Sylabus
1. Úvod do genetiky Čím se zabývá genetika, genomika a jejich podobory. Hlavní modelové organizmy genetiky a jejich vlastnosti.
2. Uplatnění genetiky v praxi Šlechtění rostlin a živočichů. Transgenní rostliny, živočichové a jiné organizmy a jejich využití v zemědělství, potravinářství, farmacii a jiných odvětvích lidské činnosti. Genetika v medicíně: biofarmaceutika, cílený vývoj léčiv, farmakogenetika/genomika, nutrigenetika/genomika, genová terapie (možnosti, výhody a problémy) a genový doping, genetické poradenství (včetně základních informací o neinvazívních a invazívních metodách prenatální diagnostiky, vyšetření karyotypu a DNA diagnostice). DNA profily a forenzní genetika (včetně jejích různých podoborů - využití DNA profilů v kriminalistice; při identifikaci obětí neštěstí; v historii/archeologii/paleontologii; genetická genealogie; další využití DNA profilů).
3. Od genotypu k fenotypu 1a aneb Co je vlastně gen? (klasická genetika - základní pojmy a Mendelovy postuláty) Základní pravidla dědičnosti (Johann Gregor Mendel a jeho postuláty), jejich důsledek pro fenotypový projev v generacích potomstva. Rozvětvovací metoda a její využití při analýzách štěpných poměrů. Základní genetické pojmy v pojetí "klasické" genetiky, genetická nomenklatura.
4. Od genotypu k fenotypu 1b aneb Co je vlastně gen? (klasická genetika - rozšíření a omezení Mendelových postulátů) Platnost a omezení Mendelových postulátů: intragenové interakce (neúplná dominance, kodominance); mnohotný alelizmus; letalita; genokopie, fenokopie, pleiotropie; intergenové interakce (epistáze, inhibice/suprese, komplementarita, genová redundance, polymorfní interakce, kumulativní duplicita); penetrance, variabilní expresivita; vliv prostředí na fenotyp, genetická anticipace; maternální efekt.
5. Od genotypu k fenotypu 2 aneb Co je vlastně gen? (chromozomální genetika v souvislosti s dědičností znaků) Chromozómová podstata dědičnosti. Hlavní historické milníky cytogenetiky, chromozómová teorie dědičnosti a její experimentální důkazy. Znaky pohlavně vázané, pohlavně ovládané a pohlavně ovlivněné a jejich dědičnost. Vazba genů a porušení pravidla o nezávislé segregaci alel. Uniparentální a biparentální nemendelistická dědičnost spojená s existencí mimojaderné DNA u eukaryot.
6. Od genotypu k fenotypu 3a aneb Co je vlastně gen? (molekulární genetika - DNA jako genetický materiál) DNA a RNA jako genetický materiál (objev nukleových kyselin, jejich složení a struktura, experimentální důkazy jejich funkce jako genetického materiálu).
7. Od genotypu k fenotypu 3b aneb Co je vlastně gen? (molekulární genetika - centrální dogma aneb jak se dostat od DNA k polypeptidu) Vývoj pojetí genu během první poloviny
20. století (1 gen = 1 enzym, 1 protein, 1 polypeptid). tRNA a mRNA jako prostředníci mezi DNA a polypeptidem. Genetický kód, jeho rozluštění a vlastnosti. Centrální dogma molekulární genetiky a jeho postupné modifikace.
8. Od genotypu k fenotypu 3c aneb Co je vlastně gen? (molekulární genetika - problémy s definicí genu na molekulární úrovni) Proč nelze gen jednoznačně definovat na fyzické / molekulární úrovni? Pojem lokus a s tím spojené komplikace (překrývající se geny, geny uvnitř genů, genové segmenty, "míchané" geny, "pohyblivé" geny). Transkripční definice genu a s tím spojené komplikace (základní struktura genu a jeho regulační oblasti, operony, alternativní počátky a konce transkripce a translace, alternativní a trans sestřih transkriptů, editace RNA, alternativní čtecí rámce, codon reassignment, recoding, bypass během translace, méně obvyklé aminokyseliny, trans translace, sestřih proteinů, polyproteiny, úpravy konců a další modifikace polypeptidů, nekódující RNA).
9. Od genotypu k fenotypu 4 aneb Čím také může být dána dědičná informace? (epigenetika) Epigenetická dědičnost (definice, základní mechanizmy a charakteristiky). Hlavní nemendelistické jevy spojené s epigenetickou dědičností: inaktivace X chromozómu u savců, rodičovský imprinting, paramutace, poziční efekt, transkripční a posttranskripční umlčování genů v důsledku transgenoze, indukce dědičných změn prostředím, fenotypy spojené s priony.
10. Od fenotypu ke genotypu/genu 1a aneb Jak se co dělá (kontrolované křížení a co všechno se jím dá zjistit: první kroky přímé genetické analýzy) Přímá a zpětná genetická analýza. Náhodná a cílená mutageneze; genetický screening a selekce. Testování genetických hypotéz na základě výsledků křížení (chí kvadrát test dobré shody). Komplementační a epistatická analýza (principy a omezení), supresorová/enhancerová analýza.
11. Od fenotypu ke genotypu/genu 1b aneb Jak se co dělá (rekombinační genetické mapování a něco navíc) Rekombinační genetické mapování (základní princip a pojmy, určení vzdálenosti a pořadí genů na chromozómu pomocí dvoubodového a tříbodového testu, interference, mapovací funkce, mapování s využitím DNA markerů, genetické polymorfizmy (hlavní typy, jejich vlastnosti a využití při mapování), restrikční endonukleázy a jejich využití v genetickém mapování).
12. Od fenotypu ke genotypu/genu 1c aneb Jak se co dělá (speciální metody přímé genetické analýzy u člověka) Rodokmenové symboly. Hlavní typy monogenní dědičnosti a jak je lze na základě rodokmenů rozeznat. Problémy/omezení rodokmenové analýzy. Rekombinační genetické mapování u člověka (vazbové a asociační).
13. Od fenotypu ke genotypu/genu 2 aneb Jak se co dělá (cytogenetická analýza) Čím se zabývá cytogenetika. Mikroskopicky pozorovatelné funkční struktury eukaryotického mitotického (metafázického) chromozómu, morfologické typy metafázických chromozómů; karyotyp, karyogram a ideogram. Hlavní kroky přípravy cytogenetických preparátů. Homogenní a selektivní barvení eukaryotických chromozómů (včetně různých typů pruhování). Cytogenetická nomenklatura. Fluorescenční in situ hybridizace (základní princip, typy sond, využití k různým účelům; mFISH, SKY, mBAND; GISH). Komparativní genomová hybridizace (CGH) a její využití. MLPA a její využití.
14. Od fenotypu ke genotypu/genu 3 aneb Jak se co dělá (sekvenování DNA) Příprava vzorků pro sekvenování DNA. Amplifikace DNA (základní principy klonování a PCR, metody amplifikace DNA používané v současných sekvenačních technologiích). Hlavní sekvenační technologie
1.,
2. a
3. generace, jejich principy, výhody a nevýhody (dideoxy sekvenování, pyrosekvenování, pH sekvenování, sekvenování s využitím cyklických reverzibilních terminátorů, sekvenování pomocí ligace, sekvenování v reálném čase, nanopórové sekvenování). Asembláž a anotace celogenomové sekvence DNA. Referenční genomy a jejich hlavní databáze.
15. Vlastnosti, struktura a organizace genomů 1 (definice a hlavní charakteristiky genomů) Hlavní údaje popisující genomy (velikost; obsah GC párů; hustota, typy a vlastnosti genů; repetitivní sekvence, regulační sekvence ...). Sekvenční homologie (hlavní typy homologických genů, genové rodiny). principy srovnání genomů různých organizmů. Diverzita genomu v rámci druhu. Dynamičnost genomu. Pangenom.
16. Vlastnosti, struktura a organizace genomů 2 (genomy virů a příbuzných entit) Různé typy virových genomů a jejich základní charakteristiky (velikost; typy nukleových kyselin; segmentované a multipartitní genomy, rekombinace; informační obsah - kódující a nekódující složka; charakteristické vlastnosti genů a jejich organizace ...). Virofágy a subvirální agens (satelity a viroidy) a jejich genetická informace.
17. Vlastnosti, struktura a organizace genomů 3a (genomy bakterií a archeí) Základní charakteristiky genomů bakterií a archeí: velikost; typy nukleových kyselin; různé složky; ploidie; informační obsah - kódující a nekódující složka; charakteristické vlastnosti genů a jejich částí; organizace genů v genomu; různé typy repetitivních sekvencí a jejich význam. Struktura a organizace bakteriálního / archeálního chromozómu (DNA a proteinové složky, spiralizace a superspiralizace DNA (a jak vyjadřovat jejich typ a stupeň), NAPs a jejich funk
Anotace
Přednáška má za cíl seznámit studenty s oborem, v němž zejména v posledních letech došlo k výraznému informačnímu nárůstu. Umožňuje propojit klasické poznatky získané v průběhu vývoje genetiky jakožto oboru s nejnovějšími informacemi v souvislosti s genetickou diverzitou organizmů. Důraz je kladen především na propojení mezi obecně platnými zákonitostmi přenosu genetické informace a jejich molekulární podstatou. Studenti získají i základní informace o nejdůležitějších metodických přístupech a technikách používaných v klasické genetice, cytogenetice, molekulární genetice či strukturní genomice (sekvenování), a informace o možném využití genetických poznatků v praxi. Přednáška je doporučována především studentům bakalářského studia programů Speciální chemicko-biologické obory a Biologie ("bílý bakalář", "duhový bakalář") se zájmem nebo potřebou proniknout hlouběji do buněčně-molekulární úrovně genetiky.
UPOZORNĚNÍ: VZHLEDEM K VELKÉMU ROZSAHU A RELATIVNÍ NÁROČNOSTI TÉMAT (MNOHO ZCELA NOVÝCH POJMŮ A PRINCIPŮ) JE (ZEJMÉNA PRO STUDENTY, KTEŘÍ NA STŘEDNÍ ŠKOLE NEZÍSKALI DOBRÝ ZÁKLAD GENETIKY A BUNĚČNÉ BIOLOGIE) OPTIMÁLNÍ ZÁPIS PŘEDMĚTU VE 2. ROČNÍKU STUDIA