Genetyka molekularna - dr Beata Zalewska-Piątek
SEMINARIUM
Badania nad dziedziczeniem cech (geny alleliczne, homo- i heterozygota, dominacja
i recesywność genetyczna) - narodziny genetyki.
Historia zapisana w genach. Co było pierwsze DNA czy RNA? Powstawanie nowych genów (duplikacja genów i nadmiarowość genetyczna, tasowanie domen strukturalnych różnych genów).
Ewolucja i rola niekodujących sekwencji DNA (elementy transpozonowe rozprzestrzeniające się w obrębie genomu oraz sekwencje intronowe rozszczepiające geny).
Konstruowanie i wykorzystanie drzew filogenetycznych (cechy i metody budowania drzew filogenetycznych: metoda podobieństwa, odległościowa, macierzy, najbliższego sąsiada; określanie dokładności skonstruowanych drzew; zastosowanie filogenetyki molekularnej).
Genetyka sądowa. Identyfikacja osób, identyfikacja próbek, ustalanie ojcostwa, badanie dowodów rzeczowych.
Komórki macierzyste z krwi pępowinowej. Zastosowania i nadzieje.
Białka rekombinantowe (biofaramaceutyki) jako użyteczne czynniki terapeutyczne (insulina, hormon wzrostu, czynniki krzepnięcia krwi, cytokiny, humanizowane przeciwciała monoklonalne).
Przeszczepy tkankowe (bariery genetyczne w transplantologii, odpowiedź gospodarz przeciwko przeszczepowi i przeszczep przeciwko gospodarzowi, zapobieganie odrzutom, nieswoiste i swoiste środki immunosupresyjne).
Molekularny mechanizm neuroprzekaźnictwa (typy kanałów jonowych występujących w neuronach). Cząsteczki neuroprzekaźnikowe (aminokwasowe: glutaminian, glicyna, kwas GABA; aminowe: adrenalina, ACh, serotonina), pobudzające (aminokwas L-glutaminian) i czujnikowe (sensorowe: bodźce wzrokowe, smakowe, węchowe, dotykowe i słuchowe).
Formowanie biofilmu bakteryjnego (metody detekcji) i terapia alternatywna do antybiotykoterapii (naturalne produkty o działaniu przeciw bakteryjnym - enzymy lityczne, biosurfaktanty, fitozwiązki).
Terapia genowa, a nowotwory (wprowadzanie do komórek genów samobójczych, immunomodulacyjnych, antyangiogennych, proapoptotycznych).
Systemy MDR jako mechanizm oporności pałeczek Gram-ujemnych na stosowaną chemioterapię (klasyfikacja i budowa pomp MDR, spektrum substratowe, geny kodujące białka pomp).
Biotechnologiczne nanomateriały i ich zastosowanie w medycynie (biosynteza, właściwości i modyfikacje celulozy bakteryjnej).
Diagnostyka molekularna chorób genetycznych (diagnostyka aberracji chromosomowych, mutacji punktowych, delecji).
Dziedziczenie sprzężone z chromosomem X (przekazywanie choroby przez kobiety nosicielki i chorych mężczyzn). Choroby sprzężone z chromosomem X przekazywane w sposób recesywny (hemofilia, dystrofia mięśniowa Duchenne, mukopolisacharydoza typu II).
Choroby neurodegeneracyjne (patologiczne zmiany w morfologii neuronów: blaszki starcze, zwyrodnienia, ciałka Picka i Lewy'ego; rola czynników genetycznych i środowiskowych w powstawaniu zmian neurodegeneracyjnych; najczęściej występujące choroby: Alzheimera, Parkinsona i Huntingtona).
Choroby autoimmunologiczne (choroby narządowo-swoiste i nieswoiste, rola czynników genetycznych w autoimmunizacji, patogeneza, leczenie).
Szczepionki nowej generacji oparte na podjednostkach bakteryjnych polimerów fimbrialnych/pilowych - fimbrie/pile chimeryczne.
WYKŁAD
Geny jako nośniki informacji genetycznej. Pojęcie genomu (budowa fizyczna genomu człowieka - genom jądrowy i mitochondrialny, genomy eukariotyczne i prokariotyczne).
Lokalizacja genów w sekwencjach DNA. Prosta analiza sekwencji docelowej (poszukiwanie otwartych ramek odczytu i homologii sekwencyjnych) oraz eksperymentalne techniki lokalizacji genów (analiza hybrydyzacyjna, sekwencjonowanie cDNA).
Ustalenie funkcji genu. Komputerowa (identyfikacja genów homologicznych)
i eksperymentalna analiza funkcji genu (inaktywacja lub zwiększanie ekspresji specyficznych genów). Badanie aktywności białka kodowanego przez nieznany gen (mutageneza ukierunkowana). Geny reporterowe i immunocytochemia (ustalenie wzoru ekspresji genu i lokalizacja białka kodowanego przez dany gen). Badanie oddziaływania białko-białko (test prezentacji na fagu i drożdżowy system dwuhybrydowy). Określenie ekspresji genu w teście kroplowym i za pomocą mikropaneli.
Mutacje. Typy i przyczyny mutacji. Skutki mutacji (bezpośrednie na genom
i pośrednie na fenotyp). Mutageny środowiskowe. Metody wykorzystywane do badania skutków genotoksycznych. Test Ames'a. Analiza aberracji chromosomowych. Wymiana chromatyd siostrzanych. Metoda mikrojądrowa. Test kometowy i tunel. Hybrydyzacja fluorescencyjna FISH i jej modyfikacja (znaczniki promieniotwórcze). Biotransformacja i biomarkery (acetylocholinoesterazy, białka krzepnięcia, monooksygenazy, witellogenina, porfiryny i synteza hemu).
Metody badania białek (proteomu) obecnych w komórce/organizmie. Organizacja proteomu człowieka. Gałęzie proteomiki i jej zastosowanie. Techniki chromatograficzne do oczyszczania białek. Techniki detekcji białek oparte na przeciwciałach. Metody wykorzystywane w badaniach proteomu (elektroforeza dwukierunkowa, spektrometria masowa, mikroskopia elektronowa).
Zmiany i regulacja aktywności genomu. Krótkotrwałe zmiany ekspresji genów (sygnalizacja bezpośrednia i pośrednia). Długotrwałe zmiany ekspresji genów (fizyczne rearanżacje genomu, zmiany związane ze strukturą chromatyny, regulacja genomu przez sprzężenie zwrotne).
Transfekcja komórek eukariotycznych jako mechanizm horyzontalnego transferu genów. Rodzaje transfekcji (transfekcja stała i przejściowa). Metody wprowadzania transgenu i syntetycznych oligonukleotydów do komórek docelowych.
Transfekcja fizyczna (elektroporacja, bombardowanie mikrocząsteczkami, zastosowanie szklanych kulek, bezpośrednia mikroiniekcja do jądra komórkowego, fuzja protoplastu), chemiczna (w obecności fosforanu wapnia, DEAE-dekstranu)
i wirusowa (adenowirusy, retrowirusy, lentiwirusy). Optymalizacja transfekcji. Geny reporterowe do sprawdzania poziomu ekspresji genu transferowanego.
Wykorzystanie wirusa Sendai (SeV-HVJ) w terapii genowej. Budowa genomu i cykl życiowy wirusa SeV. Wirusowe liposomy fuzyjne, wirusomy (anionowe i kationowe HVJ-liposomy) i ich wykorzystanie w leczeniu chorób nowotworowych oraz sercowo-naczyniowych. Wektory wirusowe pierwszej (SeVV) i drugiej generacji (ΔF/SeVV) oraz ich zastosowanie prenatalne (transfer genów do embrionów i zarodków mysich).
Nokaut genowy na bazie zmodyfikowanego intronu RNA grupy II (TargeTron Gene Knockout System) do zlokalizowanej inaktywacji genów docelowych w komórkach bakteryjnych. Introny RNA grupy II, struktura, inercja poprzez mechanizm odwrotnego splicingu (aktywność kompleksu RNP złożonego z intronu RNA i części białkowej IEP), zastosowanie. Analiza obecności intronu w obrębie genu docelowego.
Sekrecja czynników wirulentnych u bakterii Gram-ujemnych. Transport białek przez błonę wewnętrzną (system Sec niezależny i zależny od SRP, system Tat) i zewnętrzną (szlak sekrecji typu I, II, III, IV, V i „chaperone-usher”). Periplazmatyczne białko opiekuńcze PapD jako białko modelowe szlaku „chaperone-usher” (rola w procesie biogenezy polimerycznych struktur adhezyjnych, homologia sekwencyjna
i strukturalna rodziny białek PapD-podobnych).
Pilicydy jako nowa grupa chemoterapeutyków skierowanych przeciwko uropatogennym szczepom Escherichia. coli. Epidemiologia zakażeń układu moczowego. Czynniki wirulentne i mechanizmy zjadliwości uropatogennych szczepów E. coli. Projektowanie pilicydów (pochodne 2-pirydonu i tyrozyny). Kotwica „Arg-Lys” białek opiekuńczych systemu „chaperone-usher” jako cel molekularny dla pilicydów. Metody badawcze wykorzystywane do określania aktywności biologicznej pilicydów.
Wykaz literatury podstawowej i uzupełniającej:
Genetyka. Ilustrowany przewodnik. Passarge E., 2004, PZWL.
Biologia molekularna człowieka. Epstein R. J., 2006, CZELEJ.
Genomy. Brown T. A. 2001, PWN.
Genetyka zwierząt. Charon K., Sliwoński M. 2004, PWN.
Immunologia. Żeromski J., 2000, PZWL.
Medycyna sądowa. Podręcznik dla studentów. Raszeja S., Nasiłowski W., Makarewicz J., 1990, PZWL.
Badania biologiczne w sądowym ustalaniu ojcostwa. Szczerkowska Z., Instytut Ekspertyz Sądowych, Kraków 1998.
Podstawy genetyki sądowej. Szczerkowska Z., Pawłowski R., Akademia Medyczna w Gdańsku, 2002.
Warunki zaliczenia:
Wykład - dwa kolokwia w połowie i na koniec semestru, 60% na zaliczenie.
Seminarium - ocena z referatu, aktywność na zajęciach i obecność na zajęciach (dopuszczalna jedna nieusprawiedliwiona nieobecność).