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

Zaznajomienie z najbardziej nowoczesnymi metodami analiz wielkoskalowych na poziomie genomu i transkryptomu (na poziomie eksperymentalnym i bioinformatycznym), opartymi na ich wynikach podejściami teoretycznymi, stosowanymi dziś powszechnie w różnych dziedzinach biologii i medycyny. Przedstawione zostaną praktyczne zagadnienia dotyczące proponowanych analiz - mikromacierzowej i sekwencjonowania nowej generacji.

Studenci będą stosowali nowoczesne metody biologii molekularnej rozwinięte w ostatniej dekadzie: wykonają eksperyment z zastosowaniem mikromacierzy, skonstruują biblioteki i przeprowadzą sekwencjonowanie nowej generacji oraz zapoznają się z podstawowymi metodami bioinformatycznymi niezbędnymi do właściwej analizy danych genomicznych.

Wykłady:

Główna tematyka poruszana w czasie wykładów będzie obejmowała następujące zagadnienia:

1. Historię badań struktury i funkcji DNA i chromatyny

2. Najnowsze definicje genu i transkryptu, poziomy regulacji transkrypcji, proces alternatywnego składania genów

3. Podstawy technologii mikromacierzy i jej zastosowanie w analizie transkryptomów i genomów.

4. Historię rozwoju metod sekwencjonowania DNA.

5. Zasady planowania eksperymetów z zastosowaniem analiz wielkoskalowych.

6. Sposoby analizy danych otrzymanych z analiz wielkoskalowych.

7. Omówienie nowoczesnych metod analizy struktury i organizacji ludzkiego genomu.

9. Zastosowanie technologii mikromacierzy i sekwencjonowania w diagnostyce medycznej.

10. Znaczenie informacji epigenetycznej w rozwoju organizmów.

11. Zastosowanie sekwencjonowania w analizie różnorodności gatunkowej.

12. Omówienie wielkoskalowych testów fenotypowych w organizmach modelowych.

13. Wykorzystanie analiz wielkoskalowych w badaniach ewolucji człowieka.

14. Wykorzystanie metagenomiki w badaniach populacji mikroorganizmów z danego środowiska.

Zajęcia eksperymentalne będą wykonywane przez studentów samodzielnie, praca w parach.

Temat 1. Analiza, indukowanych zawałem serca, zmian transkryptomicznych w komórkach jednojądrzastych szczurzej krwi obwodowej, z wykorzystaniem mikromacierzy ekspresyjnych firmy Affymetrix - Gene 1.1 ST Array Strip.

Analizowany będzie RNA izolowany z komórek jednojądrzastych krwi obwodowej otrzymanej od szczurów z indukowanym zawałem serca oraz szczurów z grupy kontrolnej (zdrowych). Wykorzystany zostanie RNA izolowany w ramach projektu realizowanego w Zakładzie Genetyki IBB PAN.

Studenci poznają metodę izolacji RNA ze szczurzych komórka jednojądrzastych krwi obwodowej oraz wykonają analizy RNA, oceniając materiał pod względem jakościowym i ilościowym. Po zakwalifikowaniu materiału do analizy mikromacierzowej, studenci przygotują materiał do hybrydyzacji z mikromacierzą szczurzą typu Gene 1.1 ST oraz przeprowadzą hybrydyzację, znakowanie tego materiału oraz skanowanie 4 mikromacierzy wykorzystując urządzenie GeneAtlas firmy Affymetrix.

Wyniki uzyskane w eksperymencie analizowane będą przy użyciu programu do analizy danych Partek Genomics Suite. Studenci zapoznają się z funkcjami tego oprogramowania oraz przeprowadzą analizę danych otrzymanych w wyniku eksperymentu prowadzonego w czasie ćwiczeń a także danych uzyskanych w ramach projektu realizowanego w Zakładzie Genetyki IBB PAN.

Temat 2. Analiza mechanizmów regulacji transkrypcji oraz rola wybranych modyfikacji histonów rdzeniowych w tym procesie, przy użyciu sekwencjonowania nowej generacji.

Zajęcia maja na celu zapoznanie studentów z metodą sekwencjonowania nowej generacji. Ćwiczenia obejmować będą zarówno kolejne etapy walidacji i przygotowania materiału DNA do sekwencjonowania, jak i analizę danych otrzymanych z tej analizy.

Analizowane będzie DNA po immunoprecypitacji chromatyny z roślin Arabidopsis thaliana z użyciem przeciwciał do białek: Polimerazy RNA II oraz wybranych modyfikowanych posttranslacyjnie histonów rdzeniowych. Studenci będą oceniali ilość DNA metodą florymetryczną oraz jakość przy użyciu aparatu Bioanalyzer 2100. Następnie z wykorzystaniem gotowych kitów firmy Illumina studenci skonstruują biblioteki DNA zawierające fragmenty badanego DNA oflankowane sekwencjami adaptorowymi, które umożliwią ich hybrydyzację do komory do sekwencjonowania. Skonstruowane biblioteki studenci ocenią pod względem jakości (Bioanalyzer 2100) oraz ilości – metodą PCR w czasie rzeczywistym. Następnie przystąpią do hybrydyzacji bibliotek do komory do sekwencjonowania z użyciem aparatu cBot (Illumina), a następnie sekwencjonowania z użyciem maszyny HiScanSQ (Illumina). Otrzymane wyniki zostaną zanalizowane z użyciem programu CASAVA (Illumina) oraz oglądane w programie Integrated Genome Browser (BioViz).

Genomy. Nowe wydanie. TA Brown. PWN 2009

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

Wiedza o zastosowaniu mikromacierzy i sekwencjonowania nowej generacji w badaniach genomicznych i transkryptomicznych.

Planowanie eksperymentów z zastosowaniem metod wielkoskalowych oraz analizie danych otrzymanych w wyniku takich metod.

Samodzielne przeprowadzania eksperymentu z zastosowaniem technologii wielskoskalowych (mikromacierze i sekwencjonowanie nowej generacji).

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

Umiejętność wykorzystania nowoczesnego sprzętu badawczego (system mikromacierzowy i sekwenator).

Umiejętność analizowania otrzymanych danych, przy użyciu nowoczesnego oprogramowania bioinformatycznego.

Absolwent jest gotowy do krytycznej oceny treści naukowych i popularnonaukowych.

Jako podsumowanie zajęć eksperymentalnych zostanie przeprowadzony test jednokrotnego wyboru sprawdzający wiedzę zdobytą podczas zajęć.

Zaliczenie testu będzie warunkiem przystąpienia do egzaminu w formie pisemnej.