Bioinżynieria białek

zaliczony kurs biologii molekularnej, biochemii, mikrobiologii

Godziny kontaktowe z prowadzącym zajęcia realizowane w formie zajęć dydaktycznych:

wykład 15 godz.

laboratorium 60 godz.

Łączna liczba godzin z udziałem nauczyciela akademickiego 75

Godziny niekontaktowe (praca własna studenta)

Przygotowanie się studenta do zajęć dydaktycznych - 25 godz.

Przygotowanie się studenta do zaliczeń i egzaminów - 40 godz.

Studiowanie przez studenta literatury przedmiotu - 25 godz.

Łączna liczba godzin niekontaktowych 90

Sumaryczna liczba dla modułu – 165 godzin - 6,0 pkt ECTS

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXV-8.10/21 z dnia 26 maja 2021 r. tj. od cyklu kształcenia 2021/2022:

wykład - egzamin pisemny (W1-W4, K1, K2)

laboratorium - kolokwium (U1, U3, K1)

laboratorium – aktywność na zajęciach, wykonywanie doświadczeń - ocena ciągła (U1-U3, K1, K2)

WYKŁAD

Właściwości biochemiczne i strukturalne białek biologicznie aktywnych. Chemiczne i energetyczne podstawy procesu fałdowania białek. Strukturalne uwarunkowania aktywności biologicznej białek. Technologie biotechnologicznej produkcji białek rekombinowanych - strategie nadprodukcji i przegląd prokariotycznych (bakteryjny system pET) i eukariotycznych (drożdżowy system PichiaPink oraz bakulowirusowy system oparty o komórki owadzie-Bac-to-Bac) systemów ekspresyjnych. Rodzaje wektorów ekspresyjnych i metody ich przygotowywania. Przygotowanie konstruktów genetycznych z wykorzystaniem nowoczesnych technik inżynierii genetycznej (Gibson Assembly, TOPO cloning). Czynniki wpływające na wydajność produkcji białek rekombinowanych oraz podstawy optymalizacji procesu nadekspresji. Problemy związane z nadekspresją białka- wydajność ekspresji i rozpuszczalność białek. Techniki zatężania i odsalania białek. Usuwanie drobnocząsteczkowych zanieczyszczeń oraz wymiana buforu na drodze dializy. Formulacja preparatów białkowych i jej optymalizacja-chemiczne aspekty stabilności białek w roztworze. Praktyczne zastosowanie białek rekombinowanych w różnych gałęziach przemysłu. Pozyskiwanie i analiza białek i peptydów pochodzenia naturalnego, na przykładzie peptydów i białek odpornościowych: analiza materiału wyjściowego pod kątem poszukiwanej aktywności biologicznej; analiza aktywności biologicznej peptydów i białek; wpływ różnych czynników na poziom aktywności biologicznej białek i peptydów; identyfikacja peptydów i białek; możliwości i ograniczenia wykorzystania peptydów pochodzenia naturalnego.

LABORATORIA

Nadekspresja białka rekombinowanego w bakteryjnym układzie ekspresyjnym pET. Metody dezintegracji komórek i frakcjonowania ekstraktu komórkowego na drodze wirowania różnicowego. Otrzymywanie preparatów białek rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych (ciałek inkluzyjnych). Oczyszczanie białka rekombinowanego na drodze chromatografii powinowactwa w warunkach natywnych i denaturujących. Analiza procesu nadprodukcji na drodze elektroforezy białkowej w warunkach denaturujących SDS-PAGE. Identyfikacja białek rekombinowanych na drodze immunodetekcji z wykorzystaniem specyficznych przeciwciał- western-blotting. Zapoznanie się ze standardami wizualizacji, dokumentacji i analizy danych w bioinżynierii białek. Oczyszczanie, detekcja, identyfikacja i analiza aktywności biologicznej białek i peptydów pochodzenia naturalnego ze złożonego materiału biologicznego - na przykładzie peptydów przeciwdrobnoustrojowych i apolipoforyny III owadów: ekstrakcja, wysalanie, metoda dyfuzji radialnej, bioautografia, SDS/PAGE, NATIVE/PAGE, immunoblotting.

Artykuły przeglądowe z aktualnego piśmiennictwa naukowego. Materiały dostępne w zasobach elektronicznych biblioteki głównej UMCS oraz

materiały dostarczone przez prowadzącego.

Molecular cloning - a laboratory manual", third edition, Sambrook J., Russell

D.,W., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXV-8.10/21 z dnia 26 maja 2021 r. tj. od cyklu kształcenia 2021/2022:

Wiedza:

W1. Absolwent zna i rozumie w zaawansowanym stopniu wybrane zagadnienia z zakresu matematyki, fizyki i chemii, pozwalające opisywać i interpretować zjawiska i procesy przyrodnicze na poziomie molekularnym. K_W01

W2. Absolwent zna i rozumie w stopniu zaawansowanym przebieg zjawisk i procesów biologicznych na poziomie molekularnym. K_W04

W3. Absolwent zna i rozumie wybrane zagadnienia z zakresu wiedzy szczegółowej dotyczącej zastosowania osiągnięć biotechnologii w medycynie, przemyśle, ochronie środowiska i rolnictwie. K_W06

W4. Absolwent zna i rozumie podstawowe narzędzia i metody badawcze stosowane w biotechnologii i pokrewnych naukach, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień związanych z analityką białek i kwasów nukleinowych oraz metodyki hodowli komórkowych i tkankowych. K_W07

W5. Absolwent zna i rozumie zasady bezpieczeństwa i higieny pracy w laboratorium biotechnologicznym i pokrewnym. K_W08

Umiejętności:

U1. Absolwent potrafi odpowiednio dobierać i stosować podstawowe narzędzia oraz metody badawcze właściwe współczesnej biotechnologii, biologii molekularnej i mikrobiologii, w tym zaawansowane techniki informacyjno-komunikacyjne. K_U03

U2. Absolwent potrafi posługiwać się specjalistycznym sprzętem stosowanym w laboratoriach biotechnologicznych i pokrewnych oraz przestrzegać zasad bezpieczeństwa w pracy laboratoryjnej. K_U04

U3. Absolwent potrafi wykonywać obliczenia chemiczne i biochemiczne, dokumentować i analizować wyniki oraz formułować w sposób prawidłowy wnioski na podstawie danych uzyskanych w pracy badawczej, w tym laboratoryjnej. K_U05

Kompetencje społeczne:

K1. Absolwent jest gotów do krytycznej oceny posiadanej wiedzy i odbieranych treści w zakresie biotechnologii i nauk pokrewnych i ciągłego rozwijania własnych kompetencji warunkujących profesjonalne podejście do pracy biotechnologa. K_K01

K2. Absolwent jest gotów do uznawania znaczenia wiedzy naukowej w zakresie biotechnologii, zwłaszcza w medycynie, przemyśle, rolnictwie i ochronie środowiska, jej propagowania w rozwiązywaniu poznawczych i praktycznych problemów, samodzielnie lub po zasięgnięciu opinii ekspertów. K_K02