BIOLOGIA MOLEKULARNA prof. Paweł Liberski

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: 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 genetyki 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, 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 3-osobowych zespołach),
demonstracja, dyskusja
19. Wykaz literatury podstawowej i uzupełniającej
1. Biologia molekularna w medycynie. Elementy genetyki klinicznej. red. J. Bal, Wydawnictwo Naukowe
PWN
2. Podstawy genetyki dla studentów i lekarzy. Red. G. Drewa, T. Ferenc; Wydawnictwo Medyczne Urban
& Partner, Wrocław.
3. Terapia genowa. Stanisław Szala, Wydawnictwo Naukowe PWN
4. Biologia molekularna człowieka, Richard J. Epstein, 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.
21. Treści merytoryczne budujące wiedzę - wykłady
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).
Biotechnologia w medycynie
• techniki rekombinacji DNA i ich zastosowanie dla otrzymywania środków leczniczych (leki
białkowe, antybiotyki) i szczepionek (rekombinowane szczepionki podjednostkowe,
drobnoustroje atenuowane na poziomie genetycznym, „żywe wektory”, szczepionki DNA),
• organizmy transgeniczne, ich otrzymywanie i zastosowanie w medycynie (modele badawcze,
wytwarzanie biofarmaceutyków, ksenotransplantacje),
• perspektywy i zagrożenia związane z praktycznym zastosowaniem rekombinacji DNA oraz
otrzymywaniem organizmów transgenicznych
Wprowadzenie do biologii molekularnej nowotworów
• techniki biologii molekularnej w diagnostyce chorób nowotworowych
• markery nowotworowe: definicja, podział, charakterystyka i zastosowanie
• możliwości molekularnej prewencji wybranych chorób nowotworowych
• wpływ biologii molekularnej nowotworów na ich klasyfikację kliniczną i histopatologiczną
• możliwości optymalizacji leczenia chorób nowotworowych w oparciu o znajomość ich podłoża
molekularnego
23. 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, prewencji i terapii;
interpretacja przykładowych wyników analiz molekularnych wykorzystywanych w diagnostyce;
ograniczenia poszczególnych technik i ryzyko otrzymania wyników fałszywie ujemnych i
dodatnich;
przykładowe zastosowania technik rekombinacji DNA do otrzymywania biofarmaceutyków i
szczepionek; porównanie produktów rekombinantowych stosowanych w medycynie z
terapeutykami otrzymywanymi metodami tradycyjnymi;
podstawy wiedzy w zakresie terapii genowej w określonych grupach/jednostkach chorobowych;
możliwości optymalizacji terapii w oparciu o znajomość podłoża molekularnego chorób
choroby o podłożu epigenetycznym (Zespół Angelmana, Zespół Retta, zespół BeckwithaWiedemanna);
•
aspekty terapii epigenetycznej.
24. Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje
Student po zakończeniu kursu biologii molekularnej powinien:
• rozumieć pojęcia stosowane w biologii molekularnej;
• potrafić omówić 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, opisać zmiany epigenetyczne występujące w nowotworach;
potrafić omówić założenia terapii epigenetycznej
• rozumieć teoretyczne podstawy molekularnych mechanizmów onkogenzezy,
• potrafić wyjaśniać mechanizmy regulacji cyklu komórkowego;
• rozpoznawać i charakteryzować geny zaangażowane w rozwój nowotworów;
• potrafić wymienić i omówić zaburzenia molekularne związane z powstawaniem nowotworów,
omówić podstawowe teorie związane z transformacją nowotworową,
• potrafić omówić tor mutacyjny raka jelita grubego;
• charakteryzować translokacje chromosomowe w wybranych nowotworach, ocenić znaczenie
apoptozy, telomerazy i angiogenezy oraz rolę zjawisk epigenetycznych w rozwoju i progresji
nowotworów;
• opisać techniki biologii molekularnej wykorzystywane w diagnostyce chorób nowotworowych
• charakteryzować markery nowotworowe i znać możliwości ich zastosowania
• rozumieć możliwość molekularnej prewencji wybranych chorób nowotworowych
• wpływ biologii molekularnej nowotworów na ich klasyfikację kliniczną i histopatologiczną
• omawiać możliwości optymalizacji leczenia chorób w oparciu o znajomość ich podłoża
molekularnego
• rozumieć pojęcia związane z molekularnymi mechanizmami śmierci komórki i starzenia się,
• potrafić omówić mechanizmy śmierci komórki;
• charakteryzować czynniki aktywujące i hamujące apoptozę, rozróżniać apoptozę od nekrozy,
omówić 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;
• potrafić opisać zespoły przedwczesnego starzenia się oraz ich molekularne przyczyny;
• rozumieć podstawy procesu rekombinacji i klonowania DNA;
• opisywać strategie otrzymywania i wymieniać przykłady rekombinantowych biofarmaceutyków
oraz szczepionek; oceniać zasadność ich stosowania w porównaniu do terapeutyków
otrzymywanych tradycyjnie;
• omawiać sposoby otrzymywania organizmów transgenicznych oraz podawać przykłady ich
zastosowania w medycynie; omawiać perspektywy i zagrożenia związane z wykorzystywaniem
genetycznie modyfikowanych organizmów;
• umieć ocenić możliwość zastosowania wybranych strategii terapii genowej w przypadku
określonych jednostek chorobowych z uwzględnieniem potencjalnych zagrożeń i skutków
ubocznych.
W trakcie zajęć student ćwiczy ponadto umiejętność myślenia przyczynowo-skutkowego (od przyczyny
na poziomie molekularnym do objawów choroby i postępowania terapeutycznego).
25. 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 otrzymania 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 część 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 część 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 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 zjawisk epigenetycznych 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: Terapia genowa
Wiedza:
Student zna pojęcia terapii genowej somatycznej i germinalnej; zna podstawy mechanizmu działania
wybranych strategii terapii genowej (m.in. kompensacji defektu genetycznego, blokowania ekspresji
zmutowanego genu, korekty zmutowanego genu, selektywnej eliminacji komórek, modyfikacji
genetycznej komórek); zna sposoby wprowadzenia do komórek/organizmu genów terapeutycznych z
wykorzystaniem nośników wirusowych i niewirusowych, metodą ex vivo i in vivo; zna możliwości
selektywnego wprowadzania i regulacji działania genu terapeutycznego; wyjaśnia na czym polega
strategia terapii genowej w następujących grupach chorób: dziedziczne choroby monogenowe, choroby
nowotworowe, wybrane choroby nabyte (m.in. neurodegeneracyjne, układu krążenia, infekcyjne);
opisuje problemy i zagrożenia związane z terapią genową.
Umiejętności i kompetencje:
Student 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.
26. Kontynuacja przedmiotu przewidziana na zajęciach z:
genetyki klinicznej, patologii, onkologii, farmakologii
27. Zalecane kursy fakultatywne i zajęcia uzupełniające
28. Informacje dodatkowe dostępne są pod adresem