biologia molekularna

Projekt „OPERACJA SUKCES – unikatowy model kształcenia na Wydziale Lekarskim Uniwersytetu Medycznego w Łodzi odpowiedzią na potrzeby
gospodarki opartej na wiedzy” współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego, w ramach Programu Operacyjnego
Kapitał Ludzki.
KARTA PRZEDMIOTU
1. Nazwa przedmiotu
BIOLOGIA MOLEKULARNA
2. Numer kodowy
BIO04c
3. Język, w którym prowadzone są zajęcia
polski
4. Typ kursu
obowiązkowy
5. Grupa treści kształcenia
nauki podstawowe
6. Poziom studiów według klasyfikacji bolońskiej
studia magisterskie
7. Rok studiów/semestr
II rok/semestr 4
8. Formuła przedmiotu
wykłady/ćwiczenia
9. Liczba godzin zajęć
20
10. Rodzaj zajęć z uwzględnieniem podziału godzin
wykłady w wymiarze 6 godzin; ćwiczenia w wymiarze 14 godzin
11. Liczba punktów ECTS
2
12. Jednostka dydaktyczna prowadząca przedmiot
Zakład Patologii Molekularnej i Neuropatologii
Katedra Onkologii
13. Imię i nazwisko osoby zaliczającej przedmiot
prof. dr hab. Paweł P. Liberski
14. Osoby prowadzące zajęcia
pracownicy kadrowi: prof. dr hab. Paweł P. Liberski, dr hab. Piotr Rieske,
dr hab. Izabela Zawlik, dr Magdalena Zakrzewska, dr Ewa Golańska, dr Sylwia
Grešner, dr Monika Witusik-Perkowska, dr Sylwester Piaskowski, doktoranci
15. Wymagania wstępne i wymagania równoległe
Podstawowe wiadomości z zakresu biochemii dotyczące budowy i funkcji
genów człowieka i rodzajów mutacji oraz genów zaangażowanych w
powstawanie nowotworów (onkogeny, geny supresorowe, geny naprawy DNA).
Podstawowe wiadomości z zakresu biologii medycznej dotyczące sposobów
dziedziczenia chorób jednogenowych i analizy rodowodu.
16. Zaliczenie przedmiotu jest wymagane przed rozpoczęciem zajęć z:
genetyki klinicznej, patologii, onkologii, farmakologii
17. Cele i założenia nauczania przedmiotu
Opanowanie
materiału
w
zakresie
molekularnych
procesów,
w
tym
genetycznych i epigenetycznych, związanych ze stanami patologicznymi,
podłoża molekularnego wybranych chorób, procesów prowadzących do
śmierci
komórki,
procesów
różnicowania
komórek,
zasad
dotyczących
interpretacji wyników badań oraz możliwości wykorzystywania nowoczesnych
metod biologii molekularnej w diagnostyce i terapii. Przygotowanie podstaw
wiedzy potrzebnych do zrozumienia zagadnień z zakresu patogenezy chorób
człowieka, w tym nauczanych w ramach patologii, onkologii, genetyki klinicznej i
diagnostyki medycznej.
18. Metody dydaktyczne
wykłady z prezentacjami multimedialnymi, doświadczenia laboratoryjne (w 3osobowych zespołach), demonstracja, dyskusja
19. Wykaz literatury podstawowej i uzupełniającej
− Biologia molekularna w medycynie. Elementy genetyki klinicznej. red. Bal J.,
Wydawnictwo Naukowe PWN;
− Podstawy genetyki dla studentów i lekarzy. Red. Drewa G., Ferenc T.;
Wydawnictwo Medyczne Urban & Partner, Wrocław;
− Biologia molekularna człowieka. Epstein R. J., Wydawnictwo Czelej.
20. Forma i warunki zaliczenia przedmiotu
Ćwiczenia:
poprzedzone
sprawdzianami, oceny
punktowe
za
zaliczenie
sprawdzianu oraz dodatkowe punkty za wiedzę i aktywny udział w zajęciach.
Warunki dopuszczenia do testu końcowego: obecność na sześciu ćwiczeniach.
Zaliczenie końcowe: pisemne - test wyboru, obejmujący materiał ze wszystkich
ćwiczeń i wykładów. Do wyniku testu doliczane są punkty uzyskane w trakcie
trwania zajęć. Do zaliczenia konieczne jest uzyskanie przynajmniej 60% łącznej
sumy punktów ze sprawdzianów i testu końcowego.
21. Treści merytoryczne budujące wiedzę - wykłady
Czy lekarzowi potrzebna jest biologia molekularna?
− przyczyny, dla których biologia molekularna jest niezbędna w praktyce
lekarskiej;
− przykładowe zastosowania diagnostyki opartej na biologii molekularnej;
− przykładowe mechanizmy molekularne chorób;
− przykłady sytuacji kiedy wiedza molekularna pozwala zająć stanowisko przy
poruszaniu tematów społecznych.
Zjawiska epigenetyczne
− elementy epigenetycznej regulacji ekspresji genów (metylacja DNA,
modyfikacje histonów rdzeniowych, białka Polycomb i Tritorax, zjawisko
interferencji RNA- RNAi);
− mechanizmy dziedziczenia epigenetycznego (piętnowanie genomowe);
− zaburzenia epigenetyczne w nowotworach (metylacja DNA, globalna
hypometylacja, zaburzenia ekspresji miRNA).
Terapia komórkowa
− typy komórek macierzystych stosowanych w medycynie, mezenchymalne
komórki macierzyste, neutralne komórki macierzyste, markery różnicowania;
− zasady tworzenia indukowanych pluripotentnych komórek macierzystych
(reprogramowanie);
− inżynieria tkankowa, biopolimery, klonowanie terapeutyczne.
22. Zagadnienia integrujące wiedzę podstawową i kliniczną na zajęciach z biologii
molekularnej
− związek pomiędzy różnymi rodzajami zaburzeń molekularnych a procesami
patologicznymi i objawami na przykładach różnych jednostek chorobowych;
− sposoby
przygotowania
i
przechowywania
materiału
biologicznego
przeznaczonego do badań molekularnych;
− przykładowe zastosowania metod biologii molekularnej w diagnostyce i
terapii;
− interpretacja
przykładowych
wyników
analiz
molekularnych
wykorzystywanych w diagnostyce;
− ograniczenia poszczególnych technik i ryzyko otrzymania wyników fałszywie
ujemnych i dodatnich;
− podstawy wiedzy w zakresie terapii genowej i komórkowej w określonych
grupach/jednostkach chorobowych;
− przykładowe zastosowania komórek macierzystych i ich pochodnych
(choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, cukrzyca, stwardnienie rozsiane
itp.); aspekt etyczny terapii komórkowych;
− choroby o podłożu epigenetycznym (Zespół Angelmana, Zespół Retta,
zespół Beckwitha-Wiedemanna);
− aspekty terapii epigenetycznej.
23. Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje
Student po zakończeniu kursu biologii molekularnej powinien:
− rozumieć pojęcia stosowane w biologii molekularnej;
− omawiać wykorzystanie sekwencji powtarzających się w diagnostyce
medycznej i medycynie sądowej;
− rozumieć
zasadę
działania
podstawowych
technik
stosowanych
w laboratorium biologii molekularnej w zakresie badań DNA, RNA i białek;
− zaproponować odpowiednią technikę diagnostyczną adekwatną do
analizowanego materiału i otrzymania informacyjnych wyników;
− zinterpretować wynik badania molekularnego;
− znać zasady przygotowywania i przechowywania materiału biologicznego
do poszczególnych analiz;
− krytycznie analizować publikacje naukowe pod kątem wyników
otrzymanych metodami biologii molekularnej;
− wyjaśniać związek pomiędzy różnymi rodzajami zaburzeń molekularnych
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
a procesami patologicznymi i objawami na przykładach chorób
omawianych w ramach zajęć;
rozróżniać mutacje genetyczne od polimorfizmów oraz charakteryzować ich
znaczenie w patogenezie procesów chorobowych;
rozumieć teoretyczne podstawy mechanizmów epigenetycznych, potrafić
powiązać zaburzenie epigenetyczne z określoną chorobą, opisywać zmiany
epigenetyczne występujące w nowotworach; omawiać założenia terapii
epigenetycznej;
rozumieć teoretyczne podstawy molekularnych mechanizmów onkogenzezy;
wyjaśniać mechanizmy regulacji cyklu komórkowego;
rozpoznawać i charakteryzować geny zaangażowane w rozwój
nowotworów;
wymieniać i omawiać zaburzenia molekularne związane z powstawaniem
nowotworów, omawiać podstawowe teorie związane z transformacją
nowotworową;
omawiać tor mutacyjny raka jelita grubego;
charakteryzować translokacje chromosomowe w wybranych nowotworach,
oceniać znaczenie apoptozy, telomerazy i angiogenezy oraz rolę zjawisk
epigenetycznych w rozwoju i progresji nowotworów;
rozumieć pojęcia związane z molekularnymi mechanizmami śmierci komórki
i starzenia się,
omawiać mechanizmy śmierci komórki;
charakteryzować czynniki aktywujące i hamujące apoptozę, rozróżniać
apoptozę od nekrozy, omawiać szlaki sygnalizacyjne apoptozy, opisywać
pro- i antyapoptotyczne białka;
rozumieć znaczenie apoptozy w przebiegu różnych patologii;
rozumieć teorie starzenia się: wolnorodnikową, telomerową, katastrofy
błędów Orgela, mutacji mitochondrialnego DNA, mutacji somatycznych,
ograniczonej liczby podziałów - potencjał replikacyjny (limit Hayflicka);
rozumieć mechanizmy starzenia komórkowego;
charakteryzować wpływ hormonu wzrostu, poziomu insuliny i IGF1 na
długość życia, wyjaśniać wpływ diety niskokalorycznej i zjawisko hormezy;
opisywać zespoły przedwczesnego starzenia się oraz ich molekularne
przyczyny;
definiować różne rodzaje komórek macierzystych oraz pojęcie niszy komórek
macierzystych; rozumieć zasady tworzenia indukowanych pluripotentnych
komórek macierzystych (reprogramowanie);
− odróżniać klonowanie terapeutyczne od klonowania reprodukcyjnego i
terapię komórkową od inżynierii tkankowej;
− rozróżniać dwa rodzaje pozytywnego efektu terapii komórkowej poprzez
immunomodulację, poprzez zastępowanie uszkodzonych (brakujących)
komórek;
− omawiać przykładowe zastosowania komórek macierzystych i ich
pochodnych w terapii; rozumieć aspekty etyczne terapii komórkowej;
− rozumieć
istotę
otrzymywania
stosowanych
w
terapii
klinicznej
biofarmaceutyków i szczepionek uzyskiwanych z wykorzystaniem metod
biologii molekularnej i inżynierii genetycznej oraz umieć ocenić zasadność
stosowania biofarmaceutyków i szczepionek nowej generacji w porównaniu
do terapeutyków otrzymywanych tradycyjnie;
− oceniać możliwość zastosowania wybranych strategii terapii genowej w
przypadku określonych jednostek chorobowych z uwzględnieniem
potencjalnych zagrożeń i skutków ubocznych; wykorzystywać wiedzę
dotyczącą terapii genowej do zaproponowania sposobu zaprojektowania
terapii genowej dedykowanej do jednostki chorobowej cechującej się
określonymi zmianami molekularnymi.
W trakcie zajęć student ćwiczy ponadto umiejętność myślenia przyczynowoskutkowego (od przyczyny na poziomie molekularnym do objawów choroby i
postępowania terapeutycznego).
24. Opis efektów kształcenia na poszczególnych zajęciach w grupach studenckich
(10-12 osobowych)
Ćwiczenie: Podstawowe pojęcia w biologii molekularnej.
Wiedza: student definiuje podstawowe pojęcia w zakresie budowy i funkcji
genomu człowieka, genów i elementów niekodujących; wymienia i definiuje
rodzaje sekwencji powtarzających się w genomie człowieka oraz omawia ich
znaczenie w komórce i praktyczne wykorzystanie w medycynie; omawia
znaczenie sekwencji regulatorowych w DNA; wyjaśnia związek pomiędzy różnymi
rodzajami mutacji (punktowych, odcinkowych, dynamicznych, aberracji
chromosomalnych) a procesami patologicznymi i objawami na przykładach
różnych jednostek chorobowych; definiuje pojęcie penetracji mutacji i wyjaśnia
jego związek z występowaniem objawów chorób uwarunkowanych
genetycznie; definiuje pojęcie polimorfizmu genetycznego i charakteryzuje
rodzaje polimorfizmów oraz ich związek z procesami chorobowymi.
Umiejętności i kompetencje: student rozumie pojęcia stosowane w biologii
molekularnej i potrafi się nimi posługiwać; potrafi omówić wykorzystanie
sekwencji powtarzających się w diagnostyce medycznej i medycynie sądowej;
potrafi wyjaśnić związek pomiędzy różnymi rodzajami mutacji a procesami
patologicznymi i objawami na przykładach chorób omawianych w ramach
zajęć; potrafi zdefiniować pojęcie penetracji mutacji i wyjaśnić jego związek
z występowaniem objawów chorób uwarunkowanych genetycznie; podać
definicję polimorfizmu genetycznego i scharakteryzować rodzaje polimorfizmów
i ich związek z procesami chorobowymi.
Ćwiczenie: Podstawowe techniki biologii molekularnej i ich zastosowanie.
Wiedza: student omawia podstawowe diagnostyczne techniki biologii
molekularnej w zakresie badań DNA, RNA i białek; wymienia dziedziny
medycyny, w których wykonywane są badania molekularne wraz z przykładami i
zasadą wykonania badania; zna zasady funkcjonowania laboratorium biologii
molekularnej; zna ograniczenia poszczególnych technik i ryzyko otrzymania
wyników fałszywie ujemnych i dodatnich; interpretuje przykładowe wyniki analiz
molekularnych z opisem i bez; wskazuje prawdopodobne korzyści wynikające
z dalszego rozwoju technologii diagnostycznych i możliwości ich wykorzystania w
przyszłej pracy zawodowej.
Umiejętności i kompetencje: student potrafi zaproponować odpowiednią
technikę diagnostyczną adekwatną do analizowanego materiału i otrzymanych
informacyjnych wyników; potrafi zinterpretować wynik korzystając zarówno
z opisu jak i z danych otrzymanych w wyniku analizy; zna zasady
przygotowywania
i
przechowywania
materiału
biologicznego
do
poszczególnych analiz; potrafi krytycznie ocenić publikacje naukowe pod kątem
wyników otrzymanych metodami biologii molekularnej.
Ćwiczenie: Laboratorium biologii molekularnej cz. I – PCR.
Wiedza: student wymienia i charakteryzuje etapy izolacji kwasów nukleinowych;
zna cechy charakteryzujące startery w reakcji PCR i sposób projektowania
starterów; rozumie i wyjaśnia przebieg reakcji PCR.
Umiejętności i kompetencje: student potrafi zaprojektować startery do
amplifikacji określonego fragmentu DNA; wykonuje reakcję PCR; wylicza
długość spodziewanego produktu reakcji PCR; analizuje i interpretuje wyniki
elektroforezy produktów PCR w żelu agarozowym.
Ćwiczenie: Laboratorium biologii molekularnej cz. II – sekwencjonowanie DNA.
Wiedza: student rozumie zasadę PCR sekwencyjnego; charakteryzuje różnice
pomiędzy PCR służącym amplifikacji genu a PCR sekwencyjnym; wymienia i
charakteryzuje inne – poza sekwencjonowaniem DNA - metody poszukiwania
zmian w sekwencji nukleotydowej DNA.
Umiejętności i kompetencje: student wykonuje reakcję PCR sekwencyjnego;
analizuje i interpretuje wyniki sekwencjonowania DNA; identyfikuje homo– i
heterozygotyczne mutacje i wskazuje ich związek z wystąpieniem objawów w
przypadku różnych rodzajów dziedziczenia chorób; rozumie różnicę pomiędzy
mutacją a polimorfizmem genetycznym.
Ćwiczenie: Molekularne mechanizmy śmierci komórki i starzenia się.
Wiedza: student omawia mechanizm apoptozy, podaje czynniki aktywujące i
hamujące apoptozę, rozróżnia apoptozę od nekrozy, opisuje szlaki
sygnalizacyjne apoptozy (receptorowy, mitochondrialny); opisuje pro- i
antyapoptotyczne białka rodziny Bcl-2, omawia kaspazy (struktura, klasyfikacja i
mechanizmy aktywacji), opisuje rolę apoptozy w przebiegu różnych patologii ze
szczególnym uwzględnieniem choroby Alzheimera i Parkinsona; omawia
następujące teorie starzenia się: wolnorodnikową, telomerową, katastrofy
błędów Orgela, mutacji mitochondrialnego DNA, mutacji somatycznych,
ograniczonej liczby podziałów - potencjał replikacyjny (limit Hayflicka); omawia
starzenie komórkowe ze szczególnym uwzględnieniem mechanizmów
regulujących (cykl komórkowy, zahamowanie proliferacji, podatność na
apoptozę); omawia wpływ hormonu wzrostu na starzenie się, opisuje wpływ
poziomu insuliny i IGF1 na długość życia; opisuje wpływ diety niskokalorycznej i
zjawisko hormezy, opisuje zespoły przedwczesnego starzenia się.
Umiejętności i kompetencje: student potrafi podać definicje pojęć związanych z
molekularnymi mechanizmami śmierci komórki i starzenia się, potrafi omówić
mechanizm apoptozy, potrafi wymienić i scharakteryzować czynniki aktywujące
i hamujące apoptozę, umie rozróżnić apoptozę od nekrozy, potrafi omówić
szlaki sygnalizacyjne apoptozy, umie opisać pro- i antyapoptotyczne białka
rodziny Bcl-2, potrafi omówić kaspazy, potrafi opisać rolę apoptozy w przebiegu
różnych patologii, potrafi omówić teorie starzenia się (wolnorodnikową,
telomerową, katastrofy błędów Orgela, mutacji mitochondrialnego DNA,
mutacji somatycznych, ograniczonej liczby podziałów), umie scharakteryzować
wpływ hormonu wzrostu, poziomu insuliny i IGF1 na długość życia, potrafi
wyjaśnić wpływ diety niskokalorycznej i zjawisko hormezy, potrafi opisać zespoły
przedwczesnego starzenia się oraz ich molekularne przyczyny.
Ćwiczenie: Molekularne podstawy onkogenezy.
Wiedza: student zna definicje onkogenezy, wyjaśnia mechanizm regulacji cyklu
komórkowego, opisuje jakie zmiany molekularne zaburzają funkcję genów
zaangażowanych w powstawanie nowotworów (onkogenów, genów
supresorowych, genów naprawy DNA); omawia podstawy teorii dwóch uderzeń
Knudsona, zna pojęcie utraty heterozygotyczności (LOH); omawia podstawy
teorii Vogelsteina, omawia tor mutacyjny raka jelita grubego, opisuje rolę zmian
epigenetycznych w nowotworach (metylacja DNA, zmiany w ekspresji
microRNA); omawia rolę translokacji chromosomowych w nowotworzeniu,
podaje przykłady chorób związane z translokacją chromosomową (białaczki,
chłoniaki); omawia znaczenie apoptozy w powstawaniu nowotworów; omawia
rolę telomerów i telomerazy w nowotworach; opisuje rolę angiogenezy
nowotworowej, interpretuje wyniki analiz molekularnych przykładowych chorób
nowotworowych.
Umiejętności i kompetencje: student potrafi podać definicje pojęć związanych z
molekularnymi podstawami onkogenezy; umie wyjaśnić mechanizmy regulacji
cyklu komórkowego; potrafi wymienić i scharakteryzować geny zaangażowane
w rozwój nowotworów; potrafi wymienić i omówić zaburzenia molekularne
związane z powstawaniem nowotworów; potrafi omówić teorie związane
z transformacją nowotworową; potrafi omówić tor mutacyjny raka jelita
grubego; potrafi omówić rolę epigenetyki w powstawaniu nowotworów; umie
scharakteryzować translokacje chromosomowe w wybranych nowotworach;
potrafi ocenić znaczenie apoptozy, telomerazy i angiogenezy w rozwoju i
progresji nowotworów; umie interpretować wyniki analiz molekularnych
przykładowych chorób nowotworowych.
Ćwiczenie: Biotechnologia w medycynie. Terapia genowa.
Wiedza: student zna podstawy procesu rekombinacji i klonowania DNA;
charakteryzuje szczepionki nowej generacji (rekombinowane), wymienia wady i
zalety ich stosowania; opisuje strategie tworzenia szczepionek z wykorzystaniem
technik rekombinowanego DNA; porównuje szczepionki klasyczne ze
szczepionkami nowej generacji; wymienia przykłady rekombinantowych
produktów dla lecznictwa (leków białkowych, szczepionek, antybiotyków);
omawia sposoby otrzymywania organizmów transgenicznych oraz podaje
przykłady ich zastosowania jako modelu badawczego i „żywych bioreaktorów”;
wymienia zagrożenia i nadzieje związane z ksenotransplantacjami; omawia
strategie terapii genowej w zależności od jednostki chorobowej; wyjaśnia na
czym polega strategia terapii genowej w grupach chorób m. in.
monogenowych recesywnych, dominujących, sprzężonych z płcią oraz w
chorobach nowotworowych; zna sposoby wprowadzenia do komórek genu
terapeutycznego; wyjaśnia mechanizm leżący u podstaw działania siRNA,
rybozymów, strategii antysensu i tripleksu; definiuje pojęcia: geny samobójcze,
efekt sąsiedztwa, żywe wektory, szczepionki DNA; rozróżnia terapię genową ex
vivo od in vivo; wymienia i opisuje zagrożenia związane ze stosowaniem
wektorów wirusowych w terapii genowej; opisuje problemy związane z terapią
genową.
Umiejętności i kompetencje: student umie ocenić zasadność stosowania
biofarmaceutyków nowej generacji w porównaniu do terapeutyków
otrzymywanych tradycyjnie; potrafi dobrać odpowiednią strategię terapii
genowej do konkretnej jednostki chorobowej i ocenić jej możliwe skutki uboczne
i zagrożenia; umie wykorzystać wiedzę dotyczącą terapii genowej do
zaproponowania sposobu zaprojektowania terapii genowej dedykowanej do
jednostki chorobowej cechującej się określonymi zmianami molekularnymi.
25. Kontynuacja przedmiotu przewidziana na zajęciach z:
genetyki klinicznej, patologii, onkologii, farmakologii
26. Zalecane kursy fakultatywne i zajęcia uzupełniające
27. Informacje dodatkowe dostępne są pod adresem