МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГАОУ ВО "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ФГАОУ ВО "Новосибирский национальный
исследовательский государственный университет"
Факультет естественных наук
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан ФЕН НГУ, профессор
_______________Резников В.А.
«29» августа 2014 г.
Рабочая программа дисциплины
Современные методы биологического исследования
(СМБИ)
Направление подготовки
Биология 020400
Квалификация (степень) выпускника
Академический бакалавр
Форма обучения
Очная
Новосибирск 2014
Аннотация рабочей программы
Дисциплина Современные методы биологического исследования (СМБИ)
является профилирующей частью ООП т по направлению подготовки «Биология».
Дисциплина реализуется на факультете естественных наук Национального
исследовательского университета Новосибирский государственный университет кафедрой
цитологии и генетики ФЕН НГУ.
Содержание дисциплины охватывает круг практических вопросов, связанных с
методами электронной и световой микроскопии, цитогенетики и кариологии, знакомство с
применяющимся в таких исследованиях оборудованием.
Дисциплина нацелена на формирование общепрофессиональных компетенций ОК1, ОК-2, ОК-3, ОК-6, профессиональных компетенций ПК-1, 2, ПК-3, ПК-13 выпускника.
Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации
учебного процесса: 100 ч. практики (в том числе 60 в интерактивной форме), 50 ч.
самостоятельной работы, 30 ч. контроля. В качестве текущего контроля студенты
выполняют задания по каждому из разделов практикума. Рубежный контроль — дифзачет.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.
1. Цели освоения дисциплины
Дисциплина «Современные методы биологического исследования» относится к
вариативной части профессионального цикла ООП Магистратуры по направлению
подготовки «020400 Биология». Дисциплина реализуется на факультете естественных
наук Национального исследовательского университета Новосибирский государственный
университет кафедрой цитологии и генетики ФЕН НГУ для магистрантов 1 курса.
Основная цель проведения Практикума состоит в приобретении практических
навыков при освоении базовых методов электронной и световой микроскопии,
цитогенетики и кариологии, генетического анализа дрозофилы, ознакомлении с
применяющимся в таких исследованиях оборудованием.
В задачи курса входит:
 знакомство с основными методами биологии клетки и цитогенетики;
 выполнение определенных заданий по следующим разделам практикума:
кариология, электронная микроскопия, методы гибридизации in situ, генетика
дрозофилы;
 анализ и оформление полученных результатов.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина Современные методы биологического исследования входит в профильную
часть профессионального цикла ООП по направлению подготовки «Биология»
Дисциплина «Современные методы биологического исследования» опирается на
следующие дисциплины Бакалавриата:
 Зоология позвоночных (анатомия);
 Биология клетки (знание ультраструктуры клетки, структурной организации
клеточных процессов, механизмов митоза и мейоза, структуры и функции
хромосом);
 Практика по цитологии (методы приготовления препаратов и микроскопирование)4
 Молекулярная биология (молекулярные механизмы реализации генетической
информации, репликации, репарации );
 Генетика (современные молекулярно-биологическими методы генетических
исследований)
 Генетическая инженерия (векторы)
Результаты освоения дисциплины используются в профилирующих дисциплинах
данной ООП профилей «Генетика», «Биология клетки» магистерской программы, при
выполнении квалификационной работы.
2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины «Современные методы биологического исследования»:
Общекультурные компетенции:
 способность к творчеству (креативность) и системному мышлению (ОК-1);
 способность к инновационной деятельности (ОК-2);
 способность к адаптации и повышению своего научного и культурного уровня
(ОК-3);
 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 (ОК-6).
Профессиональные компетенции:
 понимание современных проблемы биологии и использование фундаментальных
биологических представлений в сфере профессиональной деятельности для
постановки и решения новых задач (ПК-1);







знание и использование основных теорий, концепции и принципов в избранной
области деятельности, способность к системному мышлению (ПК-2);
самостоятельный анализ имеющейся информации, выявление фундаментальных
проблем, постановка задачи и выполнение лабораторных биологических
исследований при решении конкретных задач по специализации с использованием
современной аппаратуры и вычислительных средств, ответственность за качество
работ и научную достоверность результатов (ПК-3);
самостоятельно использует современные компьютерные технологии для решения
научно-исследовательских
и
производственно-технологических
задач
профессиональной деятельности, для сбора и анализа биологической информации
(ПК-13).
В результате освоения дисциплины учащийся должен:
иметь представление о методах, с помощью которых проводятся исследования в
молекулярной генетике и цитогенетике, биологии клетки;
знать физико-химические принципы, лежащие в основе методов приготовления
световых и электронномикроскопических препаратов, методов окрашивания;
знать особенности физиологии объектов;
овладеть базовыми методами каждого раздела.
4. Структура и содержание дисциплины
Структура практикума: 100 ч. лабораторных занятий (из них 60 в интерактивной
форме) по 4 часа в день. Практикум состоит из 5 разделов, которые ведут разные
преподаватели. Текущий контроль осуществляется по выполнению поставленных
практических задач и контрольным вопросам по всему разделу. Каждый преподаватель
оценивает свою часть практикума. Рубежный контроль - дифференцированный зачет –
оценка выставляется по сумме оценок за разделы.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.
№ п/п
Виды учебной работы,
Н включая самостоятельную
е
работу студентов и
д
трудоемкость
Формы текущего
е
(в часах)
контроля успеваемости
л
(по неделям
я
Л
семестра)Форма
Ко
се Л аб
З
промежуточной
м е
Сам
нт
аттестации
а
ес к ор
ост.
р.
(по семестрам)
.
ч
т ц
раб
ра
е
р и ра
ота
бот
бо
т
а
я
а
С
е
м
е
с
т
р
Раздел дисциплины
та
1
Кариология
1.1 Изготовление препаратов из суспензии клеток
костного мозга и семенников мыши
1.2 Изготовление препаратов мейотических
хромосом, метод С-дифференциального
окрашивания хромосом
1.3 Окрашивание препаратов хромосом методами G,
Ag-NOR, рутинным и выявление СК
1.4 Окраска флуоресцентными красителями,
микроскопирование на люминесцентном
микроскопе.
1.5 Фотографирование препаратов и обработка
изображения с помощью программ ISIS и
Axiovision
1.6 Монтирование кариограмм вручную и с
помошью программы ISIS
2. Электронная микроскопия
24
8
1
3
4
1
1
4
4
1
1
5
4
1
1
6
4
1
1
7
4
3
1
8
4
1
24
8
1
1
1
Контрольное
задание, опрос
2.1 Устройство электронного микроскопа. Методы
подготовки биологических объектов.
Подготовка сеточек
2.2 Методы негативного контрастирования и
распластывания ДНК. Приготовление пленокподложек, растворов для контрастирования и
распластывания.
2.3 Методы иммуноэлектронной микроскопии, э/м
гистохимии, гибридизация in situ, криометоды.
Приготовление препаратов фага и плазмидной
ДНК, контрастирование
2.4 Знакомство с методами заливки болков,
устройством ультрамикротома. Изготовление и
окрашивание срезов
2.5 Работа на микроскопе: просмотр и
фотографирование, обработка негативов
2.6 Печать фотографий. Описание результатов
3.
Флуоресцентная гибридизация in situ
1
9
4
2
1
10
4
1
1
11
4
1
1
12
1
13
4
1
1
14
4
2
16
8
1
1
3.1 Приготовление давленых препаратов
политенных хромосом слюнных желез
дрозофилы
3.2 Гибридизация in situ меченой ДНК зонда
1
15
4
4
1
16
4
1
3.3 Детекция результатов гибридизации с помощью
флуоресцентной метки
3.4 Фотографирование и анализ препаратов
1
16
4
1
1
17
4
2
1
12
3
4.1 Подготовка клеток к анализу на цитофотометре
1
4
1
4.2 Методы визуализации клеток.
1
4
1
4.3 Анализ и обсуждение полученных данных
1
4
1
Генетика дрозофилы
1
24
23
Методические особенности работы и
проведения генетического анализа у
дрозофилы, правила протоколирования
экспериментального материала. Составление
плана эксперимента. Размножение линий.
Отбор и постановка скрещиваний
Анализ признака (пенетрантность и
экспрессивность). Скрещивание с линией со
сцепленными ХХ. Отбор и постановка
скрещиваний
Сегрегационный анализ. Метод доминантных
маркеров. Анализ первых поколений. Отбор и
постановка скрещиваний
Сегрегационный анализ. Метод рецессивных
маркеров. Анализ следующих поколений.
Отбор и постановка скрещиваний
Картирование гена в аутосоме
рекомбинационным анализом. Анализ
следующих поколений. Отбор и постановка
скрещиваний
Картирование гена в Х-хромосоме
рекомбинационным анализом. Анализ
следующих поколений. Отбор и постановка
скрещиваний
Анализ расщеплений.
1
3
2
1
3
3
1
3
3
1
3
3
1
3
3
1
3
3
1
3
3
4.
5
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
Проточная цитофотометрия
1
Контрольное
задание, опрос
1
Контрольное
задание, опрос
Обсуждение и представление результатов.
3
3
100
50
Контрольное
задание, опрос
30
5. Образовательные технологии
Лабораторные занятия проводятся по 4 часа каждое 1-2 раза в неделю по потребностям
учебного процесса. Практикум имеет 5 разделов, которые проводят разные преподаватели.
Текущем контролем является выполнение поставленной на практическом занятии задачи,
выполнение двух заданий по разным разделам практикума, анализ и проверка качества
полученных препаратов и контрольный опрос. Итоговая оценка составляется из оценок по
разделам.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные
средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам
освоения дисциплины.
Перечень примерных заданий для самостоятельной работы:
1. На фотографиях распластанных мейоцитов найти синаптонемный комплекс
полового бивалента, установить характер синапсиса.
2. Найти материал ядрышка и установить, какой хромосоме он принадлежит.
3. Разложить кариотип, ориентируясь на стандартный. Найти аномалии.
4. На электронограммах найти ЭПР, митохондрии, ядерную оболочку, хроматин.
5. Исследовать
фенотип
выданных
линий.
Проанализировать
признак,
охарактеризовать его пенетрантность и экспрессивность.
6. Картировать полученную мутацию в определенном районе хромосомы на
основании частоты рекомбинации. Определить возможные локусы при помощи
базы данных Fly Base.
Образцы вопросов для подготовки к дифференцированному зачету:
















Устройство и типы электронных микроскопов
Метод негативного контрастирования
Правила кариотипирования.
Способы приготовления препаратов хромосом.
Методы дифференциального окрашивания хромосом, основные принципы.
Требования к приготовлению клеточной суспензии
Факторы, влияющие на эффективность и специфичность гибридизации in situ.
Способы мечения ДНК зондов.
Сегрегационный анализ. Метод рецессивных маркеров
Сегрегационный анализ. Метод рецессивных маркеров.
Картирование гена в аутосоме рекомбинационным анализом.
Использование P-элементов для инсерционного мутагенеза.
Энхансерные ловушки.
Методы выявления леталей.
Методы получения мутаций.
GAL4 система.
Темы рефератов к разделу «Генетика дрозофилы»
 Биология размножения и жизненный цикл Drosophila.
 Генетическая символика.
 Методы получения мутаций.







Определение жизнеспособности. Методы выявления леталей.
GAL4 –UAS система.
Использование P-элементов для инсерционного мутагенеза. Энхансерные
ловушки.
Методы получения соматических мозаиков, FRT – FLP система.
Геном дрозофилы.
Генетическое разнообразие у Drosophila.
Модели болезней человека на дрозофиле.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература:
 Альбертс Б. и др. Молекулярная биология клетки, гл. «Как изучают клетки» Т.1,
любое издание.
 Высоцкая Л.В., Гусаченко А.М., Методы анализа хромосом млекопитающих.
Методические указания к Большому цитологическому практикуму –
Новосибирский ун-т, 1996
 Гусаченко А.М., Корниенко Л.В., Высоцкая Л.В. Учебный видеофильм.
Видеопрактика по цитологии в НГУ. Мейоз в теории и на практике // Новосибирск:
НГУ, 2012 http://fen.nsu.ru/fen.phtml?group=posob&subgroup=cytology&topic=video
 Корниенко О.С., Захаренко Л.П., Высоцкая Л.В. Исследование митотических,
мейотических и интерфазных хромосом (учебно-методическое пособие).
Новосибирск: Новосибирский ун-т, 2011, 60 с.
 Корниенко О.С., Высоцкая Л.В. Методические материалы: учебный видеофильм
«Кариология в теории и на практике». 2013. http://www.nsu.ru/xmlui/handle/nsu/598
 Мазин А.В., Кузнеделов К.Д. и др. Методы молекулярной генетики и генной
инженерии. – Новосибирск: Наука,. 1990.
 Макгрегор Г., Варли Дж., Методы работы с хромосомами животных. – М.: Мир,
1986.
 Маниатис Т. и др. Молекулярное клонирование. М.: Мир, 1984.
 Миронов А.А., Комиссарчик Я.Ю., Миронов В.А. Электронная микроскопия в
биологии и медицине. «Наука», С-Пб., 1994
 Уикли Б. Электронная микроскопия для начинающих. М.: «Мир», 1975.

Hartwell, L. H., Hood, L., Goldberg, M. L., Reynolds, A. E., Silver, L. M., and Veres, R.
C. 2004. Reference D: Drosophila melanogaster: genetic portrait of the fruit fly. In:
Genetics from Genes to Genomes 2nd edition. pp. 813–838. Ссылка на biologii.net
 Powell J.R. Progress and prospects in evolutionary biology : the Drosophila model.
Oxford University Press. 1997. Гл. 10. Molecular evolution. Ссылка на biologii.net
б) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez
http://molbiol.ru/appendix/
biologii.net – раздел Fly Lab.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
1. Лабораторное оборудование (стекло, инструменты, сеточки для э.м., ножи
стеклянные)
2. Реактивы для изготовления препаратов, жидкий азот.
3. Лабораторные линии дрозофилы, лабораторные мыши.
4. Микроскопы световые просвечивающие и люминесцентный,
5. Электронный микроскоп (ИЦиГ СО РАН).
6. Микротом (ИЦиГ СО РАН).
7. Проточный цитофлюориметр (ИЦиГ СО РАН).
8. Оборудование лабораторий ИциГ СО РАН.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций
и ПрООП ВПО по направлению подготовки 020400 Биология (квалификация «Магистр»)
Авторы:
Гусаченко Анна Михайловна., канд.биол.наук
доцент КЦГ ФЕН НГУ,
Захаренко Людмила Павловна, канд.биол.наук,
с.н.с. ИЦиГ СО РАН
Морозова Ксения Николаевна, канд.биол.наук,
ассистент КЦГ ФЕН НГУ,
с.н.с. ИЦиГ СО РАН;
Корниенко Ольга Сергеевна
ст.преп. КЦГ ФЕН НГУ.
Волошина Марина Александровна
ст.преп. КЦГ ФЕН НГУ
Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры цитологии и генетики ФЕН
НГУ
от « 29_» августа 2014 года, протокол № _4___
Секретарь кафедры к.б.н. ______________________ А.Д. Брошков