Рабочая программа по дисциплине дс. Ф. 03 Фармакогнозия по специальности 060108 Фармация (направлению)

1. 
   Цели и задачи изучения дисциплины
   

Студент должен уметь:
-определять доброкачественность микроорганизмов-продуцентов методом микроскопии, определения концентрации жизнеспособных клеток и их ферментативной активности. Обеспечить требуемые условия хранения промышленных штаммов;
-учитывать влияние биотехнологических факторов на эффективность технологического процесса и качество конечного продукта;
-поддерживать оптимальные условия для биосинтеза целевого продукта и решать ситуационные задачи при отклонениях от этих условий;
-обеспечивать условия асептического проведения технологического процесса;
-оценивать применяемые на производстве и в лаборатории методы работы с рекомбинантными штаммами;
-проводить выделение и очистку лекарственных веществ из биомассы и культуральной жидкости;
-осуществлять постадийный контроль и стандартизацию получаемых препаратов (определение антимикробной активности антибиотиков, активности ферментных препаратов, жизнеспособности микроорганизмов);
-получать готовые лекарственные формы и диагностические препараты (наборы) из лекарственных веществ микробиологического происхождения;
-осуществлять анализ биологически активных соединений методом иммуноферментного анализа;
-проводить исследования по совершенствованию биотехнологического процесса;
- информировать врачей лечебно-профилактических учреждений о лечебных и диагностических препаратах (тест-системах);
-выбирать оптимальные условия хранения лечебно-диагностических препаратов и оценивать их качество в процессе длительного хранения;
-обеспечивать соблюдение правил промышленной гигиены, охраны окружающей среды, охраны труда и техники безопасности.

Студент должен приобрести навыки:

-практической работы с нормативной документацией (НД): лабораторными, опытно-промышленными регламентами и др.;
-определения биологической активности антибиотиков, витаминов, гормонов, рекомбинантных белков и иммунобиопрепаратов;
-эксплуатации биореакторов и корректирования технологических параметров ферментации;

- работы с культурами клеток и тканей.

1.2. Краткая характеристика дисциплины
Биотехнология — одна из важнейших современных научных дисциплин, необходимых фармацевту, работающему как в лабораториях и цехах предприятий, выпускающих лекарственные средства, так и в аптеках и контрольных учреждениях. Помимо знания общих основ этой науки (и сферы производства) обязательно также глубокое знакомство с теми ее разделами, которые будут наиболее близки профилю работы специалиста. Биотехнологические методы все более интенсивно проникают в практику диагностики, профилактики и лечения различных заболеваний, современные же концепции биотехнологии способствуют формированию мировоззрения человека, адекватного стремительному течению научно-технического прогресса в современном мире.

В общем смысле технология, как правило, связана с производством, целью которого является удовлетворение потребностей человеческого общества. Биотехнология — это осуществление природного процесса в искусственных, созданных человеком условиях. В последнее десятилетие на основе биотехнологических методов в биореакторах (техногенных нишах) воспроизводятся не только природные, но и не протекающие в природе процессы с использованием ферментов (биокатализаторов — бесклеточных ферментных комплексов), одноклеточных и многоклеточных организмов. Биотехнология использует достижения фундаментальных биологических наук в практических целях. Биотехнология – это направление научно-технического прогресса, использующее биологические процессы и агенты для целенаправленного воздействия на природу, а также в интересах промышленного получения полезных для человека продуктов, в частности лекарственных средств.

Из этого и предыдущих определений следует, что биотехнология — и наука, и сфера производства. Она включает разделы энзимологии, промышленной микробиологии, прикладной биохимии, медицинской микробиологии и биохимии, а также разделы, связанные с конструированием заводского оборудования и созданием специализированных поточных линий.
1.3. Связь с предшествующими дисциплинами
Биотехнология - это интегрированная, мультидисциплинарная область знаний, которая имеет глубокие связи с другими науками. Поэтому без должного углубленного освоения комплекса химических и медико-биологических наук понимание крайне важного для фармспециалиста предмета биотехнологии невозможно. Она имеет предшествующие логические и содержательно-методические связи с дисциплинами:

-Фармацевтическая химия (анализ лекарственных веществ-антибиотиков, аминокислот, некоторых белковых веществ, гормонов);

- Биологическая химия (синтез белков, антибиотиков, витаминов);

-Токсикологическая химия (вопросы отравления /передозировки/ антибиотиками, алкалоидами);

-Высшая математика (вариационная статистика, планирование эксперимента);

-Микробиология (методы иммуноферментного анализа, биологические среды, продуценты биологически активных веществ, вопросы получения вакцин, интерферонов);

-Фармакогнозия (культивирование микроорганизмов; контроль биомассы и количества клеток при культивировании);

-Физика (физические механизмы: мутагенного действия, стерилизации, ферментационных процессов, выделения и очистки целевых продуктов).
1.4. Связь с последующими дисциплинами

Дисциплина направлена на получение целостного представления о современном состоянии биотехнологии как новом направлении научной и практической деятельности человека, имеющем в своей основе использование биологических объектов (клетки микроорганизмов, клетки тканей животных и растений и т.д.) или молекул (нуклеиновые кислоты, белки-ферменты, углеводы и т.п.) для решения различных задач, прежде всего в области фармации, здравоохранения и экологии.

Поэтому она имеет связь с последующими дисциплинами: «Клиническая фармакология», «Стандартизация лекарственных средств», «Фармакология», и «Фармтехнология».

2. 
   Распределение часов учебных занятий по семестрам
   

Номер семест-ра	Учебные занятия						Фор- ма ито- говой аттес тации (зачет экза- мен	Количество часов в неделю
	Общий объем	Всего	Лекции	Практи- ческие, cемин.	Лабора торные	СРС		Лек- ции	Практи-ческие	Лабо ратор ные
ОФО 9	61	51	17		34	10	Зачет	1		2
ЗФО 10	61	10	4		6	51	Зачет	4		6

3. 
   Содержание дисциплины
   

Введение. Биотехнология как наука и сфера производства. Краткая история развития биотехнологии. Биотехнология и фундаментальные дисциплины. Биотехнология как наукоемкая технология и её преимущества перед традиционными технологиями. Направления дальнейшего совершенствования биотехнологических процессов. Малоотходные технологии: итоги и перспективы их внедрения на биотехнологических производствах. Биодеградация ксенобиотиков.

Раздел 1. Биотехнология и медицина. Получение биотехнологическими методами лекарственных, профилактических и диагностических препаратов. Биотехнология и понимание основ патологии инфекционных, онкологических и наследственных заболеваний. Определение понятия “биомедицинские технологии”. Биопротезирование. Репродукция тканей. Трансплантация тканей и органов. Поддержание гомеостаза. Гемосорбция. Диализ. Оксигенация. Экстракорпоральное оплодотворение (метод ЭКО). Генотерапия. Перспективы использования гормонов, продуцируемых вне эндокринной системы. Решение кардинальных проблем медицины на основе достижений биотехнологии. Этические проблемы. Состояние и направления развития биотехнологии лекарственных средств - традиционных и инновационных.

Т.1.1.Биообъекты как средство производства лекарственных, профилактических и диагностических препаратов. Классификация биообъектов.

Макробиообъекты животного происхождения. Человек как донор. Человек как объект иммунизации и донор. Млекопитающие, птицы, рептилии, рыбы, насекомые, паукообразные, морские беспозвоночные. Культура тканей человека и других млекопитающих. Основные группы получаемых биологически активных веществ.

Биообъекты растительного происхождения. Дикорастущие, плантационные растения водоросли. Культуры растительных тканей. Основные группы получаемых биологически активных веществ.

Биообъекты - микроорганизмы. Эукариоты (простейшие, грибы, дрожжи). Прокариоты (актиномицеты, эубактерии). Вирусы. Основные группы получаемых биологически активных соединений.

Биообъекты - макромолекулы с ферментативной активностью. Промышленные биокатализаторы на основе индивидуальных ферментов и мультиферментных комплексов. Биоконверсия (биотрансформация) при получении гормонов, простаноидов, витаминов, антибиотиков и других биологически активных веществ.

Т.1.2. Генетические основы совершенствования биообъектов. Пути и методы, используемые при получении более продуктивных биообъектов и биообъектов с другими качествами, повышающими возможность их использования в промышленном производстве (устойчивость к инфекциям рост на менее дефицитных средах, большее соответствие требованиям промышленной гигиены и т.д.).

Традиционные методы селекции. Вариационные ряды. Отбор спонтанных мутаций. Индуцированный мутагенез и селекция. Физические и химические мутагены и механизм их действия. Классификация мутаций. Проблемы генетической стабильности мутантов по признаку образования целевого биотехнологического продукта.

Внутриклеточная регуляция метаболизма и управление биосинтезом. Механизмы внутриклеточной регуляции и биосинтез целевых биотехнологических продуктов. Индукция и репрессия синтеза ферментов. Состав оперона. Механизмы регуляции действия генов и их использование в биотехнологических процессах. Ингибирование ферментов биосинтеза по принципу обратной связи (ретроингибирование). Механизм ретроингибирования. Аллостерические ферменты. Значение этого механизма в регуляции жизнедеятельности клетки и пути преодоления ограничении биосинтеза целевых продуктов у суперпродуцентов. Создание мутантов с нарушением аллостерического центра у ключевых ферментов биосинтетических путей. Оптимизация подбора сред (среды с уменьшенным содержанием конечных продуктов биосинтетических путей).

Аминокислотный контроль метаболизма и функции гуанозинтетрафосфата. Адаптация к меняющимся условиям среды и механизм строгого (STRINGENT) контроля. Механизм образования гуанозинтетрафосфата (гуанозин-5'-дифосфат-3-фосфата). Влияние гуанозинтетрафосфата на экспрессию различных генов. Позитивный и негативный контроль REL А+ и REL А- - штаммы. Видовая специфичность структуры гуанозифосфатных регуляторов. Биосинтез различных целевых биотехнологических продуктов и роль системы регуляции метаболизма, обусловленной гуанозинтетрафосфатом.

Катаболитная репрессия. "Глюкозный эффект" и подавление синтеза катаболических ферментов. Транзиентная репрессия. Исключение индуктора. Катаболитное ингибирование. механизм катаболитной репрессии. Циклический З'5'-аденозинмонофосфат (цАМФ). Аденилатциклаза. Биологические зффекты цАМФ. Мутанты, устойчивые к катаболитной репрессии и их использование в биотехнологии.

Регуляция усвоения азотосодержащих соединений. Ключевые соединения в биосинтезе азотосодержащих соединений. Ферменты синтеза глутамата и глутамина. Понятие кумулятивного ретроингибирования. Мутанты с измененной регуляциёй азотного метаболизма и возможности интенсификации биосинтеза ряда первичных, вторичных метаболитов и некоторых ферментов.

Т.1.3. Клеточная инженерия и использование её методов в создании микроорганизмов и клеток растений - новых продуцентов биологически активных (лекарственных) веществ. Протопластирование и слияние (фузия) протопластов микроорганизмов. Возможность межвидового и межродового слияния. Гибриды, получаемые после слияния протопластов и регенерации клеток. Слияние протопластов и получение новых гибридных молекул в качестве целевых продуктов. Протопластирование и активизация "молчащих" генов. Возможности получения новых биологически активных веществ за счет активации "молчащих генов". Методы клеточной инженерии применительно к животным клеткам. Гибридомная технология. Гибридомы. Значение гибридом для производства современных диагностических препаратов.

Культура растительных клеток и получение лекарственных веществ. Разработка методов культивирования тканей и изолированных клеток как достижение биотехнологической науки. Биотехнологическое производство и ограниченность или малая доступность ряда видов растительного сырья как источника лекарственных веществ. Понятие тотипотентности растительных клеток. Каллусные и суспензионные культуры. Особенности роста растительных клеток в культурах. Среды. Фитогормоны. Проблемы стерильности. Особенности метаболизма растительных клеток in vitro. Биореакторы. Применение растительных клеток для трансформации лекарственных веществ. Получение дигоксина. Иммобилизация растительных клеток. Методы иммобилизации. Проблемы экскреции целевого продукта из иммобилизованных клеток.

Методы контроля и идентификации (цитофизиологические, химические, биохимические, биологические) биомассы и препаратов, полученных методом клеточной биотехнологии. Лекарственные препараты, получаемые из культур клеток женьшеня, родиолы розовой, воробейника, стевии, наперстянки, табака, раувольфии и т.д.

Генетическая инженерия и создание с помощью её методов продуцентов новых лекарственных веществ. Основные принципы и этапы технологии рекомбинантных ДНК.

Внехромосомные генетические элементы - плазмиды и их функции у микроорганизмов, используемых в биотехнологических процессах. Основные физико-химические характеристики плазмид. Взаимодействие плазмид с геномом хозяина. Роль плазмидной и фаговой ДНК в генетическом конструировании продуцентов биологически активных веществ.

Понятие вектора в генетической инженерии. Векторные молекулы на основе плазмидной и фаговой ДНК. Химический синтез фрагментов ДНК. Методы секвенирования (определения последовательности нуклеотидов). Химико-ферментативный синтез гена.

Ферменты, используемые в генетической инженерии. Рестриктазы. Классификация и специфичность. Формирование "липких концов". Рестриктаза E.coli R1 и распознаваемая ею последовательность нуклеотидов. Рестриктазный метод выделения клонируемого гена. Лигазы и механизм их действия.

Последовательность операций при включении чужеродного гена в векторную молекулу. Перенос вектора с чужеродным геном в микробную клетку. Компетентные клетки.

Генетические маркеры. Методы идентификации и изоляции клонов с рекомбинантной ДНК.

Проблемы экспрессии чужеродных генов в микроорганизмах. Гены животной клетки: экзоны, интроны. Процессинг и сплайсинг. Обеспечение возможности экспрессии генов млекопитающих в микробной клетке. Обратная транскриптаза. Получение гена на основе м-РНК.

Транспозоны и их использование в конструировании продуцентов. Направленный мутагенез (in vitro) и его значение при конструировании продуцентов.

Способы преодоления барьеров на пути зкспрессии чужеродных генов. Стабилизация чужеродных белков (целевых продуктов) в клетке. Генетические методы, обеспечивающие выделение чужеродных белков в среду.

Микроорганизмы различных систематических групп: дрожжи, эубактерии, актиномицеты и др. как хозяева при экспрессии чужеродных генов. Специфические проблемы генетической инженерии при создании новых продуцентов белковых веществ, первичных метаболитов как целевых биотехнологических продуктов.