Metagenomics

Nowe techniki sekwencjonowania umożliwiają poznanie różnorodności taksonomicznej, genetycznej i funkcjonalnej organizmów w różnych środowiskach bez konieczności ich hodowli. Ograniczenie to szczególnie silnie wpływało dotychczas na stopień poznania mikroorganizmów, które zamieszkują niemalże wszystkie miejsca na świecie i stanowią istotny element funkcjonowania ekosystemów. Studenci zaznajomią się z podstawowymi technikami wykorzystywanymi w badaniach metagenomicznych w kontekście ich wykorzystania w mikrobiologii i ochronie środowiska.

Metagenomika i analiza amplikonów to prężnie rozwijające się nowe metody oceny złożoności genetycznej, taksonomicznej i funkcjonalnej zespołów mikroorganizmów. Metody te znakomicie nadają się do rozwiązywania bardzo różnorodnych problemów w mikrobiologii i ochronie środowiska, jak np. monitorowanie zmian w składzie mikroorganizmów wraz ze zmianami klimatycznymi, wpływ zmian środowiskowych na cykle biogeochemiczne, występowanie i rozprzestrzenianie się genów oporności na antybiotyki, detekcja patogenów, czy też zmiany zespołów mikroorganizmów w bioreaktorach. Metogenomika i analiza amplikonów pozwalają na badanie zespołów mikroorganizmów tzw. mikrobiomów (bakterii, archeonów, grzybów i innych mikroorganizmów eukariotycznych) w nas i wokół nas oraz procesów, które przeprowadzają te organizmy bez konieczności ich hodowli.

Przedmiot ma za zadanie przybliżenie metod wykorzystywanych w szeroko pojętej metagenomice. Wprowadzenie do sekwencjonowania nowej generacji i podstawowej obróbki danych. Omówimy podstawy analizy danych oraz ich interpretację. Zaprezentujemy podstawowe narzędzia i analizy wykorzystywane w badaniach metagenomicznych. Przybliżymy badania wykorzystujące omówione metody w ochronie środowiska służące: (1) poznaniu różnorodności taksonomicznej organizmów w różnych środowiskach, (2) porównaniu różnorodności mikrobiomów w czasie i przestrzeni, (3) powiązaniu czynników środowiskowych z istniejącą różnorodnością, (4) poznaniu genomów mikroorganizmów, analizie właściwości biologicznych na podstawie informacji zawartej w metagenomach i identyfikacji genów kodujących ważne, lub nowe białka.

Podstawową literaturę będą stanowiły publikacje naukowe sukcesywnie podawane do wiadomości w trakcie zajęć.

Dodatkowo można skorzystać z podstawowych podręczników do mikrobiologii:

Baj J., Markiewicz Z., Biologia molekularna bakterii, PWN, 2006

Brown T.A. (red.) Genomy, PWN, 2009

Oraz podręczników anglojęzycznych:

Frans J. de Bruijn, Handbook of Molecular Microbial Ecology, Wiley, 2011

WIEDZA

1. (K_W01 Os2) Rozumie złożone zjawiska i procesy ekologiczne w zespołach mikroorganizmów.

2. (K_W03 Os2) Zna nowoczesne techniki stosowane w ocenie różnorodności mikroorganizmów.

3. (K_W04 Os2) Zna terminologię oraz metody badawcze wykorzystywane w zakresie oceny różnorodności taksonomicznej, genetycznej i funkcjonalnej mikroorganizmów.

4. (K_W08 Os2) Zna molekularne metody stosowane w ochronie przyrody i ekologii.

5. (K_W03 Bl2) Zna zróżnicowanie taksonomiczne, genetyczne, metaboliczne i funkcjonalne organizmów żywych, w szczególności mikroorganizmów

6. (K_W04 Bl2) Rozumie wzajemne relacje organizm-środowisko, stosując hipotezy dotyczące czasowych i przestrzennych uwarunkowań różnorodności biologicznej

7. (K_W08 Bl2) Dostrzega konieczność stosowania zaawansowanych metod statystycznych do opisu zjawisk i analizy danych w analizach metagenomicznych

8. (K_W09 Bl2) Zna specjalistyczne narzędzia bioinformatyczne, konieczne dla rozwiązywania problemów w analizach zbiorowisk mikroorganizmów

9. (K_W18 Bl2) Dostrzega dynamiczny rozwój badań metagenomicznych, a także identyfikuje najistotniejsze trendy rozwoju w zakresie tej dziedziny

UMIEJĘTNOŚCI

1. (K_U01 Os2) Stosuje zaawansowane metody i narzędzia statystyczne do analizy danych metagenomicznych.

2. (K_U03 Os2) Wykazuje umiejętność biegłego posługiwania się literaturą w języku polskim i obcym w zakresie metagenomiki i analizy amplikonów.

3. (K_U12 Os2) Posiada umiejętność wygłoszenia wystąpień ustnych w języku polskim, dotyczących zagadnień szczegółowych z zakresu wykorzystania metagenomiki i analizy amplikonów w ochronie środowiska.

4. (K_U01 Bl2) Wybiera i stosuje techniki i narzędzia badawcze adekwatne do badań metagenomicznych

5. (K_U03 Bl2) Wykorzystuje w sposób biegły naukowe i popularnonaukowe teksty biologiczne w zakresie metagenomiki i analizy amplikonów w języku ojczystym i angielskim

6. (K_U06 Bl2) Stosuje adekwatne metody statystyczne oraz algorytmy i techniki informatyczne w analizach metagenomicznych i analizach amplikonów

7. (K_U09 Bl2) Prezentuje krytycznie prace badawcze z zakresu metagenomiki z użyciem środków komunikacji werbalnej oraz multimediów

8. (K_U10 Bl2) Pisze prace przeglądowe z zakresu metagenomiki w języku polskim na podstawie literatury źródłowej

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

1. (K_K02 Os2; K_K04 Os2) Wykazuje potrzebę stałego aktualizowania i pogłębiania wiedzy z zakresu metodyki wykorzystywanej w analizach mikrobiomów.

2. (K_K05 Os2) Rozumie potrzebę ustawicznego uaktualniania wiedzy z zakresu wykorzystania analizy mikrobiomów w ochronie środowiska, potrafi inspirować i organizować proces uczenia się innych osób.

3. (K_K09 Os2) Posiada nawyk korzystania z obiektywnych źródeł informacji naukowej na temat analiz mikrobiomów.

4. (K_K01 Bl2) Rozumie potrzebę uczenia się przez całe życie w zakresie analizy mikrobiomów i inspiruje rozwój tej potrzeby u innych

5. (K_K03 Bl2) Potrafi przekazać społeczeństwu wiedzę o najnowszych osiągnięciach w dziedzinie metagenomiki i wyjaśnić zasadność prowadzenia podstawowych badań naukowych

6. (K_K07 Bl2) Odczuwa potrzebę stałego dokształcania się i aktualizowania wiedzy, korzystając ze źródeł naukowych i popularnonaukowych, dotyczących analiz metagenomicznych

- aktywność na zajęciach (zadania do wykonania w trakcie zajęć lub w domu – 30% oceny końcowej)

- prezentacja multimedialna zagadnienia związanego z tematyką zajęć (30% oceny końcowej)

- raport na temat zagadnienia naukowego związanego z tematyką zajęć (40% oceny końcowej)

Zaliczenie przedmiotu wymaga uzyskania minimum 51% maksymalnej liczby punktów, możliwych do uzyskania.