Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej

Nazwa kierunku

Farmacja

Poziom i forma studiów

jednolite studia magisterskie

stacjonarne

niestacjonarne

Nazwa przedmiotu

Biologia molekularna

Punkty ECTS

2

Jednostka realizująca

Zakład Klinicznej Biologii Molekularnej

Osoba odpowiedzialna                 

dr Oksana Kowalczuk

Rodzaj przedmiotu

obowiązkowy

Semestr III

Rodzaj zajęć i liczba godzin

wykłady 

5

ćwiczenia 

15

seminaria

10

Cel kształcenia

Zapoznanie studentów z zasadami budowy i funkcjonowania genomów oraz metodami analizy genomów w praktyce medycznej.

Treści programowe

Wykłady:

Rys historyczny biologii molekularnej. Budowa, właściwości fizyko-chemiczne i funkcje kwasów nukleinowych. Pojęcie informacji genetycznej (genomu) oraz genu jako jednostki informacji genetycznej. Właściwości kwasów nukleinowych umożliwiające ich funkcjonowanie jako biologicznych cząsteczek informatycznych (budowa, swoiste oddziaływanie zasad, kopiowanie na zasadzie komplementarności, uniwersalność budowy). Mechanizmy molekularne odpowiedzialne za utrzymanie stałości informacji genetycznej wewnątrz i między pokoleniami organizmów (replikacja i naprawa DNA). Organizacja genomów komórek prokariotycznych i eukariotycznych. Organizacja chromatyny jąder komórek eukariotycznych.

      Realizacja informacji genetycznej w komórce – ekspresja genów. Centralny dogmat biologii molekularnej. Kod genetyczny, jego właściwości. Budowa genu (sekwencje regulatorowe i kodujące, nieciągłość większości genów wyższych eukariontów). Główne etapy ekspresji genów (transkrypcja, dojrzewanie pierwotnych tran skryptów, translacja, modyfikacje posttranslacyjne białek). Udział swoistych białek i cząsteczek RNA w ekspresji genów. Regulacja ekspresji genów – poziomy regulacji, udział czynników transkrypcyjnych i procesów epigenetycznych (metyzacja promotorów i miRNA). Molekularne podstawy różnicowania tkankowego organizmów wielokomórkowych oraz rozwoju osobniczego organizmu. Powiązanie procesów regulacji ekspresji genów z sygnalizacją komórkową.

       Podstawy zróżnicowania genetycznego – mechanizmy molekularne mutagenezy (samoistne i indukowane błędy replikacji DNA, czynniki genotoksyczne i uszkodzenie DNA), rekombinacja genetyczna. Rodzaje mutacji oraz fenotypowe skutki mutacji na poziomie komórki i organizmu wielokomórkowego. Polimorfizm genetyczny - warianty genetyczne i mutacje chorobotwórcze. Pojęcie choroby genetycznej i wrodzonej podatności na chorobę. Farmakogenetyka i farmakogenomika.

       Podstawowe techniki laboratoryjne analizy kwasów nukleinowych – izolacja DNA i RNA, ocena jakości i stężenia kwasów nukleinowych w roztworach, elektroforeza kwasów nukleinowych, powielenie wybranych fragmentów DNA i RNA techniką PCR i RT-PCR, ocena ilościowa fragmentów DNA lub transkryptów techniką PCR w czasie rzeczywistym. Hybrydyzacja kwasów nukleinowych (podstawy i wykorzystanie w technikach in situ oraz mikromacierzach DNA). Metody analizy sekwencji nukleotydów w kwasach nukleinowych – metody wykrywania mutacji i wariantów polimorficznych (RFLP, allelo-swoista hybrydyzacja, sekwencjonowanie). Nowoczesne metody analizy genomów i transkryptomów komórek (sekwencjonowanie nowej generacji, mikromacierzy). Wykorzystanie technik analizy

       Manipulowanie kwasami nukleinowymi – technologia rekombinowanego DNA. Otrzymywanie fragmentu DNA do klonowania (enzymy restrykcyjne, elektroforeza kwasów nukleinowych, blotting, izolacja DNA z żelu). Klonowanie DNA, wektory do klonowania. Mechanizmy transformacji i transfekcji komórki, izolacja rekombinowanego wektora. Klonowanie RNA poprzez przepisanie na cDNA w reakcji odwrotnej transkrypcji. Biblioteki DNA i cDNA i metody ich przeszukiwania. Znaczenie klonowania dla izolacji i oceny genów. Mutageneza ukierunkowana. Wektory ekspresyjne i otrzymywanie białek rekombinowanych.  Organizmy transgeniczne i żywność genetycznie zmodyfikowana.

Seminaria:

      Seminaria obejmują dokładne omówienie tematów wykładów z aktywnym udziałem studentów w wyjaśnieniu podstawowych zagadnień oraz przytoczeniu konkretnych przykładów z dziedziny medycyny i farmacji potwierdzających omawiane procesy i właściwości.

Ćwiczenia:

     Ćwiczenia obejmują zapoznanie się z manualnymi i automatycznymi metodami izolacji i analizy kwasów nukleinowych z różnego materiału biologicznego łącznie z przygotowaniem materiału do izolacji (pobranie, przechowywanie, transport). Na zajęciach studenci wykonują izolację DNA z krwi pełnej manualną metodą kolumienkową, oceniają stężenie DNA w roztworze spektrofotometrycznie (na aparacie NanoDrop), oraz sprawdzają jakość wyizolowanego DNA elektroforetycznie na żelu agarozowym. Następnie wykonują izolację automatyczną RNA na aparacie „QIACUBE” z wycinków mrożonych tkanek po ich uprzedniej homogenizacji za pomocą homogenizatora „TissueRuptor”. Po wyizolowaniu RNA zapoznają się z oceną jakości i stężenia RNA metodą elektroforezy mikrokapilarnej na aparacie „Bioanalizator”.  Następne ćwiczenie obejmuje powielenie fragmentu genu KRAS metodą PCR. Studenci wykonują projektowanie starterów reakcji z zastosowaniem programu komputerowego oraz sekwencji genu pobranej z komputerowej bazy genowej. Obliczają proporcje składników reakcji PCR oraz projektują profil termiczny reakcji. Następnie wykonują reakcję PCR i sprawdzają syntezą produktów PCR na żelu agarozowym. Syntetyzowany fragment izolują z żelu i przygotowują do reakcji sekwencjonowania. Studenci zapoznają się z podstawą sekwencjonowania DNA metodą terminacji syntezy łańcucha, wykonują reakcję sekwencyjnego PCR i oczyszczenie produktów reakcji od niewłączonych terminatorów. Zapoznają się z wykonaniem sekwencjonowania na automatycznym kapilarnym sekwenatorze i samodzielnie dokonują analizy sekwencji powielonego fragmentu genu. Wykonują również analizę mutacyjną genu KRAS techniką RFLP poprzez trawienie powielonego fragmentu genu enzymem restrykcyjnym BstOI i sprawdzenie produktów trawienia elektroforetycznie na żelu agarozowym. Przeprowadzają wykrywanie wirusa HBV w surowicy krwi chorych poprzez izolację DNA na automacie „EasyMag”, powielenie fragmentu wirusowego genomu w reakcji PCR, elektroforezę agarozową powielonego fragmentu i interpretację otrzymanego wyniku elektroforezy. W czasie ćwiczeń studenci są zapoznawani z techniką PCR w czasie rzeczywistym i wykorzystywanymi aparatami do przeprowadzenia analizy oraz samodzielnie analizują przebieg reakcji, obliczają względną ekspresję genu na podstawie wartości Ct reakcji (ocena względna), określają stężenie wybranego fragmentu DNA w roztworze za pomocą krzywej wzorcowej (ocena bezwzględna) lub stwierdzają obecność poszczególnych alleli genu.

Studenci są również zapoznawane z wykonaniem analizy ekspresji genów techniką mikromacierzy DNA - głównymi etapami przygotowania materiału do analizy (powieleniem i znakowaniem fluorescencyjnym mRNA, hybrydyzacją wyznakowanych cząsteczek z sondami macierzy, odpłukiwaniem macierzy od niezwiązanego kwasu nukleinowego), skanowaniem macierzy i analizy otrzymanego obrazu. W ramach ćwiczeń studenci wykonują samodzielne klonowanie fragmentu ludzkiego DNA w wektorze plazmidowym i transformację komórek bakteryjnych rekombinowanym plazmidem, a następnie izolację namnożonego wektora. Zapoznawani są z wykonaniem fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (FISH) i samodzielnie interpretują wyniki analizy FISH liczby kopii genu MET w komórkach nowotworowych płuca.

Formy i metody dydaktyczne

• wykłady z prezentacją multimedialną
• seminaria: przygotowanie i prezentacja przez studentów omawianych zagadnień
• ćwiczenia: ćwiczenia laboratoryjne oraz audytoryjne, praca z komputerowymi bazami genowymi

Forma i warunki zaliczenia

• Forma zaliczenia: zaliczenie
• Warunki zaliczenia: zaliczenie pisemne

Literatura podstawowa

1. Podstawy genetyki dla studentów i lekarzy. pod red G. Drewy i T. Ferenca. Urban & Partner, Wrocław 2007
2. Jorde LB, Carey JC, Bamshad MJ, White RL.: Genetyka medyczna. CZELEJ Sp. z o.o., Lublin 2000
3. Biologia molekularna w medycynie. Elementy genetyki klinicznej. pod red. J Bala PWN, Warszawa 2006
4. Genetyka medyczna. Notatki z wykładów. Pod red. T. Mazurczaka. PZWL, 2006

Literatura uzupełniająca

1. Brown T. A.: Genomy. PWN, Warszawa 2009
2. Genetyka Molekularna. pod red. P. Węgleńskiego. PWN, Warszawa 2008

Przedmiotowe efekty kształcenia

Efekty kształcenia

Odniesienie do

kierunkowych efektów kształcenia

P-W01

Zna podstawy genetyki molekularnej.

KA.W3

P-W02

Zna budowę i funkcje białek i kwasów nukleinowych oraz posiada wiedzę w zakresie rekombinacji i klonowania DNA i zna metody badania genomu, zasady hybrydyzacji i PCR.

KA.W9; KA.W16; KA.W17

P-W03

Wykazuje znajomość podstaw biotechnologii w otrzymaniu substancji leczniczej.

KA.W23

P-U01

Wykorzystuje wiedzę o genetycznym podłożu różnicowania organizmów oraz o mechanizmach dziedziczenia do charakterystyki polimorfizmu genetycznego oraz ocenia uwarunkowania genetyczne rozwoju chorób w populacji ludzkiej.

KA.U2; KA.U3

P-U02

Umie wykrywać kwasy nukleinowe w materiale biologicznym izolować, oznaczać i amplifikować kwasy nukleinowe oraz posługiwać się współczesnymi technikami badania genomu.

KA.U9; KA.U13

P-U03

Potrafi stosować techniki biologii molekularnej w biotechnologii farmaceutycznej, terapii genowej i diagnostyce laboratoryjnej oraz diagnostyce mikrobiologicznej.

KA.U14; KA.U15

P- K01

Wyciąga i formułuje wnioski z własnych pomiarów i obserwacji.

KB.K2

Bilans nakładu pracy studenta

Godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim:

udział w wykładach

5 x 1h

5h

udział w ćwiczeniach

5 x 3h

15h

udział w seminariach

5x 2h

10h

udział w konsultacjach związanych z zajęciami

5 x 2h

10h

Razem

40h

Samodzielna praca studenta:

przygotowanie do ćwiczeń

5 x 1h

5h

przygotowanie do seminariów

5 x 1h

5h

przygotowanie do kolokwiów 

2 x 3h

6h

przygotowanie do zaliczenia

1 x 3h

3h

Razem

19h

Ogółem

59h

ECTS

2

Wskaźniki ilościowe

Nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela.

40h

ECTS

2

Nakład pracy studenta związany z zajęciami o charakterze praktycznym.

25h

1

Nr efektu kształcenia

Metody weryfikacji efektu kształcenia

Formujące

Podsumowujące

P-W01

wejściówka na ćwiczeniach

kolokwia, zaliczenie pisemne

P-W02

wejściówka na ćwiczeniach

kolokwia, zaliczenie pisemne

P-W03

wejściówka na ćwiczeniach

kolokwia, zaliczenie pisemne

P-U01

ocena pracy studenta w trakcie zajęć

zaliczenie zajęć

P-U02

ocena pracy studenta w trakcie zajęć

zaliczenie zajęć

P-U03

obserwacja pracy studenta w trakcie ćwiczeń

zaliczenie zajęć

P-K01

ocena pracy studenta w trakcie zajęć

zaliczenie zajęć

Data opracowania programu

26.06.2023 r.

Program opracowała

dr Oksana Kowalczuk