Subjects

Your browser does not support JavaScript, or its support is disabled. Some features may not be available.

4EU+ Molecular Probes in Biomedical Imaging - MB100P09

Title:	4EU+ Molecular Probes in Biomedical Imaging
Czech title:	4EU+ Molekulární sondy v biomedicínském zobrazování
Guaranteed by:	Biology Section (31-101)
Faculty:	Faculty of Science
Actual:	from 2023
Semester:	winter
E-Credits:	3
Examination process:	winter s.:
Hours per week, examination:	winter s.:1/1, Ex [HT]
Capacity:	20
Min. number of students:	unlimited
4EU+:	yes
Virtual mobility / capacity:	yes / 20
Key competences:	4EU+ Flagship 4
State of the course:	taught
Language:	English
Note:	enabled for web enrollment the course is taught as cyclical

Guarantor:	Mgr. Zuzana Burdíková, Ph.D. Mgr. Josef Lazar, Ph.D.
Teacher(s):	Mgr. Zuzana Burdíková, Ph.D. Mgr. Josef Lazar, Ph.D.

Opinion survey results Examination dates WS schedule

Annotation -

Last update: RNDr. Veronika Sacherová, Ph.D. (09.05.2022)

The course assumes basic knowledge of light fluorescence microscopy, including the preparation of slides and
image imaging. The course will include the preparation of samples, the selection, and the application of
microscopic techniques. The sample studies will also include data management, statistics, and the preparation
of a pictorial appendix for publication purposes. The course will be taught in English.

Literature -

Last update: RNDr. Veronika Sacherová, Ph.D. (09.05.2022)

J. Lakowicz, Principles of fluorescence spectroscopy, Springer 2007

G. Jung, Fluorescent Proteins I and II, Springer 2011

Kianianmomeni, Optogenetics: Methods and Protocols, Springer 2016

Requirements to the exam -

Last update: RNDr. Veronika Sacherová, Ph.D. (09.05.2022)

For the final exam please prepare the final project.

The project will contain several parts.

1. Define your research question.

2. pick up one microscopy technique and software.

3. prepare a theoretical pipeline of image analysis of your task.

Syllabus -

Last update: RNDr. Veronika Sacherová, Ph.D. (09.05.2022)

Introduction, Research Data Management

Basic principles of detection of molecular probes - optical (fluorescence, luminescence, vibrational spectroscopy), spin, radioactive, electron microscopic, mass-spectrometric, acousto-optical, AFM, NMR, CT

Specifics of applications of molecular probes - in vitro, in fixed cells and tissues, in living cells and tissues, in living organisms; labeling of lipids, proteins, nucleic acids; comparison of approaches detecting individual molecules and sets of molecules

Labeling principles - exogenous (affinity, incl. Immunodetection, FlAsH / ReAsH, covalent (click-chemistry, photoaffinity labeling, chromobodies), nucleic acid hybridization (DNA barcoding, DIANA), endogenous (genetically encoded - natural and unnatural amino acids)

Marking for superresolution optical microscopy - exogenous and genetic marking, relation to the principles of optical superresolution

Fluorescent proteins - spectral and other biophysical properties (structure, reactivity, maturation, photoconversion, immunogenicity, FRET, tolerance of modifications), non-traditional fluorescent proteins

Self-labeling enzymes - dehalogenases (HALOtag), methyltransferases and other alkyl transferases (SNAP-tag, CLIP-tag)

Bioluminescence - luciferins and luciferases, BRET, instrumentation

Raman Marks - Examples and limits of use in linear and nonlinear Raman techniques

Optogenetic approaches - membrane tension modulation, ion concentration, cell localization, molecular interactions

Detection of neuronal activity - changes in membrane tension, changes in calcium concentration, probes detecting neurotransmitters, probes of G protein signaling activity, and other processes

Marking in electron, cryo-electron, and combined microscopy and tomography.

Last update: RNDr. Veronika Sacherová, Ph.D. (09.05.2022)

Uvod, Data Management

Základní principy detekce molekulárních sond - optické (fluorescence, luminiscence, vibrační spektroskopie), spinové, radioaktivní, elektronmikroskopické, hmotnostně-spektrometrické, akusto-optické, AFM,NMR, CT

Specifika aplikací molekulárních sond - in vitro, ve fixovaných buňkách a tkáních, v živých buňkách a tkáních, v živých organismech; značení lipidů, bílkovin, nukleových kyselin; srovnání přístupů detekujících jednotlivé molekuly a soubory molekul

Principy značení - exogenní (afinitní, vč. imunodetekce, FlAsH/ReAsH, kovalentní (click-chemistry, fotoafinitní značení, chromobodies), hybridizace nukleových kyselin (DNA barcoding, DIANA), endogenní (geneticky kódované - přirozené a nepřirozené aminokyseliny)

Značení pro superrezoluční optickou mikroskopii - exogenní a genetické značení, vztah k principům optické superrezoluce

Fluorescentní proteiny - spektrální a další biofyzikální vlastnosti (struktura, reaktivita, maturace, fotokonverze, imunogenicita, FRET, tolerance modifikací), netradiční fluorescentní proteiny

Sebeznačící enzymy - dehalogenázy (HALO-tag), metyltransferázy a jiné alkyltransferázy (SNAP-tag, CLIP-tag)

Bioluminiscence - luciferiny a luciferázy, BRET, instrumentace

Ramanovské značky - příklady a limity využití v lineárních a nelineárních ramanovských technikách

Optogenetické přístupy - modulace membránového napětí, koncentrace iontů, buněčné lokalizace, molekulárních interakcí

Detekce aktivity neuronů - změny membránového napětí, změny koncentrace vápníku, sondy detekující neuropřenašeče, sondy aktivity G proteinové signalizace a dalších procesů

Značení v elektronové, kryoelektronové a kombinované mikroskopii a tomografii.