Molekulární biologie a mikrobiologie

Vztahy:

Úspěšná klasifikace předmětu F7PBNMOB je podmínkou pro následnou klasifikaci předmětu F7PBNNT2

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra přírodovědných oborů

Anotace:

Základy molekulární biologie: Heteropolymery - nukleové kyseliny a proteiny (a jejich stavební kameny nukleotidy a AMK) jako nanočástice s důležitou biologickou funkcí. Využití biomolekul jako nanostruktur pro konstrukci nových struktur a materiálů pro nanotechnologie a tkáňové inženýrství. NK jako médium pro ukládání informace. Centrální molekulární dogma - uchování, přenos a překlad genetické informace, proteosyntéza v biologických systémech. Studium exprese genů, genomika a proteomika. Mutace. Genové inženýrství - příprava rekombinantní DNA, vektory, restrikční enzymy, polymorfismus délky restrikčních fragmentů (RFLP). Elektroforéza v molekulární biologii, Southern blot, Northern blot, Western blot, hybridizace. Klonování DNA, metoda PCR, biotechnologie a hybridomové technologie. Diagnostika dědičných onemocnění analýzou nukleových kyselin (sekvenování DNA).

Základy mikrobiologie: Mikroorganismy s nanorozměry či nanostrukturami (cytoplazmatická membrána 7,5 nm). Nebuněčné formy působící infekce viry (nanočástice o velikosti od 10 nm). Prokaryota - bakteriální buňky. Eukaryota řazená mezi mikroorganismy, obecný přehled houby (kvasinky) a prvoci. Nové poznatky z oblasti virologie a bakteriologie zaměřené na nanotechnologie (bakterie a biogenní magnetické částice - magnetosomy. bakteriální komunikace nanočástice). Mikrobiom lidského těla. Mikrobiální onemocnění člověka. Nozokomiální infekce ve zdravotnických zařízeních. Problematika antimikrobiální rezistence. Nanotechnologie jako nástroj při výzkumu vzrůstající rezistence mikrobiálních patogenů. Biofilmy a jejich problematika v medicíně a materiálovém inženýrství. Antimikrobiální prostředky antivirotika, antibiotika a chemoterapeutika, mechanizmus jejich účinku, dezinfekce, sterilizace. Cytoplazmatická membrána jako nanostruktura, lipozomy, micely.

Požadavky:

Účast na cvičeních nebo v laboratořích, v případě neúčasti je třeba předložit omluvu a cvičení/laboratoře po dohodě a vedoucím cvičení nahradit.

O klasifikaci rozhoduje Zápočtový test. Odpovědi na otázky jsou bodově ohodnoceny dle obtížnosti. Celkové hodnocení odpovídá platné klasifikační stupnici.

Osnova přednášek:

1. Nukleové kyseliny a proteiny (a jejich stavební kameny nukleotidy a AMK) jako nanočástice s důležitou biologickou funkcí. Využití biomolekul jako nanostruktur pro konstrukci nových struktur a materiálů pro nanotechnologie a tkáńové inženýrství.

2. NK jako médium pro ukládání informace. Centrální molekulární dogma - uchování, přenos a překlad genetické informace (replikace, transkripce, translace) prokaryota, eukaryota.

3. Studium exprese genů, genomika a proteomika. Změny genetické informace mutace.

4. Příprava rekombinantní DNA, vektory, restrikční enzymy. Transgenní organismy.

5. Elektroforéza v molekulární biologii, Southern blot, Northern blot, Western blot, hybridizace.

6. Klonování DNA, metoda PCR. Sekvenování DNA.

7. Biotechnologie a hybridomové technologie.

8. DNA diagnostika v klinické praxi a medicíně, polymorfismus délky restrikčních fragmentů (RFLP).

9. Mikroorganismy s nanorozměry či nanostrukturami. Nebuněčné formy působící infekce viry (nanočástice o velikosti od 10 nm), stavba, struktura, krátký taxonomický přehled.

10.Prokaryota - bakteriální buňky, stavba, struktura, krátký taxonomický přehled. Nové poznatky z oblasti mikrobiologie zaměřené na nanotechnologie (bakterie a biogenní magnetické částice - magnetosomy. bakteriální komunikace nanočástice).

11.Mikrobiom lidského těla současné poznatky. Příklady významných mikrobiálních onemocnění člověka virové a bakteriální infekce. Nozokomiální infekce ve zdravotnických zařízeních.

12.Bakteriální biofilmy a jejich problematika v medicíně a materiálovém inženýrství. Nanotechnologie jako nástroj při výzkumu vzrůstající rezistence mikrobiálních patogenů. Antimikrobiální rezistence. Antimikrobiální látky a prostředky.

13.Cytoplazmatická membrána jako nanostruktura (7,5nm) u prokaryotních a eukaryotních buněk. Lipozomy, micely, niozomy jako nové nástroje nanotechnologií v medicíně.

14.Praktické použití nanotechnologií v medicíně. Závěrečný přehled.

Osnova laboratoří:

Osnova cvičení:

1. Práce v molekulárně biologické laboratoři.

2. Práce v mikrobiologické laboratoři. Biology safety level BSL 1, BSL2, BSL3, BSL4.

3. Metody sterilizace a dezinfekce.

4. Metody izolace DNA v molekulárně biologických laboratořích. Elektroforéza NK.

5. Metody kultivace bakterií.

6. Metody izolace bakterií, izolace čisté bakteriální kultury.

7. Metody stanovení antibakteriální účinnosti látek a nanočástic.

Cíle studia:

Výstupní znalosti, dovednosti, schopnosti a kompetence: přehled a znalosti v oblastech základů molekulární biologie a mikrobiologie potřebné pro další studium. Schopnost využívat přehledné molekulárně biologické a mikrobiologické poznatky v nanotechnologiích.

Studijní materiály:

[1] VYMĚTALOVÁ V.: Biologie pro biomedicínské inženýrství, skripta ČVUT 2019, ISBN 978-80-01-06533-4

[2] BROWN T.A.: Klonování genů a analýza DNA, překlad, UPOL, Olomouc, 2007, ISBN 978-80-244-1719-

[3] GOERING R. V.: Mimsova lékařská mikrobiologie, Triton 2016, ISBN 978-80-7387-928-0

[4] VYMĚTALOVÁ V.: Biologie pro biomedicínské inženýrství - laboratorní cvičení, skripta ČVUT 2021, ISBN 978-80-01-06789-5

Doporučená literatura

[1] PETR J.: Klonování, hrozba nebo naděje, PASEKA 2003, ISBN 80-7185-469-7

[2] ŠMARDA J. a kol.: Metody molekulární biologie, Brno, Masarykova univerzita 2005

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bakalářský studijní program Biomedicínské nanotechnologie (povinný předmět)