PřF:CG080 Metody v genomice - Informace o předmětu

CG080 Metody v genomice

Rozsah

2/0/0. 2 kr. (plus 2 za zk). Ukončení: zk.
Vyučováno kontaktně

Vyučující

prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc. (přednášející)
Mgr. Petr Fajkus, Ph.D. (přednášející)
doc. Mgr. Miloslava Fojtová, CSc. (přednášející)
Mgr. Vratislav Peška, Ph.D. (přednášející), prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc. (zástupce)
doc. Mgr. Petra Procházková Schrumpfová, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Markéta Žďárská, Ph.D. (přednášející)

Garance

doc. Mgr. Miloslava Fojtová, CSc.
Národní centrum pro výzkum biomolekul – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Národní centrum pro výzkum biomolekul – Přírodovědecká fakulta

Předpoklady

základní znalosti analytické chemie, biochemie a molekulární biologie

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Genomika a proteomika (program PřF, N-BCH)

Cíle předmětu

cílem tohoto předmětu je seznámit studenty obecně a souhrnně s metodami využívanými v genomice.

Výstupy z učení

na konci tohoto kurzu bude student schopen:
vysvětlit principy základních metod pro studium genomu
navrhnout vhodný metodický postup pro analýzu daného typu vzorku s ohledem na účel analýzy.

Osnova

• • Metody izolace nukleových kyselin (gDNA, mtDNA, chlDNA, plazmidové DNA, celkové RNA, mRNA apod.). Specifika izolace NK z živočišných, rostlinných či bakteriálních buněk. Design izolačního experimentu s ohledem na požadovanou čistotu, množství, délku či integritu NK (vhodné pufry a detergenty; inhibitory nukleáz; způsoby odstranění polysacharidů, polyfenolů či proteinů; metody srážení či adsorbce NK). Způsoby kvantifikace NK (komparativní, spektrofotometrické).
• • Metody separace nukleových kyselin. Elektroforetická separace (horizontální, vertikální či kapilárová; agarózová vs.PAGE). Design a správné provedení experimentu: např. výběr vhodných typů agaróz, nanášecích barev, separačních pufrů; vliv EEO. Detekce DNA či RNA (fluorescenční, pomocí stříbra, radioaktivní atd.). Vliv konformace DNA na separaci NK (např. denaturační elfo, SSCP, PFGE, 2D elfo).
• • Manipulace s DNA (štěpení, klonování, značení, ...) - enzymy používané v molekulární biology (restrikční endonukleázy typu I, II, III; metylačně citlivé enzymy, izoschizomery). Vektory (bakteriofágy, plasmidy, cosmidy, umělé bakteriální a kvasinkové chromozómy). Klonování do plasmidu (ligace s tupými a kohezními konci, transformace s použitím chemicky kompetentních buněk, transformace elektroporací, screening). Radioaktivní a neradioaktivní metody značení nukleových kyselin.
• • Metody editace genetického materiálu (např. TALEN, CRISPR/Cas)
• • Techniky založené na renaturaci DNA (Southern, northern, PCR, FISH, microarrays...) Princip analýzy DNA (Southern) a RNA (northern); specifika práce s RNA. Design experimentu – štěpení DNA metylačně citlivými restriktázami, elektroforéza, přenos DNA na membránu, značení sondy, hybridizace, interpretace výsledků. PCR – princip, historie, DNA polymerázy. Optimalizace PCR, PCR s teplotním gradientem. FISH – princip, použití, značení sond fluorescenčními barvivy. Fibre FISH, multiplex FISH, RNA FISH, barvení repetitivních sekvencí (centromery, telomery), použití v diagnostice. Microarrays – princip, výhody pro sériovou analýzu genové exprese, interpretace výsledků. Analýza genové exprese na úrovni mRNA a proteinů, přístupy in vitro a in vivo. Alternativní sestřih a jeho analýza. RT-PCR v reálném čase a cDNA microarrays.
• • Sekvenování a analýza genové exprese – principy sekvenování (chemické, Sangerovo), automatické kapilární sekvenátory, moderní sekvenační platformy (next-generation sequencing, third generation sequencing).
• • Příprava knihoven pro NGS genomu a transkriptomu, úpravy vstupního materiálu podle účelu analýzy (selekce polyA-mRNA, rRNA deplece). Kontrola kvality.
• • Průvodce zpracováním hrubých sekvenačních dat nové generace (NGS) – transfer, ukládání a prvnotní kontrola kvality (FTP, Fastq-dump, FastQC). Příklady bioinformatických platforem lokálního a vzdáleného typu (Geneious, Galaxy v rámci VO Metacentrum, Cyverse).
• • Příprava datasetů k vlastní analýze – filtrování, ořezání, a dekontaminace (Trimmomatic, DeconSeq). Ukázka assemblování a mapování (Triniti, Star). Nástroje pro analýzu repetitivní složky genomu (RepeatExplorer, Tarean).Publikace dat ve veřejně dostupných databázích (NCBI, ENA).
• • Mutanti a jejich využití v genomice: Základní přístupy funkční genomiky, přímá a revezní genetika. Inzerční mutageneze v přímé i reverzní genetice, EMS mutageneze, identifikace mutovaných lokusů pomocí pozičního klonování a sekvencování příští generace (next-gen sequencing). EMS mutageneze v reverzní genetice - tilling.

Literatura

doporučená literatura
• Evolutionary genomics and systems biology. Edited by Gustavo Caetano-Anolles. Hoboken, N.J.: Wiley-Blackwell, 2010, xix, 465 p. ISBN 0470195142. info
• PEVSNER, Jonathan. Bioinformatics and functional genomics. 2nd ed. Hoboken, N.J.: Wiley-Blackwell, 2009, xxviii, 95. ISBN 9780470085851. info
• BUDINSKA, Eva, Otakar FOJT a Ladislav DUŠEK. Bioinformatics in Genomics and Proteomics Data. 2009. URL info
• Biotechnology and genomics. Edited by P. K. Gupta. 1st ed. Meerut, India: Rastogi Publications, 2009, 796 p. ISBN 9788171338450. info
• CAMPBELL, A. Malcolm a Laurie J. HEYER. Discovering genomics, proteomics, and bioinformatics. 2. ed. San Francisco: CSHL Press, 2007, xv, 447. ISBN 0805382194. info
• Genomics. Edited by Isidore Rigoutsos - G. Stephanopoulos. New York: Oxford University Press, 2007, xxi, 314 p. ISBN 9780195300819. info
• Functional genomics : methods and protocols. Edited by Michael J. Brownstein - Arkady B. Khodursky. Totowa, N.J.: Humana Press, 2003, xii, 258. ISBN 1588292916. info
• Comparative genomics : empirical and analytical approches to gene order dynamics, map alignment and the evolution of gene families. Edited by David Sankoff - J. H. Nadeau. 1st ed. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2000, xiii, 557. ISBN 0792365844. info
• Functional genomics : a practical approach. Edited by Stephen P. Hunt - Rick Livesey. 1st ed. Oxford: Oxford University Press, 2000, xviii, 253. ISBN 9780199637744. info

Výukové metody

výuka je založena na ppt prezentacích a jejich výkladu. prezentace budou dostupné jako studijní podklad (černobílý tisknutelný pdf s vysokým rozlišením a omezenými právy). vzhledem k výkladu, jenž prezentaci významně rozšiřuje, a neexistenci vhodných učebnic v českém jazyce pokrývajících některé části přednášky je vhodné přednášku navštěvovat. studenti si otestují získané znalosti pomocí testů nanečisto, které budou mít podobnou formu a obsah jako finální test, budou opraveny, ale ne známkovány.

Metody hodnocení

zkouška písemná; test se sestává ze šedesáti otázek, u každé otázky je vždy alespoň jedna správná odpověď ze čtyř variant. pro úspěšné absolvování je třeba zodpovědět minimálně 60 % otázek správně; test pokrývá celý obsah kurzu. zkouška bude završena ústní zkouškou.

Další komentáře

Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.

• Statistika zápisu (nejnovější)
  
• Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2025/CG080