Předmět: EXPERIMENTÁLNÍ A MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE

Předmět Experimentální a molekulární biologie (povinná součást SZZ pro všechny specializace) shrnuje klíčové poznatky základních teoretických předmětů a dalších předmětů profilujícího základu společné části studijních plánů.

Okruhy otázek:

• Bi1700 Buněčná biologie: základní vlastnosti prokaryontních a eukaryontních buněk; struktura a vlastnosti biomembrán; transportní funkce biomembrán; plazmatická membrána; osmotické jevy; biomembrány u prokaryontních buněk; membránové organely eukaryontních buněk, jejich stavba a funkce; komponenty cytoskeletu, jejich stavba a funkce; import proteinů do membránových organel; transport molekul do jádra; vezikulární transport; průběh buněčného cyklu a jeho regulace; kontrolní body buněčného cyklu; organizace chromatinu a stavba eukaryontních chromosomů; význam a průběh mitózy; význam a průběh meiózy; cytokineze u rostlinných a živočišných buněk; princip buněčné signalizace; typy signálních molekul; druhy receptorů; synapse; způsoby převodu signálu; sekundární přenašeče; efektory signálních drah; buněčná stěna u prokaryot, rostlin a hub; glykokalyx a ECM u živočichů; interakce mezi buňkami a ECM; mezibunečné interakce; reakce buňky na stres; stresové faktory; typy buněčné smrti; nekróza, apoptóza a autofagie; evoluce buňky
• Bi4020 Molekulární biologie: primární, sekundární a terciární struktura DNA a RNA; konformace DNA; genetická informace a genetický kód; molekulární struktura prokaryotického a eukaryotického genomu; procesy replikace a transkripce u prokaryot a u eukaryot; posttranskripční úpravy a modifikace RNA; sestřih a samosestřih u eukaryot; translace prokaryotické a eukaryotické mRNA; regulace genové exprese u prokaryot a eukaryot; molekulární podstata získané imunity; příčiny variability protilátek; molekulární mechanismy mutageneze a rekombinace; reparace mutačně poškozené DNA; mobilní genetické elementy; transpozony a retrotranspozony; základy genového inženýrství
• Bi3060 Obecná genetika: Mendelovy zákony, princip segregace a kombinace; vztahy mezi alelami téhož genu; genové interakce; Mendelovy principy v genetice člověka; genetická informace a pohlaví organismů; chromosomové a genotypové určení pohlaví; dědičnost genů vázaných na pohlaví; vazba genů; rekombinační mapování; genové mutace; fyzikální a chemické mutageny; základy cytogenetiky; mikrostruktura chromosomů; karyotypy; změny v počtu a ve struktuře chromosomů; genetické založení kvantitativních znaků a jejich analýza; základy genetiky populací
• Bi4090 Obecná mikrobiologie: charakteristika základních skupin mikroorganismů; stavba a dělení prokaryotické buňky; prokaryotické mikroorganismy – bakterie, sinice a archaea, struktura a funkce buňky, nejdůležitější zástupci, jejich výskyt a význam; eukaryotické mikroorganismy – mikroskopické vláknité houby, kvasinky, struktura a funkce buňky, výskyt a význam; životní cyklus prokaryotické buňky, růstová křivka bakterií a kinetika bakteriálního růstu; vliv faktorů vnějšího prostředí a přizpůsobení mikroorganismů; antimikrobní látky, antibiotika a chemoterapeutika; dezinfekce a sterilizace; metabolismus mikroorganismů; fixace vzdušného dusíku, metanogeneze, produkce sekundárních metabolitů; chemolitotrofie a fototrofie, bakteriální fotosyntéza; základy genetiky bakterií; výskyt a význam mikroorganismů v prostředí; vzájemné vztahy mezi mikroorganismy navzájem a mezi mikroorganismy a vyššími organismy; mikroflóra lidského těla; mikroorganismy jako původci onemocnění; mikroorganismy v zemědělství a průmyslu
• Bi5420 Obecná virologie: morfologie a struktura virů, kapsida, obalené a neobalené viry; chemické složení virů; stabilita virů v prostředí a jejich inaktivace; strategie replikace virového genomu dle typu nukleové kyseliny; lytický a lyzogenní životní cyklus bakteriofágů; virofágy; cyanofágy; rostlinné viry; viroidy; viry bezobratlých; patogeneze virových onemocnění; mechanismy šíření virů v hostitelském organismu; virové nákazy zvířat; importované virové nákazy; onkoviry; obrana hostitele proti virovým infekcím; imunizace proti virovým onemocněním; principy očkování; složení a typy vakcín; základní očkovací schémata; chemoterapie virových nákaz; přímá a nepřímá diagnostika virových nákaz; surveillance virových nákaz; bezpečnost práce ve virologické laboratoři; využití virů v biotechnologiích; klasifikace a nomenklatura virů; charakteristika prionů a prionová onemocnění
• Bi1060 Cytologie a anatomie rostlin: buněčná stěna, apoplastický prostor, interceluláry; plazmodezmy a symplast; membránové komponenty rostlinné buňky; endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, vakuoly, mitochondrie, mikrotělíska; typy plastidů; chloroplasty jako místa fotosyntézy, morfogeneze; pletiva meristematická a pletiva vodivá; cévní svazky, transport asimilátů; xylém a floém; funkce a stavba kořene, stonku a listu; rostliny jednoděložné a dvouděložné, stavba hypokotylu
• Bi4060 Fyziologie rostlin: transport vody v xylému, transport rozpuštěných látek přes membrány, translokace v lýku; průduchová regulace výměny plynů; průběh fotosyntézy, regulace a strukturní změny fotosyntetického aparátu; konverze primárních asimilátů, alokace uhlíkatých látek v rostlinných orgánech a jejich využití v růstových procesech; asimilace dusíku a dalších minerálních živin; růstové procesy u rostlin; embryogeneze a klíčení semen; fytohormonální regulace růstu a vývoje; působení světelného a teplotního režimu na růst a vývoj; koncepce stresu u rostlin, reakce na extrémní vnější podmínky, mechanismy adaptace rostlin k působení stresorů; interakce rostlin s jinými organismy
• Bi2080 Histologie a organologie: oplození, vznik zygoty, rýhování; vznik zárodečných listů ektodermu a entodermu, notogeneze; charakteristika, stavba, ontogeneze a klasifikace epitelů, pojivových tkání, svalové tkáně a nervové tkáně; kardiovaskulární systém; imunitní systém; dýchací systém; vylučovací systém; trávící systém; reprodukční systém, spermatogeneze a oogeneze; nervový systém a smyslová ústrojí; tělní povrch; endokrinní systém
• Bi3030 Fyziologie živočichů: fyziologické principy; homeostáza, adaptace a regulace; obecná neurofyziologie; metabolismus; teplota, její vliv a udržování; velikost a proporce těla; fyziologie pohybu; funkce tělních tekutin; imunitní systém; cirkulace; fyziologie dýchacího systému; fyziologie trávení a vstřebávání; exrece a osmoregulace; hormonální řízení; nervová soustava; speciální fyziologie smyslů; biorytmy
• Bi5120 Antropologie: zdroje historického antropologického materiálu, typy pohřbů; základy anatomie lidského skeletu; kostní tkáň; základy anatomie lebky; biologické informace z kosterního materiálu; určování pohlaví a věku u lidských kosterních pozůstatků; sexuální dimorfismus; metody určování dožitého věku u dětí a dospělých; metody studia žárových hrobů; termické změny v kostní tkáni; studium mumifikovaných ostatků; individuální vývoj organismu, procesy růstu a vývoje; tělesná hmotnost a variabilita tělesné stavby lidského těla; typologie morfologické stavby těla; stanovení biologického věku u dospělých; charakteristika současné populace; individuální adaptace; příčiny variability lidské populace a její projevy; evoluční adaptace; stabilita a prediktabilita vývoje
• Bi5040 Biostatistika – základní kurz: testování hypotéz; výběry z biologických populací; spojitá, ordinální a nominální data v biologii; základy designu experimentů a statistického hodnocení dat; typy rozložení dat; základní popisné statistiky; srovnání dvou souborů dat; analýza rozptylu; korelační analýza; regresní analýza.

Předmět: BUNĚČNÁ BIOLOGIE

Předmět Buněčná biologie (povinná součást SZZ pro specializaci Buněčná biologie) shrnuje klíčové poznatky profilujících předmětů specializační části studijního plánu.

Okruh BIOLOGIE ŽIVOČIŠNÝCH BUNĚK

Pokryto předměty: Bi1700 Buněčná biologie, Bi1110 Biologie živočišné buňky, Bi2080 Histologie a organologie

• Stavba živočišné buňky: přehled buněčných organel a jejich funkcí, kompartmentalizace buňky. Životní cyklus proteinů: proteosyntéza, skládání a posttranslační modifikace proteinů, intracelulární transport, degradace proteinů. Buněčný metabolismus: základní dráhy energetického metabolismu buňky, mitochondrie a jejich úloha v buňce. Buněčné membrány: stavba biomembrán, regulace tvorby a recyklace membrán, specializované membránové struktury a typy buněčných membrán živočišných buněk, fúze organel a membránových struktur. Interakce mezi živočišnými buňkami: typy mezibuněčných interakcí a spojů u živočišných tkání a orgánů, funkce mezibuněčných interakcí a spojů, dynamika změn. Extracelulární matrix a cytoskelet: komponenty ECM a cytoskeletu a komunikace mezi nimi, typy stavebních proteinů ve specifických živočišných tkáních a orgánech, pohyb buněk, motilita a invazivita. Buněčná signalizace: signalizace na úrovni buněčné membrány a intracelulární signalizace, přehled základních typů membránových receptorů a mechanismy jejich regulace, principy signální transdukce, významné signální dráhy v živočišných buňkách; signální dráhy řídící metabolismus na úrovni buňky a organismu. Buněčný cyklus, diferenciace a buněčná smrt: principy regulace buněčného cyklu a jejich dynamika; signální dráhy kontrolující růst živočišných buněk, kontrolní mechanismy integrity DNA a mitotického aparátu, buněčný cyklus specializovaných typů živočišných buněk. Buněčná diferenciace a buněčná smrt.

Okruh: BIOLOGIE ROSTLINNÝCH BUNĚK A BUNĚK HUB

Pokryto předměty: Bi1700 Buněčná biologie, Bi1190 Biologie rostlinné buňky, Bi1060 Cytologie a anatomie rostlin, Bi6620 Mikroskopické houby

• Stavba rostlinné buňky: buňka jako základní jednotka života, složení, velikost, energetika, jedinečné vlastnosti eukaryot. Plasmatická membrána: model fluidní mozaiky, složení membrán rostlin, propustnost, membránový potenciál, transportní proteiny, aquaporiny, plasmodezmata. Endomembránový systém a transport: definice, směry transportu, endoplasmatické retikulum, Golgiho aparát, vakuola, sekreční a endocytická dráha. Chloroplasty: struktura, složení, fotosyntéza a její světelné a uhlíkové reakce, fotorespirace, genetický systém plastidů, transport proteinů do chloroplastů, biogeneze chloroplastů, ostatní plastidy. Mitochondrie: struktura, složení, respirační procesy rostlin, genetický systém mitochondrií, transport, biogeneze, peroxizómy, glyoxyzómy, olejová tělíska. Buněčná stěna: složení, funkce, střední lamela, model primární buněčné stěny, biogeneze buněčné stěny, role mikrotubulů, mechanika buněčného růstu, sekundární buněčná stěna její funkce a permeabilita. Rostlinný cytoskelet: funkce, rostlinný aktin a myosiny, cytoskeletální motorické proteiny, pohyby zprostředkované aktinem a myosinem, tubulin, zprostředkované pohyby, mikrotubuly, struktura a stabilita mikrotubulů, motorické proteiny spojené s mikrotubuly, pohyby zprostředkované tubulinem, tvar buňky. Buněčná signalizace: signální dráha převodu signálu, buněčné receptory, převod a zesílení signálu, druhotní přenašeči, obecná hormonální regulace, rostlinné hormony a signální dráhy (cytokininy, etylén, auxiny, gibereliny). Buněčné dělení a ontogeneze rostlin: buněčný cyklus, regulace a kontrolní systém buněčného cyklu, mitóza, zvláštnosti cytokineze buněk vyšších rostlin, meióza, stavba rostlinného těla, embryogeneze rostlin a původ polarity, kořenový (RAM) a vrcholový (SAM) apikální meristém, iniciály. Buňky hub: obecná charakteristika, rozdíly oproti dalším typům eukaryontních buněk.

Okruh: BIOLOGIE BUNĚČNÉHO JÁDRA A CYTOGENETIKA

Pokryto předměty: Bi1700 Buněčná biologie, Bi1110 Biologie živočišné buňky, Bi1190 Biologie rostlinné buňky, Bi6270 Cytogenetika a cytogenomika

• Buněčné jádro eukaryontních buněk: stavba buněčného jádra, struktura a funkce jadérka, jaderný obal a jaderný skelet, komunikace/transport mezi jádrem a ostatními organelami. Organizace chromatinu a stavba chromosomů: způsob a dynamika organizace chromatinu během interfáze, morfologie a struktura eukaryontních chromosomů, nomenklatura lidských chromosomů. Dělení buněčného jádra: genetický význam mitózy a meiózy, porovnání obou typů dělení, průběh mitotického dělení, průběh meiotického dělení, poruchy dělení a jejich genetické důsledky. Dělení buňky: mechanismy cytokineze, rozdíly v průběhu cytokineze u živočišných a rostlinných buněk, distribuce organel do dceřiných buněk. Chromosomové aberace: mechanismy vzniku numerických a strukturních aberací, euploidie a aneuploidie, typy a nomenklatura strukturních aberací, markerové chromosomy, vrozené a získané aberace, sesterské chromatidové výměny (SCE). Praktické aplikace cytogenetiky: reprodukční medicína, onkologie, hodnocení vlivu látek zevního prostředí.

Okruh: METODY BUNĚČNÉ BIOLOGIE

Pokryto předměty: Bi8920 Pokročilé mikroskopické metody, Bi6270 Cytogenetika a cytogenomika, Bi7665 Buněčné a tkáňové kultury, Bi6120 Rostlinné explantáty, Bi5000 Bioinformatika, Bi2021 Informační technologie v buněčné biologii, Bi2020 Vědecká práce v buněčné biologii

• Základy fluorescenční mikroskopie: vlastnosti světla, luminiscence, fluorescence, fosforescence, Jablonskiho diagram, fluorochrom/fluorofor a jeho charakteristiky, přirozené fluorofory, fluorescenční značky a sondy, quantum dots. Fluorescenční mikroskop: konstrukce fluorescenčního mikroskopu, Köhlerovo osvětlení pro odražené světlo, numerická apertura, rozlišovací schopnost, objektivy, zdroje světla, filtry. Imunofluorescenční značení buněk: struktura a funkce imunoglobulinů, polyklonální a monoklonální protilátky, přímá a nepřímá imunofluorescence, postup imunofluorescenčního značení. Fluorescenční značení živých buněk: podmínky pro mikroskopii živých buněk, fluorescenční proteiny a jejich použití, fluorescenční indikátory, organelové sondy, metody FRAP a FRET. Konfokální mikroskopie a speciální fluorescenční metody: princip a konstrukce konfokálního mikroskopu, multifotonová fluorescenční mikroskopie, difrakční limit, dekonvoluce, metody superrozlišovací mikroskopie, Light Sheet mikroskopie, TIRF. Elektronová mikroskopie: vlastnosti elektronů, zdroj elektronů, interakce elektronů se vzorkem, princip transmisní elektronové mikroskopie (TEM), metody pro TEM, ultratenké řezy, negativní kontrastování, imunoznačení, freeze fracturing and etching, stínění kovem, princip skenovací elektronové mikroskopie (SEM), příprava vzorků a metody SEM.
• Základní cytogenetické metody: příprava cytogenetických preparátů z rostlinných a živočišných buněk, klasické cytogenetické barvení, sestavování karyotypů a idiogramů. Metody molekulární cytogenetiky a cytogenomiky: fluorescenční hybridizace in situ (FISH), mnohobarevná FISH (M-FISH), spektrální karyotypování, mBAND, array-CGH, možnosti využití sekvenování NGS.
• Úvod do kultivací živočišných buněk: základní principy tkáňových a buněčných kultur, fyzikální, chemické a biologické faktory. Provoz laboratoří: vybavení laboratoře pro tkáňové a buněčné kultury, zázemí a zásady provozu. Typy buněk a jejich nároky: bezobratlí, obratlovci, savci jako zdroje biologického materiálu, příprava buněčných linií, primokultury a permanentní linie, adherentní a suspenzní buňky, nádorové, imortalizované a normální buňky. Parametry buněk v kultuře a jejich analýza: prolifereace, diferenciace, apoptóza, viabilita. Manipulace s buňkami v kultuře: pasážování, zamražování, uchování, rozmražování, transport buněk, synchronizace buněk v buněčném cyklu. Tkáňové inženýrství, 3D modely: kultivace v 3D, organoidy, kultivace tkání a orgánů. Kontaminace kultur: typy infekcí, prevence, antibiotika, léčba infekcí. Genetické manipulace s buňkami: imortalizace buněk, transfekce buněk vektory.
• Úvod do problematiky rostlinných explantátů: definice pojmů, způsoby kultivace. Podmínky axenické kultury: sterilizace a desinfekce rostlinného materiálu, pomůcek a prostoru, fyzikální podmínky kultivací. Složení živných médií: anorganické látky – makroelementy, mikroelementy, organické látky, zdroj uhlíku, růstové regulátory, aktivní uhlí, ztužování. Fytohormony a růstové regulátory: auxiny, gibereliny, cytokininy, kyselina abscisová, etylén – jejich funkce v rostlinách a v tkáňových kulturách. Mikropropagace: typy regenerace, stádia mikropropagace, meristémové kultury, ozdravování, somaklonální variabilita, vitrifikace, habituace. Kalusové kultury: stadia založení kalusu, přímá a nepřímá morfogeneze, genetická nestabilita kalusu, využití kalusových kultur. Sekundární metabolity a biotechnologie: způsoby zvyšování produkce sekundárních metabolitů v tkáňových kulturách, suspenzní kultury, bioreaktory. Opylování in vitro: bariéry inkompatibility a možnosti jejich překonávání in vitro, využití IVF. Izolace zygotických embryí: vývojová stadia zygotických embryí a jejich nároky na pěstování in vitro, využití metody. Somatická embryogeneze: indukce, původ a stavba somatických embryí, maturace a konverze somatických embryí, využití SE, umělá semena. Indukce haploidních rostlin: přímá a nepřímá androgeneze, prašníkové a mikrosporové kultury, dihaploidizace, gynogeneze, využití haploidů. Kryoprezervace: kryoprotektiva, pomalé a rychlé zmrazování, vitrifikace, využití kryoprezervace.
• Databáze pro molekulární biologii a bioinformatiku: Databáze DNA a proteinových sekvencí, primární a sekundární databáze, jedinečné identifikátory, vyhledávání klíčových slov a sekvencí, skóre a E-hodnoty. Techniky sekvenování DNA: typy knihoven, automatické Sangerovo sekvenování, sekvenování nové generace (NGS), sekvenování třetí generace, přístupy pro sestavení sekvencí (assembly). Manipulace se sekvenčními daty: převody formátů sekvencí, translace in silico, vyhledávání motivů, restrikčních míst, výpočetní analýzy, návrh primerů. Algoritmy a nástroje pro lokální zarovnání sekvencí: algoritmy a softwarové nástroje pro zarovnání více sekvencí, globální a lokální zarovnání, rychlé versus přesné algoritmy, hledání konzervovaného motivu, databáze motivů a jejich využití v biologickém výzkumu. Výpočetní identifikace genů: srovnávací genomika, nástroje a algoritmy pro automatickou anotaci genomových sekvencí, analýza dat NGS a lokální anotace, odeslání genomové sekvence do primární databáze. Databáze proteinových struktur: primární a klasifikační databáze, metody stanovení proteinové struktury s atomistickým rozlišením, predikce struktury proteinů. Fylogenetická analýza založená na nukleotidových a proteinových sekvencích: fylogenetické stromy, jejich biologická interpretace a využití v biologickém výzkumu, ancestrální proteiny a jejich vlastnosti.
• Práce s odbornou literaturou: odborné databáze, typy publikačních výstupů, parametry vědeckých časopisů, princip open-access, predátorské časopisy, osobní scientometrie a identifikátory, citační software. Práce s výzkumnými daty: typy výzkumných studií, pracovní hypotéza, experimentální design, popis a zpracování dat, statistický software. Práce s obrazovými daty: zpracování grafických dat, grafický software, grafické formáty, tvorba posteru a prezentace.