Genomika i transkryptomika

fakultatywne

W zrozumieniu oraz uzyskaniu najlepszych efektów kształcenia zdecydowanie pomocne będzie posiadanie wiedzy na temat budowy i funkcji kwasów nukleinowych w komórkach: prokariotycznej i eukariotycznej.

w sali

Podczas zajęć poznasz metody analiz wielkoskalowych, które rewolucjonizują biologię i medycynę. Omawiamy technologie, które zmieniły spojrzenie na genom i transkryptom – przede wszystkim od strony eksperymentalnej, ale prezentujemy także pomocne narzędzia bioinformatyczne. Uczymy, jak z uzyskanych danych wyciągać praktyczne wnioski. Prezentowana wiedza znajduje zastosowanie w badaniach podstawowych oraz badaniach nad chorobami,

Nasze zajęcia to nie tylko teoria – to prawdziwa przygoda w laboratorium.

Zapoznasz się z procedurą wykonania analiz wykorzystujących mikromacierze DNA oraz skonstruujesz biblioteki do sekwencjonowania nowej generacji. Przeprowadzisz analizy danych transkryptomicznych oraz danych otrzymanych mikromacierzami cytogenetycznymi - to najnowocześniejsze narzędzie molekularnego kariotypowania. Poznasz podstawy analiz bioinformatycznych niezbędnych do interpretacji otrzymanych wyników. Zdobędziesz umiejętności cenione w nowoczesnym świecie nauki.

Wykłady:

Na naszych wykładach odkryjesz, jak badania nad genomem i transkryptomem przekształcają współczesną biologię i medycynę. Dowiesz się, jak wyglądały początki badań nad strukturą i funkcją DNA oraz chromatyny i prześledzisz ewolucję tych odkryć aż po najnowocześniejsze technologie.

1. Jak z 1 genu powstaje wiele białek? Krótko przypomnimy świat mechanizmów, które pozwalają na właściwą organizację eukariotycznego genomu oraz tworzenie z pojedynczego genu różnorodnych produktów białkowych. Będzie o chromatynie i wielopoziomowej regulacji ekspresji genu.

2. Jak działają mikromacierze DNA? Zaprezentujemy podstawy ich działania i szerokie zastosowania do analizy genomów i transkryptomów.

3. Jak zaprojektować badanie, które przyniesie wartościowe wyniki? Omówimy planowanie i najważniejsze etapy eksperymentów wielkoskalowych.

4. Jak technologia otworzyła przed nami genom? Przedstawimy historię technologii badawczych DNA – od klasycznych badań po odkrycia, które zrewolucjonizowały biotechnologię; od Sangera po NGS i system Nanopore.

5. Co tak naprawdę wiemy o ludzkim genomie? Historia odkrywania struktury ludzkiego genomu – dowiesz się od kiedy tak naprawdę znamy pełną sekwencję ludzkiego genomu i co on zawiera.

6. Od surowych wyników do biologicznych wniosków. Zapoznamy się ze sposobami analiz danych wielkoskalowych.

7. Czy ma znaczenie przestrzenna organizacja genomu? Opowiemy o najnowszych metodach analiz 3D i oddziaływaniach sekwencji regulatorowych i ich znaczeniu dla ekspresji genów.

8. Czy epigenetyka to klucz do rozwoju organizmów? Przedstawimy technologie (np. ChiP-seq, CUR&Tag), które pozwalają na zrozumienie znaczenia procesów epigenetycznych kontrolujących ekspresję genów.

9. Chromatyna, DNA, RNA i diagnostyka medyczna – opowiemy jak mikromacierze DNA i technologia wysokoprzepustowego sekwencjonowania rewolucjonizują diagnostykę i leczenie.

10. Co genom mówi nam o naszej przeszłości i różnorodności? Ewolucja człowieka w świetle genomiki.

11. Do czego potrzebne nam organizmy modelowe? Opowiemy o wielkoskalowych testach fenotypowych w organizmach modelowych.

12. Czy da się zsekwencjonować pojedynczą komórkę? Omówimy metody „Single-cell sequencing”, które dają szansę na odkrywanie ich specyficznych ról.

13. Jak stworzyć mapę transkryptomiczną taknek? Przedstawimy metody wizualizacji tkanek 3D powiązanej z mapowaniem transkryptomu, które otwierają nowe możliwości badawcze (Visium Spatial Gene Expression).

14. Jak najnowsze technologie genomowe umożliwiają badania świata mikroorganizmów? Metagenomika – badania struktury i funkcji cząsteczek DNA izolowanych ze zbiorowości mikroorganizmów zajmujących analizowane środowisko.

Przyjdź na nasz fakultet i odkryj, jak genom, transkryptom i epigenom kształtują życie pojedynczej komórki po cały organizm.

Zajęcia praktyczne:

Podczas tych zajęć poznasz kolejne etapy doświadczeń prowadzących do zbadania genomu i transkryptomu. Rozpoczniemy przygotowaniem materiału a skończymy na próbie wyciągnięcia praktycznych wniosków. Od izolacji RNA i analizy jego jakości, przez identyfikację genów różnicowo eksprymowanych, aż po interpretację wyników i ich biologiczne znaczenie. Część genomiczna obejmować będzie metody prowadzące do identyfikacji zmian w genomach od pojedynczych nukleotydów po aberracje chromosomowe.

Zaczniemy od przedstawienia metod izolacji kwasów nukleinowych (zarówno DNA jak i RNA) z różnych źródeł a także oceny przydatności materiału do różnego typu analiz.

1. Izolacja RNA i ocena jakości - poznasz różne metody izolacji RNA, a także nauczysz się oceniać stężenie i jakość uzyskanych cząsteczek, korzystając z urządzeń, takich jak Nanodrop i Bioanalizator – kluczowych w nowoczesnych laboratoriach.

2. Izolacja DNA z wymazu z policzka oraz z rośliny modelowej Arabidopsis thaliana – w praktyce zobaczysz, czy łatwo jest uzyskać materiał genetyczny dobrej jakości.

3. Poznasz techniki, które rewolucjonizowały badania molekularne, a obecnie stają się codziennością w nowoczesnych laboratoriach – mikromacierze i NGS.

Przygotujemy materiał do hybrydyzacji do mikromacierzy DNA a także otrzymasz biblioteki do sekwencjonowania wysokoprzepustowego. Przedstawimy zaawansowane systemy analizy mikromacierzy oraz sekwenatory nowej generacji.

Dalej nauczysz się jak analizować uzyskane dane.

4. Dzięki analizie danych transkryptomicznych wyznaczysz geny różnicowo eksprymowane w porównywanych komórkach – Differentially Expressed Genes (DEGs).

5. Wykorzystasz do tego darmowe oprogramowanie - Transcriptome Analysis Console (TAC).

6. Odkryjesz platformę GALAXY, na której zinterpretujesz i wykonasz analizę wyników sekwencjonowania RNA (RNAseq).

7. Dowiesz się też jak zwalidować wyniki badań wielkoskalowych metodą RealTime PCR, uważaną za złoty standard.

8. Znajdziesz funkcję i znaczenia różnicowo eksprymowanych genów, korzystając z narzędzi takich jak g:Profiler czy GSEA, aby zgłębić ontologię genów (Gene Ontology GO) i wykonasz analizę wzbogaceń, która wykaże, które z kanonicznych ścieżek zostały zmienione.

9. Analiza cytogenetyczna – dowiesz się jak cytogenetyczne mikromacierze DNA wykorzystywane są w badaniach nowotworów. Na wzór diagnostów zinterpretujesz wyniki mikromacierzy cytogenetycznych za pomocą specjalistycznego oprogramowania Chromosome Analysis Suite (ChAS).

To nie są tylko ćwiczenia – to prawdziwa wyprawa w świat biologii molekularnej i bioinformatyki Czeka Cię praktyczne doświadczenie z technologiami, które definiują przyszłość biotechnologii. Dołącz i zrób krok w stronę zaawansowanych analiz molekularnych.

Genomy. Nowe wydanie. TA Brown.

Prowadzący zajęcia będą przekazywać studentom najnowsze publikacje przeglądowe

Wiedza o budowie genomów eukariotycznych, strukturze chromatyny i regulacji ekspresji genów.

Wiedza o zastosowaniu mikromacierzy DNA i różnych technologii sekwencjonowania wysoko-przepustowego w badaniach genomicznych i transkryptomicznych.

Planowanie eksperymentów z zastosowaniem metod wielkoskalowych

Podstawy wiedzy o analizie danych otrzymanych w wyniku transkryptomicznych i cytogenetycznych metod wysoko-przepustowych.

Praca z kwasami nukleinowymi (DNA i RNA) i ocena ich jakości.

Znajomość wykonania eksperymentów z zastosowaniem technologii wielskoskalowych (mikromacierze i sekwencjonowanie nowej generacji).

Umiejętność wykorzystania nowoczesnego sprzętu badawczego (nanodrop, bioanalizator)

Umiejętność analizowania otrzymanych danych, przy użyciu wybranych narzędzi bioinformatycznych.

Absolwent jest gotowy do krytycznej oceny treści naukowych i popularnonaukowych.

Jako podsumowanie zajęć eksperymentalnych studenci przeprowadzą samodzielną analizę danych transkryptomicznych uzyskanych z analiz mikromacierzowych i zaprezentują wyniki swojej pracy

Uzyskanie oceny pozytywnej z prezentacji będzie warunkiem przystąpienia do egzaminu w formie pisemnej składającego się z pytań testowych i otwartych.