CG020 Genomika

Přírodovědecká fakulta
podzim 2016
Rozsah
2/0. 2 kr. (plus 2 za zk). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. RNDr. Jan Hejátko, Ph.D. (přednášející), prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc. (zástupce)
RNDr. Roman Hobza, Ph.D. (přednášející), doc. RNDr. Jan Hejátko, Ph.D. (zástupce)
RNDr. Hana Konečná (přednášející)
Mgr. Markéta Pernisová, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Kamil Růžička, Dr. rer. nat. (přednášející)
Mgr. Pavla Pospíšilová (pomocník)
Garance
prof. RNDr. Zdeněk Glatz, CSc.
Národní centrum pro výzkum biomolekul – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Národní centrum pro výzkum biomolekul – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 19. 9. až Ne 18. 12. Pá 8:00–9:50 B11/205
Předpoklady
Předpokladem pro porozumění předmětu je absolvování základů biochemie nebo molekulární biologie a genetiky.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Studenti získají teoretický přehled základních přístupů současné funkční genomiky: Teorie základních bioinformatických nástrojů, základy práce s genomovými databázemi, identifikace genové funkce in silico, cíleným umlčováním genů a přístupy získané funkce, fenotypové profilováni (DNA, RNA a proteinové čipy), metody identifikace a analýzy sekvenčně specifických mutantů, fragmentační analýza a poziční klonování, atd.. Přednáška je koncipována jako rozšířený úvod do navazujících praktických cvičení (C7301), v jejichž rámci si budou moci studenti většinu z teoretických poznatků vyzkoušet v praxi. Na konci přednášky získají studenti přehled o moderních přístupech funkční genomiky. Studenti budou schopni použít a interpretovat informace uložené v genomových databázích, orientovat se v přístupech a problémech moderní biologie a tvůrčím způsobem se spolúčastnit jejího dalšího rozvoje.
Osnova
  • Základy bioinformatiky
  • Teorie základních bioinformatických nástrojů: globální vs. lokální přiřazení ( Dot-plot, BLASTa jeho modifikace, FASTA), konstrukce genových map včetně (detekce ORFs, restrikčních míst, …). Základy práce s genomovými databázemi.
  • Identifikace genů
  • Postupy a rozdíly v základních myšlenkových dogmatech reverzní a přímé genetiky. Identifikace genové funkce: in silico (struktura genů a jejich vyhledávání pomocí software pro detekci exonů a míst sestřihu, genomová kolinearita a genová homologie), experimentální identifikace genů (technologie metylačního filtrování, EST knihovny), cíleným umlčováním genů a přístupy získané funkce (T-DNA mutageneze, ektopická nadměrná exprese)
  • Přístupy reverzní genetiky
  • Metody identifikace a analýzy sekvenčně specifických mutantů (příprava sbírky mutantů, vyhledávání sekvenčně specifických mutantů pomocí PCR, vyhledávání sekvenčně specifických mutantů v elektronických databázích), analýza fenotypu a potvrzení příčinné souvislosti mezi fenotypem a inzerční mutací (kongregační analýza, identifikace nezávislé alely, využití nestabilních inzerčních mutagenů a izolace revertantech linií). Umlčování genů pomocí RNAi (mechanismus účinku RNAi, příprava konstruktů pro umlčování genů pomocí RNAi)
  • Přístupy genetiky přímé
  • Využití knihoven inzerčních mutantů v postupech přímé genetiky; vyhledávání v knihovnách inzerčních mutantů podle (vnějšího fenotypu, metabolického profilu, exprese genů zájmu); identifikace mutovaného lokusu (plasmid rescue, inverzní PCR). Využití knihoven bodových mutantů v přímé genetice: Fragmentační analýza a poziční klonování
  • Protein-proteinové interakce, význam a využití ve funkční genomice
  • Analýza protein-proteinových interakcí: Funkční význam specifických interakcí proteinů. Funkční význam a přístupy k analýze proteinových interakcí in vivo: koimunoprecipitace, tandemová afinitní purifikace (TAP-tag), kvasinkový jedno a dvouhybridní test (Y2H), bimolekulární fluorescenční komplementace (BiFC), analýza zprostředkované membránové vazby (MeRA), FLIM-FRAT. Význam interakcí NA a proteinů v živých systémech: Vazba TF na promotory, telomeráza, nukleozómy.
  • Přístupy funkční genomiky
  • Analýza genové exprese (metody kvalitativní i analýzy genové exprese, transkripční vs. translační fúze, metody regulace transgenů). Metody identifikace funkce genů pomocí přístupů získané funkce (T-DNA aktivační mutageneze, ektopická exprese a systémy regulovatelné genové exprese). Fenotypové profilování (DNA a proteinové čipy, metabolické profilování, metody mikrodisekce). Metody využívané ve funkční genomice rostlin (A. thaliana jako modelový organizmus funkční genomiky rostlin, příprava transgenních rostlin, Southern blot a DNA molekulární hybridizace, izolace genomové DNA, PCR). Nové trendy (chemická genetika).
  • Moderní postupy funkční genomiky
  • Next-gen sequencing a jeho využití v genomice (analýza genové exprese, identifikace SNPs, metagenomika). Metody a význam zpracování dat výstupů sekvenečních studíí a expresních studií (základní zpracování hrubých dat, klastrovací analýza, statistické vyhodnocení, detekce alternativního sestřihu). Tkáňově a buněčně specifická analýza genová exprese (buněčně specifické GFP linie a buněčné sortování).
  • Strukturní genomika
  • Základní strukturní rysy organizace genomů jednotlivých organizmů včetně člověka (viry, eubakterie, kvasinky, vyšší a nižší rostliny, obratlovci), jaderné a organelární genomy. Kódující a nekódující DNA: Strukturní geny, RNA geny (rRNA, pre-miRNA a shRNA), transpozony. Vnitrodruhová a mezidruhová variabilita na úrovni genomu, poolymorfizmy na úrovni jednotlivých nukleotidů (SNPs) a lokusy kvantitativních znaků (QTLs).
  • Úloha lokalizace genových produktů v buňce
  • Komunikace mezi jaderným a organelárními genomy. Přenos signálu a transport proteinů přes jadernou mebránu. Regulace na úrovni transportu RNA a posttranskripční regulace exprese (včetně sestřihu, …). GFP fůze, imunolokalizace, moderní metody detekce (FLIM, FRAP, fotoaktivovatelné proteiny, FCS).
  • Genomika systémová biologie
  • Definice systémové biologie a jejich přístupů. Mechanismus působení genů, mechanismy genových interakcí a metody jejich analýzy (genetická epistáze a hypostáze, alelická analýza). Počítačové modelování genových regulačních sítí. Regulce jednotlivých genů vs. integrované genomové okruhy a princip genového vypínače.
  • Praktické aplikace funkční genomiky
  • Šlechtění rostlin, individualizovaná medicína, pokročilé biotechnologie (produkce protilátek v rostlinách (imunomodulace), produkce terapeuticky využitelných látek, doplňky stravy). Význam a bezpečnost GMO.
Literatura
    doporučená literatura
  • SAMUELSSON, Tore. Genomics and bioinformatics : an introduction to programming tools for life scientists. Cambridge: Cambridge University Press, 2012, xvii, 338. ISBN 9781107008564. info
  • Genomics. Edited by Isidore Rigoutsos - G. Stephanopoulos. New York: Oxford University Press, 2007, xxi, 314 p. ISBN 9780195300819. info
Výukové metody
Hlavní výukovou metodou jsou přednášky, obsahující konkrétní příklady vlastní vědecké praxe a demonstrace řešení konkrétních problémů spojených s využitím jednotlivých nástrojů funkční genomiky.
Metody hodnocení
Typ výuky: Docházka na přednášky není povinná, ale přítomnost studentů je velice žádoucí pro pochopení principů přístupů funkční genomiky; studijní materiály jsou dostupné on-line. Typ závěrečné zkoušky: Písemná zkouška. Test se sestává ze 40 otázek bodovaných dle obtížnosti (1-4 body), celkový maximální zisk je 100 bodů. Kritéria hodnocení testu řádné zkoušky jsou následující: 100-95 bodů A, 94-88 bodů B, 87-80 bodů C, 79-70 bodů D, 69-58 bodů E, <58 bodů F.
Navazující předměty
Informace učitele
http://genpro.sci.muni.cz/
Předmět CG020 také nahrazuje předmět C7201, který se již nebude vypisovat. Absolvování nebo současný zápis této přednášky je nezbytnou podmínkou pro zápis předmětu C7301 Základy genomiky-cvičení. Tímto se omlouvám všem studentům, zejména pak studentům nového PGS oboru genomika a proteomika, na které z kapacitních důvodů nezbylo místo pro zápis C7301. Cvičení probíhá v laboratořích, ve kterých běžně pracujeme a není možné je vyřadit z provozu na dobu delší než 3 týdny. Omezená kapacita cvičení je zárukou vaší kvalitní přípravy a z tohoto požadavku nemíním ustoupit. Nebudu proto umožňovat žádné výjimky, studenti oboru genomika a proteomika budou přednostně zařazování na potenciálně uvolněná místa. Prosím tedy studenty oboru genomika a proteomika, ale i ostatní studenty, kteří mají zájem o zařazení do tohoto seznamu "náhradníků", aby mi poslali potvrzení jejich zájmu e-mailem a do předmětu uvedli "C7301 nahradnik". V této souvislosti velice apeluji na vaši kolegialitu. Pokud se cvičení nebudete moci z jakýchkoliv důvodů zúčastnit, dejte mi to prosím co nejdříve vědět a odhlašte se z příslušné seminární skupiny. Vlastni cvičení pak proběhne v arealu kampusu PřF (UKB) v Brne-Bohunicích, Kamenice 3, budova A2, 3.NP.
Další komentáře
Studijní materiály
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2010 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.