Молекулярные механизмы стабильности и изменчивости генома

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»:

Проректор по учебной работе

_______________________ //

__________ _____________ 2011г.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ СТАБИЛЬНОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ ГЕНОМА

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов направления 020400.68 - Биология,

профиль подготовки - Генетика, Генетика, магистерская программа «Экологическая генетика», очной формы обучения

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

Автор (ы) работы _____________________________//

«______»___________2011г.

Рассмотрено на заседании кафедры экологии и генетики 25 марта 2011 г. № протокола12 Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем 11 стр.

Зав. кафедрой ______________________________//

«25» марта 2011 г.

Рассмотрено на заседании УМК биологического факультета 28 марта 2011 г. № протокола 3

Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК ________________________//

28 марта 2011г.

«СОГЛАСОВАНО»:

Зав. методическим отделом УМУ_____________//

«______»_____________2011 г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Биологический факультет

Кафедра экологии и генетики

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ СТАБИЛЬНОСТИ И ИЗМНЧИВОСТИ ГЕНОМА

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов направления 020400.62- Биология, профиль подготовки – Генетика, очной формы обучения.

Тюменский государственный университет

2011

Петухова механизмы стабильности и изменчивости генома. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 020400.62 - Биология, профиль подготовки – Генетика, очной формы обучения. Тюмень.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.

Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Молекулярные механизмы стабильности и изменчивости генома. [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. *****., свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой экологии и генетики. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой экологии и генетики, д. б.н.

Тюменский государственный университет, 2011.

© , 2011.

1.  Пояснительная записка.

1.1.  Цели и задачи дисциплины

Целью дисциплины «Молекулярные механизмы стабильности и изменчивости генома» является получение базовых знаний о структуре и функционировании генома, о научных и прикладных аспектах использовании молекулярной генетики.

В процессе изучения дисциплины магистры 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 требованиям федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

1.2.  Место дисциплины в структуре ООП магистратуры

Дисциплина «Молекулярные механизмы стабильности и изменчивости генома» относится к циклу Б3. Профессиональный цикл: базовая общепрофессиональная часть. Она логически и содержательно-методически взаимосвязана с дисциплинами Б.1. Гуманитарного, социального и экономического цикла: базовой частью и Б.3. Профессионального цикла: базовой (общепрофессиональной) частью: экономикой; биологией размножения и развития; микробиологией, физиологией человека и животных, генетикой и селекцией, биохимией и молекулярной биологией. Для успешного освоения дисциплины необходимы базовые знания по генетике, биологии размножения и развития, 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.

1.3.  Компетенции выпускника ООП магистратуры, формируемые в результате освоения данной ООП ВПО.

В результате освоения ООП магистратуры выпускник должен обладать следующими компетенциями:

- - способен к творчеству ( креативность) и системному мышлению – ОК 1;

- понимает современные проблемы биологии и использует фундаментальные биологические представленияч в сфере профессональной деятельности для постановки и решения новых задач –ПК -1;

- демонстрирует базовые представления об основных закономерностях и современных достижениях генетики, о геномике, протеомике - ПК-6.

- понимает современные проблемы биологии и использует фундаментальные биологические представленияч в сфере профессональной деятельности для постановки и решения новых задач –ПК -1;

- демонстрирует базовые представления об основных закономерностях и современных достижениях генетики, о геномике, протеомике- ПК-6.

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.

Карта компетенций дисциплины «Молекулярные механизмы стабильности

и изменчивости генома»

Компетенции	Формулировка компетенции	Результаты обучения в целом	Результаты обучения по уровням освоения материала	Виды занятий (лекции, практические, семинарские, лабораторные)	Оценочные средства (тесты, творческие работы, проекты и др.)
минимальный	базовый	повышенный
ОК 1	способен к творчеству (креативность) и системному мышлению	Знает: основные механизмы стабильности геномов	О роли изменчивости и генетической нестабильности в приспособлениях особей	О причинах формирования геномной нестабильности	О роли вегетативной нервной и нейроэндокринной систем в становлении нестабильности генома	Лекции	Контрольная работа
Умеет:оценивать уровень нестабильности генетической структуры	Оценивать уровень генетической нестабильности на границах ареалов	Вычленить вклад генетической нестабильности в приспособлениях особей	Проанализировать вклад белковых систем в генетическую нестабильность	Семинарские занятия	Творческие задания
Владеет:методами оценки изменчивости генома	Ценностной ориентацией на сохранение стабильности наследственной информации	Способностью применять навыки оценки изменчивости генома для прогнозирпования состояния популяций и экосистем	Навыками применения правовых норм в сохранении стабильности структуры популяций	Практические занятия	Тесты
ПК-1	понимает современные проблемы биологии и использует фундаментальные биологические представленияч в сфере профессональной деятельности для постановки и решения новых задач	Знает: причины возникновения нестабильности генома	О необходимости сохранения видового разнообразия организмов в меняющихся условиях среды	Основные принципы эволюции генома и причины формирования изменений в генетической структуре	Основные механизмы формирования наследственной нестабильности генома	Лекции	Контрольная работа
Умеет: исследовать вклад нестабильности в оценку сосояния окружающей среды	Выявлять основные причины нарушения целостности генетической структуры и формирования нестабильности генома	Использовать полученные знания для выяснения более тонких генетических корректировок формирования генетической нестабильности	Применять принципы теории изменчивости генетического материала для оценки состояния окружающей среды	Семинарские занятия	Творческие задания
Владеет:основными методавми оценки гетерогенности популяций	Ценностной ориентацией на сохранение видового разнообразия и онтогенетической стабильности	Способностью применять полученные знания для анализа факторов, влияющих на эволюцию генома человека	Навыками изучения формирования полиморфизма и эволюции наследственного материала,	Практические занятия	Тесты
ПК-6	демонстрирует базовые представления об основных закономерностях и современных достижениях генетики, о геномике, протеомике	Знает: основные процессв формировании нестабильности генома	Основые понятия о теории хромосомной и геномной нестабильности	Основные процессы формирования особенностей протекания процессов репарации репликации, реализации наследственного материала	Виды генетической нестабильности, причины и факторы, влияющие на нестабильность.	Лекции	Контрольная работа
Умеет: анализировать регуляцию генетической стабильности и изменчивости	Демонстрировать знания по теории генетического гомеостаза	Демонстрировать базовые представления о роли стволовых клеток в поддержании стабильности генетической информации	Применять принципы и закономерности гомеостатической регуляции генетической активности	Семинарские занятия	Творческие задания
Владеет: приемами проведения дискуссий по вопросам нестабильности генетических структур	Основными терминами, касающимися основ эволюции генома и изменения его структуры	Способностью вести дискуссию по актуальным вопросам теории эволюции генома	Практическими навыками применения методов оценки генетической нестабильности	Практические занятия	Презентации и доклады

2.  Структура и трудоемкость дисциплины.

Семестр 3. Форма промежуточной аттестации зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.

3.  Тематический план.

Таблица 1.

Тематический план

№	Тема	недели семестра	Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.	Итого часов по теме	Из них в интерактивной форме	Формы контроля
Лекции*	Семинарские (практические) занятия*	Самостоятельная работа*
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Модуль 1.
1.	Введение	1	1	2	10	13	5	Собеседование
2.	Роль матричных процессов в стабилизации жизнедеятельности клетки.	2	2	4	10	16	8	Дискуссия на семинаре
3.	Реализация наследственной информации	3	1	4	10	15	7	Обсуждение презентаций
	Всего		4	10	30	44	20
	Модуль 2.
1.	Репликация и ее роль в стабильности генома.	4	2	2	10	14	6	Дискуссия на семинаре
2.	Репарация.	5	2	4	10	16	6	Обсуждение презентаций
	Всего		4	6	20	30	12
	Модуль 3.
1.	Нестабиьность генома.	6	2	4	12	18	6	Дискуссия на семинаре
2.	Мобильные диспергированные гены	7	2	4	10	16	6	Беседа
	Всего		4	8	22	34	12
	Итого (часов, баллов):		12	24	72	108	44	Зачет
	Из них в интерактивной форме		6	10	28		44

Таблица 2.

Планирование самостоятельной работы студентов

№	Модули и темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объем часов	Кол-во баллов
обязательные	дополнительные
Модуль 1
1.1	Введение	Изучение отдельных тем (ответы на семинарах) Выполнение индивидуальных заданий (эссе)	Работа с литературой по теме	1	10	0-10
1.2	Роль матричных процессов в стабилизации жизнедеятельности клетки.	Изучение отдельных тем (ответы на семинарах) Выполнение индивидуальных заданий (рефератов),	Работа с литературой по по теме	2	10	0-10
1.3	Реализация наследственной информации	Изучение отдельных тем (ответы на семинарах) Выполнение контрольных работ. Выполнение индивидуальных заданий (библиографиче-ского списка)	Работа с литературой по теме	3	10	0-14
	Всего по модулю 1:	3 30	0-30
Модуль 2
2.1	Репликация и ее роль в стабильности генома.	Изучение отдельных тем (ответы на семинарах) Выполнение индивидуальных заданий (рефератов, презентаций)	Работа с литературой по теме	4	10	0-15
2.2	Репарация.	Изучение отдельных тем (ответы на семинарах) Выполнение индивидуальных заданий (эссе, компьютерный вариант глоссариев)	Работа с литературой по теме	5	10	0-15
	Всего по модулю 2:	2 20	0-30
Модуль 3
3.1	Нестабиьность генома.	Изучение отдельных тем (ответы на семинарах) Выполнение контрольных работ.	Работа с литературой по теме	6	12	0-15
3.2	Мобильные диспергированные гены	Изучение отдельных тем (ответы на семинарах) Выполнение индивидуальных заданий (, презентаций) Выполнение индивидуальных заданий (эссе).	Работа с литературой по теме	7	10	0-15
	Всего по модулю 3: 2	22	0-30
	ИТОГО: 7	72	0-100

Изучение отдельных тем

(ответы на семинарах)

Выполнение индивидуальных заданий (рефератов, библиографиче-ского списка)

4.  Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1.1	1.2	1.3	2.1	2.2	3.1	3.2
1.	Молекулярная генетика		+	+
2.	Иммунология						+
3.	Общая генетика	+						+
4.	Биоинженерия (магистратура)		+	+	+
5.	Молекулярные механизмы стабильности и изменчивости геномов (магистратура)		+	+		+

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 неспаренных оснований. ПРР, SOS-репарация. Участие белка р53 в репарации. Тканеспецифичнось репарации. Активация МАР-киназных каскадов в тканях в ходе репарации. Мутации как проявление ошибок репарации. Защита клеток от оксидативного стресса

6. Нестабиьность генома. Виды генетической нестабильности. Причины и факторы, влияющие на нестабиьность. 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 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 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 3. «Реализация наследственной информации»

Обсуждаемые темы:

1. Транскрибция, процессинг, трансляция.

2. Структура РНК-полимеразы.

3. Роль стволовых клеток в поддержании стабильности генетической информации.

4. Гемопоэз и генетическая стабильность.

Семинар 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 5. «Репарация.»

Обсуждаемые темы:

1. Фотореактивация.

2. Эксцизионная репарация.

3.Репарация неспаренных оснований.

4. ПРР, SOS-репарация

Семинар 6. «Нестабиьность генома.»

Обсуждаемые темы:

1. Виды генетической нестабильности

2. Вклад белковых систем в генетическую нестабильность

3. Физические факторы и генетическая нестабильность.

Семинар 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.  Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).

I. Введение.

Тема эссе:

1. Как, на ваш взгляд, осуществляется взаимосвязь факторов среды, генетической стабильности и изменчивости генома?

II. 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.

III. 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 .

IV. Репликация и ее роль в стабильности генома.

Темы рефератов:

1. Особенности репликации у про - и эукариот.

Темы компьютерных презентаций:

1. 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.

V. Репарация.

Подготовка компьютерного варианта глоссария

1.Фотореактивация.

2. Эксцизионная репарация.

3. Репарация неспаренных оснований.

4. ПРР

5. SOS-репарация

Тема эссе:

1.Ваше мнение о влиянии на ход репарации факторов внешней среды.

VI. Нестабиьность генома.

Контрольная работа

1. Виды генетической нестабильности.

2.Факторы, влияющие на нестабиьность.

3. Вклад белковых систем в генетическую нестабильность.

VII. 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.

8.  Образовательные технологии.

Мультимедийные средства обучения (презентации), проблемные и исследовательские методы, встречи с представителями института Общей экологии, Криосферы Земли и т. д.

9.  Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.

1. Никольский . М.:Оzon. 2010,431 с.

2. Егорова, Т. А. и др. Основы биотехнологии. М.: «Академия», 2003.

3. Курчанов человека с основами общей генетики, М.:Оzon.,2009, 192 с.

4. Генетика и происхождение видов. Под редакцией -Вечтомова

Общая генетика.. 2010.,384 с.

5. Жимулев и молекулярная генетика. Новосибирск: Издательство Новосибирского университета, 20с

6. Герасименко . Киев. Выша школа. 1989.

7.Молекулярные и клеточные аспекты биотехнологии. Под ред. -Вечтомова.

8.. Цой Р, М. Введение в биотехнологию. Тюмень: ТюмГУ. 2002

9. Щелкунов, инженерия. Новосибирск, 2004.

10. Общая генетика. Под редакцией -:Оzon.,2008, 124 с.

9.2. Дополнительная литература:

1.Журнал «Биотехнология» М.: Биотехнология.

2.Журнал «Генетика» М.: Академиздат « Наука»

3.Журнал «Молекулярная биология» М.: Академиздат « Наука»

9.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

1. www. *****

2. www. /node/802

3. www. *****/rautian_epigen. htm

10.  Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).

Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, составленными автором, видеофильмами. На факультете имеется для проведения занятий 3 мультимедийные аудитории, есть специализированные лаборатории: центр микроскопии (№ 000), оснащенный электронным микроскопом LSM 510-мета, фазово-контрастным микроскопом Axioimager А1; лаборатория молекулярной генетики (№ 000), оснащенная хроматографом ВСЖХ, ПЦР; лаборатория популяционной генетики (№ 000), оснащенная приборами для проведения электрофореза и цитогенетических исследований.