PřF:Bi5599 Metody bioch. a buň. biologie - Informace o předmětu

Bi5599 Metody aplikované biochemie a buněčné biologie

Rozsah

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

Vyučující

doc. RNDr. Alena Hyršlová Vaculová, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Jiřina Medalová, Ph.D. (přednášející)
RNDr. Vendula Hlaváčková Pospíchalová, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Pavel Kadeřávek, Ph.D. (přednášející)
doc. Mgr. Karel Souček, Ph.D. (přednášející)

Garance

doc. RNDr. Alena Hyršlová Vaculová, Ph.D.
Ústav experimentální biologie – Biologická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: Mgr. Jiřina Medalová, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Ústav experimentální biologie – Biologická sekce – Přírodovědecká fakulta

Rozvrh

Čt 11:00–12:50 B11/335

Předpoklady

Bi4020 Molekulární biologie && C3580 Biochemie

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Jiné omezení: Na předmět se vztahuje povinnost registrace, bez registrace může být znemožněn zápis předmětu!

Mateřské obory/plány

předmět má 6 mateřských oborů, zobrazit

Cíle předmětu

Cílem tohoto předmětu je umožnit studentům porozumět významu jednotlivých vyučovaných chemických a biochemických metodik a interpretovat svá vlastní experimentální data. Měli by být schopni využít informace primární literatury, s cílem porozumět a zavádět metodiky popisované v primární vědecké literatuře v oblasti fyziologie živočichů a molekulární fyziologie. Na základě těchto předpokladů by měli být schopni prezentovat a objasnit metodiky, využívané v jejich vlastní práci, odbornému publiku.

Výstupy z učení

Po absolvování předmětu bude student schopen: identifikovat a popsat základní metody určené pro stanovení hladiny a lokalizace proteinů, protein-proteinových interakcí, analýzu funkcí proteinových domén a funkční interakce proteinů s DNA; popsat základní principy manipulace exprese a funkce proteinů; popsat principy izolace nukleových kyselin a stanovení genové exprese; popsat základní metodiky analýzy lipidů a malých organických molekul pomocí chromatografických a hmotnostně spektrometrických metod; odborně prezentovat a popsat základní chemické a biochemické metody používané v primární odborné literatuře.

Osnova

1. Základy práce s buněčnými kulturami, zpracování buněčného materiálu. Růst buněčné kultury, živná média, typy kultivace, pasážování a uchovávání buněčných linií, kontrola kvality, prevence kontaminace, hodnocení základních cytokinetických parametrů (proliferace, viabilita). 2. Vybrané metody separace proteinů, elektromigrační metody. Elektroforéza – základní typy a principy. SDS-PAGE, westernový přenos, možnosti imunodetekce, protilátky. Izoelektrická fokusace (IEF). 2D-elektroforéza. 3. Metody založené na práci s RNA. RNA - izolace, detekce (qRT-PCR, RNA-seq, microarrays), nekódující RNA, si/shRNA. Hypotéza RNA světa, funkce RNA, izolace RNA, využití mRNA pro qRT-PCR, next generation sequencing, RNA sequencing, microarrays, manipulace genové exprese pomocí RNA - antisense oligonukleotidy, RNA interference, funkce nekódující RNA, využití miRNA v klinice, využití si/sh RNA pro výzkum. 4. Analýza proteinových modifikací, proteinových komplexů, manipulace exprese proteinů a proteomika. Post-translační modifikace (PTM) proteinů, Detekce modifikací na endogenních proteinech (fosfo-specifické protilátky apod.), (Chromatinová) Imunoprepitace, Afinitní purifikace, Experimentální buněčné systémy pro studium funkce proteinů (GOF – konstitutivní vs inducibilní exprese, LOF – CRISPR/Cas9, Analýza komplexních proteinových směsí (BioID, hmotnostní spektrometrie), Aplikace těchto postupů na biologické otázky 5. Lipidy - vybrané separační techniky a detekční principy (GC, HPLC a MS).Přehled separačních technik v kombinaci s hmotnostní spektrometrií používaných v analýze biologických vzorků. Stručné shrnutí ionizačních principů (ESI, APCI, APPI, ICR, MALDI-TOF) a jejich aplikace v tzv. omix technikách. Praktická ukázka techniky GC/MS, LC/MS-MS a LC/Hybrid MS. Příklady využití současných separačních technik a detekčních principů. 6. Příprava, charakterizace a testování nanočásticových nosičů vakcín a léčiv. 7. Fluorescenční techniky – průtoková cytometrie, protilátky a jejich využití v buněčné biologii. Metody průtokové cytometrie, jejich principy a aplikace v analýze buněk. Techniky měření velikosti, morfologie, fáze buněčného cyklu, DNA obsahu a přítomnosti specifických proteinů na buněčném povrchu či v cytoplazmě. Role průtokové cytometrie v lékařské diagnostice, výzkumu buněčné biologie a analýze heterogenních populací buněk, včetně separace živých buněk pro další analýzu. 8. Lipidomika - chromatografické metody, studium exprese a lokalizace lipidů v buňce. Metody pro analýzu lipidů, jako je HPLC, hmotnostní spektrometrie a chromatografie. Techniky extrakce lipidů z buněk a tkání (metoda Bligh & Dyer), metody pro detekci různých typů lipidů. Funkce lipidů v buňkách, v buněčných membránách, energetickém metabolismu a signálních procesech. 9. Metody založené na práci s DNA. DNA - struktura a replikace DNA, izolace DNA, separace DNA (gelová elfo, kapilární elfo, pokročilé elfo), PCR (standardní, kvantitativní, zajímavé varianty), LAMP, analýza fragmentů DNA (hybridizace, RFLP, FISH), sekvenace DNA, manipulace genové exprese, genové inženýrství, knock-out genů (homologní rekombinace, Cre-LoxP systém, FLP/FRT systém, CRISPR/Cas9 systém), nadměrná exprese genů - plazmidy a transfekce. 10. NMR teorie a exkurze. Princip NMR (jaderný spin, makroskopický magnetický moment), popis základního NMR experimentu, interakce jaderného spinového magnetického momentu a jejich důsledky, NMR spektra biomolekul, úvod do vícedimenzionální NMR spektroskopie, princip přiřazení NMR frekvencí, základní strukturní informace v NMR (NOE), princip výpočtu struktur biomolekul pomocí NMR, studium interakcí pomocí NMR, NMR a dynamika biomolekul, exkurze: ukázka NMR spektrometrů a souvisejícího vybavení, základní technický popis NMR spektrometrů a sond. 11. Aplikace in vivo modelů savců ve fyziologii. Etické a legislativní aspekty práce se zvířaty (3+1 R principy), Využití a výběr vhodného zvířecího modelu, Nejčastější (savčí) modely ve fyziologii (biomedicíně), Laboratorní potkan, Laboratorní myš, Chov laboratorních myší (konvenční, SPF, gnotobionti), Experimenty s laboratorní myšmi, Genetická manipulace laboratorních myší - běžně užívané metody a zdroje (myší kmeny)- přirozené a indukované mutace, gene targeting v embryonálních kmenových buňkách, „knock-out a knock-in“ myši, Cre/loxP systém, nové metody „gene-targetingu“- ZFN, TALEN a CRISPR/Cas9, transgenní myši, myší kliniky. 12. Omics technologie – genomika, transkriptomika, metabolomika, databáze, personalizovaná medicína a velké objemy dat. Přehled –omické technologie + velká data - informační pyramida, sdílení a využití - biomarkery a personalizovaná medicína, Genomika: sanger vs NGS sekvenováni - genomové vs. Exomové vs. SNP genotypování, Databáze COSMIC, TCGA, Transkriptomika: mikroarraye vs. sekvenování RNA, Analýza genových souborů a Pathway analysis, Reactome, Metabolomika, –omika a multi-omika na úrovni jedné buňky (scRNA seq).

Literatura

• Shapiro HM. Practical Flow Cytometry, 4th Edition, Wiley 2003.
• SIVAKAMAVALLI, Jeyachandran a Baskaralingam VASEEHARAN. An overview of omics approaches: Concept, methods and perspectives [online]. In: Recent trends in biochemistry. Yeosu (South Korea): MedDocs Publishers LLC, 15. 6. 2020.
• Wilson et al.: Principles and Techniques of Practical Biochemistry, 5th ed., CUP, 2000
• Shuken, S. R. An Introduction to Mass Spectrometry-Based Proteomics. Journal of Proteome Research, 2023, 22(6), 2151–2171. DOI: 10.1021/acs.jproteome.2c00838. [online] Dostupné z: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jproteome.2c00838.
• E.K. Neumann: Spatial Multiomics Toward Understanding Neurological Systems. Journal of Mass Spectrometry, 2025; 60:e5143. Wiley.
• EVROPSKÁ UNIE. Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/63/EU ze dne 22. září 2010 o ochraně zvířat používaných pro vědecké účely [online]. In: Úřední věstník Evropské unie. 20. října 2010, L 276, s. 33–79.
• SIVAKAMAVALLI, Jeyachandran, Kiyun PARK a Ihn-Sil KWAK. Genome databases, types and applications: An overview [online]. In: Recent trends in biochemistry. Yeosu (South Korea): MedDocs Publishers LLC, 7. července 2020.
• Ďurech, M., Trčka, F., Vojtěšek, B., Müller, P. Metody pro studium protein-proteinových a protein-ligandových interakcí. Klinická onkologie, 2014, 27(Suppl 1), S75–S81. [online]. Dostupné z: https://www.linkos.cz/files/klinicka-onkologie/395/4488.pdf
• Alberts et al.: Molecular Biology of the Cell, 4th ed., Garland Science, 2002
• Bonifacino JS. Short Protocols in Cell Biology, Wiley 2004.
• Hedrich, H. The Laboratory Mouse. 3. vyd. London: Academic Press, 2012.
• M Duttb et al.: Chemical Ionization Mass Spectrometry: Fundamental Principles, Diverse Applications, and the Latest Technological Frontiers. Mass Spectrometry Reviews, 2025; 1–22. Wiley.
• C. Dass: Fundamentals Of Contemporary Mass Spectrometry, 2007, Wiley.
• Klouda, Moderní analytické metody, Pavel Klouda, Ostrava, 2003
• SINGH, Komal P.; Christine MIASKOWSKI; Anand A. DHRUVA; Elena FLOWERS a Kord M. KOBER. Mechanisms and Measurement of Changes in Gene Expression. BIOLOGICAL RESEARCH FOR NURSING. THOUSAND OAKS: SAGE PUBLICATIONS INC, 2018, roč. 20, č. 4, s. 369-382. ISSN 1099-8004. Dostupné z: https://doi.org/10.1177/1099800418772161. info
• GAJ, Thomas; Shannon J. SIRK; Sai-lan SHUI a Jia LIU. Genome-Editing Technologies: Principles and Applications. COLD SPRING HARBOR PERSPECTIVES IN BIOLOGY. COLD SPRING HARBOR: COLD SPRING HARBOR LAB PRESS, PUBLICATIONS DEPT, 2016, roč. 8, č. 12, 20 s. ISSN 1943-0264. Dostupné z: https://doi.org/10.1101/cshperspect.a023754. info

Výukové metody

Výuka bude vedena v souladu s aktuálními nařízeními vedení MU. Dle současné situace (covid) bude výuka probíhat prezeční formou. O případných změnách budou studenti s předstihem informováni.

Metody hodnocení

Kurz je zakončen závěrečným písemným testem z probraných metod, alespoň 60% otázek musí být správně zodpovězeno. V případě distanční výuky bude test proveden formou IS testů.

Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů

• Bi5599c Metody aplikované biochemie a buněčné biologie - cvičení
  Bi3030 && NOW(Bi5599)  

• Statistika zápisu (nejnovější)
  
• Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2025/Bi5599