Genetyka bakterii i archeonów

biologia
biotechnologia

fakultatywne

Znajomość podstawowych zagadnień związanych z mikrobiologią i genetyką.

w sali

Na zajęciach poruszane są zagadnienia dotyczące struktury genomów bakterii i archeonów. Podkreślane są cechy wspólne i unikatowe tych organizmów. Omawiane są procesy replikacji i segregacji DNA, transkrypcji, translacji oraz naprawy DNA uszkodzonego w wyniku różnego typu mutacji. Poruszane są również zagadnienia związane z regulacją ekspresji genów prokariotycznych. Zajęcia obejmują zarówno wątki metodologiczne (genomika, metagenomika, transkryptomika, metatranskryptomika, proteomika, metabolomika, modelowanie metaboliczne), jak i aplikacyjne (identyfikacja i typowanie molekularne mikroorganizmów prokariotycznych oraz wykorzystanie genetyki bakterii w przemyśle, medycynie i ochronie środowiska). Ćwiczenia stanowią kontynuację i rozwinięcie treści omawianych podczas wykładu.

Podczas wykładu poruszane są następujące zagadnienie:

- Organizacja genetyczna genomów prokariotycznych (DNA, geny i operony, struktura chromosomów bakterii i archeonów).

- Replikacja i segregacja chromosomów prokariotycznych.

- Transkrypcja u bakterii i archeonów (rodzaje i funkcje RNA, mechanizmy transkrypcji)

- Translacja u bakterii i archeonów (kod genetyczny, rybosomy – struktura i funkcja, mechanizm translacji).

- Regulacja ekspresji genów u bakterii i archeonów (poziomy regulacji ekspresji genów, globalne systemy regulacji ekspresji genów – regulony i sigmulony, układy dwuskładnikowe, ryboregulacja).

- Mutacje i naprawa DNA (typy mutacji i czynniki mutagenne, mechanizmy naprawy uszkodzeń DNA, regulon SOS).

- Zmienność genomów prokariotycznych (ruchome elementy genetyczne bakterii i archeonów, horyzontalny transfer genów).

- Genomika i metagenomika (metodologia sekwencjonowania DNA z wykorzystaniem różnych technik, składanie i adnotacja genomów prokariotycznych, analiza danych metagenomicznych).

- Transkryptomika i metatranskryptomika (metodologia badań, zastosowanie w badaniach medycznych i środowiskowych).

- Proteomika, metabolomika i modelowanie metaboliczne.

- Identyfikacja molekularna i typowanie molekularne mikroorganizmów prokariotycznych.

- Genetyka bakterii w przemyśle, medycynie i ochronie środowiska. Ochrona własności intelektualnej w mikrobiologii.

W trakcie ćwiczeń realizowane są następujące zagadnienia:

- Identyfikacja molekularna bakterii i archeonów.

- Analiza bioinformatyczna genomów prokariotycznych.

- Klonowanie genów i selekcja zrekombinowanych klonów, techniki wprowadzania DNA do komórek bakteryjnych (transformacja, elektroporacja i koniugacja)

- Nadekspresja, oczyszczanie oraz badanie interakcji białka z DNA poprzez analizę opóźnienia tempa migracji kompleksów nukleoproteidowych w żelach agarozowych (EMSA- ang. electrophoretic mobility shift assay).

- Badanie interakcji białek poprzez analizę możliwości tworzenia form multimerycznych przez białka po zastosowaniu reakcji sieciowania za pomocą aldehydu glutarowego (ang. cross-linking).

- Badanie regulacji ekspresji genów wywołanej wpływem czynników środowiskowych.

- Mutageneza transpozonowa.

- Mutageneza spontaniczna i indukowana.

- Test „Rec-assay” z wykorzystaniem wybranych szczepów E. coli.

1. Baj J.(red.) "Mikrobiologia", PWN, 2018.

2. Baj J., Markiewicz Z. (red. ) „Biologia molekularna bakterii”, PWN, 2015.

3. Węgleński P. (red.) „Genetyka molekularna”, PWN, 2006.

4. Brown T.A. (red.) „Genomy” PWN , 2009 .

Po opanowaniu materiału omawianego podczas wykładu i ćwiczeń student:

Zna różnorodność mikrobiologiczną i rozumie zjawiska i procesy przyrodnicze, które ją kształtują. Umie identyfikować mikroorganizmy prokariotyczne wykorzystując do tego techniki molekularne.

Rozumie wzajemne pokrewieństwa mikroorganizmów. Zna metodologię pozwalającą na ustalenie relacji pokrewieństwa między genami i organizmami.

Zna techniki laboratoryjne oraz pomiarowe i obrazowe, stosowane w badaniach mikrobiologicznych, genetycznych i biologii molekularnej, ze szczególnym zwróceniem uwagi na genetykę bakterii i archeonów.

Rozumie reguły, a także mechanizmy molekularne, komórkowe i fizjologiczne rozwoju oraz funkcjonowania mikroorganizmów.

Zna specjalistyczne narzędzia bioinformatyczne, konieczne dla rozwiązywania problemów z zakresu genetyki mikroorganizmów. Potrafi zbierać i opracowywać dane wykorzystując różne narzędzia badawcze i bioinformatyczne, potrafi wykonać złożone operacje analityczne z użyciem ogólnie dostępnych narzędzi informatycznych.

Zna zasady planowania badań i wykonywania eksperymentów z zastosowaniem specjalistycznych metod stosowanych w genetyce mikroorganizmów prokariotycznych. Ma wiedzę dotyczącą opracowywania wyników w formie nadającej się do dyskusji, oceny lub publikacji.

Zna podstawy technik informatycznych i wykorzystuje narzędzia informatyczne do pozyskiwania informacji, przetwarzania tekstów i prezentacji.

Umie analizować otrzymane wyniki i dyskutować je w oparciu o dostępną literaturę z zakresu genetyki mikroorganizmów.

Potrafi posługiwać się komputerem i źródłami elektronicznymi w celu przeprowadzenia analizy statystycznej oraz znajdowania i wykorzystywania Wolnego Oprogramowania.

Stosuje adekwatne metody statystyczne oraz algorytmy i techniki informatyczne do opisu zjawisk i analizy danych biologicznych.

Planuje i przeprowadza samodzielnie zadania badawcze lub ekspertyzy z zakresu genetyki mikroorganizmów.

Wykazuje umiejętność krytycznej analizy i selekcji informacji, zwłaszcza ze źródeł elektronicznych.

Wykazuje umiejętność wyciągania wniosków oraz formułowania sądów na podstawie danych z różnych źródeł.

Wykazuje odpowiedzialność za pracę laboratoryjną własną i innych, świadomie ocenia zagrożenia płynące z takiej pracy.

Wykazuje ostrożność i krytycyzm podczas zdobywania i interpretowania wiedzy z zakresu genetyki mikroorganizmów i jej zastosowania praktycznego.

Docenia wagę nowoczesnych narzędzi analitycznych przy opisie wyników prac eksperymentalnych.

Wykazuje przedsiębiorczość, zdolność kierowania zespołem oraz świadomość pełnionej roli zawodowej.

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu osób, które wybrały pełny przedmiot (wykład + ćwiczenia) jest zaliczenie ćwiczeń na ocenę pozytywną. Egzamin pisemny składa się z pytań otwartych, punktowanych od 0 do 2 punktów, każde. Zaliczenie egzaminu wymaga uzyskania minimum 51% maksymalnej liczby punktów, które można uzyskać.

Ćwiczenia

Kryteria oceniania ćwiczeń to: (i) obecność na zajęciach; (ii) pisemny test kontrolny. Warunkiem zaliczenia jest: (i) nie więcej niż 2 nieobecności na zajęciach; (ii) uzyskanie minimum 51% liczby punktów, które można uzyskać na pisemnym teście kontrolnym (składającym się z pytań otwartych).

Nie ma.