Metody inżynierii genetycznej

Ugruntowana wiedza z biologii komórki, genetyki, biochemii i biologii molekularnej.

przedmiot obowiązkowy

1. Godziny realizowane z udziałem nauczycieli (35 godz.):

- udział w wykładach – 10 godz.

- udział w ćwiczeniach laboratoryjnych – 20 godz.

- konsultacje z wykładowcą – 2 godz.

- konsultacje z prowadzącym ćwiczenia – 3 godz.

2. Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta:

- przygotowanie do zajęć, uzupełnienie notatek, zapoznanie się z literaturą przedmiotu – 25 godz.

3. Czas wymagany do przygotowania się do uczestnictwa w procesie oceniania:

- przygotowanie się do zaliczenia końcowego ćwiczeń – 20 godz.

- przygotowanie się do zaliczenia z wykładów – 20 godz.

Łączna liczba godzin: 100 godz. (4 ECTS)

W1: Student zna budowę komórek pro- i eukariotycznych, wskazuje różnice w budowie i ekspresji genów pro- i eukariotycznych oraz wykorzystuje wiedzę z zakresu różnych dziedzin nauki w celu analizy procesów zachodzących na poziomie komórkowym i subkomórkowym (K_W01, K_W03)

W2: Student posługuje się terminologią stosowaną w inżynierii genetycznej i definiuje poprawnie: organizmy transgeniczne, elementy konstruktu genetycznego, etapy procesu klonowania i rekombinacji DNA, proces edycji genomu (K_W01, K_W03, K_W08)

W3: Student charakteryzuje kolejne etapy tworzenia organizmów transgenicznych (GMM, GMO), typy sekwencji regulatorowych i markerowych, metody transformacji i selekcji, rodzaje rekombinaz i nukleaz miejscowo-swoistych, typy rekombinacji (K_W04, K_W08)

W4: Student opisuje funkcje elementów regulatorowych i strukturalnych transgenu, metody i efekty transgenizacji zwierząt i roślin, budowę/działanie nukleaz i rekombinaz, mechanizmy naprawy i rekombinacji DNA, działanie systemu restrykcja-modyfikacja i nabytej odporności mikroorganizmów CRISPR-CAS (K_W01, K_W04, K_W08)

W5: Student wskazuje na zależność pomiędzy budową konstruktu genetycznego wprowadzanego do organizmu a jego funkcją (K_W05)

W6: Student zna najważniejsze osiągnięcia w rozwoju biotechnologii organizmów pro- i eukariotycznych oraz metody identyfikacji transgenu/edytowanej w genomie zmiany na poziomie molekularnym i fenotypowym (K_W06, K_W11, K_W14)

W7: Student ma wiedzę w zakresie ukierunkowanej modyfikacji i selekcji modelowych organizmów pro- i eukariotycznych w celu uzyskania nowych cech przydatnych dla człowieka i środowiska oraz szacuje korzyści i ryzyko wykorzystania otrzymanych GMM i GMO (K_W06, K_W09)

W8: Student krytycznie ocenia aktualnie dyskutowane w literaturze specjalistycznej zagrożenia dla zdrowia i życia człowieka dotyczące GMM i GMO (K_W09)

U1: Student potrafi samodzielnie zaprojektować i przeprowadzić proces rekombinacji DNA oraz genomu wybranego organizmu pro- i eukariotycznego (K_U01, K_U05)

U2: Student właściwie dobiera szczepy mikroorganizmów oraz nukleaz/rekombinaz miejscowo-swoistych do procesu mutagenezy ukierunkowanej jak i rekombinacji homologicznej in vivo oraz metody identyfikacji transgenu na poziomie DNA, mRNA i białka (K_U03, K_U05, K_U12)

U3: Student wykorzystuje wiedzę dotyczącą budowy i sposobu działania nukleaz/rekombinaz miejscowo-swoistych oraz właściwości otrzymanych w procesie rekombinacji produktów podczas pracy eksperymentalnej (K_U04, K_U15)

U4: Student posługuje się specjalistyczną terminologią dotyczącą mechanizmów naprawy DNA, rekombinacji DNA, edycji genomu oraz transgenizacji bakterii, roślin i zwierząt (K_U13)

U5: Student analizuje i właściwie interpretuje wyniki uzyskane podczas pracy eksperymentalnej (K_U11)

U6: Student jest zdolny do pracy indywidualnej i zespołowej (K_U02)

K1: Student postępuje zgodnie z zasadami bioetyki (K_K03)

K2: Student racjonalnie i krytycznie podchodzi do informacji uzyskanej z literatury naukowej, Internetu i innych źródeł masowego przekazu dotyczących GMM i GMO (K_K07, K_K10)

K3: Student potrafi pracować indywidualnie i w zespole (K_K09)

Metoda dydaktyczna podająca:

- wykład informacyjny z prezentacjami multimedialnymi

Metody dydaktyczne eksponujące i poszukujące:

- ćwiczenia laboratoryjne mają charakter eksperymentalno-pokazowy, studenci realizują zadania w zespołach 2-osobowych z uwzględnieniem metodyki prowadzonych doświadczeń i obserwacji. Wykonują doświadczenia zgodnie z pisemną instrukcją oraz po omówieniu podstaw teoretycznych i zaplanowaniu pracy – dostęp do sprzętu laboratoryjnego oraz zachowanie podstawowych zasad BHP dotyczących pracy laboratoryjnej z materiałem biologicznym i odczynnikami chemicznymi.

- opis
- pogadanka
- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład problemowy

- ćwiczeniowa
- doświadczeń
- laboratoryjna
- obserwacji

- metody służące prezentacji treści

Realizacja przedmiotu zakłada przedstawienie sposobów kreowania roślin transgenicznych oraz problemów, które towarzyszą temu procesowi na poszczególnych jego etapach. Studenci nabędą praktyczne umiejętności tworzenia konstruktu genetycznego i transformowania go do komórek roślinnych. Ponadto, zostaną zapoznani z najnowszymi osiągnięciami naukowymi dotyczącymi roślin transgenicznych.

W celu pogłębienia wiedzy z zakresu inżynierii genetycznej dotyczącej molekularnych podstaw rekombinacji DNA, w tym procesu edycji genomu, omówione będą również najnowsze narzędzia molekularne wykorzystywane w trakcie rekombinacji genomu pro- i eukariotycznego, tj. rekombinazy oraz nukleazy miejscowo-swoiste, w tym system nabytej odporności mikroorganizmów (CRISPR-CAS). W części praktycznej przeprowadzona będzie rekombinacja in vivo plazmidowego DNA oraz edycja genomu ssaczej linii komórkowej.

Celem pierwszej części wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych jest przekazanie studentom najnowszej wiedzy dotyczącej wieloetapowego procesu kreowania roślin transgenicznych oraz potencjalnych problemów towarzyszących transgenizacji roślin. Scharakteryzowana zostanie budowa konstruktów genetycznych wprowadzanych do komórek roślinnych, pośrednie i bezpośrednie metody transformacji roślin, molekularny mechanizm transformacji roślin za pomocą Agrobacterium, selekcja transformntów i analiza poziomu ekspresji i lokalizacji transgenu u wybranych roślin transgenicznych. Ponadto, będą omówione przykładowe geny reporterowe (GUS i GFP), jako narzędzia do wizualnej lokalizacji transgenu w komórkach roślinnych oraz znaczenie roślin transgenicznych w badaniach naukowych i gospodarce. W trakcie zajęć laboratoryjnych Studenci nabędą umiejętności w zakresie konstruowania transgenu i klonowania do Agrobacterium. Zapoznają się z różnorodnymi metodami umożliwiającymi wprowadzenie obcych genów do genomu roślinnego oraz opanują manualnie techniki transformacji roślin z zastosowaniem Agrobacterium tumefaciens. Ponadto, nabędą praktyczne umiejętności w zakresie analizy i selekcji regenerantów oraz transformantów, a także detekcji GMO.

Celem drugiej części wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych jest przekazanie studentom najnowszej wiedzy z zakresu rekombinacji/edycji genomu organizmów pro- i eukariotycznych. We wstępie omówione zostaną wybrane elementy organizacji genomu u pro- i eukariota oraz mechanizmy rekombinacji i naprawy DNA u porkariota. Studenci zapoznają się z: (i) działaniem systemu restrykcja-modyfikacja oraz praktycznym wykorzystaniem jego elementów w procesie rekombinacji DNA, (ii) charakterystyką rekombinaz serynowych i tyrozynowych oraz molekularnymi mechanizmami ich działania, (iii) przebiegiem procesu rekombinacji homologicznej in vivo w komórkach E. coli. Ponadto, omówiony zostanie mechanizm mutagenezy ukierunkowanej ze szczególnym uwzględnieniem budowy oraz sposobu działania: meganukleaz, nukleaz miejscowo-specyficznych z domeną palca cynkowego – ZNF oraz TALE. Charakterystyka systemu nabytej odporności mikroorganizmów obejmie klasyfikację systemów CRISPR-CAS oraz opis jego działania. Przedstawione zostaną modyfikacje systemu CRISPR-CAS warz z praktycznym aspektem wykorzystania procesu edycji genomu bakterii i zwierząt w badaniach naukowych oraz biotechnologii.

W trakcie ćwiczeń laboratoryjnych Studenci przeprowadzą rekombinację sekwencji wektora plazmidowego fragmentem DNA niosącym gen markerowy. Ponadto wykonana zostanie edycja genomu polegającą na usunięciu mutacji w sekwencji GFP obecnej w genomie reporterowej linii komórkowej.

Literatura podstawowa:

1. GMO w świetle najnowszych badań; K. Niemirowicz-Szczytt. Wydawnictwo SGGW, 2012.

2. Biotechnologia roślin. (pod red) St. Malepszy, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2009

3. http://gmo.mos.gov.pl

4. Genomy; T.A. Brown, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2009

5. Podstawy Biologii Molekularnej; L.A Allison, Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, 2009

6. Biologia Molekularna Bakterii; J. Baj, Z. Markiewicz, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2015

7. Aktualna wiedza podawana przez wykładowców

Metoda oceniania:

 zaliczenie na ocenę (ćwiczenia laboratoryjne)

 zaliczenie na ocenę (wykład)

Kryteria oceniania:

- zaliczenie pisemne (ćwiczenia) na podstawie pozytywnie zaliczonego kolokwium lub testu pisemnego (test zamknięty jednokrotnego wyboru); ocenę końcową stanowi średnia z dwóch pozytywnych ocen z każdej części zajęć laboratoryjnych.

Wymagany próg na ocenę dostateczną: 51-60%

61-70% - dostateczny plus

71-80% - dobry

81-90% - dobry plus

91-100% - bardzo dobry

- zaliczenie pisemne (wykład) na podstawie 2 pozytywnie zaliczonych testów (test zamknięty jednokrotnego wyboru); ocenę końcową stanowi średnia z dwóch pozytywnych ocen z każdej części wykładów.

Wymagany próg na ocenę dostateczną: 51-60%

61-70% - dostateczny plus

71-80% - dobry

81-90% - dobry plus

91-100% - bardzo dobry

nie dotyczy

Realizacja przedmiotu zakłada przedstawienie sposobów kreowania roślin transgenicznych oraz problemów, które towarzyszą temu procesowi na poszczególnych jego etapach. Studenci nabędą praktyczne umiejętności tworzenia konstruktu genetycznego i transformowania go do komórek roślinnych. Ponadto, zostaną zapoznani z najnowszymi osiągnięciami naukowymi dotyczącymi roślin transgenicznych.

W celu pogłębienia wiedzy z zakresu inżynierii genetycznej dotyczącej molekularnych podstaw rekombinacji DNA, w tym procesu edycji genomu, omówione będą również najnowsze narzędzia molekularne wykorzystywane w trakcie rekombinacji genomu pro- i eukariotycznego, tj. rekombinazy oraz nukleazy miejscowo-swoiste, w tym system nabytej odporności mikroorganizmów (CRISPR-CAS). W części praktycznej przeprowadzona będzie rekombinacja in vivo plazmidowego DNA oraz edycja genomu ssaczej linii komórkowej.

Celem pierwszej części wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych jest przekazanie studentom najnowszej wiedzy dotyczącej wieloetapowego procesu kreowania roślin transgenicznych oraz potencjalnych problemów towarzyszących transgenizacji roślin. Scharakteryzowana zostanie budowa konstruktów genetycznych wprowadzanych do komórek roślinnych, pośrednie i bezpośrednie metody transformacji roślin, molekularny mechanizm transformacji roślin za pomocą Agrobacterium, selekcja transformntów i analiza poziomu ekspresji i lokalizacji transgenu u wybranych roślin transgenicznych. Ponadto, będą omówione przykładowe geny reporterowe (GUS i GFP), jako narzędzia do wizualnej lokalizacji transgenu w komórkach roślinnych oraz znaczenie roślin transgenicznych w badaniach naukowych i gospodarce. W trakcie zajęć laboratoryjnych Studenci nabędą umiejętności w zakresie konstruowania transgenu i klonowania do Agrobacterium. Zapoznają się z różnorodnymi metodami umożliwiającymi wprowadzenie obcych genów do genomu roślinnego oraz opanują manualnie techniki transformacji roślin z zastosowaniem Agrobacterium tumefaciens. Ponadto, nabędą praktyczne umiejętności w zakresie analizy i selekcji regenerantów oraz transformantów, a także detekcji GMO.

Celem drugiej części wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych jest przekazanie studentom najnowszej wiedzy z zakresu rekombinacji/edycji genomu organizmów pro- i eukariotycznych. We wstępie omówione zostaną wybrane elementy organizacji genomu u pro- i eukariota oraz mechanizmy rekombinacji i naprawy DNA u porkariota. Studenci zapoznają się z: (i) działaniem systemu restrykcja-modyfikacja oraz praktycznym wykorzystaniem jego elementów w procesie rekombinacji DNA, (ii) charakterystyką rekombinaz serynowych i tyrozynowych oraz molekularnymi mechanizmami ich działania, (iii) przebiegiem procesu rekombinacji homologicznej in vivo w komórkach E. coli. Ponadto, omówiony zostanie mechanizm mutagenezy ukierunkowanej ze szczególnym uwzględnieniem budowy oraz sposobu działania: meganukleaz, nukleaz miejscowo-specyficznych z domeną palca cynkowego – ZNF oraz TALE. Charakterystyka systemu nabytej odporności mikroorganizmów obejmie klasyfikację systemów CRISPR-CAS oraz opis jego działania. Przedstawione zostaną modyfikacje systemu CRISPR-CAS warz z praktycznym aspektem wykorzystania procesu edycji genomu bakterii i zwierząt w badaniach naukowych oraz biotechnologii.

W trakcie ćwiczeń laboratoryjnych Studenci przeprowadzą rekombinację sekwencji wektora plazmidowego fragmentem DNA niosącym gen markerowy. Ponadto wykonana zostanie edycja genomu polegającą na usunięciu mutacji w sekwencji GFP obecnej w genomie reporterowej linii komórkowej.

Literatura podstawowa:

1. GMO w świetle najnowszych badań; K. Niemirowicz-Szczytt. Wydawnictwo SGGW, 2012.

2. Biotechnologia roślin. (pod red) St. Malepszy, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2009

3. http://gmo.mos.gov.pl

4. Genomy; T.A. Brown, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2009

5. Podstawy Biologii Molekularnej; L.A Allison, Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, 2009

6. Biologia Molekularna Bakterii; J. Baj, Z. Markiewicz, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2015

7. Aktualna wiedza podawana przez wykładowców

Realizacja przedmiotu zakłada przedstawienie sposobów kreowania roślin transgenicznych oraz problemów, które towarzyszą temu procesowi na poszczególnych jego etapach. Studenci nabędą praktyczne umiejętności tworzenia konstruktu genetycznego i transformowania go do komórek roślinnych. Ponadto, zostaną zapoznani z najnowszymi osiągnięciami naukowymi dotyczącymi roślin transgenicznych.

W celu pogłębienia wiedzy z zakresu inżynierii genetycznej dotyczącej molekularnych podstaw rekombinacji DNA, w tym procesu edycji genomu, omówione będą również najnowsze narzędzia molekularne wykorzystywane w trakcie rekombinacji genomu pro- i eukariotycznego, tj. rekombinazy oraz nukleazy miejscowo-swoiste, w tym system nabytej odporności mikroorganizmów (CRISPR-CAS). W części praktycznej przeprowadzona będzie rekombinacja in vivo plazmidowego DNA oraz edycja genomu ssaczej linii komórkowej.

Celem pierwszej części wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych jest przekazanie studentom najnowszej wiedzy dotyczącej wieloetapowego procesu kreowania roślin transgenicznych oraz potencjalnych problemów towarzyszących transgenizacji roślin. Scharakteryzowana zostanie budowa konstruktów genetycznych wprowadzanych do komórek roślinnych, pośrednie i bezpośrednie metody transformacji roślin, molekularny mechanizm transformacji roślin za pomocą Agrobacterium, selekcja transformntów i analiza poziomu ekspresji i lokalizacji transgenu u wybranych roślin transgenicznych. Ponadto, będą omówione przykładowe geny reporterowe (GUS i GFP), jako narzędzia do wizualnej lokalizacji transgenu w komórkach roślinnych oraz znaczenie roślin transgenicznych w badaniach naukowych i gospodarce. W trakcie zajęć laboratoryjnych Studenci nabędą umiejętności w zakresie konstruowania transgenu i klonowania do Agrobacterium. Zapoznają się z różnorodnymi metodami umożliwiającymi wprowadzenie obcych genów do genomu roślinnego oraz opanują manualnie techniki transformacji roślin z zastosowaniem Agrobacterium tumefaciens. Ponadto, nabędą praktyczne umiejętności w zakresie analizy i selekcji regenerantów oraz transformantów, a także detekcji GMO.

Celem drugiej części wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych jest przekazanie studentom najnowszej wiedzy z zakresu rekombinacji/edycji genomu organizmów pro- i eukariotycznych. We wstępie omówione zostaną wybrane elementy organizacji genomu u pro- i eukariota oraz mechanizmy rekombinacji i naprawy DNA u porkariota. Studenci zapoznają się z: (i) działaniem systemu restrykcja-modyfikacja oraz praktycznym wykorzystaniem jego elementów w procesie rekombinacji DNA, (ii) charakterystyką rekombinaz serynowych i tyrozynowych oraz molekularnymi mechanizmami ich działania, (iii) przebiegiem procesu rekombinacji homologicznej in vivo w komórkach E. coli. Ponadto, omówiony zostanie mechanizm mutagenezy ukierunkowanej ze szczególnym uwzględnieniem budowy oraz sposobu działania: meganukleaz, nukleaz miejscowo-specyficznych z domeną palca cynkowego – ZNF oraz TALE. Charakterystyka systemu nabytej odporności mikroorganizmów obejmie klasyfikację systemów CRISPR-CAS oraz opis jego działania. Przedstawione zostaną modyfikacje systemu CRISPR-CAS warz z praktycznym aspektem wykorzystania procesu edycji genomu bakterii i zwierząt w badaniach naukowych oraz biotechnologii.

W trakcie ćwiczeń laboratoryjnych Studenci przeprowadzą rekombinację sekwencji wektora plazmidowego fragmentem DNA niosącym gen markerowy. Ponadto wykonana zostanie edycja genomu polegającą na usunięciu mutacji w sekwencji GFP obecnej w genomie reporterowej linii komórkowej.

Literatura podstawowa:

1. GMO w świetle najnowszych badań; K. Niemirowicz-Szczytt. Wydawnictwo SGGW, 2012.

2. Biotechnologia roślin. (pod red) St. Malepszy, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2009

3. http://gmo.mos.gov.pl

4. Genomy; T.A. Brown, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2009

5. Podstawy Biologii Molekularnej; L.A Allison, Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, 2009

6. Biologia Molekularna Bakterii; J. Baj, Z. Markiewicz, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2015

7. Aktualna wiedza podawana przez wykładowców