Metody badawcze genetyki i genomiki. Od inżynierii genetycznej do biologii syntetycznej

Podobne dokumenty
Podstawy genetyki II. Metody badawcze i strategie genetyki i genomiki. Organizmy modelowe.

Metody i strategie genetyki i genomiki

Podstawowe strategie i techniki genetyki molekularnej

Podstawowe strategie i narzędzia genetyki molekularnej

Podstawowe strategie i narzędzia genetyki molekularnej

Podstawowe strategie i narzędzia genetyki molekularnej

Genomika funkcjonalna

Kod grupy: 1, 2, 4, 5, 6, 7

Czego nie wiedzą genetycy. wyzwania biologii w XXI wieku

S YL AB US MODUŁ U ( PRZEDMIOTU) I nforma c j e ogólne

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: EIB BN-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Inżynieria Biomedyczna Specjalność: Bionanotechnologie

mikrosatelitarne, minisatelitarne i polimorfizm liczby kopii

Tematyka zajęć z biologii

Metody odczytu kolejności nukleotydów - sekwencjonowania DNA

Inżynieria Genetyczna ćw. 3

Klonowanie molekularne Kurs doskonalący. Zakład Geriatrii i Gerontologii CMKP

Specjalność (studia II stopnia) Oczyszczanie i analiza produktów biotechnologicznych

SYLABUS. Wydział Biologiczno-Rolniczy. Katedra Biochemii i Biologii Komórki

Metody inżynierii genetycznej SYLABUS A. Informacje ogólne

Techniki molekularne w mikrobiologii SYLABUS A. Informacje ogólne

Badanie funkcji genu

Badanie funkcji genu

Techniki biologii molekularnej Kod przedmiotu

Zarys biologii molekularnej genu. Replikacja i stabilność genomu

SYLABUS. Wydział Biologiczno-Rolniczy. Katedra Biochemii i Biologii Komórki

Zaoczne Liceum Ogólnokształcące Pegaz

Analizy wielkoskalowe w badaniach chromatyny

Biotechnologia i inżynieria genetyczna

Nowoczesne systemy ekspresji genów

Ćwiczenia 1 Wirtualne Klonowanie Prowadzący: mgr inż. Joanna Tymeck-Mulik i mgr Lidia Gaffke. Część teoretyczna:

Sylabus Biologia molekularna

WYMAGANIA EDUKACYJNE BIOLOGIA zakres podstawowy biologia na czasie

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

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

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

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z BIOLOGII, ZAKRES PODSTAWOWY 2018/19

WYMAGANIA EDUKACYJNE BIOLOGIA NA CZASIE, ZAKRES PODSTAWOWY

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

Wymagania edukacyjne z biologii w klasie pierwszej, zakres podstawowy. Podręcznik Biologia na czasie - Wyd. Nowa Era

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie zakres podstawowy

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

Sylabus Biologia molekularna

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

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie, zakres podstawowy

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA (skrajne daty)

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

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie zakres podstawowy

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

definiuje pojęcia: inżynieria genetyczna, replikacja DNA wyjaśnia regułę komplementarności

Praca klasowa waga 3. Sprawdzian waga 3. Kartkówka waga 2. Odpowiedź waga 1. Aktywność waga 1

KARTA KURSU. Biotechnology in Environmental Protection. Kod Punktacja ECTS* 1

Technikum Nr 2 im. gen. Mieczysława Smorawińskiego w Zespole Szkół Ekonomicznych w Kaliszu

Metody analizy genomu

Pytania Egzamin magisterski

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

Biologia Molekularna z Biotechnologią ===============================================================================================

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA

Przetarg nieograniczony na zakup specjalistycznej aparatury laboratoryjnej Znak sprawy: DZ-2501/6/17

PLAN STUDIÓW PODYPLOMOWYCH: DIAGNOSTYKA MOLEKULARNA W ROKU 2019/2020. Nazwa modułu ECTS Semestr I Semestr II. Liczba godzin z.

Klonowanie i transgeneza. dr n.med. Katarzyna Wicher

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie klasa 1 LO, poziom podstawowy

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie zakres podstawowy

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

Wymagania edukacyjne klasa 1LO zakres podstawowy. Stopnie szkolne

Wymagania edukacyjne z biologii (zakres podstawowy) na poszczególne stopnie szkolne dla klas pierwszych w Zespole Szkół nr1 w Ełku.

Wymagania edukacyjne. Stopnie szkolne

KLONOWANIE DNA REKOMBINACJA DNA WEKTORY

Bloki licencjackie i studia magisterskie na Kierunkach: Biotechnologia, specjalność Biotechnologia roślinna oraz Genetyka

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie zakres podstawowy

Wymagania edukacyjne z biologii kl 1d, 1e, 1bm, rok szkolny 2016/17. Poziomy oczekiwanych osiągnięć ucznia. Stopnie szkolne

Wymagania edukacyjne. Poziomy oczekiwanych osiągnięć ucznia. Stopnie szkolne

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie zakres podstawowy

Zagadnienia na egzamin magisterski na kierunku Biologia Rok akad. 2017/2018

Wymagania edukacyjne. Poziomy oczekiwanych osiągnięć ucznia. Stopnie szkolne

Wymagania edukacyjne. Poziomy oczekiwanych osiągnięć ucznia. Stopnie szkolne

Wymagania edukacyjne. Poziomy oczekiwanych osiągnięć ucznia. Stopnie szkolne

Wymagania edukacyjne. Poziomy oczekiwanych osiągnięć ucznia. Stopnie szkolne

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

Przedmiotowy System Oceniania z Biologii

Wymagania edukacyjne dla klasy I LO. Poziomy oczekiwanych osiągnięć ucznia. Stopnie szkolne

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

Wymagania edukacyjne z biologii nauczanej dwujęzycznie poziom podstawowy klasa I

Genetyka w nowej podstawie programowej

BIOTECHNOLOGIA STUDIA I STOPNIA

Academic year: 2012/2013 Code: EIB BN-s ECTS credits: 4. Electrical Engineering, Automatics, Computer Science and Engineering in Biomedicine

a. Poziomy oczekiwanych osiągnięć ucznia

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Wymagania edukacyjne z biologii na poszczególne oceny zakres podstawowy i rozszerzony

Wymagania edukacyjne

Wprowadzenie do biologii molekularnej.

Wymagania edukacyjne z biologii zakres podstawowy 2017/2018

Badanie funkcji genu

Biologia molekularna

Stopnie szkolne. Poziomy oczekiwanych osiągnięć ucznia. konieczne (na stopień dopuszczający) podstawowe (na stopień dostateczny)

3. Podstawy genetyki S YLABUS MODUŁU (PRZEDMIOTU) I nformacje ogólne. Nazwa modułu. Kod F3/A. Podstawy genetyki. modułu

Podstawy inżynierii genetycznej

Transkrypt:

Metody badawcze genetyki i genomiki Od inżynierii genetycznej do biologii syntetycznej

Czym jest inżynieria genetyczna? Ang. recombinant DNA manipulacje DNA in vitro izolacja i amplifikacja DNA i cdna mapowanie i sekwencjonowanie DNA tworzenie nowych cząsteczek DNA przez rekombinację cząsteczek naturalnych przez syntezę de novo wprowadzanie konstruktów DNA do komórek i organizmów modyfikacje syntezy białek ekspresja heterologiczna bioinformatyka

A co nie jest inżynierią genetyczną? Inżynieria embrionalna (np. klonowanie) Tworzenie nowych form organizmów przez selekcję

Zastosowania Badania podstawowe Biotechnologia Granica między badaniami podstawowymi a stosowanymi jest płynna, stosowane techniki są podobne, różnice dotyczą głównie skali.

Podstawowe techniki Izolacja DNA cdna izolacja RNA i przepisanie na DNA Chemiczna synteza DNA de novo PCR Klonowanie DNA Mutageneza losowa i ukierunkowana w tym wprowadzanie modyfikacji do genomu Wykrywanie DNA, RNA i białek Sekwencjonowanie

PCR Łańcuchowa reakcja polimerazy Umożliwia namnożenie dowolnego fragmentu DNA, o ile znane są sekwencje otaczające Wykorzystuje właściwość polimerazy DNA - jest w stanie kontynuować syntezę, ale nie rozpoczynać 2005 Prentice Hall Inc. / A Pearson Education Company / Upper Saddle River, New Jersey 07458

Elektroforeza DNA i RNA 2005 Prentice Hall Inc. / A Pearson Education Company / Upper Saddle River, New Jersey 07458

Hybrydyzacja Wykorzystanie komplementarności kwasów nukleinowych do wykrywania określonej sekwencji DNA (Southern) lub RNA (Northern) 2005 Prentice Hall Inc. / A Pearson Education Company / Upper Saddle River, New Jersey 07458

Hybrydyzacja Northern Podstawowa metoda badania poziomu ekspresji genu

Podstawowe techniki Enzymy restrykcyjne analiza fragmentów DNA (mapowanie) klonowanie

Wektory Umożliwiają utrzymanie DNA wprowadzonego do komórek (transformacja, transfekcja) wektory autonomiczne zdolne do replikacji (np.. plazmidy, wirusy) wektory integracyjne wektory ekspresyjne umożliwiają ekspresję wprowadzonego genu (autonomiczne lub integracyjne) wektory kierujące rekombinacją (ang. targeting) integracyjne wektory bifunkcjonalne

Typowy wektor Sekwencje zapewniające replikację (w. autonomiczne) Sekwencje umożliwiające odróżnienie komórek z wprowadzonym wektorem markery selekcyjne Miejsce do wstawienia klonowanego DNA linker Opcjonalnie sekwencje umożliwiające odróżnienie wektora ze wstawką od wektora pustego marker rekombinacji

Klonowanie molekularne Włączenie danego fragmentu DNA (wstawki) do wektora autonomicznego

Przykłady zastosowań Poznawanie sekwencji DNA (genów, genomów, mutantów) Diagnostyka molekularna Ekologia i filogenetyka molekularna Heterologiczna ekspresja białek (dla celów poznawczych i biotechnologicznych) Odwrotna genetyka inaktywacja wybranych genów u organizmów modelowych Terapia genowa

Sekwencjonowanie metody klasyczne 3 ATCGGTGCATAGCTTGT 5 Matryca 5 TAGCCACGTATCGAACA* 3 Produkty reakcji A 5 TAGCCACGTATCGAA* 3 5 TAGCCACGTATCGA* 3 5 TAGCCACGTA* 3 5 TAGCCA* 3 5 TA* 3 Dideoksynukleotydy zatrzymują syntezę na określonych nukleotydach

Tradycyjny odczyt sekwencji A T C G Znakowanie radioaktywne, osobne reakcje

Sekwencjonowanie automatyczne Dideoksynukleotydy znakowane fluorescencyjnie (4 kolory) Elektroforeza kapilarna

Sekwencjonowanie - postęp techniczny Koszt sekwencjonowania między 1999 a 2009 obniżył sie 14 000 razy Prędkość odczytu sekwencji między 2000 a 2010 r. wzrosła 50 000 razy Cel: sekwencja genomu jednej osoby za 1000$ osiągalny w ciągu kilku lat Im więcej znamy sekwencji, tym łatwiej poznajemy kolejne

Sekwencjonowanie wysokoprzepustowe Tzw. deep sequencing, sekwencjonowanie nowej generacji (NGS) Generowanie w jednym przebiegu milionów niezależnych odczytów Pojedyncze odczyty krótkie (25-400 bp) Zastosowania sekwencjonowanie nowych genomów resekwencjonowanie np. analiza zmienności badanie ekspresji przez sekwencjonowanie cdna

Sekwencjonowanie Głównym wyzwaniem w sekwencjonowaniu nie jest sam odczyt sekwencji Odczytywane fragmenty są krótkie do ~700-800 nt (sekw. tradycyjne Sangera) 200-400 nt (454) 50-150 nt (Solexa) Wyzwaniem jest złożenie długiej sekwencji z tych krótkich fragmentów

Genomika Genomika jest dziedziną zajmującą się badaniem całych genomów (kompletu informacji genetycznej) różnych organizmów Techniki biologii molekularnej + robotyka + informatyka Sekwencjonowanie i charakteryzowanie genomów Badanie funkcji zawartych w nich genów

Metagenomika Izolacja DNA ze środowiska i sekwencjonowanie Jedyny sposób badania mikroorganizmów, które nie dają się hodować

Metagenomika Analiza sekwencji całości DNA wyizolowanego ze zbiorowiska organizmów

Odkrycia dzięki sekwencjonowaniu Tajemnicza UCYN-A Sinica (cyjanobakteria) Niewielki genom (1,4mln par zasad, 1200 genów) Brak zdolności fotosyntezy, cyklu Krebsa, syntezy niektórych aminokwasów Zdolność asymilacji azotu Symbioza (gospodarz - haptofit) Candidatus Atelocyanobacterium thalassa

Wielkie projekty Projekt 1000 genomów - różnorodność genetyczna człowieka Metagenomika mikrobiomu przewodu pokarmowego człowieka Genomy wymarłych gatunków (np. Neandertalczyk)

RNA-seq

Sekwencjonowanie nowej generacji wyzwanie dla bioinformatyki Krótkie odczyty (50-150 nt) pojedyncze paired-end Problem identyfikacji i składania sekwencji Indeksowanie i multipleks

Genom człowieka

Craig Venter Francis Collins (NIH)

Czym jest znajomość genomu Nie jest odczytaniem księgi życia Sama sekwencja nie daje jeszcze zrozumienia, jak funkcjonują komórki Ale jest niezwykle cennym narzędziem w badaniach Sekwencja nie jest lekarstwem Ale bardzo pomaga w zrozumieniu mechanizmów chorób i wynajdywaniu nowych terapii

Co genom już dał nauce Dużo ciekawych i zaskakujących odkryć Dlaczego mamy tak mało genów Jak ewoluował człowiek Narzędzie do badania funkcji genów

Czy warto badać genomy Nowoczesne techniki generują bardzo dużo danych Dwa podejścia hypothesis driven dane zbierane dla zweryfikowania jakiejś hipotezy data driven dane zbierane bez wstępnych założeń, potem wyszukiwane w nich prawidłowości

Zbieranie danych Podejście zakładające poszukiwanie prawidłowości w dużych zbiorach danych, zbieranych bez wstępnych założeń, może być produktywne Ale niesie też (dobrze znane w literaturze) ryzyko Lem, S. Cyberiada, Wyprawa szósta: czyli jak Trurl i Klapaucjusz demona drugiego rodzaju stworzyli, aby zbójcę Gębona pokonać., 1965. http://www.portalwiedzy.pan.pl/images/stories/academia_2012/ academia_2013/022013/004-008_golik.pdf

Co to znaczy? TCACAATTTAGACATCTAGTCTTCCACTTAAGCATATTTAGATTGTTTCCAGTTTTCAGCTTTTATGACTAAATCTTCTAAAATTGTTTTTCCCTAAATGT ATATTTTAATTTGTCTCAGGAGTAGAATTTCTGAGTCATAAAGCGGTCATATGTATAAATTTTAGGTGCCTCATAGCTCTTCAAATAGTCATCCCATTTT ATACATCCAGGCAATATATGAGAGTTCTTGGTGCTCCACATCTTAGCTAGGATTTGATGTCAACCAGTCTCTTTAATTTAGATATTCTAGTACATACAA AATAATACCTCAGTGTAACCTCTGTTTGTATTTCCCTTGATTAACTGATGCTGAGCACATCTTCATGTGCTTATTGACCATTAATTAGTCTTATTTGTTA AATGTCTCAAATATTTTATACAGTTTTACATTGTGTTATTCATTTTTTAAAAAATTCATTTTAGGTTATATGTATGTGTGTGTCAAAGTGTGTGTACATCTAT TTGATATATGTATGTCTATATATTCTGGATACCATCTCTGTTTCATGCATTGCATATATATTTGCCTATTTAGTGGTTTATCTTTTCATTTTCTTTTGGTATCT TTTCATTAGAAATGTTATTTATTTTGAGTAAGTAACATTTAATATATTCTGTAACATTTAATGAATCATTTTATGTTATGTTTAGTATTAAATTTCTGAAAACAT TCTATGTATTCTACTAGAATTGTCATAATTTTATCTTTTATATACATTGATATTTTTATGTCAAATATGTAGGTATGTGATATTATGCACATGGTTTTAATTCAG TTAATTGTTCTTCCAGATGTTTGTACCATTCCAACATCATTTAAATCATTAAATGAAAAGCCTTTCCTTACTAGCTAGCCAGCTTTGAAAATCCATTCAT AGGGTTTGTGTTAATATATTTTTGTTCTTTTTTTTCCTTTCTACTGATCTCTTTATATTAATACCTACTGTGGCTTTATATGAAGTCATGGAATAATACGTA GTAAGCCCTCTAACACTGTTCTGTTACTGTTGTTATTGTTTTCTCAGGGTACTTTGAAATATTCGAGATTTTATTATTTTTTAGTAGCCTAGATTTCAAG ATTGTTTTGACGATCAATTTTTGAATCAATTGTCAATATTTTTAGTAATAAAATGATGATTTTTGATTGGAAATACATTAAATCTATAAGCCAAATTGGAGA TTATTGATATATTAACAAAAATGAGTTTTCCAGTCCATGAATGTATGCACATTATAAAATTCATTCTTAAGTATGTCATTTTTTAAGTTTTAGTTTCAGCAG TATATGTTTGTTACATAGGTAAACTCCTGTCATGGGGGTTAGTTGTACAGGTTATTTTATCATCCAGGCATAAAGCCCAGTACCCAGTAGTTATCTTTT CTGCTCCTCTCCCTCCTGTCACCCTCCACTCTCAAGTAGACCCCAGTTTCTGTTGTTCTCTTCTTTGCATTAATGACTTCTCATCATTTAGATTGCA CTTGTAAGTGAGAACAGGACGTATGTGGTTTTCTACTCCTGTGTTAGTTTGCTAAGGATAACCACCTCCATCTCCATCCATGTTCCCACAAAAGAC ATGATCTCCTTTTTTATGGCTGCATATTATTCCATGGTATATATGTACCACATTTTCTTTATCCAATCTGTCATTGATGGACATTTAGGTTGTTTCCACAT CATTGCCGTTGTAAATACTGCTGCAGTGAATATTCGTGTGTATGTCTTTATGGTAGAATGATTTATATTCCTCTGGGTATATTTCCAAGTAATGGGATG GTTGGGTCAAATGGTAATTCTGCTTTTAGCTTTTTGAGGAATTGCCATATTGCCTTTCACAACGGTTGAACTAATTTATACTCCCAAGAGTGTATAAG TTGTTCCTTTTTCTCTGCAACCTCGACATCACCTGTTATTTATGACTTTTATATAATAGCCATTCTGCTGGTCTGAGATGGTATCTCATTATGATTTTGA TTTGCATTTCTCTAATGCTCAGTGATATTGAGCTTGGCTGCATATATGTCTTCTTTTAAAAATATCTGTTCATGTCCTTTGCCTAATTTATAACGGGGTT GTTTGTTTTTCTCTTGTAAATTTGTTTAAGTTCCTTATAGATTCTAGGTATTAAACCTTTTTTCAGAGGCGTGGCTTGCAAATATTTTCTCCCATTCTATA GGTTGTCTGTTTATTCTGTTGATAGTTTCCCTTGCTGTGCAGAAGCTCTTAACTTTAATTAGATCCGACTTGTCAATTTTTGCTTTGGTCGCAATTGC TTTTGATGTTATTGTCGTGAAATCTTTGCTAGTTCTTAGGTCCAGGATGATATTGCCCAAGTTGTCTTCCAGGGCTTTTATAATTTTGGATTTTACATTT AAGTCTTAATATATTTATTAAATTTGTTAGGGTTTCAGGATACAAGGACAATATAGCAGCAAACAATGTAAAAGTAAAATCTGAAAAATAATAGAAAAC AGTTTAATTGAACACTTTACCATTATGTAATGCCCTTCTTTGTCTTTCCTGATCTTTGTTGGTTTGAAGTTCAAAAAAGACAAACTTAATGGTACAATA GGTATTGTAGATTTCAGGACTTTCTGTATAAAATATTTTGTATATATGAATAGATCATTTTTTATTTCCAGTCTTTAAACATTTTCTTAACATTTTCTTCTATT GCTTCACTTCACTCGCTAGGACCATCAGGACAGTGTTGAACAGAAATTGTCAGACTGATCATCACAACTTTTTCTAGATTTTAGAAGGAAATTTTT CTTTATTTCAACATAAAGCAGCATGTTAATGCCAAGTTTTAATATGTGTTATCAGATTGAAATTTTTTTGTATATTTCTACATTACCAAGAATTTTTAGCAA GAGTTTTTGTTGAGTTTTAATTTAAAAATCATTTGTTAATTTCATCTGATTTTTTTATTTCTCTTTTTACCTTAAGAGATTAAACTGACTACAGATTGAATAT AAACAAACAAACAAACAAACAAAAACTCTAAAATGCTGTGGATCAACACCACTTAGTAATTTGTATACTTGGATTCAATTTGCTGAAATTTTGTTAG ACATTTTTGCGTCGATATTTATGAGGGATGTTGATCTGTAAAAGTATTAAAATGCCTTTGACAGATAGTGTCACCATATAAAAAACTTTGAACAAAATC AGATTATATCACTGTGGATATTTCTATTTTGAACTAACTTAGATGATAATTTTAATCTATATCCTAGATGAACT Mały fragment chromosomu 21

Odwrotna genetyka od genu do funkcji Genetyka tradycyjna Genetyka odwrotna Funkcja (mutacja, fenotyp) Gen (z sekwencji całego genomu) Klonowanie genu Inaktywacja genu Analiza sklonowanego genu Analiza uzyskanego fenotypu

Odwrotna genetyka inaktywacja przez rekombinację

Inaktywacja warunkowa System Cre-Lox Wprowadzenie do genomu miejsc Lox Ekspresja rekombinazy Cre powoduje wycięcie fragmentu pomiędzy miejscami Lox

Odwrotna genetyka interferencja RNA Odkrycie roku 2002 regulacyjna rola małych RNA Nagroda Nobla w dziedzinie medycyny 2006, za odkrycie mechanizmu interferencji RNA A. Fire i C. Mello

sirna - jak to działa? Efekt degradacja mrna Hannon G.J.: RNA interference, Nature 418, July 11, 2002

Zastosowania sirna Badanie funkcji genów ( odwrotna genetyka ) - szczególnie skuteczne u nicienia Caenorhabditis, ale działa też w komórkach owadów, ssaków i roślin Hamowanie wybranych genów jako metoda leczenia (np. zwalczania wirusów czy nowotworów) przykład: obniżenie poziomu receptora LDL ( zły cholesterol ) u myszy

Myszy knock-out Izolacja komórek ES (zarodkowe macierzyste) z blastocysty Dawcą jest mysz szczepu białego Modyfikacja i selekcja komórek ES z knock-out

Myszy knock-out Wprowadzenie zmodyfikowanych komórek do blastocysty myszy szczepu szarego

Myszy knock-out Blastocysty zawierające zmodyfikowane komórki ES wszczepia się myszy matce zastępczej

Myszy knock-out Selekcja chimer z transgenem w linii płciowej

Redagowanie genomu - system CRISPR/Cas9 System obronny bakterii przed fagami, zaadaptowany do edycji dowolnej sekwencji w genomie. Działa także u organizmów, dla których nie istnieją stabilne wektory. Nature 495, 50 51 (07 March 2013) doi:10.1038/495050a

Biologia systemów Postęp biologii molekularnej - genomika Ogromne zbiory danych Ujawnienie złożoności interakcji genetycznych leżących u podstaw fenotypu Narzędzia teoretyczne do systemowego opisu życia

Biologia systemów - wyzwanie

A w biotechnologii? Współczesna biotechnologia molekularna bardzo sprawnie manipuluje pojedynczymi genami ekspresja heterologiczna transgeneza roślin A co z bardziej złożonymi, wieloczynnikowymi cechami?

Inżynieria ewolucyjna

Inżynieria ewolucyjna Brassica oleracea var. silvestris (brzoskiew) Brassica oleracea odmiany uprawne

Biologia syntetyczna Współczesna inżynieria genetyczna ograniczona jest do prostych systemów, gdzie za pożądaną funkcję odpowiada jeden lub kilka genów Biologia syntetyczna - projektowanie nowych systemowych właściwości ogranizmów żywych

Podejścia biologii syntetycznej od góry (top-down) - głęboka modyfikacja istniejących systemów minimalne genomy syntetyczne genomy przeprojektowane genomy Przykład - ortogonalny kod genetyczny

Inżynieria kodu genetycznego Zmiana kodonu stop na sensowny (może kodować niestandardowy aminokwas) Wprowadzenie równoległego kodu, np. czwórkowego, Lajoie et al., 2013, Science 342: 357-342 kodującego niestandradowe aminokwasy Davis, L., and Chin, J.W. (2012). Nat Rev Mol Cell Biol 13, 168 182.

Podejście od dołu (bottom-up) Repertuar elementów i podstawowych obwodów Matematyczny model elementów Projektowanie i składanie systemów z elementów (cegiełek)

Metafora obwodu

Metafora obwodu

What I cannot build I cannot understand Richard Feynman