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).

- Bakteriofagi.

- 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

- 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.

- Epidemiologia molekularna

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 .

Efekty kształcenia: Po opanowaniu materiału omawianego podczas wykładu i ćwiczeń student:

WIEDZA:

- Zna różnorodność mikrobiologiczną i rozumie zjawiska i procesy przyrodnicze, które ją kształtują. Umie identyfikować mikroorganizmy prokariotyczne wykorzystując do tego techniki molekularne (K_W09 Bl1).

- Rozumie wzajemne pokrewieństwa mikroorganizmów. Zna metodologię pozwalającą na ustalenie relacji pokrewieństwa między genami i organizmami (K_W10 Bl1).

- Zna techniki laboratoryjne oraz pomiarowe i obrazowe, stosowane w badaniach mikrobiologicznych, genetycznych i biologii molekularnej, ze szczególnym zwróceniem uwagi na genetykę bakterii i archeonów (K_W14 Bl1, K_W10 Bl2, K_W12 Bl2, K_W04 Bt1).

- Rozumie reguły, a także mechanizmy molekularne, komórkowe i fizjologiczne rozwoju oraz funkcjonowania mikroorganizmów (K_W05 Bl2).

- 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 (K_W09 Bl2, K_W14 Bt2).

- 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 (K_W13 Bl2, K_W05 Bt2, K_W08 Bt2).

- Zna podstawy technik informatycznych i wykorzystuje narzędzia informatyczne do pozyskiwania informacji, przetwarzania tekstów i prezentacji (K_W08 Bt1).

UMIEJĘTNOŚCI:

- Umie analizować otrzymane wyniki i dyskutować je w oparciu o dostępną literaturę z zakresu genetyki mikroorganizmów (K_U03 Bl1).

- Potrafi posługiwać się komputerem i źródłami elektronicznymi w celu przeprowadzenia analizy statystycznej oraz znajdowania i wykorzystywania Wolnego Oprogramowania (K_U04 Bl1).

- Stosuje adekwatne metody statystyczne oraz algorytmy i techniki informatyczne do opisu zjawisk i analizy danych biologicznych (K_U06 Bt2).

- Planuje i przeprowadza samodzielnie zadania badawcze lub ekspertyzy z zakresu genetyki mikroorganizmów (K_U04 Bt1, K_U04 Bt2).

- Wykazuje umiejętność krytycznej analizy i selekcji informacji, zwłaszcza ze źródeł elektronicznych (K_U03 Bt2).

- Wykazuje umiejętność wyciągania wniosków oraz formułowania sądów na podstawie danych z różnych źródeł (K_U07 Bt2).

KOMPETENCJE SPOŁECZNE:

- Wykazuje odpowiedzialność za pracę laboratoryjną własną i innych, świadomie ocenia zagrożenia płynące z takiej pracy (K_K05 Bl1, K_K04 Bl2, K_K03 Bt1, K_K04 Bt1, K_K03 Bt2).

- Wykazuje ostrożność i krytycyzm podczas zdobywania i interpretowania wiedzy z zakresu genetyki mikroorganizmów i jej zastosowania praktycznego (K_K08 Bl1, K_K10 Bl2, K_K04 Bt2).

- Docenia wagę nowoczesnych narzędzi analitycznych przy opisie wyników prac eksperymentalnych (K_K07 Bl2).

- Wykazuje przedsiębiorczość, zdolność kierowania zespołem oraz świadomość pełnionej roli zawodowej (K_K05 Bt2).

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest zaliczenie ćwiczeń na ocenę pozytywną. Egzamin pisemny składa się z pytań otwartych i zamkniętych (test wyboru) . Zaliczenie egzaminu wymaga uzyskania minimum 51% maksymalnej liczby punktów, które można uzyskać.

Ćwiczenia

Zajęcia laboratoryjne (ćwiczenia) są zaliczane jeśli student: (i) uczestniczył w co najmniej 85% zajęć; (ii) pracował na zajęciach w sposób pozwalający pozytywnie ocenić wiedzę, umiejętności i kompetencje społeczne, jakie w toku zajęć uzyskał (opisane w sylabusie jako przedmiotowe efekty kształcenia); (iii) zaliczył pisemne kolokwium uzyskując minimum 51% liczby punktów, które można uzyskać na pisemnym teście kontrolnym (składającym się z pytań otwartych oraz testów wyboru).

Nie ma.