CG080 Metody v genomice

Přírodovědecká fakulta
jaro 2020
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (plus 2 za zk). Ukončení: zk.
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)
Mgr. Petra Procházková Schrumpfová, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Markéta Žďárská, Ph.D. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Jiří Fajkus, 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
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
  • Izolace DNA a RNA, Separace nukleových kyselin (elektroforéza) Metody izolace DNA/RNA: fenol/chloroformové extrakce, izopyknické centrifugace v gradientu CsCl či adsorbce na křemičité sklo v přítomnosti chaotropních solí. Metody kvatifikace (komparativní, spektrofotometrické). Specifika práce s komerčně dostupnými kity na izolaci DNA/RNA. Metody používané při separaci nukleových kyselin se zaměřením na gelovou elektroforézu (agarózová, akryamidová). Principy a separační vlastnosti gelů; méně používané typy elfo (např. low-melting a alkalické agarózy; denaturující či nedenaturujíci akrylamidové gely; PFGE, 2D elfo). Možná úskalí („troubleshoots“ jak izolace DNA/RNA tak elfo separace) a interpretace výsledků.
  • 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 NGS dat (transfer, ukládání a kontrola kvality dat), Vybrané bioinformatické nástroje pro různé typy experimentálních dat (celogenomová, transkriptomická data, metagenomová data). Publikace dat ve veřejně dostupných databázích
  • Příklady zpracování NGS dat v základním výzkumu: práce s výpočetními zdroji lokálního a vzdáleného typu, např. GALAXY v rámci Virtuální Organizace METACENTRUM. Příprava datasetů k vlastní analýze. Bioinformatické nástroje pro mapování a assemblování. Speciální nástroje pro analýzu repetitivní složku genomu.
  • 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
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2011 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019.
  • Statistika zápisu (nejnovější)
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2020/CG080