Detail předmětu
Úvod do molekulární biologie a genetiky
FEKT-BPC-MOLAk. rok: 2020/2021
Předmět Úvod do molekulární biologie a genetiky poskytuje studentům znalosti o základech současné biomedicíny založené na velmi dynamicky se rozvíjejících poznatcích vědy a kombinované se zapojením technických (především materiálových) a chemických věd. Každoročně aktualizovaný přednáškový kurz začíná detailnějším přiblížením struktury a funkce eukaryontních buněk, pokračuje přednáškami o expresi a regulaci genů, metabolismu proteinů, buněčné signalizaci a interakcích mezi buňkami, a je zakončen sérií přednášek o současných trendech biomedicínského výzkumu a jeho možnostech v humánní medicíně. Závěrečná série přednášek je zaměřena na kmenové buňky a buněčnou terapii, tkáňové inženýrství, nádorovou biologii, strukturní a funkční genomiku, genetické inženýrství a molekulární diagnostiku. Přednášky jsou doplněny praktickou výukou, vždy tematicky korespondující s přednáškami.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Lékařská fakulta (LF MU)
Výsledky učení předmětu
Po absolvování předmětu jsou studenti seznámeni a mají základní znalosti o:
Struktuře a funkcích eukaryontních buněk
Přenosu genetické informace, možnostech její regulace a využití znalostí z molekulární genetiky člověka v medicíně včetně genetického inženýrství a molekulární diagnostiky
Nádorové transformaci buňky a možných strategiích léčby nádorových onemocnění
Biologii kmenových buněk a souvislostech s tkáňovým inženýrstvím a buněčnou terapií
Struktuře a organizaci lidského genomu a mechanizmech poškození a opravy DNA v souvislosti se stabilitou genomu a vznikem geneticky podmíněných chorob.
Struktuře a funkcích eukaryontních buněk
Přenosu genetické informace, možnostech její regulace a využití znalostí z molekulární genetiky člověka v medicíně včetně genetického inženýrství a molekulární diagnostiky
Nádorové transformaci buňky a možných strategiích léčby nádorových onemocnění
Biologii kmenových buněk a souvislostech s tkáňovým inženýrstvím a buněčnou terapií
Struktuře a organizaci lidského genomu a mechanizmech poškození a opravy DNA v souvislosti se stabilitou genomu a vznikem geneticky podmíněných chorob.
Prerekvizity
Studenti, kteří studují předmět Úvod do molekulární biologie a genetiky, by měli mít dobré základy obecné biologie člověka ze středních škol. Dále předmět předpokládá obecné znalosti z chemie a schopnost pochopit souvislosti mezi biologií, genetikou a technicky orientovanými obory, které jsou podstatné pro vývoj nových biomedicínských technologií.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka poučeného“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka poučeného“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Výuka předmětu je založena jednak na strukturovaných přednáškách, které sumarizují základní principy biologických fenoménů v kontextu nejnovějších vědeckých poznatků daného tématu nebo vědní oblasti a jednak na praktické výuce, kde jsou studentům v experimentu nebo formou semináře demonstrovány dokreslující detaily k většině přednášek. Přednášky nejsou zpravidla založeny na učebnicových datech, ale čerpají z nejnovější časopisecké literatury, mnohdy publikované samotnými přednášejícími. Praktická interaktivní výuka čerpá z experimentální práce, která na garantujícím pracovišti běžně probíhá.
Způsob a kritéria hodnocení
Závěrečná zkouška je skládána formou tzv. multiple choice testu. Každý test obsahuje po třech otázkách z 15 tematických sekcí, a to jak z přednášek, tak i z praktických cvičení. Zkouška je zaměřena na testování základních znalostí a pojmů z molekulární biologie a genetiky.
Osnovy výuky
1. Bakterie a viry
2. Architektura a funkce eukaryotické buňky
3. Proteiny a nukleové kyseliny, replikace DNA
4. Od genů k proteinům – exprese genetické informace
5. Buněčná komunikace, buněčná diferenciace
6. Buněčný cyklus a jeho regulace, buněčná smrt
7. Nádorová transformace buňky
8. Mitóza a meióza
9. Principy dědičnosti – geny a mutace genů, karyotyp a chromozomální aberace
10. Gonozomální a multifaktoriální dědičnost, molekulární diagnostika
11. Kmenové buňky a strategie buněčné terapie
12. Genom člověka a genové inženýrství, genová terapie
13. Kultivace lidských buněk in vitro
Praktické vyučování započitatelné do odborné praxe (dle vyhlášky č. 39/2005 Sb.):
Diagnostické zdravotnické přístroje: 0 hodin,
Terapeutické zdravotnické přístroje: 0 hodin,
Laboratorní zdravotnické přístroje: 4 hodin.
2. Architektura a funkce eukaryotické buňky
3. Proteiny a nukleové kyseliny, replikace DNA
4. Od genů k proteinům – exprese genetické informace
5. Buněčná komunikace, buněčná diferenciace
6. Buněčný cyklus a jeho regulace, buněčná smrt
7. Nádorová transformace buňky
8. Mitóza a meióza
9. Principy dědičnosti – geny a mutace genů, karyotyp a chromozomální aberace
10. Gonozomální a multifaktoriální dědičnost, molekulární diagnostika
11. Kmenové buňky a strategie buněčné terapie
12. Genom člověka a genové inženýrství, genová terapie
13. Kultivace lidských buněk in vitro
Praktické vyučování započitatelné do odborné praxe (dle vyhlášky č. 39/2005 Sb.):
Diagnostické zdravotnické přístroje: 0 hodin,
Terapeutické zdravotnické přístroje: 0 hodin,
Laboratorní zdravotnické přístroje: 4 hodin.
Učební cíle
Cílem předmětu je vzdělat studenty v oblastech buněčné a molekulární biologie a genetiky s přesahem do vývoje nových (bio)technologií a strategií souvisejících se zdravím člověka.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. Účast na přednáškách je vzhledem k jejich každoroční aktualizaci předpokladem úspěšného absolvování předmětu a praktika jsou povinná.
Základní literatura
ALBERTS, Bruce et al. Základy buněčné biologie: úvod do molekulární biologie buňky. 2. vyd. Ústí nad Labem: Espero
Publishing, 2006. ISBN 80-902906-2-0.
(CS)
Animace a doprovodné texty k jednotlivým tématům (https://is.muni.cz/auth/do/med/el/anim/index.html) (CS)
Přehled středoškolské biologie LF MU (https://is.muni.cz/auth/do/med/el/overview/overview_CZ.qwarp) (CS)
Animace a doprovodné texty k jednotlivým tématům (https://is.muni.cz/auth/do/med/el/anim/index.html) (CS)
Přehled středoškolské biologie LF MU (https://is.muni.cz/auth/do/med/el/overview/overview_CZ.qwarp) (CS)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program BPC-BTB bakalářský 1 ročník, letní semestr, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Buněčná organizace živých systémů
2. Buněčná paměť
3. Transkripce
4. Translace
5. Regulace genové exprese
6. Replikace DNA
7. Biomembrány a transformace energie
8. Transport látek
9. Organizace buněčného jádra
10. Cytoskelet a molekulární motory
11. Buněčný cyklus
12. Buněčné signalizace
13. Klonování a kmenové buňky
2. Buněčná paměť
3. Transkripce
4. Translace
5. Regulace genové exprese
6. Replikace DNA
7. Biomembrány a transformace energie
8. Transport látek
9. Organizace buněčného jádra
10. Cytoskelet a molekulární motory
11. Buněčný cyklus
12. Buněčné signalizace
13. Klonování a kmenové buňky
Laboratorní cvičení
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Virusy bakterií: plaky bakteriofága, stanovení titru bakteriofága.
2. Prokaryontní buňky: nativní preparáty sinic, Gramovo barvení - trvalé preparáty bakterií.
3. Eukaryontní buňky, cytochemické metody studia buněk: Protozoa, Elodea - příprava nativních preparátů. Feulgenova reakce, barvení RNA.
4. Tkáňové a buněčné kultury: základní principy kultivace, kryokonzervace, sbírky, aplikace.
5. Elektronová mikroskopie: princip ELM metod, metody přípravy preparátů, demonstrace - transmisní a skenovací elektronový mikroskop, aparatura pro freeze-etching, vyhodnocování ELM snímků.
6. Radioaktivní izotopy v buněčné biologii: princip použití sloučenin značených izotopy, využití radioizotopů pro výzkum specifických inhibitorů - vyhodnocení experimentálních výsledků, autoradiografické metody – princip..
7. Vliv hlubokého zmrazení na buňky. Testy viability, detekce poruch membránové integrity (kvasinky, živočišné a lidské buňky in vitro), kvantitativní stanovení živých a mrtvých buněk v kultuře.
8. Metody testování cytotoxicity – vliv hlubokého zmrazení na buňky kvasinek, metody testování cytotoxicity, praktické aplikace, systémy in vitro, vyhodnocení experimentu s testováním in vitro na lidských buňkách.
9. Biomembrány: stavba a funkce biomembrán, fúze buněk – experiment na lidských a kuřecích erytrocytech , osmotické jevy – experiment na lidských erytrocytech, praktické aplikace (dialýza, fúze buněk – hybridomové technologie).
10. Analýza buněčného cyklu: cdc mutanty kvasinek – sledování morfologických změn během buněčného cyklu, analýza růstové křivky (lidské buňky in vitro, kvasinky), průtoková cytometrie - princip metody, vyhodnocování histogramů.
11. Mitotické dělení. Barvení chromosomů, pozorování trvalých preparátů - rostlinné meristémy, lidské lymfocyty.
12. Metody výzkumu buňky (seminář).
13. Internetové zdroje pro biomedicínu .: zdroje pro buněčnou biologii (tkáňové a liniové banky, protilátky, katalogy) výukové zdroje a informační portály pro biomedicínu, publikační databáze
2. Prokaryontní buňky: nativní preparáty sinic, Gramovo barvení - trvalé preparáty bakterií.
3. Eukaryontní buňky, cytochemické metody studia buněk: Protozoa, Elodea - příprava nativních preparátů. Feulgenova reakce, barvení RNA.
4. Tkáňové a buněčné kultury: základní principy kultivace, kryokonzervace, sbírky, aplikace.
5. Elektronová mikroskopie: princip ELM metod, metody přípravy preparátů, demonstrace - transmisní a skenovací elektronový mikroskop, aparatura pro freeze-etching, vyhodnocování ELM snímků.
6. Radioaktivní izotopy v buněčné biologii: princip použití sloučenin značených izotopy, využití radioizotopů pro výzkum specifických inhibitorů - vyhodnocení experimentálních výsledků, autoradiografické metody – princip..
7. Vliv hlubokého zmrazení na buňky. Testy viability, detekce poruch membránové integrity (kvasinky, živočišné a lidské buňky in vitro), kvantitativní stanovení živých a mrtvých buněk v kultuře.
8. Metody testování cytotoxicity – vliv hlubokého zmrazení na buňky kvasinek, metody testování cytotoxicity, praktické aplikace, systémy in vitro, vyhodnocení experimentu s testováním in vitro na lidských buňkách.
9. Biomembrány: stavba a funkce biomembrán, fúze buněk – experiment na lidských a kuřecích erytrocytech , osmotické jevy – experiment na lidských erytrocytech, praktické aplikace (dialýza, fúze buněk – hybridomové technologie).
10. Analýza buněčného cyklu: cdc mutanty kvasinek – sledování morfologických změn během buněčného cyklu, analýza růstové křivky (lidské buňky in vitro, kvasinky), průtoková cytometrie - princip metody, vyhodnocování histogramů.
11. Mitotické dělení. Barvení chromosomů, pozorování trvalých preparátů - rostlinné meristémy, lidské lymfocyty.
12. Metody výzkumu buňky (seminář).
13. Internetové zdroje pro biomedicínu .: zdroje pro buněčnou biologii (tkáňové a liniové banky, protilátky, katalogy) výukové zdroje a informační portály pro biomedicínu, publikační databáze