. Такие чашки можно хранить в холодильнике, но не более 1 мес.

 

4. Приготовление компетентных клеток. Способ трансформации плазмидной ДНК с хлористым кальцием применяется наиболее часто. Первым шагом в этом методе является приготовление культуры компетентных клеток E.coli, т.е. клеток, мембраны которых способны  пропустить плазмидную ДНК внутрь клетки.

 

         Создание компетентных клеток:

 

1. Внесите в 500-мл колбу 100 мл среды LB и 1 мл ночной культуры бактерий. Выращивайте клетки при 370С при интенсивном перемешивании до плотности 5·107 клетка /мл. Обычно это занимает 2-4 час.

2. Охладите культуру во льду в теч. 10 мин. Отцентрифугируйте суспензию при 4000 g в течение 5 мин. при 40. Для одной пробы на трансформацию необходимо 3 мл клеток.

3. Удалите надосадочную жидкость. Ресуспендируйте клетки в половине начального  объема охлажденного во льду раствора  50 мМ СаСl2,  10 мМ трис НСl, рН 8,0.

4. Поместите суспензию клеток в ледяную баню на 15 мин., а затем отцентрифугируйте суспензию при 4000 g в теч. 5 мин. при 40 С.

5. Удалите надосадочную жидкость. Ресуспендируйте  клетки в 1/ 15 начального объема охлажденного во льду стерильного раствора 50 мМ СаСl2, 10 мМ трис, рН 8,0. Распределите аликвоты объемом 0,2 мл по предварительно охлажденным пробиркам эппендорф. Клетки можно хранить в течение 12-24 час при 40 С .

Примечание. Компетентные клетки можно приготовить впрок и хранить при -700. Для этого в каждую пробирку необходимо добавить 6 мкл DMSO и поместить клетки в лед на 15 мин. Затем быстро заморозить клетки при - 200  и поместить в холдильную камеру не - 700. При хранении клеток при - 700 они остаются компетентными для трансформации в течение 6 мес. Для дальнейшей работы клетки необходимо разморозить во льду в течение 30 мин.

 5. Трансформация бактериальных клеток.

 1. К размороженным компетентным клеткам E.coli HB101

добавьте плазмидную ДНК в буфере ТЕ (10 мМ трис, рН 8,0, 0,1 мМ ЭДТА). Перемешайте и инкубируйте смесь во льду 30 мин. Для каждой пробы можно брать до 40 нг ДНК Обычно используют концентрации ДНК 20нг, 30 нг и 40нг,     соответственно в 100 мкл буфера ТЕ. Увеличение кол-ва ДНК приводит к снижению эффективности трансформации.

2. Перенесите пробы на водяную баню 420 на 2 мин.

3. Добавьте в каждую пробирку по 1 мл среды LB и инкубируйте в теч.1 час при 370 . При этом в бактериях происходит процесс восстановления, и начнется экспрессия генов устойчивости к антибиотикам.

4. Высейте удобное количество клеток на плотную селективную среду, содержащую ампицилин в концентрации 50-75 мкг/мл, используя методику растирания (распределения клеток шпателем по поверхности агара).

5. Переверните чашки и инкубируйте их при 370 С. Колонии должны появиться через 12-16 часов

6. Анализ трансформации методом альфа-комплементации. Для исследования эффекта α-комплементации готовят исходные растворы: ИПТГ (изопропил -β –D- тиогалактозид) -20 мг/мл и Х-gal (5-бром-4-хлор-3-индол-β -D-        тиогалактозид ) - 20 мг/мл в диметилформамиде. Оба раствора стерилизуют через фильтр, размер пор которого составляет 0,22 мкм, и хранят при -200 не более 3 мес. Оба раствора наносят на поверхность агара непосредственно перед рассевом бактерий.

Простерилизуйте платиновую петлю в пламени до светло-красного состояния. Охладите ее на воздухе.

Охлажденной петлей захватите бактерии. Коснитесь петлей отдельной, хорошо изолированной колонии. Нанесите прилипшие к петле бактерии штрихом на сегмент чашки с агаризованной средой. Простерилизуйте петлю в пламени и охладите, погрузив в свободный от бактерий участок агара. Один раз проведите петлей поперек одного из концов первичного штриха и рассейте прилипшие бактерии по свежей области агаризованной среды. Вновь простерилизуйте петлю, охладите и проведите штрих с конца вторичного штриха. Последовательно повторите этап 3 еще 2-3 раза.

Накройте чашку крышкой и надпишите дно чашки. Проинкубируйте в перевернутом положении при 37о в течение 16-24 часов.

Вновь простерилизуйте петлю, охладите, коснитесь петлей последнего рассеянного штриха и рассейте бактерии на чашке, содержащей ИПТГ и Х-gal. Обозначьте свой сектор. Чашку с ИПТГ и Х-gal также необходимо проинкубировать в перевернутом виде при 37о в течение 16-24 час.

Плазмиды рUC предназначены для клонирования и экспрессии генов. Селективным признаком их служит Lac- фенотип реципиентных клеток. Они содержат экспрессионные          кассеты, т.е. блок регуляторных последовательностей, обеспечивающих экспрессию клонируемых генов. В векторах  рUC в эту кассету входят регуляторная часть  lac-оперона( в том числе и ген-репрессор lacI) и начальная часть гена lacZ (локус lacZ’), кодирующая так называемый α -пептид  β-галактозидазы. Этот пептид способен комплементировать in vivo дефектный бактериальный белок  β-галактозидазу. В результате трансформация плазмидой рUC клеток, имеющих частичную делецию начальной части гена lacZ, приводит к изменению их фенотипа от Lac‾  к  Lac+. Это и есть эффект α -комплементации.

Колонии клеток Lac+ на плотной среде с хромогенным субстратом X-gal ( конечная концентрация в агаре - 40мкг/мл) и индуктором lac-оперона ИПТГ( конечная концентрация в агаре - 100мкг/мл) окрашены в голубой цвет.

Интеграция чужеродной ДНК в вектор вызывает инактивацию α -пептида, такие колонии на плотной среде с хромогенным субстратом X-gal и индуктором lac-оперона IPTG окрашены в белый цвет. Эффект α -комплементации дает дополнительную возможность селекции трансформантов, т.к. позволяет отделить коллонии трансформантов, которые содержат плазмиды с кассетами, содержащими регуляторную часть lac-оперона, от трансформантов, плазмиды которых либо утратили эти кассеты, либо несут дефекты по эти сайтам.

7. Выделение плазмидной ДНК с помощью микроколонок. Освоение метода выделения достаточных для генно-инженеоных работ количеств плазмидной ДНК. Освоение оборудования –центрифуга с ускорением силы тяжести до 25000хg, микроцентрифуга.

Проверка клонов после рассева: идентификация отдельных клонов, содержащих и не содержащих вставку, для наращивания значительных количеств бактерий, осуществляли по цвету колоний. В работу брали колонии клеток, окрашенных в синий цвет, что является признаком целостности вставки в плазмиде.

Приготовление среды  LB для стерилизации.

Приготовление ночной культуры. Для наращивания значительных количеств E.coli в колбу, содержащую 100 мл среды LB, внесили 1мл ночной культуры. Культивирование осуществляли в течение ночи.

Выделение плазмидной ДНК осуществляется с использованием микроколонок и кита фирмы «Омникс».

Отобрать по 6 мл культуры E.Coli на одно выделение плазмидной ДНК с помощью микроколонок. Собрать осадок из 6 мл культуры клеток центрифугированием в течение 1 мин при 10000-14000 x g. Тщательно отобрать остатки среды;

добавить к осадку 250 мкл Ресуспендирующего буфера и тщательно перемешать;

добавить 250 мкл Лизирующего буфера, закрыть крышку и аккуратно перемещать содержимое, переворачивая пробирку 4-6 раз. Смесь становится более прозрачной и вязкой. Избегать инкубации более 5 мин;

добавить 350 мкл Нейтрализующего буфера, немедленно закрыть крышку и аккуратно перемешать содержимое, переворачивая пробирку 4 – 6 раз;

центрифугировать смесь при 10000-14000 x g в течение 10 мин.

Установить микроколонку в коллектор, перенести в нее супернатант и центрифугировать 1 мин при 10000 – 14000 x g;

удалить содержимое коллектора;

внести в микроколонку 750 мкл Промывочного буфера и центифугировать 30 сек. при 10000 - 14000 х g;

удалить содержимое коллектора;

внести в микроколонку 250 мкл Промывочного буфера и центрифугировать 30 сек. при 10000-14000 х g;

перенести микроколонку в чистую пробирку и удалить остатки Промывочного буфера дополнительным центрифугированием в течение 2 мин при 10000-14000 х g;

перенести микроколонку в новую чистую пробирку;

внести в микроколонку 50 мкл Элюирующего буфера, инкубировать 2 мин;

центрифугировать 1 мин при 10000-14000 х g, собрать раствор плазмидной ДНК после центрифугирования.

Раствор плазмидной ДНК рекомендуется хранить при t -20о.

8.  Анализ плазмидной ДНК в агарозном геле. Гель агарозы готовят на трис-ацетатном буфере, рН 8,3. Для приготовления буфера 0,8 М раствор триса титруют ледяной уксусной кислотой до рН 8,3 и добавляют ЭДТА до концентрации 0,1М.

Навеску агарозы ( 1%) заливают 0,04 М ацетатным буфером, полученную взвесь агарозы нагревают на кипящей водяной бане до полного растворения.

Раствор агарозы выливают в заранее подготовленную форму или аппарат для электрофореза с намеченными лунками для проб. Для этого в расплавленную агарозу помещают гребенку так, чтобы ее края не касались дна формы. Агарозе дают возможность остыть на воздухе. После остывания при комнатной температуре осторожно удаляют гребенку. Гель готов для нанесения проб.

Для электрофоретического анализа плазмидной ДНК на наличие возможных примесей  пробу необходимо уплотнить сахарозой или глицерином, добавить 0,25% бромфенолового синего и нанести на предварительно подготовленный агарозный гель.

Разделение плазмидной ДНК проводят в горизонтальном аппарате для электрофореза. Гедь агарозы заливают 0,04 М трис-ацетатным буфером, рН 8,3, так, чтобы буфер полностью покрывал гель.

Разделение ДНК осуществляют при постоянном токе и напряжении 120в в направлении от минуса к плюсу.

После продвижения бромфенолового голубого на 2/3 геля (по времени около 1,5-2 час) ток отключают. Для визуализации фрагментов ДНК гель погружают в раствор бромистого этидия в концентрации 0,5 мкг / мл на 20-30 мин. Фрагменты ДНК идентифицируют в ультрафиолете на приборе ультрахемископ при этом интеркалирующий в двуцепочечную  ДНК бромид этидиума дает розовое свечение.

9. Выделение гомогенной плазмидной ДНК методом  электроэлюции.  Фрагмент геля после электрофореза, содержащий плазмиду со вставкой, вырезают и помещают в аппарат для электроэлюции. Электроэлюцию проводят в трис-ацетатном буфере, рН 8,0, при напряжении 90 в в течение 2-3 час. Накопление элюированного материала осуществляется в 4М ацетат аммония. Об успешности электроэлюции из геля можно судить по исчезновению ДНК, окрашенной этидиум бромидом, из фрагмента геля.

После окончания электроэлюции плазмидную ДНК в плотном растворе 4М ацетата аммония собирают, осаждение ДНК осуществляют тремя объемами холодного этилового спирта.

Осадок собирают центрифугированием при 11000 об/мин. Надосадочную жидкость удаляют. Осадок растворяют в минимальном объеме буфера ТЕ, определяют концентрацию при длине волны λ 260нм из расчета - нуклеиновая кислота в концентрации 1мг/мл поглощает 20 оп.ед.  Хранят препараты в присутствии 5% глицерина при -70.

Оценкой успешной работы студента при выполнении Практикума  по молекулярному клонированию является получение каждым студентом положительных результатов перечисленных в программе  методов.

Результатом освоения метода ПЦР является получение определенных количеств ДНК, достаточных для электрофоретического разделения в полиакриламидном геле и оценки качественного состава полученной ДНК.

Результатом освоения метода лигирования  плазмидной ДНК заданной вставкой и трансформации бактериальных клеток является получение трансформантов, устойчивых к селектирующему антибиотику. Студент представляет самостоятельно рассеяные  на чашку Петри  колонии трансформантов.

Результатом освоением метода α-комплементации является появление окрашенных колоний  E.coli. Студенты представляют самостоятельно рассеяные колонии на чашках Петри, что и является  результатом выполненного метода.

Результаты занятий 8 и 9 представляются в виде электрофореза плазмидной  ДНК в агарозном геле. Плазмидная ДНК и примеси РНК можно визуализировать после окрашивания этидиум бромидов в ультрафиолете. Каждый студент представляет результаты электрофоретического разделения препарата, полученного самостоятельно.

Результатом занятия 10 является электроэлюция из агарозного геля плазмидной ДНК, осаждение образца, растворение и определение концентрации полученной плазмидной ДНК.

Практикум молекулярное клонирование. Микроорганизмы» и дисциплина «Генная и клеточная инженерия»  составляют определенный модуль. 

Для более успешного освоения методов, входящих в практикум, представляется целесообразным выделение трех недель в сентябре 11 семестра, в течение которых студенты ежедневно были бы заняты только на практикуме и слушали лекции по «Генной и клеточной инженерии». Такой подход позволит осваивать методы не прерывая их, т.к. многие из этих методов для успешного выполнения требуют нескольких дней кряду. Более того, такой подход позволит предложить студентам освоение еще нескольких методов, что невозможно при выполнении практикума один раз в неделю.

 

Дисциплины по выбору Профессионального цикла:

Фракционирование биологически активных веществ.

Клеточная биотехнология.

1.Цели и задачи клеточной биотехнологии, основные направления.

2. Культивируемые клетки как основа клеточных технологий.

3. Технология получения и поддержания клеточных культур.

4. Типы клеточных культур, различия и изменчивость свойства клеточных линий.

5.  Коллекция клеточных культур.

6.  Контаминация клеточных линий микроорганизмами.

7.  Клеточные технологии восстановления поврежденных тканей и органов.

8.  Криоконсервация клеточных линий.

9.  Эмбриональные стволовые клетки человека.

10. Стволовые клетки взрослого организма.

11. Клеточные технологии в терапии кожного покрова.

12. Применение культивируемых клеток при лечении патологий сердечно-сосудистой системы.

13. Устранение дефектов костной и хрящевой тканей с помощью клеточных технологий.

14. Использование культивируемых клеток в лечении патологий желез внутренней секреции.

15.  Инфраструктура, необходимая для разработки клеточных технологий и создания клеточных продуктов. 

16. Нормативные требования, предъявляемые к клеточным технологиям, предназначенным для использования в медицинских клиниках.

17. Коллоквиум «Клеточные технологии»

18. Коллоквиум «Биология стволовых клеток».

19. Коллоквиум «Законодательство и нормативная база применения клеточных технологий»

 

Дисциплины Профессионально цикла направлены на развитие у студентов методической подготовки, необходимой для формирования полноценного научного работника. Профессиональный цикл предусматривает обязательное изучение студентом иностранного языка, что является непременным условием развития коммуникативных  способностей студента, а в будущем ученого, в научном мире.

 

Научно–исследовательской  работе  и научно–исследовательской практике  в разработанной  ООП уделено особое   внимание. Трудоемкость этих дисциплин составила 34,5 ЗЕТ.

 

Разработанная  ООП  «Прикладные основы генной и клеточной инженерии» предусматривает научно-исследовательскую работу студентов под руководством ведущих научных сотрудников  Института цитологии, и других научных учреждений РАН и РАМН, не только в течение семестров, но и по окончании летней сессии 5 курса, не менее 5 недель.

 

Научно-исследовательская работа, как и научно-исследовательская практика,  направлены на формирование у студентов компетенций ОК-2, ПК-3,4,5,6,7,21, которые являются определяющими в оценке подготовленности выпускника магистратуры к самостоятельной и полноценной научной работе. Компетентности магистра в планировании научной деятельности, воспитание у выпускника аналитического и критического отношения к работе, полученным результатам и их интерпретации.  

 

Результатом  научно-исследовательской работы и научно-исследовательской практики являются следующие достижения студентов:

 

– освоение методов, необходимых для выполнения научно исследовательской работы и магистерской диссертации;

– накопление теоретических данных по теме магистерской диссертации;

- участие в конференции, проводимой в  СПбГПУ  или Институте цитологии РАН, представление  cтендового  сообщения;

- участие в организации  работы  конференций для молодых ученых Института цитологии РАН.

 

Отчет по научно-исследовательской работе студент пишет в конце каждого семестра.  Вместе с отчетом он должен представить отзыв научного    руководителя о проделанной работе и о том, насколько успешно студент справляется с исследовательской работой, проявляет к ней интерес, обладает определенными способностями к науке. Руководитель оценивает  выполненную работу.

 

Научно-исследовательская работа и научно-исследовательская практика  направлены  на совершенствование методической подготовки студентов, воспитания в них вдумчивого и ответственного отношения к работе и уважительного отношения к членам научного коллектива, где они проходят практику и выполняют научно-исследовательскую работу,  а затем магистерскую диссертацию. Как правило, тема научно-исследовательской работы совпадает или находится в русле тематики, предложенной студенту для выполнения магистерской диссертации. Поскольку темы практически всегда поисковые, очень важно прививать студенту критический и аналитический подход к оценке полученных им результатов, интерпретации и обсуждения результатов с учетом мирового уровня развития исследуемой проблематики.

 

Для воспитания у студентов сопричастности к научному процессу руководители поощряют активную позицию студентов и их желание участвовать и в научной жизни коллективов, и в конференциях не только в России, но и за рубежом.  Приветствуют усилия студентов в получении специальных грантов для участия в зарубежных конференциях и съездах.

 

Студентов привлекают в качестве исполнителей  Государственных контрактов, разрабатываемых в Институте цитологии РАН.  Поощряются знания  студентов по  математическим  методам  статистического анализа для обработки полученных результатов, их знания компьютерных программ и технологий для использования возможностей интернета в накоплении методологической и текущей научной информации по разрабатываемой проблеме. В процессе написания магистерской диссертации во время итоговой государственной аттестации студенту предоставляется полная возможность применить свои знания. Молодые исследователи получают возможность в полной мере проявлять самостоятельность в интерпретации собственных данных, что воспитывает у них чувство ответственности за представляемые результаты.

 

При выполнении экспериментальной работы студенты могут использовать методы конфокальной микроскопии. Конфокальный микроскоп оснащен программным обеспечением, которое позволяет не только получать четкие изображения, но и математически их обрабатывать.

 

Оптическая часть конфокального микроскопа

 

Оптическая часть конфокального микроскопа.

 

 

Компьютерное оснащение конфокального микроскопа

Компьютерное оснащение конфокального микроскопа.

 

В дисциплины «Клеточная биотехнология» и «Молекулярное клонирование» помимо теоретического материала планируется включить практические занятия по методам культивирования клеток и генной инженерии. Внедрение в эти курсы практикумов, которые позволят студентам получить глубокую методическую подготовку в освоении самых современных методов и подходов в клеточной и генной инженерии, является одной из основных задач разработанной магистерской программы.

 

Программа предусматривает проведение этих практических занятий циклами не менее 3 недель по 6 часов в день. Это дает возможность студентам освоить достаточно трудоемкие и длительные по времени методы.

Институт цитологии РАН располагает современным оборудованием исследований в области клеточной и молекулярной биологии.

Институт цитологии располагает современным электронным микроскопом, оборудованным компьютерной техникой. 

 

Электронный микроскоп LIBRA 120

Электронный микроскоп “LIBRA 120”


Все имеющееся оборудование доступно студентам, проходящим научно-исследовательскую практику и выполняющим научно-исследовательскую работу и магистерскую диссертацию на кафедре физико-химической биологии клетки. Студенты работают в специализированных ламинарных боксах, предназначенных для культивирования клеточных линий, в том числе и стволовых клеток.

 

Ламинарный бокс для работы с культурами клеток, включая стволовые.

 

Ламинарный бокс для работы с культурами клеток, включая стволовые.


Научно-педагогическая практика в рамках ООП «Прикладные основы генной и клеточной инженерии» направлена на педагогическую подготовку студентов для работы в Высшей школе,  в связи с чем она имеет свои особенности. Студентов готовят для организации учебного процесса в высших учебных заведениях, обучают  составлять учебные планы и учебно-методические комплексы по дисциплинам, для чего их знакомят с компьютерным обеспечением учебного процесса, который применяется при реализации действующего образовательного стандарта.

 

Практические занятия, связанные с освоением компьютерной программы для составления учебных планов и УМК по дисциплинам, проводятся в течение 11 семестра. Но часть практики, непосредственно связанную с преподавательской деятельностью, целесообразно проводить во время летней практики студентов первого курса либо других практических занятий  бакалавриата,  чтобы магистры могли реально окунуться в педагогический процесс. Студенты-магистранты должны непосредственно участвовать в обеспечении проведения тех или иных практических занятий для студентов бакалавриата. Следить за выполнением студентами практических работ, оказывать методическую помощь при выполнении практических работ и при статистической обработке полученных результатов, а также в их оформлении. Такой подход позволит студентам-магистрантам участвовать в реальном педагогическом  процессе, попробовать свои силы в преподавательской деятельности и оценить собственные способности к этому роду деятельности.  Непосредственное участие в организации учебного процесса даст возможность студентам - магистрантам творчески развить свои педагогические способности. 

 

Представляется также целесообразным, в качестве педагогической практики,  привлекать студентов к работе в Приемной комиссии университета, т.к. прием абитуриентов это достаточно сложный и важный этап в процессе обучения. Участие в работе Приемной комиссии воспитает у студентов чувство ответственности, даст навыки работы с разнообразной аудиторией и подвигнет студентов к более глубокому изучению специализации факультета, особенностей программ, представленных на факультете,  и, наконец, к углубленному и заинтересованному изучению  истории своего ВУЗа. 

 

В план научно-педагогической практики входит ознакомление студентов с компьютерными программами, которые используются при составлении учебных планов. Ознакомление с подходами при составлении учебных программ дисциплин и УМК по дисциплинам, принципами промежуточной аттестации студентов. В процессе научно-исследовательской практики студенты будут ознакомлены с методами подготовки и проведения практикумов для студентов младших курсов. В результате прохождения этих практик студентам будет предложено составить учебный план или программу дисциплины.

 

В результате прохождения научно-педагогической практики у магистранта будут  сформированы следующие компетенции:

ОК-2 способность к самостоятельному постижению новых теоретических знаний в избранной области науки, пополнению своих знаний в области современных проблем технической физики и смежных наук, готовность к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности, к изменению социокультурных и социальных условий деятельности;

ПК-18 готовность принимать непосредственное участие в учебной, учебно-методической работе кафедр и других учебных подразделений по профилю направления, участвовать в разработке программ учебных дисциплин и курсов.

 

Магистерская диссертация


Выпускная квалификационная работа в соответствии с ООП магистратуры выполняется в виде магистерской диссертации. Магистерская диссертация может быть логическим продолжением квалификационной работы бакалавра, если обе работы выполняются у одного и того же руководителя.  Именно такая форма научно-исследовательской работы  приветствуется научными руководителями и профессорско-преподавательским составом кафедры, т.к. студент проходит экспериментальную подготовку в течение достаточно длительного времени в одном и том же коллективе и это позволяет более успешно сформировать его как молодого научного работника. Тема магистерской диссертации, как правило, является частью крупной тематики, которая разрабатывается в той лаборатории, где проходит научно-исследовательскую практику и выполняет научно-исследовательскую работу магистр. Тема магистерской диссертации утверждается на Ученом совете факультета. Во время научно-исследовательской практики и научно-исследовательской работы студент осваивает методы, необходимые для решения поставленной перед ним задачи. Параллельно идет знакомство с научной литературой по предложенной научным руководителем теме.  После освоения методов студент приступает к исследовательской работе по изучению предложенной проблемы. Эта часть работы выполняется студентом самостоятельно, но под руководством научного руководителя. В процессе работы, при получении достаточного количества экспериментальных данных студент может представить их на конференции молодых ученых в виде стендового сообщения. После выполнения экспериментальной части работы студент приступает к оформлению полученных данных в виде магистерской диссертации.

 

Выполнение научно-исследовательской практики, научно-исследовательской работы и магистерской диссертации завершаются приобретением студентом социокультурных и профессиональных компетенций, способностей развивать и совершенствовать свой интеллектуальный уровень, расширять и углублять научное мировоззрение, самостоятельно постигать теоретические и методические подходы в решении проблем в избранной области науки ли другой трудовой деятельности, креативность, способность творчески работать в коллективе, знание английского языка как коммуникативного и познавательного инструмента, использование в своей деятельности информационых технологий и баз данных, современных приборов и оборудования, творчески подходить к освоению новых методов и технологий, готовность к представлению результатов своей деятельности на выставках, конференциях и съездах не только в России, но и за рубежом.

 

Диссертация включает:

 

Вступление, где формулируется задача, поставленная в исследовании, и ее обоснование, научная новизна и актуальность.

2. Обзор литературы.

В обзоре литературы студент демонстрирует глубину изучения поставленной перед ним проблемы, оценивает насколько широко данная проблема изучается в мире и каковы достижения ученых в этой области.

3.  Материалы и методы.

Эта глава включает описание объектов исследования, реактивов, которые были использованы в работе, а также подробное и логичное описание всех методов, которые были использованы магистром для получения представленных результатов.

4. Результаты.

Эта глава включает подробное описание полученных результатов. Иллюстративный материал может содержать таблицы, графики, фотографии полученных результатов.

5. Обсуждение.

В этой главе результаты экспериментов сравниваются с данными, полученными другими исследователями, если таковые имеются. Дается подробный анализ явлений, закономерностей и возможных гипотез, которые могут быть сформулированы по полученным данным, с привлечением уже известных фактов.

6. Выводы.

Выводы формулируются сжато и четко. В выводах формулируется факт, который установлен (выводы не являются простым перечислением полученных результатов).

 

Магистерская диссертация представляется к защите. Для этого необходимы:

 

Рецензия независимого ученого, который ставит оценку и рекомендует (или не рекомендует) присвоить студенту искомую ученую степень.

отзыв руководителя о работе студента, в котором руководитель ставит студенту оценку за выполненную работу и рекомендует (или не рекомендует) присвоить студенту искомую степень магистра.

Окончательную оценку и решение о присуждении ученой степени магистра выносит Государственная аттестационная комиссия по направлению «Техническая физика» факультета.

В реализации разработанной программы «Прикладные основы генной и клеточной инженерии»  используются традиционные методы преподавания, т.е. чтение лекций, проведение лабораторных занятий, проведение практикумов. Но наряду с этим в преподавании курсов используются современные технологии, такие как проблемное обучение, обучение на основе опыта, индивидуальное обучение, междисциплинарное обучение.

 

В результате применения методики проблемного обучения студенты  методически решают возможные противоречия биологических систем и инженерных проблем при создании и использовании генно-инженерных конструкций. Примером этого может служить предложение студентам решить задачу:

 

Как осуществить трансформацию бактериальной клетки космидой?

Какие методические приемы необходимо использовать для проникновения в бактериальную клетку слишком большой по размерам конструкции?

 

Решение этой проблемы влечет за собой не только теоретическое, но и методическое изучение поставленной проблемы, а также необходимость провести эксперимент, который и послужит доказательством правильности теоретических предпосылок избранного метода решения проблемы.

 

Обучение на основе опыта предполагает использования знания и навыков студентов (как базис), полученные ими при освоении различных курсов на предыдущих этапах обучения. Так, в преподавании таких дисциплин как «Генная и клеточная инженерия», «Клеточная биология», практикум по молекулярному клонированию очень полезными оказываются знания студентов по дисциплинам: «Общая биохимия», «Гистология», «Анатомия», «Биофизика» и практикум по биофизике, которые они изучали в бакалавриате по направлению Техническая физика.

 

Широко используются  знания студентов, полученные ими в ходе освоения курса «Прикладные методы статистического анализа данных», в результате освоения которого в руках студентов оказывается очень нужный для статистики математический метод. Спрос на этот метод не исчерпывается только теорией, он широко используется и на практических занятиях и при прохождении научно-исследовательской практики и, безусловно, при выполнении магистерской диссертации. Такое использование знаний студентов является примером  междисциплинарного обучения.

 

Самостоятельная работа студентов, особенно в разделе творческой, проблемно-ориентированной, требует от преподавателя индивидуального подхода в выборе, например, темы теоретической работы для самостоятельного изучения и последующего сообщения устно на коллоквиуме, семинаре или практических занятиях. Индивидуальное обучение является, безусловно, основным подходом при обучении студентов в ходе выполнения ими научно-исследовательской работы и магистерской диссертации.

 

Система оценочных средств  для  определения успешности освоения дисциплины требует постижения студентом всех разделов дисциплины. Посещение лекций, выполнения всех заданий практических занятий, сдача коллоквиумов, успешная сдача тестов, активное участие в семинарах. Система промежуточных оценочных средств  включает коллоквиумы, тестовые задания. Заключительные оценочные средства – это вопросы к зачетам и экзаменам.

В результате обучения по магистерской программе «Прикладные основы генной и клеточной инженерии» у выпускника должны быть сформированы следующие компетенции, способствующие социальной мобильности, конкурентоспособности и устойчивости на отечественном и мировом рынке труда и позволяющие выполнять различные задачи, сформулированные работодателями.

 

Общекультурные компетенции (ОК), которыми должен обладать выпускник:

 

  • способность совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень, добиваться нравственного и физического совершенствования своей личности (ОК-1)

Достижению этих качеств выпускника должно способствовать освоение дисциплины Общенаучного цикла «Философские проблемы технической физики», призванное формировать у студента философский подход в осмыслении окружающего мира и методов его познания.  Непременное требование, предъявляемое ко всем студентам-магистрам при освоении магистерской программы «Прикладные основы генной и клеточной инженерии» - это изучение мирового уровня, истории развития и методологических теорий, лежащие в основе технической физики, генной и клеточной инженерии, клеточной биологии и научного направления, в рамках которого студент осуществляет свою научно-исследовательскую работу и выполняет диссертацию магистра. Развитию интеллектуального и общекультурного уровня способствует участие студента в конференциях, научных дискуссиях и представление на конференциях собственных результатов, полученных под руководством руководителей при выполнении плановой научно-исследовательской работы;

  • способность к самостоятельному обучению новым методам

исследования, пополнению своих знаний в области современных проблем технической физики и смежных наук, готовность к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности, к изменению социокультурных и социальных условий деятельности (ОК-2).

Достижению этой компетенции способствует изучение дисциплин Общенаучного и Профессионального циклов «Философские проблемы технической физики» и «Математическое моделирование в технической физике», «Генно-инженерные методы диагностики и лечения наследственных заболеваний», «Молекулярное клонирование» и др., а также научно-исследовательская работа студента магистратуры, которые  требуют от него освоения и осмысления методов и подходов при выполнении научно-исследовательских практик и магистерской диссертации.

  • готовность к активному общению в научной, производственной

социально-общественной сферах деятельности; способность свободно пользоваться русским и иностранным языками как средством делового общения (ОК-3).

Необходимость в знании иностранных языков возникает перед студентами еще до поступления в магистратуру, так как при выполнение квалификационной работы бакалавра студенты сталкиваются в большим объемом литературы на английском языке, которую необходимо освоить уже на этом этапе обучения. Не только освоение научной литературы на иностранных языках, но и изучение дисциплины «Деловой иностранный язык», «Семинар по клеточной биологии» и непосредственное общение с иностранными коллегами во время участия студентов в зарубежных конференциях, требуют от них обратить особое внимание на изучение иностранных языков с тем, чтобы владеть ими активно. Научные руководители поддерживают студентов в их желании участвовать в зарубежных конференциях, а это становится возможным только при активном знании иностранного языка.

  • способность самостоятельно приобретать с помощью

информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение (ОК-6).

Вариативная часть общенаучного цикла магистерской программы составлена с целью дать студентам знания в области не только генной и клеточной инженерии, но в области ионных механизмов клеточной сигнализации, передачи клеточного сигнала и роли в этом процессе везикулярного транспорта, а также ряда других дисциплин, которые способствуют формированию у студентов научного мировоззрения. Руководители научно-исследовательской работы студентов поощряют их интерес к освоению новых компьютерных программ для анализа результатов экспериментальной деятельности. Прививают интерес к изучению опыта и достижений российских и зарубежных коллег, занятых в родственных научных исследованиях. Каждому студенту на его рабочем месте предоставлена возможность пользоваться компьютером и интернетом.

Профессиональные компетенции (ПК), которыми должен обладать выпускник

Общепрофессиональные

  • способность к профессиональной эксплуатации современного научного и технологического оборудования и приборов (ПК-1).

При выполнении магистерской диссертации студенты осваивают необходимое для эксперимента оборудование. Институт цитологии РАН и другие исследовательские учреждения, где студенты выполняют магистерские диссертации, располагают современным оборудованием: конфокальные микроскопы, установки для культивирование клеточных линий, современные электронные микроскопы все это доступно студентам и позволяет им приобрести достаточно весомый багаж практических знаний и умений.

  • способность демонстрировать и использовать углубленные

теоретические и практические знания фундаментальных и прикладных наук, в том числе и тех, которые находятся на передовом рубеже генной и клеточной инженерии (ПК-2)

Достижению этой компетенции способствует углубленное изучении дисциплины «Информационные технологии в технической физике», «Прикладные методы статистического анализа данных» которые дают в руки студентам современные инструменты накопления научной информации, ее обработки и применения. Студенты, работая в научно-исследовательских коллективах, участвуют в семинарах, конференциях, где представляют теоретические и практические результаты своей деятельности, что требует обязательной статистической обработки.

  • способность демонстрировать навыки работы в научном коллективе,

готовность генерировать, оценивать и использовать новые идеи (креативность), способность находить творческие, нестандартные решения профессиональных и социальных задач (ПК-3).

  • способность самостоятельно выполнять научные исследования для

оптимизации параметров объектов и процессов с использованием стандартных и специально разработанных программных средств (ПК-7).

Темы студенческих магистерских диссертаций, как правило, являются частью основной тематики научно-исследовательских лабораторий или групп. Поэтому студенты приходят в научный коллектив и вливаются в его работу, где их знания по компьютерным технологиям, математическим методам всегда востребованы. Помимо этого работа в коллективе воспитывает в них чувство коллегиальности, проявления энтузиазма, заинтересованности в работе и, соответственно, углубленного постижения теоретических и практических основ изучаемого направления науки.

  • способность вскрыть физическую, естественнонаучную сущность

проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, провести их качественный и количественный анализ (ПК-4).

Для достижения этих компетенций студенты имеют возможность слушать курсы лекций «Клеточная биология», «Регуляторные механизмы экспрессии генома», «Структура и функции цитоскелета» и т.д., имеют возможность глубоко изучать теоретически и практически сущность исследуемых проблем и выдвигать нестандартные подходы для их решения.

  • способность осуществлять научный поиск и разработку новых

перспективных подходов и методов к решению профессиональных задач, готовность к профессиональному росту, к активному участию в научной и инновационной деятельности, конференциях, выставках и презентациях (ПК-5).

  • способность критически анализировать современные проблемы

генной и клеточной инженерии, ставить задачи и разрабатывать программу исследования, выбирать адекватные способы и методы решения экспериментальных и теоретических задач, интерпретировать, представлять и применять полученные результаты (ПК-6).

  • готовность и способность применять физические методы

теоретического и экспериментального исследования, методы математического анализа и моделирования для постановки задач по развитию, внедрению и коммерциализации новых наукоемких технологий (ПК-21).

Освоение этих компетенций зависит от творческой обстановки в научном коллективе.

 

Руководители поощряют активную позицию студентов и их желание участвовать в научной жизни коллективов, участвовать в конференциях не только в России, но и за рубежом. Приветствуют усилия студентов в получении специальных грантов для участия в зарубежных конференциях и съездах.

 

Оценочные средства успешности формирования у магистров компетенций, предусмотренные данной магистерской программой, на наш взгляд,  имеют две составляющие:

 

теоретическую, которая включает постижение студентом знаний, заложенных в курсах лекций;

экспериментальную,  которая включает достижения студента в области овладения теоретическими и практическими основами экспериментальных подходов и методов, обретение способности достаточно глубоко вникнуть в решаемую проблему и применить на практике знания, полученные при освоении теоретических курсов.

Оценочные средства теоретической составляющей не вызывают затруднений, т.к. знания, полученные студентами при освоении теоретических курсов лекций проверяются на экзаменах и теоретических зачетах.

Что касается экспериментальной составляющей, то здесь необходим индивидуальный подход к каждому студенту со стороны руководителя научно-исследовательской работы, практики и магистерской диссертации.  Именно во время научно-исследовательской деятельности студента у него формируются такие компетенции как способность к развитию своего интеллектуального и общекультурного уровня, нравственного и физического совершенствования своей личности, а также способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, пополнению своих знаний в области современных проблем технической физики и смежных наук, готовность к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности, к изменению социокультурных и социальных условий деятельности, готовность к активному общению в научной, производственной и социально-общественной сферах деятельности; способность свободно пользоваться русским и иностранным языками как средством делового общения, способность самостоятельно выполнять научные исследования для оптимизации параметров объектов и процессов с использованием стандартных и специально разработанных программных средств, готовность и способность применять физические методы теоретического и экспериментального исследования, методы математического анализа и моделирования для постановки задач по развитию, внедрению и коммерциализации новых наукоемких технологий.

 

Научный руководитель, наблюдая отношение студента к экспериментальной работе, его заинтересованность, внимание, трудолюбие и пунктуальность, может сделать вывод том, насколько молодой исследователь освоил тот или иной методический подход, насколько легко ему дается постижение тех или иных теоретических и экспериментальных проблем, с каким желанием студент готов осваивать научную литературу, прикладывать определенные усилия для изучения английского языка сверх той программы, которая предусмотрена Стандартом третьего поколения, и совершенно необходима для формирования полноценного научного сотрудника.

 

Помимо этого полученные студентом знания в области компьютерных технологий и статистического анализа дают ему определенный потенциал, который он должен использовать в своей научно-исследовательской работе и который существенно расширяет его возможности уже при выполнении магистерской диссертации. Задача научного руководителя состоит и в том, чтобы активировать этот потенциал студента. Таким образом, одним из оценочных подходов формирующихся компетенций является мнение и отзыв научного руководителя студента. Его оценка способностей и заинтересованности студента в избранной деятельности. Такой отзыв руководитель дает студенту после каждого семестра магистратуры, и далее куратор должен обратить внимание на те, или иные недочеты в учебном процессе студента, высказанные руководителем НИР.

 

Еще одним оценочным средством таких формирующихся компетенций как способность осуществлять научный поиск и разработку новых перспективных подходов и методов к решению профессиональных задач, готовность к профессиональному росту, к активному участию в научной и инновационной деятельности, конференциях, выставках и презентациях, способность критически анализировать современные проблемы генной и клеточной инженерии, ставить задачи и разрабатывать программу исследования, выбирать адекватные способы и методы решения экспериментальных и теоретических задач, интерпретировать, представлять и применять полученные результаты может служить способность и готовность студента представлять результаты своих исследований на конференциях и съездах, желание и готовность студентов представлять собственные проекты для участия в конкурсных отборах. Активное участие студента в деятельности Советов молодежи в тех научно-исследовательских учреждениях, где они выполняют НИР и магистерскую диссертацию, их готовность принимать участие в организационной работе по проведению конференций и научных съездов. Все это формирует у студентов определенный опыт, который позволит им в будущем достаточно уверенно и полноценно вписаться в профессиональную среду.

 

Самой результативной оценкой сформировавшихся у студента компетенций, предусмотренных магистерской программой, является рекомендация научного руководителя, а возможно и предложение, продолжить образование в аспирантуре.

Самостоятельная работа студентов заключается в подготовке к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, в опережающей подготовке к лекциям, подготовке и сдаче зачетов и экзаменов.

Разработанная ООП «Прикладные основы генной и клеточной инженерии» основной упор делает на проблемно-ориентированную творческую часть самостоятельной работы, что  позволяет  с большей результативностью привлечь студента к самостоятельной работе вообще.

 

В этой части студентам предлагается  на выбор несколько тем, имеющих отношение к изучаемой дисциплине или проблематике лаборатории, где студент выполняет научно-исследовательскую работу:

 

а) тема может быть ориентирована на теоретическую работу, оценку уровня развития этой тематики в мировой литературе, что даст студенту определенный опыт в сборе литературной информации, аналитическом подходе в освещении заданной темы и будет полезно при выполнении и оформлении магистерской диссертации. Кроме того, студент должен будет использовать возможности не только электронных информационных ресурсов, но возможно прочитает статьи, публикуемые в периодических научных журналах;

б) тема может быть ориентирована на повышения знаний студента в области методологии исследуемой проблемы. Она может включать аналитическое исследование методов, которыми пользуются исследователи в мире для решения конкретной проблемы. Анализ методов и подходов будет полезен студенту, т.к. даст ему возможность осмысленно  использовать самые оптимальные методы исследования, учитывая приборные и материальные возможности, которыми располагает научный коллектив. Такая тема также потребует от студента определенных самостоятельных усилий, т.к. это потребует  сбора  литературные данные о методологии исследуемой проблемы.

 

Выполненную работу студент может представить устно,  в виде  10-15 минутного доклада,  что,  безусловно,  способствует  развитию коммуникативных способностей студента. Можно предложить сделать этот доклад на английском языке, что полезно и докладчику, и слушателям, т.к. дает студентам дополнительный коммуникативный опыт, что важно для участия в международных конференциях. Помимо теоретической работы  над докладом студент может сделать компьютерную презентацию, что требует от него проявления знаний в использовании  компьютерных технологий.

 

 Примерные темы:

Методы борьбы с контаминациями клеточных культур. Принципы и методические подходы.

Регенерация у животных и человека: распространение регенеративных способностей в животном мире. Прикладные исследования регенеративных процессов.

Клонирование млекопитающих. Обзор литературы.

 

Тематику сообщения, которая касается научно-исследовательской работы студента,  несет образовательную нагрузку, т.к. позволяет остальным членам группы ближе познакомиться с проблемой, которой занимается их коллега.

 

Такие темы необходимо  предложить каждому студенту, а затем для  их сообщений отвести  одно или два практических занятия.

 

Такой подход к самостоятельной работе  способствует  развитию у студентов:

 

  • интеллектуального и общекультурного уровня;
  • пополнению знаний в области современных проблем технической физики и смежных наук;
  • готовности к активному общению в научной, производственной и социально-общественной сферах деятельности;
  • способности свободно пользоваться русским и английским языками как средством делового общения;
  • способности самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение;
  • способности демонстрировать и использовать углубленные теоретические и практические знания фундаментальных и прикладных наук;
  • способности осуществлять научный поиск и разработку новых перспективных подходов и методов в решении  профессиональных задач.

 

3. Разработки учебных пособий (количество, виды и наименования) по профессиональному циклу дисциплин.

 

В 2011г. будут изданы шесть учебных пособий по дисциплинам: 

 

  1.  С.А. Комаров. Клеточная биология.
  2. Д.С. Боголюбов, В.М. Седова, И.М. Спивак. Регуляторные механизмы экспрессии генома.
  3. Г.П. Пинаев, М.И. Блинова, и др. Клеточная биотехнология.
  4. Е.С. Корнилова.  Везикулярный транспорт и передача внутриклеточного сигнала.

5.  С.А. Александрова, Н.А. Боголюбова. Молекулярные и клеточные основы онтогенеза.

6. В.И. Казаков, Н.М. Усманова. Генная и клеточная инженерия.

 

Требования к  поступающему в магистратуру


Поступающий на магистерскую программу «Прикладные основы генной и клеточной инженерии»  должен иметь диплом о высшем профессиональном образовании  бакалавра или специалиста. При поступлении в магистратуру абитуриенты проходят собеседование с членами ГАК по направлению магистерской программы.

 

Область профессиональной деятельности выпускника


Выпускники, получившие подготовку по магистерской программе «Прикладные основы генной и клеточной инженерии», могут продолжить образование в аспирантуре Российской академии наук, Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, будут востребованы в научных учреждениях Российской академии наук, в научных учреждениях Российской академии медицинских наук и Министерства здравоохранения и соцразвития России, а также в коммерческих учреждениях биотехнологической направленности. 

 

Объекты профессиональной деятельности выпускника


Объектами профессиональной деятельности выпускников являются процессы и явления, имеющие место в живой системе, их изучение, моделирование и использование для решения  фундаментальных и прикладных проблем биологии и медицины и смежных областей на молекулярном и клеточном уровнях.

 

Виды профессиональной деятельности выпускника


Выпускник магистерской программы 223200.68.00 «Прикладные основы генной и клеточной инженерии» готовится к следующим видам профессиональной деятельности:

         Научно-исследовательской;

Научно-педагогической;

         Научно-инновационной.

 

Задачи профессиональной деятельности выпускника


Научно-исследовательская деятельность:

 

  • сбор, обработка, анализ, систематизация информации по теме научного исследования в области  генной и клеточной инженерии и клеточной биологии;
  • выбор оптимальных методов и подходов, разработка программы научного исследования, проведение научных исследований, обработка полученных результатов с использованием современных компьютерных технологий;
  • оформление отчетов, статей, рефератов по результатам научных исследований;
  • представление результатов экспериментальной деятельности на российских и зарубежных конференциях и съездах.

 

Научно-педагогическая деятельность:

 

  • участие в разработке учебных планов и программ учебных дисциплин и курсов на основе изучения научной и научно-методической литературы, а также результатов собственной экспериментальной деятельности;
  • постановка и усовершенствование практикумов и отдельных лабораторных работ по дисциплинам, входящим в программу магистерской подготовки;
  • проведение учебных занятий со студентами, участие в организации и руководстве их научно-исследовательской экспериментальной и теоретической работой;
  • применение и разработка новых образовательных технологий, включая системы компьютерного и дистанционного обучения.

 

Научно-инновационная деятельность:

 

  • фиксация и защита объектов интеллектуальной собственности;
  • участие в разработке и реализации проектов по интеграции высшей школы, академической науки и предприятий малого и среднего бизнеса.

 

4    Использование в учебном процессе

ООП 223200 «Прикладные основы генной и клеточной инженерии» утверждена Ученым советом факультета медицинской физики и биоинженерии, май 2011г.  Прием студентов планируется в 2012 г.

 

5 Реализация и подготовка инноваций в образовательной деятельности

Реализации и подготовки инноваций в образовательной деятельности кафедры физико-химической биологии клетки ФМедФ и Б

 

Характеризуемые области

ВПО, магистратура

1

Прогнозирование  и проектирование новых образовательных целей

 

2

Установление новых норм качества подготовки

П(2)

3

Проектирование нового содержания образования

 

4

Разработка и внедрение новых образовательных технологий

 

5

разработка и внедрение новых технологий оценки

П (2)

7

Развитие ресурсного обеспечения образовательного процесса

П(1)

8

Развитие инфраструктуры организации образовательного  процесса

П(2)

9

Развитие системы трудоустройства и адаптации выпускников на рынке труда

 

10

Развитие информационно-компьютерной поддержки образовательного процесса

П(2)

11

Развитие системы мониторинга качества образования

 

12

Развитие системы информирования общества о качестве образования в вузе

В(1)

 

При заполнении таблицы используются следующие обозначения степени внедрения инновации: Р – реализация инновации, П – подготовка к внедрению инновации; В – внедрение инновации. Рядом с обозначением степени внедрения инновации в круглых скобках указывается количество инноваций (например, В(1) – внедрена 1 инновация).

 

2. Установление новых норм качества подготовки:

 

  • В дисциплинах Генная и клеточная инженерия и Молекулярное клонирование, которые можно рассматривать ка модуль,  планируется введение в программу освоение  новых методов.  В связи с тем, что эти дисциплины относятся к бурно развивающимся разделам молекулярной и клеточной биологии, уровень образования и подготовки студентов требует постоянного повышения методической базы для  соответствия методическому и теоретическому состоянию исследований в этой области.
  • Планируется внедрение более современных методов исследования  в молекулярном клонировании и генной инженерии.
  • В дисциплине Генная и клеточная инженерия будут включены теоретические основы новых методов.
  • Проблемы внедрения таких подходов связаны с материальным обеспечением новых методов, т.к. существующая система закупки реактивов и материалов не дает гарантии на обеспечение внедрения планируемых методов в намеченные сроки.

 

5.     Внедрение в обучение студентов новых современных методов клеточной и генной инженерии требует разработки более качественных технологий оценки уровня подготовки магистров-выпускников. Изложение теоретических основ нового метода включает описание различных подходов, которые требуются при использовании этого метода для тех или иных конкретных биологических систем.  На практических занятиях студентам предлагается на выбор использование нескольких методик, каждая из которых применима лишь к одной конкретной биологической системе. Выбор правильной методики служит оценкой того, насколько внимательно студент относится к теоретическому изложению предмета, с одной стороны, и насколько доходчиво изложен теоретический материал. Уровень ошибки при таком подходе не должен превышать 10%.  Естественно, что преподаватель осуществляет контроль правильности выбора и еще раз объясняет почему в данном конкретном случае применяется тот или иной подход. Такой метод оценки восприятия студентом теоретических основ дисциплины, если хотите его сообразительности, позволит выпускать магистров качественно более подготовленных к реалиям научной деятельности, требованиям, которые предъявляются при приеме на работу в профильные фирмы. С другой стороны, это способствует тому, чтобы и преподаватели адаптировали изложение нового материала к уровню, обеспечивающему более полное понимание студентами.

9. Введение в образовательный процесс новых методов требует оснащения новой приборной базой, новым наборов реактивов и биопрепаратов.  

12. Ведущие ученые Института цитологии РАН и одновременно преподаватели кафедры физико-химической биологии клетки ФМедФ и Б СПбГПУ неоднократно в средствах массовой информации, в частности по телевидению на канале 100,  принимали участие в передачах, посвященных достижениям клеточной биологии и перспективам внедрения этих достижений в медицину и образовательный процесс.