Transgenika zwierząt

Głównym celem przedmiotu jest omówienie procesu transgenezy oraz scharakteryzowanie głównych metod wykorzystywanych do pozyskania zwierząt transgenicznych, a także omówienie ich praktycznego zastosowania.

Wykłady:

Wprowadzenie do zagadnień związanych z transgenezą zwierząt (rys historyczny; definicje dotyczące transgenezy i modyfikacji genomów zwierzęcych; analiza czynników decydujących o wydajności transgenezy; światowe bazy danych zwierząt transgenicznych; zasady prowadzenia hodowli zwierząt transgenicznych; prawne i etyczne uwarunkowania transgenezy). Klonowanie zarodkowe i somatyczne (podstawowe techniki mikromanipulacji na gametach, zarodkach i komórkach somatycznych - izolacja blastomerów, bisekcja zarodków w stadium moruli lub blastocysty, klonowanie chimerowe i reagregacji blastomerów; transplantacja jąder komórkowych). Wektorowe i bezwektorowe techniki transfekcji DNA (omówienie podstawowych technik stosowanych do wprowadzania obcego DNA do komórek zwierzęcych – techniki wektorowe i bezwektorowe; scharakteryzowanie zalet i wad poszczególnych metod; omówienie wektorów). Konstrukty genowe i regulacja ekspresji transgenu (omówienie metod i narzędzi inżynierii genetycznej wykorzystywanych do projektowania transgenu; podstawowe elementy i zasady projektowania konstruktów genowych; identyfikacja genów docelowych i mapowanie genomów; omówienie procesu integracji transgenu; tkankowo specyficzna i indukowana ekspresja transgenu; analiza i regulacja ekspresji obcych genów w organizmie gospodarza; analiza modyfikacji na poziomie genomu, transkryptomu, proteomu i i fenotypu - omówienie metod monitorowania efektów transgenezy; charakterystyka najpopularniejszych genów reporterowych). Wykorzystanie komórek macierzystych w transgenezie (najważniejszye stabilne linie komórek macierzystych, rola spermatogonii, jako alternatywy dla zarodkowych komórek macierzystych, przedstawienie modyfikacji genetycznych embrionalnych komórek macierzystych prowadzących do powstania nowych szczepów myszy, omówienie metod indukowania pluripotencji komórek macierzystych i ich zastosowania w transgenezie). Kierunki transgenezy zwierząt i produkty pochodzące od zwierząt transgenicznych (omówienie podstawowych kierunków transgenezy zwierząt; zwierzęta jako bioreaktory do produkcji biofarmaceutyków; omówienie głównych białek o znaczeniu farmaceutycznym, produkowanych przez zwierzęta transgeniczne; celowana transgeneza – uzyskiwanie białek transgenicznych w mleku, moczu, krwi, jajach lub nasieniu; poprawa cech użytkowych zwierząt gospodarskich na drodze manipulacji genetycznych). Techniki stosowane do otrzymania wybranych gatunków zwierząt transgenicznych: laboratoryjnych (myszy, szczurów, królików), hodowlanych (ryb, drobiu, owiec, krów, świń) oraz naczelnych (małp rhesus, goryli, szympansów, pawianów, pazurczatek) (omówienie wykorzystania tychże zwierząt w medycynie ludzkiej - leczenia chorób genetycznych, zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych, a także do badań toksykologicznych oraz w ksenotransplantacji).

Ćwiczenia:

Przygotowanie wektorów do przenoszenia transgenów - izolacja plazmidowego DNA; zapoznanie z podstawowymi technikami i narzędziami molekularnymi stosowanymi w tworzeniu konstruktów genowych; przygotowanie niezbędnych odczynników i roztworów.Transformacja komórek kompetentnych przy użyciu plazmidowego DNA – uzyskiwanie ekspresji białka zielonej fluorescencji (GFP) oraz ekspresji funkcjonalnej β-galaktozydazy; analiza efektów transgenzy na poziomie fenotypu.Zapoznanie z wyposażeniem laboratorium transgenezy zwierząt wraz z prezentacją wykorzystywanej aparatury specjalistycznej; cytometria przepływowa w analizie komórek transgenicznych.Zapoznanie z metodami transfekcji komórek ssaków ze szczególnym uwzględnieniem metody mikroiniekcji.Aktualne trendy w transgenezie zwierząt - omówienie praktycznych zastosowań transgenezy zwierząt w badaniach; przygotowanie i omówienie przykładowych protokołów postępowania laboratoryjnego.

Podstawowa:

1. Bishop J. Ssaki transgeniczne. PWN, 2001.

2. Pease, Shirley, Saunders, Thomas L. Advanced Protocols for Animal Transgenesis. An ISTT Manual. Springer Protocols Handbooks, 2011.

3. Pinkert C., Transgenic Animal Technology, 3rd Edition A Laboratory Handbook. Elsevier, 2014.

Uzupełniająca:

1. Smorąg Z., Słomski R., Cierpka L. Biotechnologiczne i medyczne podstawy ksenotransplantacji, Ośrodek Wydawnictw Naukowych, Poznań 2006.

2. Murray J.D., Anderson G.B., Oberbauer A.M., McGloughlin M.M., Transgenic Animals in Agriculture, CABI Publishing, 1999.

3. Szczęsna M. „Biotechnologia zwierząt” – Aura 2013, 12, 17-21

WIEDZA – Student zna i rozumie:

- budowę i funkcjonowanie komórek pro- i eukariotycznych, ze szczególnym uwzględnieniem procesów związanych z funkcjonowaniem DNA oraz ekspresją informacji genetycznej;

- procesy związane z wczesnym rozwojem zarodka, metody pozaustrojowej hodowli i produkcji gamet i zarodków oraz techniki manipulacji na komórkach i zarodkach

- strukturę i procesy związane z funkcjonowaniem genomów pro- i eukariotycznych, funkcje specyficznych regionów DNA (promotorów, elementów regulatorowych)

- metody i techniki stosowane w diagnostyce, a także inżynierii genetycznej: metody lokalizacji i identyfikacji genów, sposoby izolacji DNA, metody obróbki materiału genetycznego, techniki rekombinacji DNA; enzymy stosowane w biologii molekularnej

- powszechnie stosowane i specjalistyczne biotechniki rozrodu; wady, zalety, perspektywy i ograniczenia ich zastosowania; przebieg procesu klonowania somatycznego

- wektorowe i bezwektorowe techniki transfekcji komórek zwierzęcych, wraz z ich szczegółową charakterystyką; zasady i sposoby tworzenia konstruktów genetycznych stosowanych w transgenice zwierząt, a także funkcje elementów wchodzących w ich skład

- podstawowe definicje związane z transgenezą i modyfikacjami genomów zwierzęcych oraz podstawowe typy modyfikacji genetycznych; metody regulacji ekspresji transgenu oraz techniki jej analizy

- przykłady praktycznego zastosowania transgenezy zwierząt; produkty pochodzące od zwierząt transgenicznych i perspektywy ich zastosowania

UMIEJĘTONOŚCI – Student potrafi:

- wykonać izolację plazmidowego DNA i przeprowadzić jego analizę molekularną; - wykonać transformację komórek prokariotycznych; zastosować podstawowe techniki z zakresu inżynierii genetycznej

- przeprowadzić jakościową i ilościową analizę materiału genetycznego z użyciem metod elektroforetycznych i spektrofotometrycznych

- w sposób teoretyczny zaprojektować konstrukt genetyczny, zawierający elementy niezbędne do osiągnięcia zamierzonego celu praktycznego

- potrafi korzystać z internetowych baz danych do wyszukiwania informacji niezbędnych do projektowania konstruktów oraz analizowania i porównywania sekwencji DNA

KOMPETENCJE SPOŁECZNE:

- Student ma świadomość odpowiedzialności związanej z manipulacjami nad materiałem genetycznym oraz tworzeniem zwierząt modyfikowanych genetycznie

- Student ma świadomość ryzyka i potrafi ocenić skutki związane z transgenezą zwierząt; zna perspektywy i zagrożenia zastosowania produktów pochodzących od zwierząt transgenicznych

Egzamin w formie testu jednokrotnego wyboru obejmujący zagadnienia omawiane na wykładach; na ocenę pozytywną należy udzielić co najmniej 55% prawidłowych odpowiedzi na zadane pytania; udział oceny z zaliczenia wykładów w ocenie końcowej wynosi 70%.

Na ocenę pozytywną należy aktywnie uczestniczyć w ćwiczeniach oraz opracować przykładowy protokół transgenezy (z uwzględnieniem zadanych parametrów); udział oceny z zaliczenia ćwiczeń projektowych w ocenie końcowej wynosi 30%.

Nie dotyczy.