Новейшие молекулярно-генетические технологии

Куратор курса:д.б.н. Меркулова Татьяна Ивановна

I. Организационно-методический раздел.
    1.1. Цели и задачи курса.
    1.2. Требования к уровню освоения содержания курса (дисциплины).
    1.3. Формы контроля
II. Содержание дисциплины.
     2.1 Новизна курса.
     2.2 Тематический план курса
     2.3 Содержание отдельных разделов и тем.
     2.4 Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы
III. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
    3.1 Образцы вопросов для подготовки к зачету.
    3.2 Список основной и дополнительной литературы
    3.3 Видео лекций

I. Организационно-методический раздел.


1.1. Цели и задачи курса:

Дисциплина «Новейшие молекулярно-генетические технологии» предназначена для студентов-биологов 4го курса, специализирующихся по информационной биологии.

Основной целью освоения дисциплины является ознакомление студентов с современными методами молекулярной биологии и молекулярной генетики.

Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса:

  1. Дать представление об основных достижениях в области изучения генома, транскриптома и протеома эукариотической клетки  и вновь возникающих задачах
  2. Охарактеризовать основные методы изучения структуры и функции генома
  3. Проиллюстрировать данные методы на конкретных примерах

[Назад]

1.2. Требования к уровню освоения содержания курса (дисциплины)

По окончании изучения указанной дисциплины студент должен

  • иметь представление о современных молекулярно-генетических методах, области их применения, преимуществах и ограничениях
  • знать принципы изучения генома, транскриптома и протеома и основные достижения в этой области
  • уметь интерпретировать данные литературы с учетом всех ограничений и особенностей использованных методов

[Назад]


1.3. Формы контроля

Итоговый контроль — зачет.
Текущий контроль — тестирование.

[Назад]

II. Содержание дисциплины.


2.1 Новизна курса

В курсе представлены новейшие методы молекулярной биологии и молекулярной генетики, каждый год он будет дополняться новыми методическими разработками. Курс читается впервые. Актуальность его для студентов, специализирующихся по информационной биологии, определяется необходимостью  получения специалистами такого профиля знаний  об экспериментальной базе современных молекулярно-генетических технологий,  органической частью которых являются биоинформатические  методы. Представления о экспериментальных методических подходах необходимы студентам -бионформатикам также для правильной интерпретации данных литературы при создании разнообразных баз данных и компьютерных методов моделирования молекулярно-генетических процессов и систем.

[Назад]


2.2 Тематический план курса

Наименование разделов и тем К о л и ч е с т в о    ч а с о в
Лекции Семинары Лабораторные работы Самостоятельная работа Всего часов
Структура генома 6 6
Полиморфные сайты ДНК. 2 2
Методы изучения транскрипции генов 6 6
Методы  выявления и изучения регуляторных районов генов 4 4
Протеомика 4 4
Современные методы микроскопического анализа 2 2
Итого по курсу: 24 24

[Назад]


2.3 Содержание отдельных разделов и тем.

Структура генома. Секвенирование генов и геномов. Современные методы секвенирования: общие принципы, приборы, производительность, масштаб производимых работ. Виды с полностью прочтенными геномами. Программа «Геном человека»: Цели, задачи, достижения и перспективы. Генетический анализ сложных признаков, ассоциации с заболеваниями

Полиморфные сайты ДНК.Классификация полиморфизмов, способы детекции, функциональная значимость. Регуляторные SNPs.

Методы изучения транскрипции генов.Нозерн-блот анализ, РТ-ПЦР,  Real-time-PCR, дифференциальный дисплей. Исследование профилей экспрессии генов с помощью микрочипового анализа. Описание метода, его разновидностей, возможности и ограничения. Примеры исследований профилей экспрессии генов в масштабах всего генома, изучение динамики изменений в экспрессии специализированных групп  генов на разных стадиях развития, в разных дифференцированных клетках, при патологических изменениях.

Методы выявления и изучения регуляторных районов генов. Промотор: определение точки инициации транскрипции, выявление регуляторных элементов (футпринтинг, ретардации, плазмидные конструкции), привлечение тех или иных вариантов компьютерного поиска, необходимость развития таких методов. Выявление отдаленных регуляторных районов (HSS, плазмидные конструкции). Выборки природных регуляторных элементов их значение. Технология  Selex ее преимущества и недостатки. Методы in vivo – геномный футпринтинг и иммунопреципитация хроматина. Методы изучения белок-белковых взаимодействий: GST pull-down assay, дрожжевой дигибридный анализ

Протеомика. Двумерный электрофорез. Масс-спектрометрический анализ.

[Назад]


2.4 Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы

  1. Каковы цели секвенирования геномов позвоночных ?
  2. Каковы цели секвенирования геномов прокариот?
  3. Что дает секвенирование полного генома человека для биологии и медицины?
  4. Для чего нужны автоматические секвенаторы?
  5. Для чего необходимо изучение полиморфизма нуклеотидных последовательностей?
  6. Что такое регуляторные SNP и каковы методы их выявления и анализа?
  7. Какими методами изучается экспрессия индивидуальных генов?
  8. Каковы преимущества и недостатки изучения транскрипции генов методом RT+PCR?
  9. Каковы преимущества изучения транскрипции генов методом Real-Time PCR?
  10. Какие существуют методы массового изучения транскрипции генов?
  11. Каковы принципы изучения транскриптома эукариотических клеток с помощью ДНК-биочипов?
  12. Для чего необходимо выявление стартов транскрипции генов?
  13. Какие существуют методы идентификации стартов транскрипции генов?
  14. Для чего нужны методы массового выявления сайтов связывания транскрипционных факторов?
  15. Какие экспериментальные подходы используются для поиска и идентификации сайтов связывания транскрипционных факторов?
  16. Какие экспериментальные подходы используются для поиска регуляторных районов генов?
  17. Что такое дрожжевой дигибридный анализ?
  18. Для чего применяется метод геномного футпринтинга?
  19. Что дает метод иммунопреципитации хроматина?
  20. Какие экспериментальные подходы используются для исследования протеома эукариотических клеток?

[Назад]

III. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.


3.1 Образцы вопросов для подготовки к зачету.

Билет 1

1) Принцип секвенирования ДНК методом химической деградации по Максаму-Гилберту.
2) Коровый промотор. Базы данных коровых промоторов.

Билет 2

1) Принцип секвенирования ДНК ферментативным методом по Сэнгеру.
2) Дистальные регуляторные районы генов. Методы их выявления.

Билет 3

1) Принцип полимеразной цепной реакции. Использование ПЦР в секвенировании ДНК.
2) Типы ДНК-биочипов (по содержанию, по способу производства).

Билет 4

1) Автоматическое секвенирование ДНК. Основные части и принцип работы секвенатора.
2) Принцип полимеразной цепной реакции. Использование ПЦР для изучения экспрессии генов

Билет 5

1) Полностью секвенированные геномы прокариотических организмов. Значение этих работ для биологии и медицины.
2) Real-time-PCR

Билет 6

1) Полностью секвенированные геномы эукариотических организмов. Основные выводы сравнительной геномики
2) Общая схема экспериментов с использованием ДНК-биочипов, отдельные этапы, специфические термины.

Билет 7

1) Полное секвенирование генома человека. Цели, подходы, основные результаты и перспективы.
2) Технология  Selex ее преимущества и недостатки

Билет 8

1) Технология микрочипов. Использование гибридизации меченых нуклеиновых кислот с фиксированными олигонуклеотидами для секвенирования ДНК, анализа мутаций и анализа экспрессии генов.
2) Базы данных регуляторных элементов.

Билет 9

1) Базы данных по полностью секвенированным геномам, нуклеотидным последовательностям, белкам, полиморфным сайтам.
2) Характеристика метода исследования транскриптома с помощью ДНК-биочипов в сравнении с  другими методами.

Билет 10

1) Генетический полиморфизм и методы его выявления.
2) Двумерный электрофорез белков и пептидов.

Билет 11

1) Регуляторные SNP и методы его выявления.
2) Масс-спектрометрический анализ

Билет 12

1) Метод дифференциального дисплея
2) Примеры анализа и профилирования экспрессии генов с помощью ДНК-биочипов.

Билет 13

1) Выборки природных регуляторных элементов и значение.
2) Принципы планирования ДНК-биочип-экспериментов.

Билет 14

1) Методы определения точки инициации транскрипции, экспериментальные и in silico
2) Источники разброса результатов в ДНК-биочип-экспериментах (систематические и стохастические ошибки)

Билет 15

1) Экспериментальные методы выявление регуляторных элементов.
2) Задачи общества MGED (Microarray Gene Expression Data) и протокол MIAME (Minimum Information About a Microarray Experiment).

Билет 16

1) Принципы и этапы обработки изображений результатов гибридизации ДНК-биочипов
2) Методы изучения белок-белковых взаимодействий: GST pull-down assay, дрожжевой дигибридный анализ

Билет 17

1) Методы интерпретации результатов ДНК-биочип-экспериментов.
2) Современные методы микроскопического анализа.

Билет 18

1) Примеры исследований связи между транскрипцией генов и эпигенетическим состоянием хроматина, временем репликации, трансляционной активностью транскриптов, выполненных с помощью ДНК-биочипов.
2) Геномный футпринтинг и иммунопреципитация хроматина

[Назад]


3.2 Список основной и дополнительной литературы

  1. Чемерис А.В., Ахунов Э.Д., Вахитов В.А. Секвенирование ДНК. М.: Наука, 1999.- 429с.
  2. Carey M., Smale S.T. Transcriptional regulation in eukariotes. N-Y. Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2000.-640p.
  3. Транскрипция и трансляция. Методы. Ред. Б.Хеймса и С.Хиггинса. М. Мир.1987.–400с.

3.3 Видео лекций

[Назад]