Betűméret: A A A

Egészségügyi mérnök MSc

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
Egészségügyi mérnök MSc szak

Molekuláris biológia tantárgy

A kurzus vezetője: Dr. Bánhegyi Gábor egyetemi tanár, intézetigazgató
Semmelweis Egyetem Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézet

Előadók: Dr. Bánhegyi Gábor, Dr. Hrabák András, Dr. Mészáros Tamás

Helyszín: Semmelweis Egyetem Elméleti Orvostudományi Központ, Budapest, IX. Tűzoltó u. 37-47. Időpont: szerda 13.00-17.00 Hári Pál terem (2012-13 tanév)

Tematika:

  1. Nukleinsavak szerkezete.
    A genetikai információ tárolása és kifejeződése. Géncsaládok, szupergéncsaládok, génclusterek, genom változékonysága, szatellita DNS, non-repetitív gének – struktúrgének. A nukleotidok  és a nukleinsav lánc szerkezete, polaritás, 3′ 5′ vég fogalma, a szekvencia jelölése, a DNS szerkezete, a komplementer láncokat összetartó kötések, a DNS denaturációja és a  hibridizáció fogalma, DNS topoizomerek. Az  RNS szerkezete, mRNS, tRNS, rRNS szerkezete. A prokarióta genom, az eukarióta genom és a vírus genom fogalma. Az információ áramlásának iránya, a gén fogalma, a genetikai kód, illetve a kodon fogalma.
  2. A DNS replikációja.
    A DNS replikációja prokariótákban, a replikáció elve. DNS dependens DNS polimerázok működése, templát, primer fogalma, a proofreading, a nick és a DNS ligáz által katalizált reakció. A cirkuláris prokarióta genom replikációja, a replikációs origo, a replikáció iránya, illetve a két lánc szintézisének iránya, Okazaki fragmentumok, a plazmidok fogalma. A DNS replikációja eukarióta sejtekben. Az eukarióta kromoszóma szerveződése. DNS polimerázok, telomeráz. A DNS szintézis és a hiszton szintézis időpontja a sejtciklusban, a hisztonok megoszlása.
  3. A DNS károsodásainak javítása repair mechanizmusok, mutációk.
    A DNS leggyakoribb kémiai károsodásai, a bázisok dezaminációja, depurinizáció. Timin dimérek kialakulása. Timin-uracil helyett, biztonsági szerepe a DNS-ben. DNS károsodások javításának mechanizmusai, a  a repair rendszerek kapacitásának határa, a mismatch repair. A kijavítatlan károsodások rögzülése, mutációk. A pontmutációk kialakulásának mechanizmusa, a spontán mutáció mechanizmusa, a pontmutációk következményei kódoló DNS szakaszon, a frame shift illetve a nonsense mutáció fogalma. A mutációk következményei csírasejtekben és szomatikus sejtekben, szuppresszor mutáció, Ames próba. Protoonkogének és tumor szuppresszor gének fogalma.
  4. RNS, és a transzkripció.
    A gén és a transzkripció prokariótákban. A DNS-dependens RNS polimeráz működése, a gén orientációja a kódoló, sense (+) DNS – lánc és a templát (-) DNS-lánc fogalma, a prokarióta transzkripciós egység, a promoter (erős, gyenge) fogalma, az operon fogalma, a lac-operon és a lac promoter szerkezete, a prokarióta mRNS szerkezete. A transzkripció és az RNS poszt-transzkripciós módosulásai eukariótákban. Az eukarióta DNS jellegzetességei, az eukarióta gén exon – intron szerkezete. Az expresszió mértéke és variabilitása emlős szövetekben, megszakított gének Az eukarióta transzkripciós egység, az eukarióta RNS polimerázok. Az eukarióta promóterek, enhancerek és silencerek, a heteronukleáris RNS fogalma. Az mRNS érése, az 5′ – cap, a 3′ – poliA farok kialakulása és a splicing mechanizmusa. Az eukarióta mRNS szerkezete, az alternatív splicing.
  5. A génkifejeződés szabályozása, transzkripciós faktorok, a sejtciklus szabályozása.
    A transzkripció szabályozása prokariótákban, regulátor fehérjék, cisz és transz regulátor elemek. A laktóz (lac) -operon működésének negatív és pozitív szabályozása. Sztringens kontroll és  a prokarióta riboszóma RNS transzkripciója. A transzkripció szabályozása eukariótákban. A transzkripció iniciációjának szabályozása, általános és specifikus transzkripciós faktorok. Protoonkogének és tumor szuppresszor gének által kódolt fehérjék szerepe a sejtciklus szabályozásában. A sejtciklus kontrol pontjai a Gl/S és a G2/M  fázisok határán. Ciklinek és ciklin dependens protein kinázok. Magi (szteroid, tiroid) receptor géncsaládhoz tartozó transzkripciós faktorok.
  6. A vírusgenom replikációja és az onkogének.
    A vírusgenom, a fágok replikációjának lítikus és lizogén útja, a fág represszor. Az állati vírusok replikációja. A DNS genommal rendelkező virusok. A kettős szálú RNS megjelenésének szerepe az interferonok hatásmechanizmusában. Az állati vírusok csoportosítása replikációs mechanizmusuk szerint. A retrovírusok replikációja, a reverz transzkriptáz. RNS dependens DNS polimeráz. Onkogéneket hordozó retrovírusok és a celluláris protoonkogének.
  7. Fehérjeszintézis.
    A transzláció mechanizmusa és a polipeptidlánc további sorsa. Kódszótár, a transzlációs apparátus komponensei. A transzlációhoz szükséges sejtorganellumok és makromolekulák. A tRNS szerkezet és funkció kapcsolata, aminoacil-tRNS szintetázok. mRNS, kodon-antikodon kapcsolat, a lötyögés biológiai jelentősége. Prokarióta és eukarióta riboszómák szerkezete és kötőhelyei. A polipeptidlánc szintézisének mechanizmusa. A transzláció folyamata prokariótákban és eukariótákban, a riboszóma ciklus, tRNS töltés, tRNS kötés, iniciáció, elongáció, peptid kötés kialakulása, terminálás. A transzláció szabályozása, eIF2  foszforilációja. A fehérje szintézist gátló antibiotikumok hatásmechanizmusa. A fehérjék sejtorganellumokba  irányítása és a transzláció utáni módosulások. Szekréciós fehérjék szintézise és transzportja az ER membránban. Glikoprotein szintézis.
  8. Molekuláris biológiai és egyéb biológiai laboratóriumi módszerek. Fizikai-kémiai és biológiai alapú elválasztási módszerek (elektroforézis, kromatográfia) alapelvei. Az enzimdiagnosztika alapjai. Makromolekulák szintézisének mérése jelzett prekurzorokkal. Immunológiai analitikai módszerek (Western-blot, ELISA, Proteome Profiler, AlphaLISA). Aptamerek, ELONA.
  9. Rekombináns géntechnológia.
    Alapvető módszerek: A DNS nukleotid-sorrendjének meghatározása (kémiai hasítás, Sanger-módszer, újgenerációs szekvenálások). Restrikciós enzimek, restrikciós endonukleázok gyakorlati jelentősége. Cinkujj-nukleázok. DNS fragmentek elektroforézise – Restrikciós térképek. Hibridizáció – Southern blot, Northern blot, in situ hibridizáció, (immunhisztokémia). Genetikai rekombináció, integráció, mobil genetikai elemek, géntérkép.
  10. Vektorok és könyvtárak.
    Rekombináns DNS vektorok – plazmid, fág, cosmid, YAC, expressziós vektorok. Vektor tervezés – példák: klónozás – szelekciót optimalizáló módszerek. Expressziós vektorok – prokarióta, eukarióta, – konstitutív, regulálható expressziós vektorok. Genom könyvtár: készítése, felhasználása – kromoszóma séta, génkeresés (“screenelés”), gén struktúra vizsgálatok (regulátor szekvenciák, exon-intron szekvenciák). cDNS könyvtár: készítése, felhasználása, teljes fehérje szekvencia megfejtése. A Humán Genom Project program, gén-adatbankok, genetikai adatok biztonsága.
  11. Génamplifikációs eljárások.
    A polimeráz láncreakció elve, optimalizálása. Allél-specifikus PCR. Restrikciós fragment hosszúság polimorfizmus – orvosi, igazságügyi, élelmiszer-biztonsági alkalmazások. A PCR orvosi alkalmazása  – virológia, prenatalis diagnózis mutációk kimutatására. Real-time PCR.
  12. Génreguláció vizsgálata (transzkripciós szabályozás).
    DNA footprinting, DNS fehérje kapcsolat vizsgálata – gélretardáció, riporter gének. Funkció vizsgálatok – site directed mutagenezis. Gyakorló példák az eddigi információkból. (Mol. Biol. gyakorlat elve.)
  13. A rekombináns géntechnológia gyakorlati alkalmazásai.
    Géndiagnosztika: Betegségre jellemző gének megtalálása (cisztikus fibrózis). Ismert genetikai mutációk, vírus nukleinsavak kimutatása (RFLP, PCR). DNS chip. Génterápia, előnyei, hátrányai (ADA, TNF). Transzgenikus és knock-out állatok. Mikro-RNS-ek és jelentőségük. A géntechnológia gyógyászati alkalmazása: rekombináns géntechnológiával előállított biológiai aktív anyagok (inzulin, véralvadási faktorok, antikoagulánsok, vakcinák). A génmódosított élelmiszerek problémája – előállításuk, egészségügyi, ökológiai és gazdasági veszélyek, a génmanipuláció törvényi korlátozása. A tudományos-technológiai fejlődés társadalmi következményei.
  14. Bioinformatika. Az in silico vizsgálatok alapjai. DNS és fehérje szekvencia adatbankok. Az adatbankok használata. Egy baktérium (Mycobacterium tuberculosis) PCR-azonosításához szükséges primer megtervezése DNS-adatbank segítségével. Az alvadási zavarok egyik típusában szerepet játszó Leiden-mutáció PCR-kimutatásához szükséges primer megtervezése. Két izoenzim (vagy két bármely fehérje) homológiájának vizsgálata fehérje-szekvencia adatbank felhasználásával. Fehérjék térszerkezetének modellezése Rastop programmal.

A későbbi felkészüléshez az alábbi forrásmunkák használandók:
Biokémia, molekuláris és sejtbiológia (szerk.: Bánhegyi G., Sipeki Sz.),
Molekuláris biológiai módszerek (szerk.: Hrabák A.).