Sterowanie procesami morfogenetycznymi w hodowlach in-vitro

biologia
biotechnologia
ochrona środowiska

ogólnouniwersyteckie

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 ludzkich mezenchymalnych komórek macierzystych izolowanych ze szpiku kostnego do różnicowania w kierunku komórek pochodzenia mezodermalnego.

Opis

Mezenchymalne komórki macierzyste 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 mezenchymalnych 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 mezenchymalnych komórek macierzystych izolowanych ze szpiku kostnego oraz ludzkich fibroblastów (kontrola) do różnicowania w kierunku komórek pochodzenia mezodermalnego. 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 ludzkich mezenchymalnych komórek macierzystych izolowanych z tkanki tłuszczowej do różnicowania w kierunku komórek pochodzenia mezodermalnego.

Opis

Mezenchymalne komórki macierzyste po raz pierwszy zostały wyizolowane ze szpiku kostnego. Komórki te posiadają cechy charakterystyczne dla komórek macierzystych to znaczy zdolność do samoodnawiania swojej populacji oraz różnicowania w komórki wyspecjalizowane. Badania ostatnich lat wykazały, że komórki o cechach mezenchymalnych komórek macierzystych mogą być izolowane również z innych niż szpik kostny źródeł np. z tkanki tłuszczowej. Pozostają one w centrum zainteresowania medycyny regeneracyjnej ze względu na swoją multipotencjalność, łatwość uzyskiwania i prowadzenia hodowli in vitro. 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 mezenchymalnych komórek macierzystych izolowanych z tkanki tłuszczowej oraz ludzkich fibroblastów (kontrola) do różnicowania w kierunku komórek pochodzenia mezodermalnego. 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:

Ma elementarną wiedzę w wybranych podstawowych obszarach biotechnologii oraz rozumie związki i zależności między różnymi dyscyplinami przyrodniczymi

Wykazuje znajomość podstawowych kategorii pojęciowych i terminologii przyrodniczej oraz znajomość rozwoju metod badawczych, a także potrafi wskazać najważniejsze odkrycia naukowe w historii nauk biologicznych, w tym biotechnologii

Wykazuje znajomość podstawowych technik i narzędzi w badaniach zjawisk przyrodniczych

Zna i rozumie biochemiczne, komórkowe i molekularne podstawy funkcjonowania organizmów

Rozumie znaczenie pracy doświadczalnej w biotechnologii i potrafi opisać znaczenie analiz molekularnych w badaniach biologicznych i medycznych

Wykazuje znajomość podstawowego słownictwa w dziedzinie nauk przyrodniczych (w tym biotechnologii) w wybranym języku nowożytnym (wskazany jęz. angielski)

Rozumie zasady bezpieczeństwa i higieny pracy

UMIEJĘTNOŚCI:

Wykazuje umiejętność czytania ze zrozumieniem literatury fachowej w języku nowożytnym (angielskim) i komunikowania się na podstawowym poziomie

Wykazuje umiejętność wykorzystania dostępnych źródeł informacji, w tym ze źródeł elektronicznych

Przeprowadza proste zadania badawcze lub ekspertyzy pod okiem opiekuna

Wykonuje w terenie/laboratorium proste pomiary fizyczne lub/i biologiczne lub/i chemiczne oraz dokonuje obserwacji

Wykazuje umiejętność krytycznego opracowania wybranego problemu naukowego w formie pisemnego referatu w jęz. polskim, z poprawną dokumentacją

Wykazuje umiejętność pracy w zespole

Uczy się samodzielnie w sposób ukierunkowany

Wykazuje umiejętność pozyskania i charakterystyki materiału biologicznego

KOMPETENCJE SPOŁECZNE:

Wykazuje odpowiedzialność za własną pracę i powierzony sprzęt; wykazuje poszanowanie pracy własnej i innych

Wykazuje zdolność do efektywnej pracy w zespole

Wykazuje odpowiedzialność za bezpieczeństwo pracy

Wykazuje kreatywną postawę w pracy zawodowej

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