Genomika a proteomika | Studijní obor, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita

Státní závěrečná zkouška

Státní závěrečná zkouška

Závěrečná státní zkouška se skládá z obhajoby diplomové práce a z vlastní státní zkoušky před komisí pro státní zkoušku, rozsah zkoušky je dán výše uvedenými požadavky. Při zkoušce je kladen důraz především na to, co se uchazeč měl naučit zejména v rámci povinných a povinně volitelných přednášek magisterského studia.

Obsah a rozsah státní závěrečné zkoušky

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce – Genomika a proteomika
Státní závěrečná zkouška pro studenty navazujícího magisterského oboru Genomika a proteomika se sestává ze tří hlavních předmětů – genomika, proteomika, a strukturní biochemie, a dále z jednoho ze dvou volitelných – molekulární biologie nebo pokročilá analytická chemie. V rámci každého předmětu budou položeny dvě otázky dle níže uvedeného sylabu.

1. Strukturní biochemie
1. Proteiny – struktura a funkce
– Biogenní vznik proteinů a peptidů, aminokyseliny a jejich vlastnosti
– Proteiny – primární, sekundární a terciární struktury
– Skládání proteinů
– Typy proteinů – strukturní, funkční

2. Vazba ligand-protein
– Typy interakcí – typy interagujících molekul, typy vazby, multivalentní interakce
– Popis interakce – disociační konstanta, kooperativita vazby
– Využití a funkce vazby ligandů na proteiny

3. Enzymy
– Enzymy jako biokatalyzátory, stabilita enzymů
– Aktivní místo – kofaktory, koenzymy, prostetické skupiny
– Enzymová kinetika – rychlost enz. reakce, aktivita, rovnice Michaelis-Mentenové, určení KM a maximální rychlosti
– enzymová regulace – aktivace, inhibice

4. Protein-proteinové interakce
– Typy PPI
– Vliv PTM na PPI
– Proteinové domény rozeznávající PTM
– Metody analýzy PPI

5. DNA-proteinové interakce
– Typy vazebných domén
– Transkripční faktory
– Technologie editace genomu

6. Posttranslační modifikace proteinů
– Typy a funkce PTM
– Ubikvitin a ubikvitin-like modifikace
– Proteasom a degradace proteinů

7. Proteinové komplexy
– Kvarterní struktura
– Alosterie
– Identifikace a analýza proteinových komplexů

8. Komplexy chromatinu
– Nukleosom
– SMC komplexy
– Komplexy centromer
– Komplexy telomer
– Remodelační komplexy

9. Vztah funkce a struktury proteinů
– Transport
– Imunochemie
– Cytoskelet
– Receptory

10. Evoluce proteinů a proteinových komplexů
– Mutace (synonymní a nesynonymní)
– Duplikace, divergence, selekční tlaky
– Shuffling domén, neofunkcionalizace

2. Genomika
1. Základy bioinformatiky
– Definice
– Databázové zdroje
– Základní analytické nástroje – vyhledávání podobných sekvencí, identifikace otevřených čtecích rámců, vyhledávání konsenzuálních sekvencí, konstrukce genových map

2. Rozdíly v základních dogmatech reverzní a přímé genetiky

3. Identifikace genů
– Ab initio
– Experimentální

4. Reverzní genetika
– Identifikace a analýza sekvenčně specifických mutantů
– Metody identifikace přesného místa inzerce
– Potvrzení příčinné souvislosti mezi fenotypem a inzerční mutací

5. Genetika přímá
– Využití knihoven inzerčních mutantů v postupech přímé genetiky
– Vyhledávání v knihovnách inzerčních mutantů podle různých kritérií, fenotypové profilování
– Identifikace mutovaného lokusu

6. Chemická genetika

7. Mechanismus umlčování genů pomocí RNA interference

8. Analýza genové exprese
– Kvantitativní – qRT PCR, čipy, next-generation transkripční profilování
– Kvalitativní – transkripční fúze, translační fúze, tkáňově a buněčné specifická analýza – transkripční mapy, in vivo analýza lokalizace RNA
– In silico – elektronické databáze a vyhledávání v nich

9. Proteinové interakce v genových regulacích
– Funkční význam – struktura chromatinu, regulace transkripce, lokalizace mRNA, stabilita proteinů, přenos signálu

10. Základní strukturní rysy organizace genomů jednotlivých organizmů včetně člověka
– Kódující a nekódující DNA – strukturní geny, RNA geny (rRNA, pre-miRNA a shRNA), transpozony, distribuce genů
– Srovnání genomů jednotlivých typů oragizmů
– Genové katalogy
– Organelární genomy

11. Sekvenování a jeho využití v genomice
– Metody redukce genomové komplexity pro sekvenování – renaturace a exonukleázy, metylační filtrování, sortování chromozomů
– Princip Sangerova sekvenování
– Principy hlavních současných metod NGS sekvenování – 454, Solid, Solexa/Illumina, Ion Torrent

12. Genomika buněčných komunikací
– Metody lokalizace molekul in vivo – proteiny, RNA, RNA lokalizační kódy
– Vnitrobuněčný transport proteinů a jeho funkční význam – sortování proteinů a jeho signály, jaderný transport, mitochondriální transport
– Pokročilé techniky konfokální mikroskopie ve studiu vnitrobuněčné lokalizace proteinů – FRAP, fotoaktivovatelné fluorescenční proteiny, FLIM, FCS

13. Základy systémové biologie
– Koncept
– Mechanizmy vzájemných genových regulací
– Genové regulační sítě – pozitivní a negativní samoregulační smyčky a jejich funkční význam

14. Nástroje systémové biologie
– Analýza genové ontologie
– Matematické modelování genových regulačních sítí

15. Praktické aplikace funkční genomiky
– Individualizovaná medicína – multigenová podmíněnost onemocnění, využití genového klastrování
– Genová terapie
– Regenerativní medicína
– Biotechnologie – význam a bezpečnost GMO

3. Proteomika
1. Úvod do proteomiky
– Peptid, protein, proteom, vztah genom-transkriptom-proteom-metabolom
– Struktura proteinů, vztah struktury a vlastností proteinu, posttranslační modifikace – základní druhy a jejich význam
– Proteomika, přístupy v proteomice (expresní/diferenční proteomika, strukturní proteomika, funkční proteomika)

2. Metody v proteomice
– Příprava proteinových vzorků – základní postupy izolace proteinů, frakcionace modifikovaných peptidů/proteinů
– Rekombinantní proteiny – exprese a příprava
– Separace a frakcionace proteinů/peptidů – chromatografické metody, elektromigrační metody (elektroforéza, izoelektrická fokusace), vícerozměrné separace komplexních směsí, význam separace v proteomice
– Charakterizace proteinů – imunoanalýza, hmotnostní spektrometrie (princip, základní typy instrumentace), rentgenová strukturní krystalografie, cirkulární dichroismus aj.)
– Identifikace proteinu – metody a postupy (pomocí hmotnostní spektrometrie, databázové prohledávání, de novo sekvenování, imunoanalýza, Edmanovo sekvenování)
– Kvantifikace proteinů – metody a postupy (princip relativní a absolutní kvantifikace, přístup izotopovými značkami a bez značek v MS, imunoblot (western blot))

3. Expresní/diferenční proteomika
– Exprese proteinů a její regulace – genová úroveň, sestřih, posttranslační umlčování, atp.
– Přístupy expresní proteomiky – metody a postupy pro kvalitativní a kvantitativní charakterizaci proteomu

4. Strukturní proteomika
– Struktura proteinu – domény, skládání, vztah struktury a funkce
– Přístupy strukturní analýzy – metody a jejich použití
– Modelování – strukturní model a jeho zpřesňování

5. Funkční proteomika
– Proteinové interakce – domény, typy vazeb, interaktom, význam proteinových interakcí
– Metody analýzy protein-proteinových interakcí in vivo – koimunoprecipitace, kvasinkový dvouhybridní test (Y2H), koimunoprecipitace, tandemová afinitní purifikace (TAP-Tag), bimolekulární fluorescenční komplementace (BiFC), analýza zprostředkované membránové vazby (MeRA)
– Charakterizace proteinových komplexů – metody izolace a analýzy proteinových komplexů

6. Proteomická bioinformatika
– Proteomické databáze a nástroje – typy, obsažené informace
– Využití bioinformatických databází v proteomice

7. Proteomické aplikace
– Možnosti využití proteomiky v základním a aplikovaném výzkumu (studium mechanizmů buněčných procesů, struktura proteinů, klinické aplikace, identifikace bakterií, atp.)
– Základní experimentální přístupy pro řešení výše uvedených aplikací

4. Molekulární biologie
1. Biologické makromolekuly – struktura a funkce
– Nukleové kyseliny a nukleotidy
– Proteiny a aminokyseliny
– Polysacharidy a jejich podjednotky

2. Buněčné membrány, jejich složení a funkce, transportní procesy
– Cytoplazmatická membrána
– Jaderná membrána
– Buněčná stěna
– Organelové membrány

3. Replikace DNA
– Princip semikonzervativní replikace
– Počátky replikace, struktura replikační vidlice
– Enzymy a další faktory zajišťující replikaci DNA

4. Transkripce a reverzní transkripce
– Základní typy RNA v buňce
– RNA polymerázy
– Posttranskripční úpravy RNA

5. Translace a genetický kód
– Základní složky proteosyntézy (ribozómy, tRNA, mRNA, aminoacyltransferázy)
– Genetický kód a jeho degenerace
– Kodóny a jejich interakce s tRNA

6. Mutace a opravy DNA
– Vznik mutací, mutageny, somatické a gametické mutace, mutageneze
– Fenotypové důsledky mutací, příklady, dědičná onemocnění
– Mechanismy opravy DNA (fotoreaktivace, excizní oprava, nehomologní a homologní rekombinace)

7. Gen
– Mendelovo pojetí, Mendelovy principy dědičnosti
– Další možné definice genu / pojetí genu, z hlediska jeho funkce a materiální podstaty
– Základní struktura prokaryotického a eukaryotického genu

8. Regulace genové exprese
– Pozitivní a negativní regulace genové exprese, indukce a represe
– Regulace genové exprese u prokaryot a virů, příklady
– Regulace genové exprese u eukaryot

9. Metody molekulární biologie
– Principy izolace nukleových kyselin a proteinů
– Restrikční endonukleázy a další enzymy používané v manipulacích s DNA a RNA
– Southernův přenos a hybridizace, hybridizace in situ, značení sond
– PCR a RT-PCR, kvantitativní varianty, aplikace
– Molekulární klonování, klonovací vektory, aplikace
– Stanovení sekvence DNA/RNA

10. Struktura chromozomů a chromatinu
– Prokaryotický a eukaryotický chromozóm, jeho topologie a složení
– Chromatin a nukleozóm jako jeho základní podjednotka
– Základní funkční elementy euk. chromozómů – centromery, telomery a replikační počátky
– Nehistonové proteiny chromatinu

11. Epigenetika
– Definice pojmu epigenetika
– Epigenetické procesy a jejich molekulární mechanismy (příklady)
– Epigenetické mechanismy regulace exprese genů
– Genetické a epigenetické regulace ontogeneze

12. Buněčný cyklus a jeho regulace
– Fáze buněčného cyklu
– Cykliny a cyklin-dependentní kinásy
– Regulace anafáze (APC)
– Mitóza a meióza

5. Pokročilá analytická chemie
1. Analytický proces a vyhodnocování výsledků
– měření a stanovení – normální rozdělení dat, vyjadřování výsledku
– přesnost a správnost výsledků; náhodná a systematická chyba
– analytický signál, kalibrace, standardizace, specifita a selektivita
– parametry analytické metody – mez detekce a stanovitelnosti

2. Separační metody
– základy chromatografických separací: teorie, chromatogram, rozlišení, kvalitativní a kvantitativní informace
– kapalinová chromatografie: stacionární fáze; mobilní fáze a eluční síla
– chromatografie na normální a obrácené fázi
– iontově výměnná chromatografie
– afinitní chromatografie (IMAC, MOAC, imunoafinitní metody…)
– chromatografie s hydrofilními a hydrofobními interakcemi
– molekulová vylučovací chromatografie / gelová permeační chromatografie
– elektromigrační techniky: teorie, elektroforetogram
– gelová elektroforéza; kapilární zónová elektroforéza, izotachoforéza; izoelektrická fokusace

3. Analýza sloučenin a molekulově specifická analýza
– spektrofotometrie – Bouger-Lambert-Beerův zákon, měření zákalu (nefelometrie, turbidimetrie)
– luminiscenční metody (fluorescence, bioluminiscence) – kvantový výtěžek, excitace, emise
– hmotnostní spektrometrie: princip; ionizační techniky; hmotnostní analýza, detekce iontů; kombinované techniky; tandemová hmotnostní spektrometrie; kvalitativní, kvantitativní a strukturní analýza
– radioaktivní značení – typy radioaktivních rozpadů, využívané radioaktivní prvky v bioanalytice, metody detekce

4. Bioanalytické metody
– určování molekulové hmotnosti biopolymerů (SEC/GPC, SDS-PAGE, MS…)
– metody ke studiu struktury biopolymerů (CD, rentgenová krystalografie…)
– metody sledování interakcí makromolekul s ligandy (protein-proteinové interakce, interakce protein-nukleové kyseliny)

Srovnávací literatura

Strukturní biochemie

  1. Textbook of Structural Biology, A. Liljas, L. Liljas, J. Piskur, G. Lindblom, P. Nissen, M. Kjeldgaard: World Scientific Publishing Co., Singapore, 2009
  2. Protein-protein interactions. Edited by E.A. Golemis and P.D. Adams. 2nd ed. Cold Spring Harbor, New York, N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2005
  3. Uetz P. and Finley RL Jr.: From protein networks to biological systems, FEBS Lett. 2005, 21;579(8):1821-7.

Genomika

  1. Introduction to genomics, Lesk, A. M., Oxford university press, 2007
  2. Molecular biology of the cell, Alberts, B., Wilson, J.H., and Hunt, T., New York: Garland Science, 2008
  3. Discovering genomics, proteomics and bioinformatics : A. M. Campbell et al., Benjamin Cummings 2002
  4. Plant functional genomics, Grotewold, E. , Totowa, N.J.: Humana Press, 2003
  5. Úvod do praktické bioinformatiky, Cvrčková, F., Academia, Praha, 2006
  6. Genomes, T.A., Brown, Third Edition. Garland Science, London, 2006
  7. Genetika, Snustad D.P., Simmons M.J., Masarykova univerzita, Brno, 2009

Proteomika

  1. Proteome research : mass spectrometry. Edited by Peter James. Berlin: Springer-Verlag, 2001
  2. Protein Sequencing and Identification using Tandem Mass Spectrometry. Michael Kinter and Nicholas E.Sherman. New York : Wiley-Interscience, 2000
  3. Handbook of Proteomic Methods. Edited by P. Michael Conn. Totowa : Humana Press, 2003

Molekulární biologie

  1. Úvod do molekulární biologie, 1.-3. díl, Edited by Rosypal. S., 4. Vydání, Stanislav Rosypal, Brno, 2006
  2. Úvod do molekulární biologie, 4.díl., Rosypal, S., Doškař, J., Petrzik, K., Růžičková, V. Třetí inovované vydání. Stanislav Rosypal, Grafex, Brno, 2002
  3. Genetika, Snustad D.P., Simmons M.J., Masarykova univerzita, Brno, 2009
  4. Základy buněčné biologie :úvod do molekulární biologie buňky. Alberts, B., 2. vyd., Ústí nad Labem : Espero Publishing, 2006
  5. Genomes, T.A.. Brown, Third Edition. Garland Science, London, 2006

Pokročilá analytická chemie

  1. Analytical chemistry. Christian, G. D., 6th ed. Hoboken, NJ : John Wiley & Sons, 2003
  2. Trace quantitative analysis by Mass spectrometry, Boyd et al., Willey 2008
  3. Bioanalytical chemistry, Mikkelsen, Susan R, Cortón, Eduardo. Hoboken, N.J., John Wiley & Sons, 2004
  4. Analytické separační metody, Štulík, Karel. 1. vyd. Praha, Karolinum, 2004

Komise pro SZZ
Genomika – doc. Hejátko, prof. Fajkus, doc. Lysák, doc. Pečinka (Ostrava)
Proteomika – doc. Zdrahal, prof. Hernychová (Pardubice), doc. Havliš
Strukturní biochemie – doc. Paleček, prof. Šebela (Olomouc)
Molekulární biologie – prof. Fajkus, doc. Hejátko, doc. Paleček
Pokročilá analytická chemie – doc. Havliš, prof. Šebela (Olomouc), doc. Zdráhal

Plán SZZ a obhajob DP pro akademický rok 2016/2017

obhajoba + zkouška – cca 90 minut
místo konání: A2, 2.11

8. června, 2015
složení komise:
Fajkus (předseda), Zdráhal (místopředseda), Paleček, Šebela, Lysák, Hejátko

08:00 – 09:30 Klíč, Václav (vedoucí dr. Čejková, oponent dr. Paštěková, LF MU)
09:30 – 11:00 Lyčka, Martin (vedoucí dr. Fojtová, oponent dr. Havran, BFÚ)
11:00 – 12:30 Rájecká, Veronika (vedoucí prof. Fajkus, oponent dr. Crhák Khaitová)

9. června, 2015
složení komise:
Fajkus (předseda), Zdráhal (místopředseda), Paleček, Šebela, Lysák, Hejátko

09:00 – 11:30 Vasarábová, Ivana (vedoucí doc. Paleček, oponent dr. Zabrady, Uni St. Andrews, UK)
11:30 – 13:00 Vávra, Ondřej (vedoucí dr. Brezovský, oponent dr. Martínek, VUT FIT)
13:00 – 14:30 Závodník, Michal (vedoucí prof. Fajkus, oponent dr. Peška)

Domů Přihlásit se