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 Beckwitha- Wiedemanna);
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