Nauczanie na kierunku biotechnologia umiejętności pracy w laboratorium na przykładzie badań przeżywalności komórek w hodowli in vitro

Podobne dokumenty
Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Temat ćwiczenia: Techniki stosowane w badaniach toksyczności in vitro

KARTA KURSU. Kod Punktacja ECTS* 3. Poznanie sposobów i typów hodowli komórek i tkanek zwierzęcych oraz metodyki pracy w warunkach sterylnych.

Biologia komórki SYLABUS A. Informacje ogólne

I nforma cje ogólne. I stopnia X II stopnia. - zaliczenie

Metody analizy białek - opis przedmiotu

Informacje ogólne. Wydział PUM. Specjalność - jednolite magisterskie * I stopnia X II stopnia. Poziom studiów

Informacje ogólne. Wydział PUM. Specjalność - jednolite magisterskie X * I stopnia II stopnia. Poziom studiów

KARTA KURSU TOKSYKOLOGIA KOMÓRKOWA. Kod Punktacja ECTS* 2. Poznanie sposobów oceny toksycznego działania czynników egzogennych na poziomie komórkowym.

Informacje ogólne. Wydział PUM. Specjalność - jednolite magisterskie * I stopnia X II stopnia. Poziom studiów

I nforma cje ogólne. I stopnia X II stopnia. - zaliczenie

KARTA KURSU. Metody biologii molekularnej w ochronie środowiska. Molecular biological methods in environmental protection. Kod Punktacja ECTS* 2

Efekty kształcenia dla kierunku Biotechnologia

Mikrobiologia ogólna - opis przedmiotu

Z47 BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ELEKTROFIZJOLOGICZNYCH BŁON KOMÓRKOWYCH

Wydział Chemiczny Politechniki Gdańskiej Katedra Technologii Leków i Biochemii. Biologia komórki nowotworowej: Ćwiczenie B

Techniki oznaczania aktywności cytotoksycznej związków chemioterapeutycznych in vitro

STUDIA I STOPNIA NA KIERUNKU ZASTOSOWANIA FIZYKI W BIOLOGII I MEDYCYNIE. specjalność Biofizyka molekularna

EFEKTY KSZTAŁCENIA DLA KIERUNKU STUDIÓW BIOTECHNOLOGIA

KARTA KURSU (realizowanego w module specjalności) Biologia eksperymentalna i środowiskowa

Efekty kształcenia dla kierunku Biologia

Oznaczanie aktywności cytotoksycznej chemoterapeutyków wobec komórek nowotworowych

Efekty kształcenia dla kierunku: Biotechnologia II stopień

ZASTOSOWANIA FIZYKI W BIOLOGII I MEDYCYNIE Specjalność: Biofizyka molekularna. 3-letnie studia I stopnia (licencjackie)

Efekty kształcenia dla kierunku: Biotechnologia I stopień

Wzorcowe efekty kształcenia dla kierunku studiów biotechnologia studia pierwszego stopnia profil ogólnoakademicki

BIOLOGIA KOMÓRKI. Testy witalności komórek

Studia podyplomowe: Nauczanie biologii w gimnazjach i szkołach ponadgimnazjalnych

1

1

O/F dydaktycznych. 1. Chemia ogólna i nieorganiczna (WBt-ZZ03) wykłady, ćwiczenia O E

Techniki znakowania cząsteczek biologicznych - opis przedmiotu

Biotechnologia farmaceutyczna

PLAN STUDIÓW. Rodzaj zajęć. e-nauczanie,

KARTA PRZEDMIOTU CYTOFIZJOLOGIA/SYLABUS

PODSTAWY BIOLOGII KOMÓRKI. Bankowanie komórek i ocena ich żywotności

Genetyka i biologia eksperymentalna studia I stopnia 2017/18/19

Genetyka i biologia eksperymentalna studia I stopnia 2017/18/19/20

SYLABUS: BIOLOGIA I GENETYKA

WYDZIAŁ LEKARSKI II. Poziom i forma studiów. Osoba odpowiedzialna (imię, nazwisko, , nr tel. służbowego) Rodzaj zajęć i liczba godzin

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

Genetyka i biologia eksperymentalna studia I stopnia 2018/19/20/21

Program studiów. Dyscyplina: biotechnologia. Studia pierwszego stopnia. Profil ogólnoakademicki. Studia stacjonarne

P l a n s t u d i ó w

Biologiczna ocena wyrobów medycznych Testy in vitro

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

rozumie znaczenie metod badawczych w poznawaniu przyrody tłumaczy, czym jest obserwacja i doświadczenie wymienia etapy doświadczenia

Opis zakładanych efektów kształcenia OPIS ZAKŁADANYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA

Kierunek i poziom studiów: Biologia, poziom pierwszy

Program studiów. Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii

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

BIOLOGIA. Studia II stopnia (stacjonarne i niestacjonarne)

BIOLOGIA KOMÓRKI. Analiza żywotności komórek w warunkach in vitro

KIERUNKOWE EFEKTY KSZTAŁCENIA Efekty przewidziane do realizacji od semestru zimowego roku akademickiego

KARTA KURSU. Kod Punktacja ECTS* 4

BIOLOGIA KOMÓRKI. Podstawy mikroskopii fluorescencyjnej -1 Barwienia przyżyciowe organelli komórkowych

BIOTECHNOLOGIA MEDYCZNA

SYLABUS. Wydział Biologiczno - Rolniczy. Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii

BT_1A_W03 posiada elementarną wiedzę w zakresie prawa, zarządzania i ekonomii R1A_W02

Wykład IV - Mikroorganizmy w środowisku i w przemyśle. przemyśle - opis przedmiotu. Informacje ogólne WB-OSD-MwŚ-W-S14_pNadGen6BSAM.

Wzór sylabusa przedmiotu

UNIWERSYTET ROLNICZY IM. HUGONA KOŁŁĄTAJA W KRAKOWIE WYDZIAŁ BIOTECHNOLOGII I OGRODNICTWA

Opis efektów kształcenia na kierunku BIOTECHNOLOGIA

Fizjologia człowieka

Plan studiów obowiązujący od roku akademickiego 2017/2018

SYLABUS: BIOLOGIA MEDYCZNA

Wprowadzenie do biologii molekularnej.

Nowy kierunek studiów na Wydziale Nauk Biologicznych Uniwersytetu Wrocławskiego. Studia licencjackie i magisterskie

Mikrobiologia środowiskowa - opis przedmiotu

BIOLOGIA KOMÓRKI. Ocena końcowa z kursu będzie liczona jako: 20% oceny z ćwiczeń 80% oceny z egzaminu

Chemia ogólna i nieorganiczna. SYLABUS A. Informacje ogólne Opis

KARTA KURSU. Kod Punktacja ECTS* 4

Tematy- Biologia zakres rozszerzony, klasa 2TA,2TŻ-1, 2TŻ-2

Temat: Komórka jako podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna organizmu utrwalenie wiadomości.

BIOLOGIA KOMÓRKI. Mikroskopia fluorescencyjna -2 Przyżyciowe barwienia organelli wewnątrzkomórkowych

Do uzyskania kwalifikacji pierwszego stopnia (studia inżynierskie) na kierunku BIOTECHNOLOGIA wymagane są wszystkie poniższe efekty kształcenia

PODSTAWY BIOLOGII KOMÓRKI. Bankowanie komórek i ocena ich żywotności

Efekty kształcenia dla kierunku Biotechnologia

A. Ogólny opis przedmiotu

KARTA KURSU. Kod Punktacja ECTS* 2

Program studiów I st. (licencjackich) na kieruneku Biotechnologia

UNIWERSYTET ROLNICZY IM. HUGONA KOŁŁĄTAJA W KRAKOWIE WYDZIAŁ BIOTECHNOLOGII I OGRODNICTWA

Program stacjonarnych środowiskowych Studiów Doktoranckich (ŚSD) pn. Zdrowe Zwierzę Bezpieczna Żywność

Efekty kształcenia dla kierunku studiów CHEMIA studia pierwszego stopnia profil ogólnoakademicki

P r o g r a m s t u d i ó w

Fizjologia roślin - opis przedmiotu

PLAN STUDIÓW. efekty kształcenia K6_U12 K6_W12 A Z O PG_ PODSTAWY BIOLOGII K6_W06 A Z K6_W01 K6_U01

KARTA KURSU (realizowanego w module specjalności) Biologia z ochroną i kształtowaniem środowiska

BIOLOGIA KOMÓRKI KOMÓRKI EUKARIOTYCZNE W MIKROSKOPIE ŚWIETLNYM JASNEGO POLA I KONTRASTOWO- FAZOWYM; BARWIENIA CYTOCHEMICZNE KOMÓREK

P l a n s t u d i ó w

Roczny plan dydaktyczny przedmiotu biologia dla klasy I szkoły ponadpodstawowej, uwzględniający kształcone umiejętności i treści podstawy programowej

S YL AB US MODUŁ U ( PRZEDMIOTU) I nforma cje ogólne. Podstawy cytofizjologii

KARTA KURSU CELL AND TISSUE CULTURE. Poznanie sposobów i typów hodowli komórek i tkanek zwierzęcych oraz metodyki pracy w warunkach sterylnych.

Opis efektów uczenia się dla kierunku studiów

Program studiów podyplomowych STUDIA PODYPLOMOWE DLA NAUCZYCIELI KWALIFIKUJĄCE DO NAUCZANIA PRZEDMIOTU BIOLOGIA OPIS OGÓLNY STUDIÓW

Plan studiów obowiązujący od roku akademickiego 2019/2020

posiada zaawansowaną wiedzę o charakterze szczegółowym odpowiadającą obszarowi prowadzonych badań, obejmującą najnowsze osiągnięcia nauki

I II III IV V VI VII VIII

Plan wynikowy z wymaganiami edukacyjnymi przedmiotu biologia dla klasy I szkoły branżowej I stopnia Autorki: Beata Jakubik, Renata Szymańska

Transkrypt:

Anna KOZIOROWSKA, Lena MAJCHROWICZ Uniwersytet Rzeszowski, Polska Nauczanie na kierunku biotechnologia umiejętności pracy w laboratorium na przykładzie badań przeżywalności komórek w hodowli in vitro Wstęp Biotechnologia jest interdyscyplinarną dziedziną łączącą w sobie wiedzę z zakresu biologii, fizyki, chemii, techniki i bioinformatyki. To integracja nauk przyrodniczych i inżynieryjnych wykorzystywana w procesach biologicznych przebiegających przy udziale drobnoustrojów, kultur tkankowych oraz biokatalizatorów. Studenci podczas studiów zdobywają wiedzę teoretyczną i nabywają praktycznych umiejętności przystosowujących ich do pracy w przemyśle biotechnologicznym i przemysłach pokrewnych [Havdala, Ashkenazi 2007]. Praca badawcza wymaga także zdolności logicznego i twórczego myślenia oraz otwartości umysłu. Niezbędne dla biotechnologa staje się więc poszerzanie swojej wiedzy z zakresu dziedzin pokrewnych, takich jak: materiałoznawstwo, elektronika, technika komputerowa oraz zarządzanie [Scott i in. 2006]. Dzięki zdobytym w trakcie studiów kwalifikacjom studenci mogą znaleźć zatrudnienie m.in. w laboratoriach badawczych, kontrolnych i diagnostycznych. Analiza witalności komórek Z praktycznym zastosowaniem biotechnologii spotykamy się na co dzień. Jej przykładami mogą być: produkcja piwa, fermentacja mlekowa, alkoholowa, metody immunodiagnostyczne, które zrewolucjonizowały diagnostykę endokrynologiczną, czy diagnostyka procesów nowotworowych. Cechą wspólną tych wszystkich zjawisk jest obecność organizmów żywych, komórek lub ich struktur, żeby wytwarzać lub modyfikować produkty lub procesy w określonym zastosowaniu. Komórki jako podstawowe jednostki strukturalne organizmu odgrywają ogromną rolę w funkcjonowaniu istot żywych. Pojedyncza komórka zwierzęca zbudowana jest z jądra komórkowego, błony komórkowej, cytoplazmy, mitochondriów, jąderka, siateczki śródplazmatycznej gładkiej i szorstkiej, rybosomów, aparatu Golgiego i lizosomu. Jej aktywność metaboliczna jest zależna od stanu fizjologicznego, na który wpływają zarówno czynniki zewnętrzne, jak i wewnętrzne [Alberts 2009]. Jednym z badań wykorzystywanych do oceny żywotności komórek jest barwienie przyżyciowe błękitem trypanu (rys. 1). 75

Rys. 1. Wzór strukturalny błękitu trypanu Ze względu na ujemny ładunek nieuszkodzonej błony komórkowej związek ten nie posiada zdolności wnikania do żywych komórek. Natomiast kiedy integralność błony zostanie trwale uszkodzona i następuje zanik potencjału pomiędzy zewnętrzną a wewnętrzną jej stroną, błękit trypanu przenika do wnętrza komórki, barwiąc cytoplazmę lub/i jądro na kolor niebieski. Komórki żywe z nienaruszoną błoną komórkową nie ulegają penetracji przez ten związek, pozostając przeźroczystymi [Louis, Siegel 2011]. Przeżywalność komórek oceniana jest w hemocytometrze przy zastosowaniu mikroskopii świetlnej. Witalność jest ilorazem liczby komórek żywych do całkowitej ich liczby. Inną metodą służącą pomiarowi aktywności metabolicznej komórek jest test MTT. Istotą tego badania jest kolorymetryczny pomiar aktywności mitochondrialnej komórek. W wyniku zastosowania tej techniki pomarańczowe, nierozpuszczalne w wodzie kryształki soli tetrazolowej (MTT) są rozpuszczane w solvencie MTT (rozpuszczalniku organicznym) i redukowane do barwnego formazanu (rys. 2). Absorbancja mierzona jest spektrofotometrycznie przy długości fali 590 nm, uwzględniając długość fali referencyjnej (620 nm). Przeżywalność komórek określa się, porównując próbę badaną do próby kontrolnej [Cieślik 2012]. 76 Rys. 2. Schemat działania testu MTT [Cieślik 2012] Komórka przez całe życie ulega licznym podziałom. Procesy te muszą być ściśle regulowane. Brak kontroli nad nimi może prowadzić do nieograniczonych

podziałów bez różnicowania, czego następstwem jest kancerogeneza [Alberts 2009]. Komórka posiada mechanizmy zapobiegające proliferacji, a w rezultacie doprowadzające do śmierci. W zależności od czynników, jakie działają na tę podstawową strukturę budulcową organizmu, wyróżniamy dwa rodzaje śmierci: apoptozę i nekrozę [Rogalska 2008]. Nekroza jest spontaniczną i bierną odpowiedzią komórki na działanie zewnątrzkomórkowych czynników. Efektem tego procesu jest zahamowanie oddychania wewnątrzkomórkowego i produkcji związków wysokoenergetycznych. Na skutek nekrozy następuje poszerzanie przestrzeni siateczek śródplazmatycznych prowadzące do obrzęku mitochondriów, perforacji błon plazmatycznych, pęcznienia komórki, czego konsekwencją jest śmierć. Zawartość komórki wylewa się do przestrzeni zewnątrzkomórkowej, powodując stan zapalny (potocznie zwany martwicą). Apoptoza natomiast jest kontrolowanym przez geny wewnątrzkomórkowym procesem prowadzącym do zaprogramowanej śmierci komórki. Następstwem tego zjawiska jest usuwanie starych, niepożądanych i uszkodzonych komórek. Atrofia spowodowana jest wycofaniem z wnętrza komórki wszystkich czynników koniecznych do przeżycia. Jej skutkiem jest kondensacja cytoplazmy i pomarszczenie powierzchni komórki oraz zmiany w jądrze prowadzące do jego fragmentacji. Cytoplazma z organellami komórkowymi zostaje otoczona fragmentami błony cytoplazmatycznej. W wyniku tego procesu powstają ciałka apoptotyczne, które są fagocytowane przez sąsiednie komórki, dzięki czemu apoptoza nie powoduje stanu zapalnego [Rogalska 2008; Wong 2011]. Rys. 3. Zmiany apoptotyczne w komórkach linii HeLa barwionych Giemsy. Powiększenie 20x. (fot. P. Sołek) 77

Istnieje wiele metod detekcji apoptozy. Wśród nich należy wyróżnić opierające się na oznaczaniu aktywności kaspazy 3, elektroforezie w żelu agarozowym, barwieniu jodkiem propidyny i DAPI, teście z aneksyną V oraz metodzie TUNEL [Rogalska 2008]. Zaprogramowaną śmierć komórki ocenić również można przy użyciu techniki utrwalania i barwienia komórek odczynnikiem Giemsy z wykorzystaniem obserwacji mikroskopowej, gdyż zmiany zachodzące w komórce na skutek apoptozy są łatwo dostrzegalne (rys. 3). Podsumowanie Studenci kierunku biotechnologia na Uniwersytecie Rzeszowskim uczeni są praktycznych umiejętności pracy w laboratoriach mikrobiologicznych, fizykochemicznych, analitycznych czy cytogenetycznych. Zdobywają te kwalifikacje podczas zajęć laboratoryjnych. Dzięki wnikliwemu poznaniu przedmiotu techniki laboratoryjne w biologii eksperymentalnej oraz przy zastosowaniu doświadczenia praktycznego z zakresu podstaw kultur tkankowych i komórkowych oraz wiedzy przekazywanej na zajęciach biologii komórki i mikrobiologii ogólnej możliwa staje się morfologiczna ocena witalności komórek. Przedmioty akademickie umożliwiają studentowi przełożenie zdobytych podczas zajęć dydaktycznych informacji na ich zastosowanie w trakcie pracy w laboratorium. Ułatwiają przyswajanie wiedzy dotyczącej posługiwania się sprzętem laboratoryjnym, poznanie i wnikliwą analizę budowy, funkcji i procesów zachodzących w komórkach, obejmujących ocenę ich stanu fizjologicznego, oraz zapoznanie się z technikami pracy w warunkach in vitro, które są uproszczonym modelem procesów zachodzących in vivo. Studenci przygotowywani są do sprawnego wykorzystywania współczesnej technologii i nowatorskich metod biologii eksperymentalnej. Uzyskana wiedza praktyczna pozwala im stać się bardziej atrakcyjnymi na obecnym rynku pracy. Literatura Alberts B., Bray D., Hopkin K., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. (2009): Podstawy biologii komórki, Warszawa. Cieślik M. (2012): Znaczenie czynnika indukującego apoptozę AIF w toksyczności peptydów amyloidu β i w genotoksyczności N-metyl-N'-nitro-Nnitrozoguanidyny MNNG, praca doktorska, Warszawa. Havdala R., Ashkenazi G. (2007): Coordination of Theory and Evidence: Effect of Epistemological Theories on Students Laboratory Practice, Journal of Research in Science Teaching vol. 44(8). Louis K.S., Siegel A.C. (2011): Mammalian Cell Viability, AO Research Institute 740. Rogalska S.M. (2008): Biologia komórki w zarysie, Szczecin. Stokłosowa S. (2004): Hodowla komórek i tkanek, Warszawa. Scott D.G., Washer B.A., Wright M.D. (2006): A Delphi Study to Identify Recommended Biotechnology Competencies for First-Year/Initially Certified Technology Education Teachers, Journal of Technology Education vol. 17(2). Wong R. (2011): Apoptosis in Cancer: From Pathogenesis to Treatment, Journal of Experimental & Clinical Cancer Research vol. 30. 78

Streszczenie Nauka na kierunku biotechnologia na Uniwersytecie Rzeszowskim daje możliwość praktycznego wykorzystania wiedzy teoretycznej zdobytej podczas studiów do pracy laboratoryjnej. Wnikliwe poznanie technik laboratoryjnych ułatwia dostosowanie się do obecnych wymogów rynku pracy. W artykule przedstawiono zagadnienia badań witalności komórek hodowanych w warunkach in vitro jako przykład zastosowania praktycznego wiedzy teoretycznej zdobytej w czasie wykładów. Słowa kluczowe: nauczanie praktycznych umiejętności, żywotność, kolorymetryczny test MTT, błękit trypanu, biotechnologia. Education of the Practical Skills of Working in Laboratory Majoring in Biotechnology Based on the Study on Viability of Cell Cultures in vitro Abstract Education majoring in biotechnology at the University of Rzeszów gives the practical use of theoretical knowledge acquired during the study for laboratory work. Thorough knowledge of laboratory techniques makes graduates easier to adapt to current labor market requirements. The paper presents the research of viability of cells culture in vitro as an example of practical application of theoretical knowledge acquired during lectures. Keywords: practical skills education, viability, MTT colometric assay, trypan blue, biotechnology. 79