Sterowanie procesami morfogenetycznymi w hodowlach in-vitro

biologia
biotechnologia
ochrona środowiska

nieobowiązkowe

w sali

Przedmiot 45 godz. (wykłady 15 godz. + laboratorium 30 godz.)

Przedmiot przeznaczony dla studentów zainteresowanych zagadnieniami związanymi z szeroko pojętymi kulturami in vitro roślin i zwierząt.

Na zajęciach studenci uczą się podstawowych zasad prowadzenia hodowli in vitro komórek zwierzęcych (Projekt I i II) oraz roślinnych (Projekt III i IV). Student w trakcie zajęć wykonuje dwa projekty, jeden dotyczący komórek zwierzęcych i jeden - roślinnych.

Tematyka wykładów:

1. Podstawowe pożywki, warunki i metody stosowane w hodowlach in vitro.

2. Hodowle na skalę półtechniczną, trójwymiarowe i tkankowe.

3. Uzyskiwanie hodowli pierwotnych i linii komórkowych.

4. Hormonalna regulacja procesów w kulturach roślinnych.

5. Typy hodowli komórek i tkanek roślinnych in vitro. Embriogeneza somatyczna.

6. Produkcja metabolitów wtórnych w bioreaktorach. Biofarming.

7. Zastosowanie hodowli komórkowych i tkankowych w nauce, biotechnologii i medycynie.

Projekt I

Analiza potencjału do różnicowania ludzkich komórek macierzystych szpiku kostnego.

Opis

Komórki izolowane ze szpiku kostnego posiadają cechy charakterystyczne dla komórek macierzystych, to znaczy zdolność do samoodnawiania swojej populacji oraz różnicowania w komórki wyspecjalizowane. Najnowsze osiągnięcia nauki i nowa wiedza dotycząca komórek macierzystych szpiku kostnego sprawiła, że pozostają one w centrum zainteresowania medycyny regeneracyjnej ze względu na swoją multipotencjalność, dostępność i łatwość prowadzenia ich hodowli in vitro w stanie niezróżnicowanym. Multipotencjalność komórek, czyli zdolność do różnicowania w kilka typów komórek wyspecjalizowanych można badać w warunkach in vitro. Celem niniejszych zajęć będzie ocena zdolności do różnicowania ludzkich komórek macierzystych szpiku kostnego oraz ludzkich fibroblastów do różnicowania w kierunku komórek tłuszczowych. Po opanowaniu materiału objętego zajęciami student będzie znał metody:

- planowania eksperymentów, doboru prób kontrolnych

- rozmrażania i oznaczania przeżywalności komórek

- hodowli in vitro komórek macierzystych

- różnicowania komórek macierzystych w warunkach in vitro

- analizy różnicowania komórek macierzystych

- archiwizacji i analizy uzyskanych wyników.

Projekt II

Analiza potencjału do różnicowania ludzkich komórek izolowanych z tkanki tłuszczowej.

Opis

Komórki macierzyste posiadają zestaw charakterystycznych cech takich jak zdolność do samoodnawiania swojej populacji oraz różnicowania w komórki wyspecjalizowane. Komórki macierzyste pozostają w centrum zainteresowania medycyny regeneracyjnej ze względu na wymienione właściwości. Ze względu na możliwość wykorzystania komórek w terapiach istotna jest także łatwość uzyskiwania komórek i prowadzenia ich hodowli in vitro. Jednym z interesujących źródeł komórek mogących mieć potencjalne zastosowanie w terapii są komórki izolowane z tkanki tłuszczowej. Celem niniejszych zajęć będzie ocena zdolności do różnicowania ludzkich komórek izolowanych z tkanki tłuszczowej oraz ludzkich fibroblastów do różnicowania w kierunku komórek wyspecjalizowanych. Multipotencjalność komórek, czyli zdolność do różnicowania w kilka typów komórek wyspecjalizowanych można badać w warunkach in vitro. Po opanowaniu materiału objętego zajęciami student będzie znał metody:

- planowania eksperymentów, doboru prób kontrolnych

- rozmrażania i oznaczania przeżywalności komórek

- hodowli in vitro komórek macierzystych

- różnicowania komórek macierzystych w warunkach in vitro

- analizy różnicowania komórek macierzystych

- archiwizacji i analizy uzyskanych wyników.

Projekt III

Wpływ hormonów roślinnych i składników pożywki na rozwój zarodków somatycznych storczyka

Opis

Embriogeneza somatyczna jest procesem rozwoju zarodka obserwowanym jedynie u roślin. Poprzez wpływ składników pożywek, a przede wszystkim hormonów, można modyfikować kierunek rozwoju zarodków i szybkość ich konwersji w całą roślinę. Te zależności są wykorzystywane w nowoczesnych „fabrykach” roślin, pozwalając na przemysłową uprawę tysięcy identycznych klonów rzadkich odmian czy roślin zagrożonych. Procesy takie stosowane są np. do otrzymywania sadzonek kawy, krzewów jagodowych, roślin iglastych czy roślin ozdobnych, takich jak storczyki. Na zajęciach studenci zbadają wpływ różnych grup hormonów na rozwój zarodków somatycznych storczyka.

Projekt IV

Wpływ hormonów roślinnych i składników pożywki na tworzenie korzeni i pędów na liściach fiołka afrykańskiego

Opis

O prawidłowym rozwoju komórek i tworzeniu organów, jak korzenie i pędy, w kulturach in vitro w dużym stopniu decyduje proporcja między różnymi hormonami. Jednak szybkość pojawiania się organów roślin zależy także od składu pożywek, zwłaszcza źródeł węgla i azotu. Ustalenie właściwego składu pożywki jest ogromnie ważne dla opłacalności ekonomicznej i gospodarczej technik stosowanych do otrzymywania roślin ozdobnych i uprawnych. Na zajęciach studenci ocenią wpływ różnych składników pożywek na szybkość powstawania korzeni i pędów na fragmentach roślin fiołka afrykańskiego.

Bianco, P. (2014). "Mesenchymal" stem cells. Annu Rev Cell Dev Biol 30, 677-704.

Bianco, P., Cao, X., Frenette, P.S., Mao, J.J., Robey, P.G., Simmons, P.J., and Wang, C.Y. (2013). The meaning, the sense and the significance: translating the science of mesenchymal stem cells into medicine. Nat Med 19, 35-42.

Bianco, P., Robey, P.G., and Simmons, P.J. (2008). Mesenchymal stem cells: revisiting history, concepts, and assays. Cell Stem Cell 2, 313-319.

Gruber, H.E., Somayaji, S., Riley, F., Hoelscher, G.L., Norton, H.J., Ingram, J., and Hanley, E.N., Jr. (2012). Human adipose-derived mesenchymal stem cells: serial passaging, doubling time and cell senescence. Biotechnic & histochemistry : official publication of the Biological Stain Commission 87, 303-311.

Orbay, H., Tobita, M., and Mizuno, H. (2012). Mesenchymal stem cells isolated from adipose and other tissues: basic biological properties and clinical applications. Stem cells international 2012, 461718.

Zhang, L., Peng, L.P., Wu, N., and Li, L.P. (2012). Development of bone marrow mesenchymal stem cell culture in vitro. Chinese medical journal 125, 1650-1655.

Zimmerlin, L., Donnenberg, V.S., Rubin, J.P., and Donnenberg, A.D. (2013). Mesenchymal markers on human adipose stem/progenitor cells. Cytometry Part A : the journal of the International Society for Analytical Cytology 83, 134-140.

Hodowla komórek i tkanek; Stanisława Stokłosowa; PWN

Cell culture for biochemists; R.L.P. Adams; Elsevier

Podstawy biotechnologii (red. Colin Ratledge, Bjorn Kristiansen, PWN 2021)

Biotechnologia roślin (red. Stefana Malepszy, Warszawa, PWN 2021),

Biotechnologia molekularna (Jerzy Buchowicz, Warszawa PWN 2006),

Komórki roślinne w warunkach stresu. Tom II (red. Adam Woźny i Krystyna Przybył, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 2004).

Plant Tissue Culture Techniques and Experiments (Roberta H. Smith, Academic Press, ISBN #0-12-650342-7).

WIEDZA: zna i rozumie

• w pogłębionym stopniu reguły, a także mechanizmy molekularne, komórkowe i fizjologiczne rozwoju oraz funkcjonowania organizmów. (K_W05 Bi)

• zaawansowane techniki laboratoryjne, pomiarowe i obrazowe, stosowane w badaniach biologicznych. (K_W12 Bi)

• zasady planowania badań i wykonywania eksperymentów z zastosowaniem specjalistycznych metod stosowanych w studiowanej specjalności nauk biologicznych. (K_W13 Bi)

UMIEJĘTNOŚCI: potrafi

• stosować techniki i narzędzia badawcze adekwatne do problemów studiowanej specjalności nauk biologicznych. (K_U01 Bi)

• w fachowej literaturze znaleźć prawdopodobne przyczyny niepowodzenia eksperymentów i zmodyfikować odpowiednio przebieg doświadczenia. (K_U05 Bi)

• pod nadzorem opiekuna naukowego planować i wykonać eksperyment z zastosowaniem poznanych metod; umie zaproponować metody przeprowadzenia wskazanych oznaczeń oraz ocenić przydatność metod i ich ograniczenia dla badanego materiału. (K_U07 Bi)

• prezentować krytycznie prace badawcze z zakresu wybranej specjalności nauk biologicznych z użyciem środków komunikacji werbalnej oraz multimediów. (K_U09 Bi)

KOMPETENCJE SPOŁECZNE: jest gotów do

• sprecyzowania priorytetów do określonego zadania z dziedziny nauk biologicznych. (K_K05 Bi)

• stałego dokształcania się i aktualizowania wiedzy, korzystając ze źródeł naukowych i popularnonaukowych, dotyczących specjalistycznych nauk biologicznych (K_K07 Bi)

• wykazywania odpowiedzialności za ocenę zagrożeń wynikających ze stosowanych technik badawczych oraz do tworzenia ergonomicznych i bezpiecznych warunków pracy. (K_K08 Bi)

• krytycznej analizy informacji pojawiających się w środkach masowego przekazu i potrafi wykorzystać je w praktyce. (K_K10 Bi)

Warunkiem dopuszczenia do zaliczenia laboratorium jest co najmniej 80% obecność na zajęciach. Student przygotowuje prezentację multimedialną lub plakat z osiągniętych wyników.

Egzamin w formie pisemnej.

n/a