МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВПО «Новосибирский национальный исследовательский

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Новосибирский национальный исследовательский
государственный университет» (Новосибирский государственный
университет, НГУ)
Факультет естественных наук
УТВЕРЖДАЮ
_______________________
«_____»__________________201__ г.
Рабочая программа дисциплины
Новейшие молекулярно-генетические технологии
Направление подготовки
020400.68 Биология
Квалификация (степень) выпускника
Магистр
Форма обучения
Очная
Новосибирск
2014
Дисциплина «Новейшие молекулярно-генетические технологии»
является частью ООП по направлению подготовки 020400.68 «биология»
(квалификация магистр). Дисциплина реализуется на факультете
естественных наук Национального исследовательского университета
Новосибирский государственный университет кафедрой информационной
биологии ФЕН НГУ.
Содержание дисциплины охватывает весь круг вопросов, связанных с
основными достижениями в области расшифровки генома прокариот и
эукариот, изучения транскриптома и протеома, исследования регуляторного
аппарата
эукариотической
клетки,
методическими
подходами,
обеспечивающими решение этих задач, постоянным развитием методической
базы молекулярной генетики и молекулярной биологии.
Дисциплина нацелена на формирование общекультурных компетенций
ОК-1, ОК-2, ОК-6, профессиональных компетенций ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК6, ПК-12, ПК-13 выпускника.
Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы
организации учебного процесса: 28 ч. лекции, самостоятельная работа
студента 44 ч. и 36 ч. контроля. Программой дисциплины предусмотрен
рубежный контроль в форме устного экзамена. Промежуточный контроль
учебной деятельности проводится на каждом занятии в виде устного опроса
по материалам предыдущей лекции. Общая трудоемкость дисциплины
составляет 3 зачетных единицы, 108 академических часа.
1.
Цели освоения дисциплины
Основной целью освоения дисциплины является ознакомление
студентов с современными достижениями в области изучения генома,
транскриптома, протеома и регуляторного аппарата про- и эукариотической
клетки,
развитием
материальной
базы
молекулярно-генетических
технологий, совершенствованием их методологических основ, органической
составляющей которых являются биоинформатические методы.
Для достижения поставленной цели выделяются следующие задачи курса:
1.Дать представление о современных молекулярно-генетических методах,
области их применения, преимуществах и ограничениях;
2. Дать представление о сфере применения методов информационной
биологии в современных молекулярно-генетических технологиях;
3. Изучить основные достижения в области геномики, транскриптомики и
протеомики и сформировать представление о вновь возникающих задачах;
4. Дать представление об уровнях регуляции экспрессии генов и
методических подходах к их изучению;
Данный курс является сугубо теоретической дисциплиной. Его
актуальность для магистрантов, специализирующихся по направлению
«биология», определяется необходимостью получения специалистами такого
профиля знаний об экспериментальной базе современных молекулярногенетических технологий, органической частью которых являются
биоинформатические методы. Произошедший в последнее десятилетие
прорыв в развитии методов полногеномного секвенирования привел не
только к лавинообразному накоплению данных о геномах различных видов
про- и эукариотичеких организмов, но также обеспечил возможности
полногеномных медико-генетических исследований (технологии GWAS –
genome-wide association study), возможности широкомасштабного и
непредвзятого транскриптомного анализа (RNA-seq), полно-геномного
изучения эпигенетических модификаций ДНК и хроматина и структурнофункциональной организации регуляторной части генома. Не менее важным
явилось также развитие методов современной протеомики, позволяющих с
высоким разрешением определять спектры белков и их модификаций в
различных клеточных ситуациях. Получение представлений об этих
методических подходах и современных достижениях геномики,
транскриптомики и протеомики являются необходимой компонентой
формирования научного мировоззрения современного биолога.
2. Место дисциплины в структуре ООП магистра
Дисциплина «Новейшие молекулярно-генетические технологии» входит в
вариативную часть профессионального цикла (дисциплина по выбору) ООП
по направлению подготовки 020400.68 «Биология».
Дисциплина
«Новейшие
молекулярно-генетические
технологии»
опирается на следующие дисциплины данной ООП:
 Молекулярная биология (структура генома, молекулярные механизмы
реализации генетической информации);
 Генная инженерия
 Основные молекулярно-генетические процессы;
Результаты
освоения
дисциплины
«Новейшие
молекулярногенетические технологии» используются в следующих дисциплинах данной
ООП:
 Биоинформатика;
 при подготовке дипломной работы.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины «Новейшие молекулярно-генетические технологии»:
 общекультурные компетенции:
 способен к творчеству (креативность) и системному мышлению
(ОК-1),
 способен к адаптации и повышению своего научного и культурного
уровня (ОК-3),
 способен самостоятельно приобретать с помощью информационных
технологий и использовать в практической деятельности новые
знания и умения, в том числе в новых областях знаний,
непосредственно не связанных со сферой деятельности ОК-6;
 профессиональные компетенции:
 понимает современные проблемы биологии и использует
фундаментальные
биологические
представления
в
сфере
профессиональной деятельности для постановки и решения новых
задач (ПК-1),
 знает и использует основные теории, концепции и принципы в
избранной области деятельности, способен к системному мышлению
(ПК-2),
 самостоятельно анализирует имеющуюся информацию, выявляет
фундаментальные проблемы, ставит задачу и выполняет полевые,
лабораторные биологические исследования при решении конкретных
задач по специализации с использованием современной аппаратуры
и вычислительных средств, демонстрирует ответственность за
качество работ и научную достоверность результатов (ПК-3),
 творчески применяет современные компьютерные технологии при
сборе, хранении, обработке, анализе и передаче биологической
информации (ПК-6),
 применяет методические основы проектирования и выполнения
полевых и лабораторных биологических и экологических
исследований с использованием современной аппаратуры и
вычислительных комплексов, генерирует новые идеи и методические
решения (ПК-12),
 самостоятельно использует современные компьютерные технологии
для решения научно-исследовательских и производственнотехнологических задач профессиональной деятельности, для сбора и
анализа биологической информации (ПК-13).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
- иметь представление о современных молекулярно-генетических
методах, области их применения, преимуществах и ограничениях;
- знать принципы изучения генома, транскриптома и протеома и
основные достижения в этой области;
- ориентироваться в полногеномных базах данных по нуклеотидным
последовательностям и их полиморфизмам, а также полногеномных базах
данных по результатам изучения транскриптомов, модификаций ДНК и
хроматина, распределению участков связывания регуляторных белков,
регуляторных контактов отдаленных областей генома
- иметь представление о роли современных биоинформатичеких
методов в первичной обработке полногеномных данных и их биологической
интерпретации
- уметь интерпретировать данные литературы с учетом ограничений и
особенностей использованных методов;
3. Структура и содержание дисциплины
Структура дисциплины предусматривает чтение лекций и самостоятельную
работу студента. Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных
единицы, 108 часов.
№ п/п Раздел дисциплины
С
е
м
е
с
т
р
Н
е
д
е
л
я
с
е
м
е
с
т
р
а
Виды
учебной
работы,
включая
самостоятельную
Формы текущего
работу студентов и
контроля
трудоемкость
успеваемости
(в часах)
(по
неделям
С
семестра)
Л
е
Форма
е
м
промежуточной
С
к
и
Р
КСР аттестации
ц
н
(по семестрам)
С
и
а
я
р
ы
1.1
Методы
секвенирования
ДНК. 2 1
История
вопроса.
Массовое
параллельное секвенирование.
2
2
2
1.2
Полностью
секвенированные 2 2
геномы.
Основные
выводы
сравнительной геномики
2
2
2
1.3
Базы
данных
нуклеотидных 2 3
последовательностей и белков. Базы
данных
мутаций,
SNPs,
наследственных
заболеваний
человека
Регуляторные
SNPs: 2 4
Классификация,
функциональная
значимость, методы поиска
2
2
2
2
2
2
1.4
1.5
Методы изучения транскрипции 2 5
генов: Нозерн-блот анализ, РТ-ПЦР,
Real-time-PCR
2
2
2
1.6
Исследование профилей экспрессии 2 6
генов с помощью массового
параллельного
секвенирования,
биоинформатичекая обработка
2
2
2
1.7
Элементы кор-промотора. Методы 2 7
выявления промоторов и стартов
транскрипции. Базы данных EPD и
DBTSS.
2
2
2
1.8
Выявление
отдаленных 2 8
регуляторных
районов.
Их
классификация и организация
2
2
2
1.9
Сайты
связывания
факторов 2 9
транскрипции. Базы данных TRRD,
TRANSFAC
2
2
2
1.10
Методы
идентификации 2 10 2
регуляторных
элементов,
композиционные
элементы.
Технология Selex, ее преимущества
и недостатки
Методы
массового
анализа 2 11 2
регуляторных районов технологии
2
4
2
4
1.11
Контрольная
работа в виде
устного
опроса
перед
началом
лекции
Контрольная
работа в виде
устного
опроса
перед
началом
лекции
Контрольная
работа в виде
устного
опроса
перед
началом
лекции
Контрольная
работа в виде
устного
опроса
перед
началом
лекции
Контрольная
работа в виде
устного
опроса
перед
началом
лекции
Контрольная
работа в виде
устного
опроса
перед
началом
лекции
Контрольная
работа в виде
устного
опроса
перед
началом
лекции
Контрольная
работа в виде
устного
опроса
перед
началом
лекции
Контрольная
работа в виде
устного
опроса
перед
началом
лекции
Контрольная
работа в виде
устного
опроса
перед
началом
лекции
Контрольная
работа в виде
ChIP- on Chip и ChIP-seq
1.12
Методы
изучения
отдаленных 2 12 2
контактов. Технология Chia-pet
2
2
1.13
Протеомика
Двумерный 2 13 2
электрофорез,
массспектрометрический анализ.
2
4
1.14
Современные
методы 2 14 2
микроскопического анализа
2
4
ИТОГО за семестр
16
28 44
устного
опроса
перед
началом
лекции
Контрольная
работа в виде
устного
опроса
перед
началом
лекции
Контрольная
работа в виде
устного
опроса
перед
началом
лекции
Контрольная
работа в виде
устного
опроса
перед
началом
лекции
Экзамен
36
5.
Образовательные технологии
Используется традиционная система лекций. Перед лекцией в качестве
текущего контроля задается несколько вопросов по прочитанному материалу.
В интерактивной форме требованием ФГОС для предусмотрены 12 ч
занятий. Занятия проходят в компьютерном классе в форме лекций (3*2ч,
лекции №1,2,6), где каждый обучающийся имеет доступ к сети интернет. При
проведении лекций интерактивная форма позволяет более наглядно донести
до студентов особенности и возможности интернет-ресурсов. В процессе
выполнения стандартных заданий происходит взаимодействие студента как с
преподавателем, так и непосредственно с изучаемым интернет-ресурсом. При
такой форме обучения студент при минимальном вмешательстве
преподавателя может увидеть результат обучения, а преподаватель может
легко контролировать результат обучения.
6.
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
Формой текущего контроля при прохождении дисциплины «Новейшие
молекулярно-генетические технологии» является контроль посещаемости
лекционных занятий, ответы на вопросы по пройденному материалу.
Для того чтобы быть допущенным к экзамену, студент должен выполнить
следующее:
- в ходе прохождения дисциплины посетить не менее 50 % занятий;
- ответить на вопросы по пройденному материалу (в начале каждого
лекционного занятия).
Примеры вопросов для текущего контроля:
1) Каковы цели секвенирования геномов позвоночных?
2) Каковы цели секвенирования геномов прокариот?
3) Что дает секвенирование полного генома человека для
биологии и медицины?
4) Для чего нужны автоматические секвенаторы?
5) Для чего необходимо изучение полиморфизма нуклеотидных
последовательностей?
6) Что такое регуляторные SNP и каковы методы их выявления и
анализа?
7) Какими методами изучается экспрессия индивидуальных
генов?
8) Каковы преимущества изучения транскрипции генов методом
Real-Time PCR?
9) Какие существуют методы массового изучения транскрипции
генов?
10) Какие существуют методы идентификации стартов
транскрипции генов?
11) Для чего нужны методы массового выявления сайтов
связывания транскрипционных факторов?
12) Какие экспериментальные подходы используются для
поиска
и
идентификации
сайтов
связывания
транскрипционных факторов?
13) Какие экспериментальные подходы используются для
поиска регуляторных районов генов?
14) Что дает метод иммунопреципитации хроматина?
15) Какие экспериментальные подходы используются для
исследования протеома эукариотических клеток?
16) Содержание проекта ENCODE и его общебиологическое
значение
7.
1
Данные для учета успеваемости студентов в БАРС
Таблица 1.1 Таблица максимальных баллов по видам учебной
деятельности.
2
3
4
5
6
7
8
9
Другие
Лаборатор Практичес
Автоматизиро
виды
Промежут
Лекци
Самостоятел
Семестр
ные
кие
ванное
учебной
очная
Итого
и
ьная работа
занятия
занятия
тестирование деятельнос аттестация
ти
2
90
0
0
60
0
0
Программа оценивания учебной деятельности студента
0
150
Оценка учебной деятельности студента в ходе обучения по программе курса
в течение 7 семестра осуществляется в форме начисления определенной
суммы баллов в соответствии с результатами текущего контроля по
следующим видам учебной деятельности:
Лекции:
Оценивается посещаемость, посещение каждой лекции оценивается в 6
баллов.
Самостоятельная работа
Для оценки качества усвоения материала лекционных занятий, проводится
устный опрос перед началом каждой лекции. Диапазон оценки от 0 до 4
баллов.
Максимально возможная сумма баллов за все виды учебной деятельности
студента за 7 семестр по дисциплине «Новейшие молекулярно-генетически
технологии» составляет 150 баллов.
Итоговая оценка за семестр складывается из суммы баллов, набранных в
семестре и на экзамене. Максимальная сумма баллов в семестре составляет
150 баллов. Устный экзамен оценивается в 40, 60 или 80 баллов в
зависимости от оценки: «удовлетворительно», «хорошо» или «отлично» по
пятибалльной шкале. Таким образом, максимально возможная сумма
составляет 230 баллов.
Для того, чтобы быть допущенным к экзамену студент должен набрать не
менее 90 баллов (60 % из 150 баллов). Допуском к экзамену в случае, если 90
баллов не набраны, служит дополнительная контрольная работа,
составленная по материалам всего семестра, на которой студент должен
набрать не менее 60 % максимально возможных баллов. Эта контрольная
работа пишется один раз. Если студент набирает 60 % баллов, он может
сдавать экзамен, если сумма окажется менее 60 % баллов, то ему
выставляется за экзамен оценка «неудовлетворительно».
При сдаче студентом сдает устного экзамена, баллы за экзамен
суммируются с баллами, набранными в семестре, и в зачетку выставляется
итоговая оценка за семестр:
Таблица 2.1 Таблица пересчета полученной студентом суммы баллов по
дисциплине «Организация и функционирование молекулярно-генетических
систем II: регуляторные геномные последовательности» в оценку:
185 баллов и более (≥80%)
«отлично»
160- 184 балла (≥70%)
«хорошо»
127 – 159 баллов (≥60%)
«удовлетворительно»
126 и менее баллов (<60%)
«неудовлетворительно»
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. Льюин Б. Гены. Бином. 2011. -896с.
2. Чемерис А.В., Ахунов Э.Д., Вахитов В.А. Секвенирование ДНК. М.:
Наука, 1999.- 429с.
3. Carey M., Smale S.T. Transcriptional regulation in eukariotes. N-Y. Cold
Spring Harbor
Laboratory Press, 2000.-640p.
4.Транскрипция и трансляция. Методы. Ред. Б.Хеймса и С.Хиггинса. М.
Мир.1987.–400с.
б) дополнительная литература:
1. Меркулова Т.И, Ощепков Д.Ю., Игнатьева Е.В., Ананько Е.А.,
Левицкий В.Г., Васильев Г.В., Климова Н.В., Меркулов В.М., Колчанов
Н.А. «Экспериментальные и компьютерные подходы к изучению
регуляторных элементов в эукариотических генах».// Биохимия. 2007.
Т.72. С. 1459-1467.
2. Kolchanov N.A., Ignatieva E.V., Ananko E.A., Podkolodnaya O.A.,
Stepanenko I.L., Merkulova T.I., Pozdnyakov M.A., Podkolodny N.L.,
Naumochkin A.N., Romashchenko A.G. Transcription Regulatory Regions
Database (TRRD): its status in 2002. // Nucleic Acids Res. 2002 V. 30 P. 312317.
3. Меркулова Т.И., Ананько Е.А., Игнатьева Е.В., Колчанов Н.А.
Регуляторные коды транскрипции геномов эукариот // Генетика. 2013.
Т.49. № 1. С.37-54.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
4. Льюин Б. Гены. Бином. 2011. -896с.
5. Чемерис А.В., Ахунов Э.Д., Вахитов В.А. Секвенирование ДНК. М.:
Наука, 1999.- 429с.
6. Carey M., Smale S.T. Transcriptional regulation in eukariotes. N-Y. Cold
Spring Harbor Laboratory Press, 2000.-640p.
4.Транскрипция и трансляция. Методы. Ред. Б.Хеймса и С.Хиггинса. М.
Мир.1987.–400с.
б) дополнительная литература:
4. Меркулова Т.И, Ощепков Д.Ю., Игнатьева Е.В., Ананько Е.А.,
Левицкий В.Г., Васильев Г.В., Климова Н.В., Меркулов В.М., Колчанов
Н.А. «Экспериментальные и компьютерные подходы к изучению
регуляторных элементов в эукариотических генах».// Биохимия. 2007.
Т.72. С. 1459-1467.
5. Kolchanov N.A., Ignatieva E.V., Ananko E.A., Podkolodnaya O.A.,
Stepanenko I.L., Merkulova T.I., Pozdnyakov M.A., Podkolodny N.L.,
Naumochkin A.N., Romashchenko A.G. Transcription Regulatory Regions
Database (TRRD): its status in 2002. // Nucleic Acids Res. 2002 V. 30 P. 312317.
6. Меркулова Т.И., Ананько Е.А., Игнатьева Е.В., Колчанов Н.А.
Регуляторные коды транскрипции геномов эукариот // Генетика. 2013.
Т.49. № 1. С.37-54.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
 Ноутбук, медиа-проектор, экран.
 Программное обеспечение для демонстрации слайд-презентаций.
 Терминальный класс, оборудованный рабочими местами с доступом в
Интернет для проведения лекций в интерактивном режиме.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с OC
ВПО, принятыми в ФГАОУ ВО Новосибирский национальный
исследовательский государственный университет с учетом рекомендаций
ООП ВПО по подготовке магистров по направлению 020400.68 «Биология».
Автор: Меркулова Татьяна Ивановна, д.б.н., профессор, доцент кафедры
информационной биологии ФЕН, зав. лаб. ИЦиГ СО РАН
___________________
подпись
Программа одобрена на заседании кафедры информационной биологии
Факультета естественных наук НГУ 04 августа 2014 года, протокол № 9 (65).
Секретарь кафедры _____________ Т.А. Бухарина