Молекулярные механизмы изменчивости и стабильности генома

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
И.о. проректора-начальник
управления по научной работе
_______________________ Г.Ф. Ромашкина
__________ _____________ 2011г.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ И СТАБИЛЬНОСТИ
ГЕНОМА
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том числе
бионанотехнология), очной и заочной форм обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы _____________________________/Петухова Г.А./
«______»___________2011г.
Рассмотрено на заседании кафедры экологии и генетики «___»_______2011 протокол № ___
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 9 стр.
Зав. кафедрой ____________________________/И.В. Пак/
«______»___________ 2011 г.
Рассмотрено на заседании УМК отделения биологии Института математики, естественных
наук и информационных технологий «___»________2011 протокол № ___
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК _______________________/Фролова О.В./
«______»_____________2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Нач. отдела аспирантуры
и докторантуры___________________М.Р. Сорокина
«______»_____________2011 г.
2011
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
Кафедра экологии и генетики
Петухова Г.А.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ
И СТАБИЛЬНОСТИ ГЕНОМА
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том числе
бионанотехнология), очной и заочной формы обучения
Тюменский государственный университет
2011
Петухова Г.А. Молекулярные механизмы изменчивости и стабильности
генома. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов
специальности 03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехнология),
очной и заочной форм обучения. Тюмень, 2011, 9 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре
основной профессиональной образовательной программы послевузовского
профессионального образования (аспирантура).
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Молекулярные механизмы изменчивости и стабильности генома.
[электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой экологии и генетики. Утверждено
и.о. проректора-начальника управления по научной работе Тюменского
государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР:
заведующий кафедрой экологии и генетики
Тюменского государственного университета,
д.б.н. Пак И. В.
Тюменский государственный университет, 2011.
© Петухова Г.А., 2011.
1. Пояснительная записка.
1.1. Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины «Молекулярные механизмы изменчивости и стабильности
генома» является получение базовых знаний о структуре и функционировании генома, о
научных и прикладных аспектах использовании молекулярной генетики.
В процессе изучения дисциплины аспиранты решают следующие задачи: в
систематизированной форме усваивают основы молекулярных процессов в коетках;
вопросы функционирования сложных внутриклеточных систем репарации, репликации,
транскрибции и трансляции; рассматривают процессы миграции генов, причины,
вызвавшие нестабильность генома, изучают прикладные аспекты использования
нестабильности в практической деятельности человека.
Учебно-методический комплекс «Молекулярные механизмы стабильности и
изменчивости генома» соответствует паспорту специальности 03.01.06 – Биотехнология (в
том числе бионанотехнология).
Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Молекулярные механизмы стабильности и изменчивости генома»
относится к циклу «специальные дисциплины отрасли науки и научной специальности».
Она логически и содержательно-методически взаимосвязана с дисциплинами
бакалавриата и магистратуры: Б.1. Гуманитарного, социального и экономического цикла:
базовой частью и Б.3. Профессионального цикла: базовой (общепрофессиональной)
частью: экономикой; биологией размножения и развития; микробиологией, введением в
биотехнологию и биоинженерию, физиологией человека и животных, генетикой и
селекцией, биохимией и молекулярной биологией. Для успешного освоения дисциплины
необходимы базовые знания по генетике, биологии размножения и развития, введению в
биотехнологию и биоинженерию, микробиологии, физиологии, биохимии, умение к
биометрической обработке материала, владение компьютерными статистическими
программами. Для успешного освоения данной дисциплины необходимо предшествующее
изучение следующих модулей: экономики; биологии размножения и развития, цитологии
и гистологии; физиологии человека и животных, генетики и селекции, биохимии и
молекулярной биологии, введению в биотехнологию и биоинженерию.
1.2. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
- способность к творчеству (креативность) и системному мышлению;
- способность к адаптации и повышению своего научного и культурного уровня;
- понимает современные проблемы биологии и использует фундаментальные
биологические представления в сфере профессиональной деятельности для постановки и
решения новых задач
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
 Знать: основы молекулярной генетики
 Уметь: демонстрировать базовые представления по молекулярной генетике,
применять их на практике, критически анализировать полученную информацию и
представлять результаты исследований.
 Владеть: навыками к научно-исследовательской работе, преподаванию
молекулярной генетики, ведению дискуссии.
2. Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр 4. Форма промежуточной аттестации зачет.
дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.
Общая трудоемкость
3. Тематический план.
Лекции
Семинарские
(практические)
занятия
Самостоятельная
работа
Всего часов
Тема
1.
Введение
9
1
1
7
2.
Роль матричных процессов в стабилизации
жизнедеятельности клетки.
Реализация наследственной информации
10
1
2
7
4
10
2
1
7
3
10
1
2
7
3
5.
6.
Репликация и ее роль в стабильности
генома.
Репарация.
Нестабильность генома.
10
11
1
2
2
2
7
7
2
7.
Мобильные диспергированные гены
12
2
2
8
4
Итого:
Из них в интерактивной форме
72
10
3
12
3
50
10
16
3.
4.
Формы контроля
Виды учебной работы
и самостоятельная
работа, в час.
№
Из них в интерактивной форме
Таблица 1.
Ответ на
семинаре
Ответ на
семинаре
Контрольная
работа
Ответ на
семинаре
Презентации
Контрольная
работа
Ответ на
семинаре
Зачет
Таблица 2.
Планирование самостоятельной работы аспирантов
№
Темы
1.
Введение
2.
Роль матричных процессов в
стабилизации
жизнедеятельности клетки
3.
Реализация наследственной
информации
4.
Репликация и ее роль в
стабильности генома
5.
Репарация
6.
7.
Нестабильность генома
Мобильные
диспергированные гены
ИТОГО:
Виды СРС
обязательные
Изучение отдельных тем (ответы на
семинарах).
Изучение отдельных тем (ответы на
семинарах).
Выполнение индивидуальных
заданий (рефератов).
Выполнение контрольных работ.
Выполнение индивидуальных
заданий (библиографического
списка).
Изучение отдельных тем (ответы на
семинарах).
Выполнение индивидуальных
заданий (рефератов, презентаций).
Изучение отдельных тем (ответы на
семинарах).
Выполнение индивидуальных
заданий (эссе).
Выполнение контрольных работ.
Изучение отдельных тем (ответы на
семинарах).
Выполнение индивидуальных
заданий (презентаций, эссе).
дополнительные
Объем
часов
Чтение литературы
7
Чтение литературы
7
Чтение литературы
7
Чтение литературы
7
Чтение литературы
7
Чтение литературы
Чтение литературы
7
8
50
4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
Наименование обеспечиваемых
Темы дисциплины необходимые
п/п
(последующих) дисциплин
для изучения обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
1.
2.
3. 4. 5.
6.
7.
Генная инженерия
1.
+
+
+
+
+
Трансгенные организмы
2.
+
Теоретические
и
прикладные
аспекты
3.
+
+
биотехнологии
5. Содержание дисциплины.
1. Введение.
Стабильность и изменчивость. Их взаимосвязь. Общие механизмы поддержания
стабильности генома. Роль изменчивости и генетической нестабильности в
приспособлениях особей. Общая характеристика мобильных генов.
Хромосомная
нестабильность. Геномная нестабильность. Роль митохондрий в стабилизации
функциональных процессов в клетке. Апоптоз и его роль в стабилизации генома. Роль
вегетативной нервной и нейроэндокринной систем, выработка глюкокортикоидных
гормонов и генетическая стабильность.
2. Роль матричных процессов в стабилизации жизнедеятельности клетки.
Поливариантность матричных процессов как основа приспособляемости организмов
к меняющимся условиям среды. Ферментные комплексы и поливариантность.
Генетические основы контроля поливариантности. Кластер генов Zscan4. Регуляция
активности генов. Способы регуляции.
3. Реализация наследственной информации.
Транскрибция, процессинг, трансляция как процессы стабилизации функциональной
активности клетки. Структура РНК-полимеразы. Роль стволовых клеток в поддержании
стабильности генетической информации. Гемопоэз и генетическая стабильность.
4. Репликация и ее роль в стабильности генома.
Репликация. Репликонные вилки. Особенности репликации у про- и эукариот.
Ферменты репликации. ДНК-полимеразы и их особенности. Инициация репликации.
Прерывистый и непрерывный синтез. Конкурентный синтез ведущей и отстающей цепей
ДНК. Проверка и коррекция ошибок. Когерентная модель синтеза. Теломеры.
Теломеразы.
5. Репарация.
Основные виды репарации. Фотореактивация. Эксцизионная репарация. Репарация
не спаренных оснований. ПРР, SOS-репарация. Участие белка р53 в репарации.
Тканеспецифичность репарации. Активация МАР-киназных каскадов в тканях в ходе
репарации. Мутации как проявление ошибок репарации. Защита клеток от оксидативного
стресса
6. Нестабильность генома.
Виды генетической нестабильности. Причины и факторы, влияющие на
нестабильность. Вклад белковых систем в генетическую нестабильность. Особенности
генетической нестабильности на границах ареалов. Радиация. Загрязнение среды
химическими агентами. Физические факторы и генетическая нестабильность. Изменение в
генетической структуре клеток и в популяциях особей в ходе адаптации особей к
действию повреждающих агентов.
7. Мобильные диспергированные гены.
История открытия. Особенности строения. Роль транспозонов. Классы транспозонов.
Is-элементы, их строение и функционирование. Транспозазы. Особенности вирусов как
транспозонов. Бактериальные транспозоны. Поддержание стабильности генома и
наследственные заболевания. Синдром Цинссера-Энгмена-Коула, синдромом Вернера,
синдромом Луи-Бар и др. Ген-супрессор опухолевого роста р53 и поддержание
стабильности генома. Роль транспозонов в созревании половых клеток и в эмбриогенезе.
6. Планы семинарских занятий.
Семинар по теме 1. «Стабильность и изменчивость»
Обсуждаемые темы:
1. Связь стабильности и изменчивость генома.
2. Значение стабильности и изменчивости в зависимости от условий среды.
3. Общие механизмы поддержания стабильности генома
4. Общая характеристика мобильных генов.
5. Хромосомная нестабильность. Геномная нестабильность.
Семинар по теме 2. «Роль матричных процессов в стабилизации жизнедеятельности
клетки»
Обсуждаемые темы:
1. Матричные процессы в клетках.
2. Поливариантность матричных процессов как.
3. Регуляция активности генов. Способы регуляции.
4. Кластер генов Zscan4.
Семинар по теме 4. «Репликация и ее роль в стабильности генома. Репликация»
Обсуждаемые темы:
1. Репликация и ее роль в стабильности генома.
2. Ферменты репликации. ДНК-полимеразы.
3. Когерентная модель синтеза ДНК.
Семинар по теме 5. «Репарация»
Обсуждаемые темы:
1. Фотореактивация.
2. Эксцизионная репарация.
3. Репарация не спаренных оснований.
4. ПРР, SOS-репарация
Семинар по теме 7. «Мобильные диспергированные гены»
Обсуждаемые темы:
1. Особенности строения.
2. Классы транспозонов
3. Особенности вирусов как транспозонов.
4. Роль транспозонов в созревании половых клеток и в эмбриогенезе.
7. Примерная тематика контрольных работ.
1. Не стабильность генома поколений мушки дрозофилы инкубированных на
нефтяных субстратов разной концентрации.
2. Реактивация мутационных процессов у одуванчика лекарственного под действием
ультрафиолетового излучения от стационарных источников.
8. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
2. Роль матричных процессов в стабилизации жизнедеятельности клетки.
Темы рефератов:
1. Ферментные комплексы и поливариантность.
2. Генетические основы контроля поливариантности.
3. Регуляция активности генов.
4. Способы регуляции генной активности.
3. Реализация наследственной информации
Контрольная работа
1. Транскрибция.
2. Процессинг и сплайсинг
3. Ход трансляции.
4. РНК-полимераза: строение, особенности функционирования.
Составление библиографического списка за последние 5 лет (по журналу
«Генетика», реферативному журналу) по разделам:
1. Транскрибция у прокариот
2. Процессинг у эукариот.
3. Транляция.
4. Репликация и ее роль в стабильности генома.
Темы рефератов:
1. Особенности репликации у про- и эукариот.
2. Инициация репликации.
3. Прерывистый и непрерывный синтез
Темы компьютерных презентаций:
1. Конкурентный синтез ведущей и отстающей цепей ДНК.
2. Проверка и коррекция ошибок.
3. Когерентная модель синтеза.
5. Репарация.
Тема эссе:
1.Ваше мнение о влиянии на ход репарации факторов внешней среды.
6. Нестабильность генома.
Контрольная работа
1. Виды генетической нестабильности.
2.Факторы, влияющие на нестабиьность.
3. Вклад белковых систем в генетическую нестабильность.
7. Мобильные диспергированные гены
Тема эссе:
1. Ваше отношение к проблеме нестабильности генома в эволюционных
преобразованиях видов.
Темы компьютерных презентаций:
1. Особенности строения.МДГ
2. Is-элементы, их строение и функционирование.
3. Особенности вирусов как транспозонов.
4. Бактериальные транспозоны.
9. Образовательные технологии.
По всем темам дисциплины использование мультимедийных средств обучения
(презентации). Использование проблемных и исследовательских методов при написании
рефератов и эссе, составлении компьютерных презентаций и библиографического списка.
Проведение занятий в интерактивной форме по теме 2: конференция «Роль матричных
процессов в стабилизации жизнедеятельности клетки», групповое обсуждение
презентаций, дискуссии по теме 3 «Реализация наследственной информации», по теме 4:
проведение групповой дискуссии «Репликация и ее роль в стабильности генома»,
собеседование в группе по теме 7 «Мобильные диспергированные гены».
10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
10.1.Основная литература:
1. Никольский В. И. Генетика. М.: Оzon. 2010, 431 с.
2. Егорова, Т.А. и др. Основы биотехнологии. М.: «Академия», 2003.
3. Курчанов Н. А. Генетика человека с основами общей генетики, М.: Оzon.,2009, 192
с.
4. Добжанский Ф. Генетика и происхождение видов. Под редакцией С. Г. ИнгеВечтомова. М.: Оzon. 2010. 384 с.
5. Жимулев И. Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск: Издательство
Новосибирского университета, 2002. 459 с
6. Герасименко В.Г. Биотехнология. Киев: Выша школа. 1989.
7. Пак И.В., Цой Р.М. Введение в биотехнологию. Тюмень: ТюмГУ. 2002
8. Щелкунов, С.Н. Генетическая инженерия. Новосибирск, 2004.
9. Общая генетика. Под редакцией С. Г. Инге-Вечтомова М.: Оzon.,2008, 124 с.
10.2. Дополнительная литература:
1. Журнал «Биотехнология» М.: Биотехнология.
2. Журнал «Генетика» М.: Академиздат « Наука»
3. Журнал «Молекулярная биология» М.: Академиздат «Наука»
10.3. Интернет – ресурсы:
1. www.msu-genetics.ru
2. www.rkm.kz/node/802
3. www.evolbiol.ru/rautian_epigen.htm
11. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.
Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, составленными автором,
видеофильмами. На факультете имеется для проведения занятий 3 мультимедийные
аудитории, есть специализированные лаборатории: центр микроскопии (№ 408),
оснащенный электронным микроскопом LSM 510-мета, фазово-контрастным
микроскопом Axioimager А1; лаборатория молекулярной генетики (№ 309), оснащенная
хроматографом ВСЖХ, ПЦР; лаборатория популяционной генетики (№ 111), оснащенная
приборами для проведения электрофореза и цитогенетических исследований.