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. Sipeki Szabolcs

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

Tematika:

  1. Nukleinsavak szerkezete.
    A genetikai információ tárolása és kifejeződése. Az információ áramlásának iránya, a gén fogalma. Géncsaládok, szupergéncsaládok, génclusterek, genom változékonysága, szatellita DNS, non-repetitív gének – struktúrgének. A nukleotidok  és a polinukleotid-láncok szerkezete, polaritása, 3′ és 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. A kromoszómák szerveződése, a ploiditás.
  2. A DNS replikációja.
    A DNS replikáció elve. A topoizomerázok. A DNS-dependens-DNS polimerázok működése, templát, primer fogalma, a replikáció iránya, illetve a két lánc szintézisének iránya, a proofreading, az Okazaki-fragmentumok, a nick, a DNS-ligáz által katalizált reakció. A cirkuláris prokarióta genom replikációja, a replikációs origo, a plazmidok fogalma. A DNS replikációja eukarióta sejtekben. Az eukarióta kromoszóma szerveződése. Eukarióta DNS-polimerázok, a telomeráz.
  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. A DNS károsodások javításának mechanizmusai, a  a repair rendszerek kapacitásának határa, a mismatch repair. A kijavítatlan károsodások rögzülése, mutációk. A pontmutációk kialakulásának mechanizmusai, 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. Az Ames próba.
  4. Az 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), a konstitutív gének fogalma, a prokarióta mRNS szerkezete. A transzkripció és az RNS poszt-transzkripciós módosulásai eukariótákban. Az eukarióta DNS jellegzetességei, az eukarióta gén exon – intron szerkezete. Az eukarióta transzkripciós egység, az eukarióta RNS-polimerázok. A heteronukleáris RNS fogalma. Az mRNS érése, az 5′ – cap, a 3′ – poliA farok kialakulása, a splicing mechanizmusa. Az eukarióta mRNS szerkezete, az alternatív splicing.
  5. A génkifejeződés szabályozása, transzkripciós faktorok.
    A transzkripció szabályozása prokariótákban, regulátor fehérjék, cisz és transz regulátor elemek. A laktóz (lac) -operon működésének negatív és pozitív szabályozása. A prokarióta riboszóma RNS és tRNS transzkripciója. A transzkripció szabályozása eukariótákban. A transzkripció iniciációjának szabályozása, általános és specifikus transzkripciós faktorok. A hisztonok és a DNS kovalens módosításának (acetiláció, metiláció) jelentősége. Magi (szteroid, tiroid) receptor géncsaládhoz tartozó transzkripciós faktorok. A miRNS szintézise, szerepe a génexpresszió szabályozásában.
  6. A vírusgenom replikációja és az onkogének.
    A vírusgenom, a fágok replikációjának lítikus és lizogén útja, a fág represszor. A restrikciós endonukleázok. Az állati vírusok replikációs stratégiái. A kettős szálú RNS megjelenésének szerepe az interferonok hatásmechanizmusában. A DNS genommal rendelkező állati vírusok, kapcsolatuk a daganatképződéssel, a tumor szupresszor gének fogalma. A retrovírusok replikációja, a reverz transzkriptáz. Az onkogéneket hordozó retrovírusok, a protoonkogén és az onkogén fogalma, kapcsolatuk a daganatképződéssel.
  7. Fehérjeszintézis és lebontás.
    A transzláció mechanizmusa és a polipeptidlánc további sorsa. A genetikai kód, a kódszótár, a transzlációs apparátus komponensei. A transzlációhoz szükséges sejtorganellumok és makromolekulák. A tRNS szerkezet és funkció kapcsolata, aminoacil-tRNS szintetázok. Az mRNS, a 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, a peptidkötés kialakulása, terminálás. A transzláció szabályozása, az eIF2  foszforilációja. A fehérje szintézist gátló antibiotikumok hatásmechanizmusa. A fehérjék sejtorganellumokba  irányítása és a transzláció utáni módosulások. Szekréciós és membrán fehérjék szintézise, transzportja az ER membránon. Az ER és a Golgi rendszer szerepe a glikoprotein szintézisben. A fehérjék intracelluláris lebontása, a lizoszóma, az ubiquitin-proteaszóma rendszer.
  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. A DNS nukleotid-sorrendjének meghatározása (kémiai hasítás, Sanger-módszer, újgenerációs szekvenálások). Restrikciós enzimek, restrikciós endonukleázok gyakorlati jelentősége. Cinkujj-nukleázok. Molekuláris olló (CRISPR/Cas), DNS fragmentek elektroforézise – Restrikciós térképek. Hibridizáció – Southern blot, Northern blot, in situ hibridizáció, (immunhisztokémia). Genetikai rekombináció, integráció, mobil genetikai elemek, géntérkép. Rekombináns DNS vektorok – plazmid, fág, cosmid, YAC, expressziós vektorok. Vektor tervezés – példák: klónozás – szelekciót optimalizáló módszerek. Expressziós vektorok – prokarióta, eukarióta. Genom könyvtár: készítése, felhasználása – kromoszóma séta, génkeresés (“screenelés”), cDNS könyvtár: készítése, felhasználása, teljes fehérje szekvencia megfejtése. DNS chip.
  10. Génamplifikációs eljárások. A polimeráz láncreakció elve, optimalizálása. Allél-specifikus PCR. Restrikciós fragment hosszúság polimorfizmus – orvosi, igazságügyi, élelmiszer-biztonsági alkalmazások. A PCR orvosi alkalmazásai  – virológia, prenatalis diagnózis mutációk kimutatására. Real-time PCR. Géndiagnosztika: Ismert genetikai mutációk, vírus nukleinsavak kimutatása (RFLP, ASA).
  11. A rekombináns géntechnológia gyakorlati alkalmazásai. A géntechnológia gyógyászati alkalmazása: rekombináns géntechnológiával előállított biológiai aktív anyagok (inzulin, véralvadási faktorok, antikoagulánsok, vakcinák). Mutagenezis. Génterápia, előnyei, hátrányai (ADA, TNF). Transzgenikus és knock-out állatok. Mikro-RNS-ek és jelentőségük. A génmódosított élelmiszerek problémája – előállításuk, egészségügyi, ökológiai és gazdasági kockázatok, a génmanipuláció törvényi korlátozása. A tudományos-technológiai fejlődés társadalmi következményei.
  12. A Humán Genom Project program. A humán genom szekvenálása, a gén-adatbankok hozzáférésének biztosítása és a genetikai adatok biztonságos kezelése. A HGP-t követő további projektek, és az eredményekből levonható általános biológiai következtetések. A szellemi tulajdonjog problémái a molekuláris genetikában.
  13. Bioinformatika. Az in silico vizsgálatok alapjai. DNS és fehérje szekvencia adatbankok, a Brenda enzimológiai adatbázis. Az adatbankok használata. Mycobacterium tuberculosis fertőzés és Leiden-mutáció PCR-azonosításához szükséges primer megtervezése DNS-adatbank segítségével. Nukleinsav- és fehérjehomológiák vizsgálata szekvencia adatbankok felhasználásával. Fehérjék térszerkezetének modellezése Rastop programmal.    
  14. Rendszerbiológia. A hálózatelmélet alapfogalmai, skálafüggetlen hálózatok. Biológiai hálózatok. A betegségek hálózatelméleti megközelítése. Informatika és hálózatelmélet a gyógyszertervezésben. A szintetikus biológia alapfogalmai.

A kollokviumi felkészüléshez az alábbi forrásmunkák használandók:
– Ádám Veronika (szerk): Orvosi Biokémia, Semmelweis Kiadó, Bp. 2016, molekuláris biológiai fejezet
– Biokémia, Molekuláris és Sejtbiológia, egyetemi tankönyv (Szerk. Bánhegyi Gábor és Sipeki Szabolcs), e-jegyzet, 1. rész.
– Hrabák András: Molekuláris biológiai módszerek. Semmelweis Kiadó, e-jegyzet, 2018-as kiadás. Csak online változatban érhető el, további információk a „Letölthető anyagok” között.
– Az előadásoknak az intézet honlapjára kerülő ábrái.