TEMATY WYKŁADÓW

 
Wykład 1. Organizacja genomów komórek prokariotycznych i eukariotycznych  (4 godz.)

• Pojęcia informacja genetyczna, gen i genom
• Kwasy nukleinowe, ich rodzaje, budowa i właściwości fizyko-chemiczne
• Metody stosowane do izolacji kwasów nukleinowych z materiału biologicznego i oceny jakości (stężenie, czystość) ich roztworów
• Elektroforeza i jej zastosowanie w izolacji i oczyszczaniu kwasów nukleinowych.
• Denaturacja, renaturacja i hybrydyzacja kwasów nukleinowych.
• Upakowanie DNA w komórkach eukariotycznych i prokariotycznych - rola białek histonowych i niehistonowych, chromatyna i chromosomy. Stopnie upakowania chromatyny. Chromosom komórek bakteryjnych
• Charakterystyka genomów komórek eukariotycznych (genom jądrowy i mitochondrialny, ilość i rozmiary chromosomów) i bakteryjnych (chromosom bakteryjny i plazmidy). Genomy wirusów
• Badania cytogenetyczne kariotypu
• Ułożenie genów na chromosomie, sekwencje niekodujące genomów - międzygenowe i wewnątrzgenowe. Centromer i telomery chromosomów komórek eukariotycznych
• Rodziny genowe i pseudogeny
• Sekwencje unikatowe i powtórzone genomów. Powtórzenia tandemowe i rozproszone
• Mapowanie genów i innych sekwencji w genomie - mapy genetyczne i fizyczne
• Sekwencjonowanie DNA
• Przekazywanie informacji genetycznej następnym pokoleniom komórki - replikacja DNA, podział komórek - mitoza i mejoza
• Ogólna charakterystyka procesu replikacji DNA - synteza nowych cząsteczek DNA w reakcji matrycowej polimeryzacji nukleotydów, charakterystyka polimeraz DNA, udział innych białek w procesie replikacji DNA, synteza nici prowadzącej i opóźnionej. Inicjacja i terminacja procesu replikacji DNA w komórce, sprzężenie replikacji z cyklem komórkowym. Odwrotne transkryptazy, synteza DNA na matrycy RNA w probówce (in vitro)
• Powielenie DNA w probówce (in vitro) - wykorzystanie polimeraz DNA do powielenia i znakowania DNA, ogólna charakterystyka łańcuchowej reakcji polimeryzacji (PCR)
• Skrócenie telomerów chromosomów eukariotycznych w czasie podziałów komórkowych, telomeraza i mechanizm molekularny jej działania.
• Wierność procesu replikacji DNA - aktywność sprawdzająca polimeraz DNA
• Amplifikacja genów - fizjologiczna i patologiczna

Wykład 2. Zmienność genetyczna - przyczyny i znaczenie biologiczne (4 godz.)

• Zmienność biologiczna międzygatunkowa i wewnątrzgatunkowa i jej podstawy molekularne. Choroby genetyczne - skrajne przypadki zmienności genetycznej
• Pojęcia mutacji i polimorfizmu genetycznego. Rodzaje mutacji - mutacje genomowe (aberacje chromosomalne) i genomowe. Delecje, insercje, translokacje
• Przyczyny powstawania mutacji - błędy replikacji (głównie mutacje genowe), zaburzenia procesów podziałów komórkowych (aberacje chromosomowe), rekombinacja genetyczna nieuprawniona lub zaburzenia procesów rekombinacji uprawnionej (zarówno mutacje genowe jak i aberacje chromosomowe)
• Mechanizmy molekularne powstania samoistnych mutacji genowych w procesie replikacji DNA - błędy polimerazy spowodowane tautameryzacją nukleotydów oraz poślizgiem na sekwencjach powtórzonych tandemowo
• Mechanizmy molekularne powstania indukowanych mutacji - mutageny, ich rodzaje i sposoby uszkodzenia DNA.  Źródła mutagenów. Replikacja uszkodzonego DNA
• Naprawa DNA - rodzaje i krótka charakterystyka komórkowych układów naprawy DNA. Skutki biologiczne zaburzeń procesów naprawy DNA
• Błędy procesów podziałów komórkowych - przyczyna aberacji chromosomowych (nierozchodzenie chromosomów metafazowych, złamania chromosomów)
• Rekombinacja genetyczna, jej rodzaje  (uprawniona i nieuprawniona) i mechanizm molekularny. Mutagenny charakter rekombinacji uprawnionej (homologicznej) niesymetrycznej na sekwencjach powtórzonych rozproszonych.
• Nieuprawniona (niehomologiczna) rekombinacja genetyczna - źródło ruchomych elementów genetycznych (transpozonów) i mutacji. Rodzaje transpozycji.
• Znaczenie biologiczne mutacji (efekt fenotypowy) w komórkach somatycznych i rozrodczych
• Metody laboratoryjne wykrywania mutacji i polimorfizmów genetycznych - badania cytogenetyczne (klasyczne i stosujące techniki biologii molekularnej), sekwencjonowanie DNA, techniki ASO, RFLP, SSCP, DGGE, HA i inne

Wykład 3. Realizacja informacji genetycznej - ekspresja genów (4 godz.)

• Pojęcie ekspresji genów - synteza białek zakodowanych w genach komórki
• Centralny dogmat biologii molekularnej. Kod genetyczny
• Główne etapy procesu ekspresji genów - transkrypcja i translacja. Ekspresja genów kodujących funkcjonalne cząsteczki RNA.
• Różnice w procesach ekspresji genów w komórkach prokariotycznych i eukariotycznych - dojrzewanie pierwotnych transkryptów w komórkach jądrzastych i transport produktów dojrzewania do cytoplazmy.
• Ogólna charakterystyka procesu transkrypcji - matrycowa reakcja polimeryzacji rybonukleotydów, polimerazy RNA, ogólne (podstawowe) czynniki transkrypcyjne
• Rozpoczęcie (inicjacja) i zakończenie (terminacja) transkrypcji genu - budowa genów (promotor, sekwencje kodujące, sekwencje terminacyjne), białka rozpoznające promotor i inne sekwencje regulatorowe w genie i mechanizmy molekularne ich działania
• Wybiórczy charakter ekspresji genów w komórce - źródło zróżnicowania komórek organizmu wielokomórkowego i dostosowania komórek do zmieniających się warunków otoczenia (jakościowe i ilościowe różnice we wzorach ekspresji genów w komórkach).
• Inicjacja procesu transkrypcji - główny poziom regulacji ekspresji. Sekwencje regulatorowe genów i białkowe czynniki transkrypcyjne.
• Regulacja ekspresji genów w komórkach bakteryjnych
• Włączenie i wyłączenie genów w komórkach eukariotycznych przez cząsteczki sygnałowe organizmu wielokomórkowego (na przykładzie estrogenów i czynników wzrostowych)
• Udział chromatyny w regulacji ekspresji genów
• Zmiany epigenetyczne i ich znaczenie w regulacji ekspresji genów
• Dojrzewanie pierwotnych transkryptów genów w komórkach eukariotycznych - kapowanie i poliadenylacja końców pre-mRNA, splicing intronów, modyfikacja nukleotydów i cięcie cząsteczek pre-rRNA i pre-tRNA
• Rola funkcjonalnych cząsteczek RNA komórek eukariotycznych w procesach dojrzewania pre-RNA i regulacji transkrypcji.
• Mechanism molekularny procesu splicingu intronów. Alternatywny splicing genów
• Główne etapy procesu translacji mRNA na rybosomach. Dojrzewanie białek komórkowych
• Skutki fenotypowe mutacji w genach - mutacje ciche, zmiany sensu, nonsensowne, przesunięcia ramki odczytu, zmiany ilościowe w ekspresji genów
• Hemoglobinopatie jako przykład chorób genetycznych spowodowanych różnymi mutacjami w genach globinowych

Wykład 4. Technologia rekombinowanego DNA i jej wykorzystanie w medycynie i farmacji (3 godz.)

• Klonowanie DNA - namnażanie obcego DNA w komórce. Procesy klonowania występujące w przyrodzie - transformacja bakterii plazmidem, replikacja wirusów w komórkach.
• Wektory do klonowania DNA
• Przygotowanie DNA do klonowania - fragmentowanie DNA, endonukleazy restrykcyjne, rozdział elektroforetyczny fragmentów DNA, Southern blotting i izolacja badanego fragmentu z żelu. Przygotowanie sond genetycznych
• Połączenie fragmentu DNA z wektorem i transformacja rekombinowanym wektorem komórki-gospodarza. Izolacja sklonowanego DNA z komórki.
• Biblioteki genomowe i cDNA i ich przeszukiwanie
• Klonowanie genów w wektorach ekspresyjnych i synteza rekombinowanych białek. Znaczenie technologii dla przemysłu farmaceutycznego
• Otrzymywanie organizmów transgenicznych i żywności genetycznie zmodyfikowanej
• Wykorzystanie technik rekombinowanego DNA w diagnostyce medycznej - diagnostyka chorób dziedzicznych (jednogenowe, wielogenowe) i nowotworowych. Choroby wieloczynnikowe i poszukiwanie czynników genetycznych odpowiedzialnych za predyspozycję do danej choroby. Techniki analizy sekwencyjnej stosowe w diagnostyce chorób genetycznych.
• Diagnostyka chorób zakaźnych technikami biologii molekularnej możliwości i stosowane techniki analityczne
• Wykorzystanie metod biologii molekularnej w medycynie sądowej. Genetyczne "odbitki palców" i metody ich analizy