Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

Podobne dokumenty
Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU- 5 ECTS

DNA superhelikalny eukariota DNA kolisty bakterie plazmidy mitochondria DNA liniowy wirusy otrzymywany in vitro

Analizy DNA in silico - czyli czego można szukać i co można znaleźć w sekwencjach nukleotydowych???

BUDOWA I FUNKCJA GENOMU LUDZKIEGO

Analizy DNA in silico - czyli czego można szukać i co można znaleźć w sekwencjach nukleotydowych???

Konspekt do zajęć z przedmiotu Genetyka dla kierunku Położnictwo dr Anna Skorczyk-Werner Katedra i Zakład Genetyki Medycznej

DNA musi współdziałać z białkami!

Dr. habil. Anna Salek International Bio-Consulting 1 Germany

Geny i działania na nich

Analizy DNA in silico - czyli czego można szukać i co można znaleźć w sekwencjach nukleotydowych???

Nowoczesne systemy ekspresji genów

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

TATA box. Enhancery. CGCG ekson intron ekson intron ekson CZĘŚĆ KODUJĄCA GENU TERMINATOR. Elementy regulatorowe

Składniki jądrowego genomu człowieka

Mapowanie fizyczne genomów -konstrukcja map wyskalowanych w jednostkach fizycznych -najdokładniejszą mapą fizyczną genomu, o największej

Ekspresja informacji genetycznej

Co to jest transkryptom? A. Świercz ANALIZA DANYCH WYSOKOPRZEPUSTOWYCH 2

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

Inżynieria genetyczna- 6 ECTS. Inżynieria genetyczna. Podstawowe pojęcia Część II Klonowanie ekspresyjne Od genu do białka

Wykład 14 Biosynteza białek

TRANSKRYPCJA - I etap ekspresji genów

ETYCZNE ASPEKTY INŻYNIERII GENETYCZNEJ

Jest to dziedzina biologiczna wywodząca się z biotechnologii. Bioinformatyka

GENOM I JEGO STRUKTURA

Spis treści. Księgarnia PWN: Terry A. Brown - Genomy. Część 1 Jak bada się genomy 1 Rozdział 1 Genomy, transkryptomy i proteomy 3

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Translacja i proteom komórki

ARABIDOPSIS THALIANA ORGANIZM MODELOWY W BIOLOGII MOLEKULARNEJ ROŚLIN DLACZEGO ARABIDOPSIS?

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Proteomika: umożliwia badanie zestawu wszystkich lub prawie wszystkich białek komórkowych

Metody analizy genomu

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

Wprowadzenie. DNA i białka. W uproszczeniu: program działania żywego organizmu zapisany jest w nici DNA i wykonuje się na maszynie białkowej.

DNA superhelikalny eukariota DNA kolisty bakterie plazmidy mitochondria DNA liniowy wirusy otrzymywany in vitro

Historia informacji genetycznej. Jak ewolucja tworzy nową informację (z ma ą dygresją).

Badanie funkcji genu

WYKŁAD: Klasyczny przepływ informacji ( Dogmat) Klasyczny przepływ informacji. Ekspresja genów realizacja informacji zawartej w genach

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU Transkrypcja RNA

Podstawy biologiczne - komórki. Podstawy biologiczne - cząsteczki. Model komórki eukariotycznej. Wprowadzenie do Informatyki Biomedycznej

The Role of Maf1 Protein in trna Processing and Stabilization / Rola białka Maf1 w dojrzewaniu i kontroli stabilności trna

Sesja sponsorowana przez Polską Sieć Biologii Molekularnej SESJA 1 ORGANIZACJA MATERIAŁU GENETYCZNEGO WYKŁADY

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie zakres podstawowy

Inżynieria genetyczna PEF Copyright by Polskie Towarzystwo Tomasza z Akwinu

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

Początki ewolucji. Historia komórek eukariotycznych i ich symbiontów

Genetyka. Genetics. Nazwa przedmiotu. Kod przedmiotu UTH/Z/P/PI/A/ST/1(I)/2L/4. Rok akademicki. Wersja przedmiotu

Prokariota i Eukariota

Rozkład materiału z biologii dla klasy III AD. 7 godz / tyg rok szkolny 2016/17

Zaoczne Liceum Ogólnokształcące Pegaz

SCENARIUSZ LEKCJI. TEMAT LEKCJI: Podstawowe techniki inżynierii genetycznej. Streszczenie

Badanie funkcji genu

OPIS PRZEDMIOTÓW REALIZOWANYCH W KATEDRZE MIKROBIOLOGII ŚRODOWISKOWEJ

Zawartość. Wstęp 1. Historia wirusologii. 2. Klasyfikacja wirusów

Biotechnologia i inżynieria genetyczna

Wymagania edukacyjne z przedmiotu Biologia. Podręcznik Biologia na czasie wyd. Nowa Era, zakres podstawowy Rok szkolny 2013/2014

Fragment cząsteczki DNA stanowiący matrycę dla syntezy cząsteczki lub podjednostki białka nazywamy GENEM

Budowa kwasów nukleinowych

Inżynieria genetyczna

Mikrosatelitarne sekwencje DNA

Pamiętając o komplementarności zasad azotowych, dopisz sekwencję nukleotydów brakującej nici DNA. A C C G T G C C A A T C G A...

dostateczny oraz: wyjaśnia, z czego wynika komplementarność zasad przedstawia graficznie regułę

GENOMIKA FUNKCJONALNA. Jak działają geny i genomy? Poziom I: Analizy transkryptomu

Księgarnia PWN: B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter Podstawy biologii komórki. Cz.

Pytania Egzamin magisterski

Analizy wielkoskalowe w badaniach chromatyny

Tematyka zajęć z biologii

Bioinformatyczne bazy danych

INFORMACJA GENETYCZNA: WYROK CZY MOŻLIWOŚĆ

Interfaza to niemal 90% cyklu komórkowego. Dzieli się na 3 fazy: G1, S i G2.

BIOINFORMATYKA. edycja 2016 / wykład 11 RNA. dr Jacek Śmietański

Podkowiańska Wyższa Szkoła Medyczna im. Z. i J. Łyko. Syllabus przedmiotowy 2017/ /22 r.

GENOMIKA PROTEOMIKA METABOLOMIKA

Biotechnologia jest dyscypliną nauk technicznych, która wykorzystuje procesy biologiczne na skalę przemysłową. Inaczej są to wszelkie działania na

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z BIOLOGII, ZAKRES PODSTAWOWY 2018/19

WYMAGANIA EDUKACYJNE BIOLOGIA NA CZASIE, ZAKRES PODSTAWOWY

WYMAGANIA EDUKACYJNE BIOLOGIA zakres podstawowy biologia na czasie

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie zakres podstawowy

Porównywanie i dopasowywanie sekwencji

Wymagania na poszczególne stopnie szkolne dla przedmiotu biologia. Klasa I Liceum Ogólnokształcącego poziom podstawowy

PODSTAWY BIOINFORMATYKI 12 MIKROMACIERZE

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie zakres podstawowy przedmiot biologia nauczana dwujęzycznie poziom podstawowy klasa Ib i Ic

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie, zakres podstawowy

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie zakres podstawowy

Wymagania edukacyjne z biologii- zakres podstawowy: kl 1 ZSZ, 1LO

Informacje dotyczące pracy kontrolnej

Bioinformatyczne bazy danych

Bioinformatyka. wykłady dla I r. studiów magisterskich, biologia (SGGW) 2010/2011. Krzysztof Pawłowski

Organizacja genomu człowieka i sekwencjonowanie DNA

Badanie doboru naturalnego na poziomie molekularnym

Dane mikromacierzowe. Mateusz Markowicz Marta Stańska

definiuje pojęcia: inżynieria genetyczna, replikacja DNA wyjaśnia regułę komplementarności

Czy żywność GMO jest bezpieczna?

Inżynieria Genetyczna ćw. 3

Klonowanie molekularne Kurs doskonalący. Zakład Geriatrii i Gerontologii CMKP

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z BIOLOGII (Klasa 1B, 1C, 1D, 1E, 1F ;rok szkolny 2018/2019) - ZAKRES PODSTAWOWY - NOWA ERA. dostateczny (P) podstawowy

Przedmiotowe zasady oceniania:

Jak działają geny. Podstawy biologii molekularnej genu

Transkrypt:

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii 1. Transgeneza - genetycznie zmodyfikowane oraganizmy 2. Medycyna i ochrona zdrowia 3. Genomika poznawanie genomów

Przełom XX i XXI wieku to okres dynamicznego rozwoju metod i projektów sekwencjonowania genomów ERA GENOMOWA: 1995 genom Haemophilus influenzae 1997 genom E. coli 1997 genom drożdży S. cerevisiae 1998 genom nicienia Caenorhabditis elegans 1999 genom Muszki owocowej 2000 genom rzodkiewnika A. thaliana 2001 genom człowieka

Genom całkowity DNA komórki obejmujący zarówno wszystkie geny jak i odcinki międzygenowe (niekodujące) Genomika obejmuje badania genomu na różnych poziomach jego działania (Thomas Roderick 1986) Genomika strukutralna Genomika funkcjonalna

Genomika strukutralna obejmuje wstępną fazę analizy genomu i ma ściśle określony punkt końcowy, którym jest uzyskanie mapy fizycznej genomu, o możliwie największej rozdzielczości czyli jego kompletnej sekwencji nukleotydowej Genomika funkcjonalna obejmuje różne poziomy badań funkcji genomu (zaczynając od analiz bioinformatycznych poprzez analizę tranksryptomu i proteomu komórki) i różne, zwykle tzw. wysokoprzepustowe (ang. hightroughput) metody badawcze mające na celu znalezienie odpowiedzi na pytanie: jak na podstawie informacji zgromadzonych w genomie, działa komórka, tkanka, organizm?

Wszystkie -omiki mają jeden wspólny mianownik: globalne (całościowe) spojrzenie na badany obiekt (żywa komórka), który nie ogranicza się do badania funkcji wybranych genów i białek, ale analizuje ich wiele na raz próbując spojrzeć na żywą komórkę z dalszej perspektywy

Jak możemy globalnie badać funkcje żywych komórek? Wysokoprzepustowe (ang. hightroughput) metody analizy

Genomika funkcjonalna: 1. Transkryptomika Profile transkrypcji genów w poszczególnych tkankach, a nawet w poszczególnych komórkach (np. w komórkach układu odpornościowego) różnią się: zależnie od okresu życia, czynników zewnętrznych itd. na poziomie molekularnym organizm jest sumą bardzo wielu różnych profili transkrypcyjnych swego genomu, rozłożonych zarówno w przestrzeni (różne tkanki i komórki), jak i w czasie (różne okresy w rozwoju, stany chorobowe itd.). Pojedynczy profil można nazwać stanem transkrypcyjnym któremu odpowiada określony zestaw transkryptów, tj. różnych mrna, który można też określić mianem programu transkrypcyjnego - transkryptomu. Analizy transkryptomu to badania wszystkich programów transkrypcyjnych, czyli transkryptomów, które składają się na tzw. globalny transkryptom organizmu. Analiza globalnego transkryptomu jest nieporównanie trudniejsza niż analiza samego genomu.

2. Proteomika Pojawienie się określonego transkryptu w komórce nie oznacza, że będzie on natychmiast wykorzystany do produkcji białka. W cząsteczce mrna zawartych jest wiele skomplikowanych motywów strukturalnych, które odbierają sygnały o stanie komórki. W zależności od wypadkowej tych sygnałów ten sam mrna może być wykorzystany do syntezy bardzo wielu, kilku lub tylko jednej kopii białka, może też być od razu zniszczony. A zatem, aby się dowiedzieć, jaki jest końcowy efekt konkretnego stanu transkrypcyjnego komórki/tkanki, musimy poznać wszystkie wyrażane w niej białka, czyli jej proteom Profil wszystkich białek organizmu możemy nazwać jego globalnym proteomem. Składa się na niego suma proteomów w poszczególnych tkankach, stanach fizjologicznych itp.

Proteomika c.d. Proteom jest jeszcze bardziej skomplikowany niż transkryptom: cząsteczki białek, już po syntezie, ulegają różnorodnym modyfikacjom, które w zasadniczy sposób zmieniają właściwości białka. Skomplikowany wzór modyfikacji nie jest bezpośrednio zakodowany w genie odpowiadającym danemu białku Modyfikacje są główną przyczyną tego, że liczba różnych rodzajów białek w organizmie wielokrotnie przewyższa liczbę genów zawartych w jego genomie. Przykład: genom ludzki zawiera poniżej 20 tysięcy różnych genów, a równocześnie w naszych organizmach występuje ponad milion różnych rodzajów białek.

Porównanie organizacji genomów Eukariotycznych i Prokariotycznych

Wielkość genomu: ilość DNA w haploidalnym genomie (np. komórkach rozrodczych), jest określana wartością C. C oznacza też: constant lub characteristic tzn. że wartość C jest stosunkowo stała i charakterystyczna dla danego gatunku ale zmienia się znacząco między gatunkami.

Wartość C jest większa u eukriota niż u prokariota

Wielkość genomu i zakres jego zmienności nie odzwierciedla w pełni złożoności organizmu: Paradoks wartości C Wielkość jest tylko do pewnego stopnia skorelowana ze złożonością organizmu

Paradoks wartości C - wyjaśnienie: Genomy mniej złożonych organizmów są bardziej wyładowane genami, ponieważ dostępna przestrzeń jest wykorzystywana oszczędniej: geny leżą bliżej siebie, mogą na siebie nachodzić (np. genomach bakterii i wirusów) Większe wartości C u wielu roślin i zwierząt wynikają z obecności dużej ilości powtórzonego DNA

Porównanie organizacji genomów prokariotycznych i eukariotycznych

Organizacja genomów eukariotycznych Genom człowieka: Genom jądrowy > 3 mld pz Genom mitochondrialny kolista cząsteczka 16 569 pz

Geny eukariotyczne są podzielone: introny i eksony Pseudogeny niedziałające wskutek nagromadzenia mutacji kopie genów funkcjonalnych, które stały się niemożliwe do odczytania

Struktura ludzkiego genomu Genom człowieka Geny i sekwencje z nimi związane Regiony międzygenowe 30% 70% Regiony kodujące białka Introny, promotory, pseudogeny, Fragmenty genów Powtórzone Unikalne 2% 28% 50% 20% 10% Powtórzenia tandemowe Powtórzenia rozproszone 40% satelity Minisatelity Mikrosatelity

Żadnego odcinka genomu ludzkiego nie można uważać za rzeczywiście reprezentatywny dla całego genomu!!!

Organizacja genomów organellowych mtdna mitochondrialny DNA W większości eukariontów przybiera formę cząsteczki kolistej, tylko u niektórych jest liniowy Wielkość jest zmienna: a) zwierzęta mniej niż 20 kpz, człowiek ok. 16 kpz, niemal całość stanowią geny, brak w nich intronów (podobny do bakterii) b) Drożdże ok. 90 kpz, geny zawierają introny c) Rośliny wyższe 200-2500 kpz, zawiera insercje obcego DNA np. chloroplastowego, powtórzenia, pseudogeny.

Genom chloroplastowy ctdna Wielkość 120-200 kpz Cząsteczka kolista Koduje średnio ok. 100 genów (wśród nich geny trna i rrna) Są geny podzielone intronami i takie, które intronów nie zawierają

Struktura genomu prokariontów Większość ale nie wszystkie bakterie mają pojedynczy kolisty chromosom, liniowe chromosomy wsytępuje u Borrelia burgdorfii, Streptomyces lividans, Rhodococcus fascians, dwa chromosomy np. u Rhodobacter spherioides, Brucella melitensis, Agrobacterium tumefaciens i wielu innych

Genomy bakteryjne nie mają centromerów (występują elementy centromeropodobne) Cechą charakterystyczną genomów bakteryjnych jest obecność plazmidów Elementy powtórzone w genomie bakteryjnym: a) Cechą charakterystyczną są powtórzenia genów kodujących trna b) Nie są znane powtórzenia tandemowe c) Występują sekwencje insercyjne (rozproszone) niewielka część genomu bakterii, zwykle mniej niż 20 kopii na genom d) Sekwencje powtórzone takie jak ERIC w genomie E. coli (enterobacterial repetitive intergenic consensus) i REP (repeated extragenic polindrome) może ich być kilkadziesiąt w genomie, w innych genomach występują również sekwencje tego typu ale nie są podobne do ERIC i REP Geny podzielone są rzadkością u bakterii Introny zidentyfikowano dotychczas w genomach kilku bakteriofagów w genie trna ser u archebakterii Acanthamoeba.

Genom drożdży (genom eukariotyczny) Genom jądrowy ok. 12 Mpz (16 liniowych chromosomów i kolisty plazmid 2µ) Genom mitochondrialny ok. 90 kpz, kolisty Zawiera ok. 5500 genów - bardzo dużo jak na mały genom eukariotyczny Stosunkowo nieliczne geny drożdży są nieciągle Zawiera niewiele rozproszonych sekwencji powtórzonych