Ruchome elementy genetyczne bakterii 1400-215PLAZB
Opis wykładu:
Modularna struktura ruchomych elementów genetycznych (MGE, ang. mobile genetic element). Genomika bakterii. Rola MGE w kształtowaniu struktury genomów bakterii. II. Integrony i superintegrony (struktura genetyczna, klasyfikacja, rola w determinowaniu oporności na antybiotyki). III. Elementy transpozycyjne (TE, ang. transposable element) - ogólna charakterystyka sekwencji inercyjnych, transpozonów i nieautonomicznych elementów tarnspozycyjnych (MITE, ang. miniature inverted repeats transposable elements) (klasyfikacja, rozpowszechnienie w genomach bakterii, rodzaje zmian spowodowanych transpozycją, regulacja częstości transpozycji, rola w horyzontalnym transferze genów (HGT, ang. horizontal gene transfer). Metody identyfikacji funkcjonalnych TE z zastosowaniem różnego typu wektorów pułapkowych. IV. Elementy integrujące z DNA i koniugacyjne (ICE, ang. conjugative and integrative elements; IME, mobilizable integrative elements). V. Plazmidy bakteryjne (odkrycie, definicja, występowanie, nazewnictwo, klasyfikacja, struktura). (1) Identyfikacja plazmidów (metody genetyczne i fizyko-chemiczne). (2). Schemat podstawowej charakterystyki plazmidów (struktura, oznaczanie wielkości, liczby kopii, zakresu gospodarzy, grupy niezgodności, mapowanie restrykcyjne). (3) Replikacja plazmidów [modele replikacji plazmidów kolistych i liniowych, pojęcia: replikon, podstawowy replikon/minimalny replikon; origin replikacji (oriV), mechanizmy regulacji inicjacji replikacji, molekularne podstawy niezgodności (inc), plazmidów]. (4) Mechanizmy zapewniające stabilne utrzymywanie plazmidów w komórkach bakteryjnych (systemy: aktywnego rozdziału, rozdziału form oligomerycznych, addykcyjne - molekularne podstawy funkcjonowania; pochodzenie). (5) Systemy transferu plazmidów (plazmidy koniugacyjne i mobilizowalne; struktura oriT (ang. origin of conjugational transfer). VI. Funkcje fenotypowe bakterii kodowane przez MGE. VII. Mobilne itrony i interny. VIII. Pochodzenie i ewolucja MGE. IX. Rola MGE w horyzontalnym transferze genów. X. Zastosowanie MGE w inżynierii genetycznej i biotechnologii.
Opis ćwiczeń
Ćwiczenia mają charakter pracy laboratoryjnej w zespołach lub samodzielnie i są powiązane z zagadnieniami omawianymi na wykładach.
Podstawowe etapy identyfikacji i analizy plazmidów bakteryjnych: (1) Oczyszczanie plazmidowego DNA przez ultrawirowanie w gradiencie CsCl+EtBr; inne metody izolacji plazmidów; wizualizacja DNA megaplazmidów. (2) Konstrukcja minireplikonów (określenie replikonów minimalnych i podstawowych); wykorzystanie wektorów wahadłowych do analizy plazmidowych systemów replikacyjnych i systemów stabilizujących. (3) Wykorzystanie plazmidów bakteryjnych w inżynierii genetycznej: (a) rodzaje wektorów; (b) izolacja fragmentów restrykcyjnych plazmidowego DNA z żelu agarozowego; (c) klonowanie genów bakteryjnych w wybranych wektorach (różne rodzaje selekcji zrekombinowanych klonów). (4) Metody wprowadzania plazmidowego DNA do komórek bakterii: transformacja chemiczna, elektroporacja, koniugacja trójrodzicielska (wpływ zakresu gospodarzy, niezgodności plazmidów oraz bariery restrykcyjnej na utrzymywanie się plazmidów w różnych gospodarzach). II. Analiza systemów stabilizujących, kodujących toksynę i antytoksynę, pochodzących z różnego typu ruchomych elementów genetycznych (plazmid, bakteriofag, transpozon koniugacyjny): (1) Analiza organizacji genetycznej systemów addykcyjnych - izolacja i elektorforeza RNA oraz RT-PCR (ang. reverse transcription PCR). (2) Oznaczanie aktywności promotorów systemów addykcyjnych poprzez badanie aktywności enzymatycznej ß-galaktozydazy. (3) Konstrukcja i wykorzystanie bakteryjnych układów dwuhybrydowych do badania interakcji białek kodowanych przez systemy addykcyjne. (4) Wykorzystanie wektorów ekspresyjnych do analizy funkcjonalnej systemów addykcyjnych, badanie efektu toksycznego wywołanego przez trucizny różnych systemów addykcyjnych oraz zdolności antidotum do jego odwracania. III. Identyfikacja i analiza elementów transpozycyjnych (TE): (1) Identyfikacja TE z wykorzystaniem wektorów pułapkowych. (2) Określenie liczby kopii oraz lokalizacji zidentyfikowanych TE w genomie gospodarza poprzez hybrydyzację DNA-DNA. (3) Badanie rozpowszechnienia zidentyfikowanych TE poprzez analizę hybrydyzacyjną DNA-DNA z wykorzystaniem transferu typu DOT-BLOT. VI. Bioinformatyczne metody analizy sekwencji nukleotydowych ruchomych elementów genetycznych (programy: Artemis, BLAST, CloneManager, ORF Finder).
Rodzaj przedmiotu
Tryb prowadzenia
Założenia (opisowo)
Koordynatorzy przedmiotu
Efekty kształcenia
Po opanowaniu materiału objętego wykładem i ćwiczeniami student:
WIEDZA
- Wykazuje znajomość aktualnego stanu wiedzy w głównych działach genetyki bakterii, w tym terminologii przyrodniczej w zakresie mikrobiologii, genetyki i genomiki (w j. polskim i j. angielskim), najnowszych badań, odkryć i zastosowań ruchomych elementów genetycznych w biotechnologii, medycynie czy biologii molekularnej. (K_W02 Bl2; K_W06 Bt1; K_W03 Bt2)
- Wykazuje znajomość zasad planowania badań, nowoczesnych technik zbierania danych oraz stosowania różnych narzędzi badawczych, w tym szerokiej gamy wektorów plazmidowych. (K_W01 Bl2; K_W10 Bl2)
- Ma wiedzę dotyczącą: (i) samodzielnego planowania i prowadzenia prac doświadczalnych z zakresu analiz genetycznych mikroorganizmów, (ii) opracowywania wyników własnych badań w formie nadającej się do dyskusji, oceny lub publikacji oraz (iii) znaczenia pracy doświadczalnej w genetyce bakterii. (K_W05 Bt2)
- Ma wiedzę na temat komórkowych i molekularnych podstaw funkcjonowania mikroorganizmów w świetle badań nad ruchomymi elementami genetycznymi bakterii. (K_W03 Bl2)
UMIEJĘTNOŚCI
- Wykorzystuje zaawansowane techniki badawcze właściwe dla szeroko pojętej genetyki molekularnej i umożliwiające selekcję i ukierunkowaną modyfikację mikroorganizmów i ruchomych elementów genetycznych. (K_U01 Bt2; K_U01 Bl2)
- Wykazuje umiejętność posługiwania się językiem nowożytnym (j. polski lub j. angielski) w stopniu umożliwiającym korzystanie ze źródeł elektronicznych i literatury naukowej poświęconej szeroko pojętej genetyce bakterii. (K_U03 Bl2; K_U02 Bt1; K_U02 Bt2)
- Wykazuje umiejętność poprawnego wnioskowania i interpretowania wyników badań molekularnych na podstawie otrzymanych danych. (K_U07 Bt2)
- Samodzielnie planuje proste eksperymenty z wykorzystaniem ruchomych elementów genetycznych bakterii (klonowanie, mutagenizację, etc.). (K_U04 Bt2; K_U07 Bl2)
- Uczy się samodzielnie w sposób ukierunkowany. (K_U03 Bt1; K_U03 Bt2)
KOMPETENCJE SPOŁECZNE
- Dostrzega wagę narzędzi statystycznych i bioinformatycznych przy opisie wyników prac eksperymentalnych i procesów zachodzących w przyrodzie. (K_K02 Bt2)
- Wykazuje odpowiedzialność za powierzony zakres prac badawczych oraz za pracę laboratoryjną własną i innych. (K_K03 Bt2)
- Wykazuje ostrożność i krytycyzm podczas zdobywania i interpretowania wiedzy z zakresu genetyki mikroorganizmów i jej zastosowania praktycznego. (K_K10 Bl2; K_K04 Bt2)
- Wykazuje odpowiedzialność za ocenę zagrożeń wynikających ze stosowanych technik badawczych i tworzenie warunków bezpiecznej pracy. (K_K08 Bl2)
- Rozumie potrzebę przekazywania informacji o nowych osiągnięciach biologii mikroorganizmów oraz ruchomych elementów genetycznych, a także potrafi przekazać te informacje w sposób zrozumiały. (K_K01 Bl2; K_K02 Bl2; K_K03 Bl2; K_K06 Bt1)
Kryteria oceniania
Ocena końcowa jest oceną z egzaminu. Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest zaliczenie ćwiczeń na ocenę pozytywną.
Zajęcia laboratoryjne (ćwiczenia) są zaliczane jeśli student:
1) uczestniczył w co najmniej 85 procentach zajęć;
2) pracował na zajęciach w sposób pozwalający pozytywnie ocenić wiedzę, umiejętności i kompetencje społeczne, jakie w toku zajęć uzyskał (opisane w sylabusie jako przedmiotowe efekty kształcenia).
Szczegółowe warunki zaliczenia zajęć:
- aktywność na zajęciach;
- zaliczenie kolokwium opisowego (tj. uzyskanie co najmniej 51% punktów).
Oceną końcową z przedmiotu jest ocena z egzaminu. Warunki zaliczenia egzaminu (przedmiotu):
1) Warunkiem dopuszczającym do egzaminu jest zaliczenie ćwiczeń składających się na dany przedmiot.
2) Zaliczenie egzaminu złożonego z pytań testowych wielokrotnego wyboru (20 pytań) i pytań wymagających krótkich odpowiedzi opisowych (10 pytań). Próg zaliczenia - 51% punktów.
Praktyki zawodowe
Nie.
Literatura
1. Biologia Molekularna Bakterii. Baj J., Markiewicz Z. (red.) PWN, 2015
2. Plasmid Biology. Funnel B.E., Philips G.J. (red.) 2003
3. The Horizontal Gene Pool: Bacterial Plasmids and Gene Spread. Thomas C.M. (red.). 2000
4. Mobile DNA III. Craig N.L., Chandler M., Gellert M., Lambowitz A.M., Rice P.A., Sandmeyer S.B. (red.) 2015
5. Bacterial Integrative Mobile Genetic Elements. Roberts A.P. and Mullany P. (red.) 2013
6. Mikrobiologia. Baj J. (red.) PWN, 2018
7. Arnold BJ, Huang IT, Hanage WP. Horizontal gene transfer and adaptive evolution in bacteria. Nat Rev Microbiol. 2022 Apr;20(4):206-218. doi: 10.1038/s41579-021-00650-4.
8. Cambray G, Guerout AM, Mazel D. Integrons. Annu Rev Genet. 2010;44:141-66. doi: 10.1146/annurev-genet-102209-163504.
9. diCenzo GC, Finan TM. The divided bacterial genome: structure, function, and evolution. Microbiol Mol Biol Rev. 2017 Aug 9;81(3):e00019-17. doi: 10.1128/MMBR.00019-17.
10. Haudiquet M, de Sousa JM, Touchon M, Rocha EPC. Selfish, promiscuous and sometimes useful: how mobile genetic elements drive horizontal gene transfer in microbial populations. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2022 Oct 10;377(1861):20210234. doi: 10.1098/rstb.2021.0234.
11. Horne T, Orr VT, Hall JP. How do interactions between mobile genetic elements affect horizontal gene transfer? Curr Opin Microbiol. 2023 Jun;73:102282. doi: 10.1016/j.mib.2023.102282.
12. Jurėnas D, Fraikin N, Goormaghtigh F, Van Melderen L. Biology and evolution of bacterial toxin-antitoxin systems. Nat Rev Microbiol. 2022 Jun;20(6):335-350. doi: 10.1038/s41579-021-00661-1.
13. Lang AS, Buchan A, Burrus V. Interactions and evolutionary relationships among bacterial mobile genetic elements. Nat Rev Microbiol. 2025 Mar 11. doi: 10.1038/s41579-025-01157-y.
14. Lipszyc A, Szuplewska M, Bartosik D. How do transposable elements activate expression of transcriptionally silent antibiotic resistance genes? Int J Mol Sci. 2022 Jul 22;23(15):8063. doi: 10.3390/ijms23158063.
15. M, Firth N, Jensen SO. Mobile genetic elements associated with antimicrobial resistance. Clin Microbiol Rev. 2018 Aug 1;31(4):e00088-17. doi: 10.1128/CMR.00088-17.
16. Rodríguez-Beltrán J, DelaFuente J, León-Sampedro R, MacLean RC, San Millán Á. Beyond horizontal gene transfer: the role of plasmids in bacterial evolution. Nat Rev Microbiol. 2021 Jun;19(6):347-359. doi: 10.1038/s41579-020-00497-1.
17. Tokuda M, Shintani M. Microbial evolution through horizontal gene transfer by mobile genetic elements. Microb Biotechnol. 2024 Jan;17(1):e14408. doi: 10.1111/1751-7915.14408.
18. Vos M, Buckling A, Kuijper B, Eyre-Walker A, Bontemps C, Leblond P, Dimitriu T. Why do mobile genetic elements transfer DNA of their hosts? Trends Genet. 2024 Nov;40(11):927-938. doi: 10.1016/j.tig.2024.07.008.
19. Weisberg AJ, Chang JH. Mobile genetic element flexibility as an underlying principle to bacterial evolution. Annu Rev Microbiol. 2023 Sep 15;77:603-624. doi: 10.1146/annurev-micro-032521-022006.
20. Weltzer ML, Wall D. Social diversification driven by mobile genetic elements. Genes (Basel). 2023 Mar 4;14(3):648. doi: 10.3390/genes14030648.
Uwagi
|
W cyklu 2024Z:
Informację o ocenie/ocenach i/lub preferencjach grup zajęciowych należy wpisać w załączonym formularzu: |
W cyklu 2025Z:
Warunki przyjęcia na zajęcia Informację o ocenie/ocenach i/lub preferencjach grup zajęciowych należy wpisać w załączonym formularzu: |
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: