Přednáškový cyklus „Pokroky v molekulární genetice bakterií“ si dává za cíl seznámit především studenty v Phd
studiu ale i pokročilé magisterské studenty s novými trendy ve výzkumu týkající se molekulární biologie a genetiky
bakterií. Jednotlivé přednášky jsou řazeny do tematických okruhů, evoluce, regulace exprese genů, adaptace na
stres, dělení buněk a diferenciace buněčných populací. Přednášky budou převážně vedeny externisty, kteří se
specializují v daném oboru. Tematické okruhy mohou být modifikovány podle případného zájmu studentů a vývoje
v oboru.
Poslední úprava: Lichá Irena, RNDr., CSc. (27.10.2019)
The lecture series “Advances in Molecular Genetics of Bacteria” aims to acquaint students in Phd studies but also advanced master students with new trends in research related to molecular biology and genetics of bacteria. Individual lectures are divided into thematic areas: evolution, regulation of gene expression, adaptation to stress, cell division and differentiation of cell populations. The lectures will be mainly led by external experts who specialize in the field. Topics can be modified according to students' interest and developments in the field.
Poslední úprava: Lichá Irena, RNDr., CSc. (27.10.2019)
Podmínky zakončení předmětu
Kurz bude zakončen testem sestávajícím z otázek z jednotlivých tematických okruhů.
Poslední úprava: Lichá Irena, RNDr., CSc. (13.04.2018)
Literatura -
Původní vědecké články vztahující se k jednotlivým tématům, které budou poskytnuty studentům, pokud nejsou volně dostupné.
Poslední úprava: Lichá Irena, RNDr., CSc. (27.10.2019)
Original scientific articles related to individual topics that will be provided to students if they are not freely available.
Poslední úprava: Lichá Irena, RNDr., CSc. (27.10.2019)
Požadavky ke zkoušce -
V době protiepidemických opatření probíhá výuka předmětu on-line přes MS Teams na adrese uvedené ve vysvětleních.
Zkouška je písemná. Sestává z 10 otázek, pokrývající témata jednotlivých přednášek. Doba pro vypracování je 60 min. Studenti mohou dosáhnout max. 50 bodů, s tím že dosažení minimálně 20 bodů je podmínkou splnění zkoušky s hodnocením dobře.
Poslední úprava: Lichá Irena, RNDr., CSc. (07.10.2020)
Students will be evaluated on the basis of a written test. It consists of 10 questions covering the topics of the lectures. The time for elaboration is 60 min. Students can achieve a maximum of 50 points, with the achievement of at least 20 points is a prerequisite for passing the exam with a good assessment.
Poslední úprava: Lichá Irena, RNDr., CSc. (08.08.2019)
Sylabus -
Ing. Miroslav Pátek, CSc: Corynebacterium a Rhodococcus: biotechnologicky využitelné bakterie Corynebacterium glutamicum: od 60. let, produkce glutamátu a aminokyselin, genetické manipulace, konstrukce kmenů pro krmiva, léčiva, biochemické přípravky Rhodococcus jostii: vysoký degradační potenciál, rhodokoky: extrémofily, rozklad toxických látek, využití pro čištění životního prostředí 16/10/2025, MBÚ/budova L/1. patro/zasedací místnost
RNDr. Branislav Večerek, PhD: Post-transkripční kontrola genové exprese Regulace genové exprese na post-transkripční úrovni, úloha malých RNA a RNA chaperonů. Cílem přednášky je seznámit posluchače s post-transkripčními mechanismy jež baktériím umožňují rychle a efektivně reagovat na zejména stresové podněty. Zabývat se budeme především úlohou nekódujích regulačních RNA (trans-kódované sRNA, antisense RNA) a RNA chaperonů (Hfq, ProQ) v regulaci genové exprese. Metody NGS a jejich aplikace v globální analýze bakteriálního RNomu Nejnovější metody globální analýzy bakteriálního RNomu (RNA-seq, DE RNA-seq, differential RNA-seq, GRIL-seq, RIL-seq, GRAD-seq, dual RNA-seq). Cílem přednášky je seznámit posluchače s možnostmi analýzy genové exprese, které přinesly nejnovější aplikace metody RNA-seq. Zabývat se budeme především metodami dRNA (differential RNA-seq, globální stanovení transkripčních počátků a promotorů), DE-RNA-seq (globální porovnání genové exprese), GRIL-seq/RIL-seq (globální identifikace cílových mRNA regulovaných sRNA) a dalšími aplikacemi. 23/10/2025, MBÚ/budova L/1. patro/zasedací místnost
RNDr. Jarmila Hnilicová, PhD: Bakteriální imunitní systémy a obrana proti bakteriofágům CRISPR-Cas a restrikční eznymy jsou nejznámější způsoby obrany, které bakterie používají proti fágům, ale rozhodně nejsou jediné. V nedávných letech bylo popsáno několik desítek dalších mechanismů, kterými se bakterie brání fágům. Mnoho z nich se překvapivě podobá složkám lidského imunitního systému, které se účastní obranné reakce proti virům. V přednášce se podíváme například na retrony, bakteriální gasderminy, které mohou způsobit regulovanou buněčnou smrt, nebo viperiny. Mikrobiologie extrémních prostředí Tato přednáška se zaměřuje na extrémofily, tedy mikroorganismy schopné přežívat a prosperovat v podmínkách, které jsou pro většinu života nehostinné. Probereme jejich ekologii, adaptace i praktické využití. Extrémofilní mikroorganismy představují cenný zdroj biotechnologicky významných enzymů a metabolitů. Jejich tzv. extremozymy vykazují mimořádnou stabilitu a účinnost v náročných podmínkách průmyslových procesů. Kromě toho se extrémofily využívají v bioremediaci toxických prostředí. 6/11/2025 Přírodovědecká fakulta UK, Viničná 5
RNDr. Kateřina Petříčková, PhD: Mnohobuněčnost a diferenciace u prokaryotických organismů. Přednáška se věnuje fenomenu mnohobuněčnosti u prokaryotických organismů a buněčné diferenciaci na prokaryotické úrovni. Seznámí s reprezentativními modely od nejjednodušších až po složité a komplexní mnohobuněčné útvary bakterií a se základními komunikačními schématy mezi buňkami. Z modelových organismů začneme u sporulace Bacillus a diferenciace buněk v rámci jejich kolonií. Dále budeme mluvit o vláknitých aktinomycetách a sinicích, bakteriích Caulobacter, intracelulárních a infekčních formách chlamydií a též o myxobakteriích a tzv. kabelových bakteriích z čeledi Desulfobulbaceae. Mechanismy úniku před imunitním systémem hostitele u patogenních bakterií. Přednáška podává stručný přehled o antiinfekční imunitě a soustředí se na mechanismy, jakými se patogenní bakterie brání před jejím útokem a jak s jejími složkami interferují. Shrne odlišnosti únikových strategií u výlučně extracelulárních patogenů a dále u těch striktně nebo fakultativně intracelulárních. Na vhodných příkladech lidských patogenů budou dokumentovány konkrétní mechanismy a jejich impakt na patogenezi infekčních onemocnění, perzistenci a rozvoj chronických a relapsujících infekcí.
13/11/2025, CHABOVNA (místnost S 4) – z ulice Studničkova železnou brankou do dvora, zde bočním vchodem po šipkách do suterénu budovy, Ústav lékařské mikrobiologie 1.LF UK, Studničkova 7
RNDr. Jan Bobek PhD: Regulace antisense RNA Antisense RNA (asRNA) – definice a role, Interakce asRNA s mRNA: stabilizace, degradace, procesování, Funkce RNase III – endoribonukleáza specifická pro dvouřetězcové RNA, Ko-transkripční regulace: interference a atenuace transkripce, Evoluční význam a hypotéza „transcriptional noise“ V přednášce se zaměříme na regulaci genové exprese bakterií prostřednictvím antisense RNA. Budeme si vysvětlovat, jak tyto antisense RNA interagují s mRNA a ovlivňují její stabilitu, degradaci a další procesy na post-transkripční i ko-transkripční úrovni. Pozornost věnujeme také specifické úloze endoribonukleázy RNase III a jejím různým funkcím při zpracování a stabilizaci mRNA. Probereme příklady z různých bakterií a plazmidů, a zmíníme i roli antisense RNA při replikaci plazmidů a její evoluční význam. Nakonec se dotkneme genomových metodik, které odhalují rozsáhlou přítomnost antisense transkriptů a jejich potenciální funkce.
20/11/2025, CHABOVNA (místnost S 4) – z ulice Studničkova železnou brankou do dvora, zde bočním vchodem po šipkách do suterénu budovy, Ústav lékařské mikrobiologie 1.LF UK, Studničkova 7
RNDr. Pavel Branny, CSc: Přenos signálu reverzibilní fosforylací proteinů Hlavní typy bakteriálních fosforylačních systémů: tyrosinové proteinkinázy, neobvyklé proteinkinázy, serin/threoninové proteinkinázy, dvousložkové systémy. Cílem přednášky je seznámit posluchače s rozmanitostí bakteriálních fosforylačních systémů sloužících přenosu signálu. Největší důraz bude kladen na funkci bakteriálních Ser/Thr proteinkináz a regulaci procesů na nich závislých. 27/11/2025, MBÚ/budova L/1. patro/zasedací místnost
RNDr. Linda Doubravová, PhD: Regulace buněčného dělení u bakterií V přednášce se seznámíme s novými poznatky o regulaci buněčného cyklu a dělení bakteriálních buněk. Zaměříme se zejména na citokinezi a roli proteinu FtsZ s důrazem na jeho funkci při tvorbě Z-kruhu. Budeme diskutovat mechanizmy, které řídí výběr dělícího místa a specifickou lokalizaci multiproteinových komplexů, která je výsledkem koordinace syntézy buněčného septa a periferní buněčné stěny. Budeme zkoumat specifické způsoby morfogeneze, které využívají nemodelové bakterie s netypickým tvarem. Bude také probrán vliv dostupnosti živin na rychlost dělení, což ilustruje, jak bakterie přizpůsobují svůj růst v reakci na změny prostředí. 4/12/2025, MBÚ/budova L/1. patro/zasedací místnost
RNDr. Aleš Ulrych, PhD: Fenomén perzistence Fenomén perzistence - definice, popis fenoménu, historická data a současné znalosti; metody studia; typy perzisterů, perzistence I a II typu; mechanismy vstupu do perzistence; úloha TA systémy typu I a II, hladina ppGpp v perzistenci; perzistence u G+ a G- bakterií (Mycobacterium tuberculosis a smegmatis, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus mutant, Staphylococcus aureus); Small colony variants, bakteriálních L – formy, význam Agr a Quorum sensing systému, MazEF a sigB v perzistenci; stochastické a deterministické procesy 11/12/2025, MBÚ/budova L/1. patro/zasedací místnost
RNDr. Gabriela Balíková-Novotná, PhD: Antibiotika a rezistence: Dokážeme zvítězit? Přednáška se zaměřuje na problematiku antibiotické rezistence z pohledu molekulární mikrobiologie. Studenti se seznámí s hlavními skupinami uspěšných antibiotik, jejich mechanismy účinku a s rozmanitými strategiemi, jimiž se bakterie těmto účinkům brání. Diskutovány budou také současné přístupy k vývoji nových antibiotik a inovativní strategie, které mají potenciál překonat existující rezistentní mechanismy. Cílem přednášky je poskytnout studentům hlubší porozumění dynamice „závodů ve zbrojení" mezi bakteriemi a antibiotiky a nastínit možné směry, jakými se může ubírat výzkum v boji proti rezistenci. 11/12/2025, MBÚ/budova L/1. patro/zasedací místnost
RNDr. Jaroslav Nunvář, PhD:
Evoluční experimenty s bakteriemi – vybraná experimentální uspořádání (chemostat, dlouhodobá stacionární fáze, Lenskiho experiment) a pozorované fenomény 18/12/2025, Přírodovědecká fakulta UK, Viničná 5
Poslední úprava: Marková Hana, RNDr., Ph.D. (01.10.2025)
Evolution of bacterial genomes - current view of old phenomena (RNDr. Jaroslav Nunvář, Phd, Faculty of Science, Charles University,).
• general properties of the bacterial genome (GC skew, coding density) • Genomic adaptation (reductive evolution of symbionts and pathogens) and its mechanisms • pangenomas, core genomes and their importance
From Genome to Bioactive Substances - Research on new antibiotics. (RNDr. Kateřina Petříčková, Phd., First Faculty of Medicine)
• history of research on antibiotics and biologically active substances • sources of biologically active substances • methodical procedures: “-Omic” techniques - metagenomics, genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics • single-cell fermentation • genome-mining • co-cultivation
Regulation of gene expression at transcriptional level, regulatory networks (Ing. Miroslav Pátek, CSc., MBU)
Latest methods of global analysis of bacterial RNoma (RNA-seq, DE RNA-seq, differential RNA-seq, GRIL-seq, RIL-seq, GRAD-seq, dual RNA-seq). (RNDr. Branislav Vecerek, Phd, MBU).
• The aim of the lecture is to acquaint students with the possibilities of gene expression analysis, which were brought by the latest applications of the RNA-seq method.
• We will mainly focus on dRNA methods (global determination of transcriptional origins and promoters), DE-RNA-seq (global comparison of gene expression), GRIL-seq / RIL-seq (global identification of sRNA-regulated target mRNAs) and other apps.
Regulation of gene expression at the level of antisense RNA (RNDr. Jan Bobek, Phd, First Faculty of Medicine)
• Basic categorization of bacterial asRNA. • Regulatory role or manifestation of ubiquitous transcription? • Specific mechanisms of asRNA: common degradation or stabilization of duplexes of asRNA-mRNA, termination of transcription, inhibition of translation and processing of transcripts. • The importance of asRNA in genome flexibility and evolution.
Regulation of gene expression at post-transcriptional level, role of small RNA and RNA chaperones. (RNDr. Branislav Vecerek, Phd, MBU)
• The aim of the lecture is to acquaint students with post-transcriptional mechanisms that enable bacteria to react quickly and effectively to stressful stimuli in particular. • We will deal mainly with the role of non-coding regulatory RNAs (cis / trans-encoded sRNA, riboswitch structures, antisense RNA) and RNA chaperones (Hfq, ProQ) in regulation of gene expression.
Regulation of protein function at posttranslation level, signal transduction, signaling pathways, unusual bacterial protein kinases. (RNDr. Pavel Branny, CSc., MBU)
• The lecture deals with the importance of one of the most widespread posttranslational modifications of proteins, phosphorylation, and its importance for bacterial cell physiology. • In detail, it introduces the mechanisms of phosphate group transfer using the "classical" two-component signaling system and its various modifications. • It also deals with unusual bacterial phosphorylation pathways and their role in the regulation of various cellular processes.
Regulation of cell division in bacteria. (RNDr. Linda Doubravova, Phd., MBU)
• Selection of dividing site: dependence on the shape of the bacteria and polarization; molecular mechanisms that positively and negatively affect the positioning of the septum; synchronization of DNA splitting and partitioning structures; • Partition barrier formation: bacterial cytoskeleton; assembling a divisome in time and space; peptidoglycan synthesis and degradation; cell division proteins universally spread and / or specific for certain microorganisms; • Coordination of growth and division depending on cell shape and specific equipment; • Cell division regulators in different bacterial species.
Adaptation to stress - study at the level of one cell. (RNDr. Irena Lichá, CSc, Faculty of Science, Charles University, )
• The aim of the lecture is to introduce students to the problems of bistability, epigenetics and bet-hedging strategies in bacteria. • The case study of general stress response in Bacillus subtilis will show the stochasticity of inducing general stress versus specific stress adaptation. • Methods of study - mathematical modeling versus single-cell tracking methods will be described.
Persistence phenomenon. (RND. Irena Licha, CSc, Faculty of Science, Charles University)
• The lecture will introduce the phenomenon of persistence, well-known mechanisms of persistent cells induced by stochastic or stress. • In particular, the known regulatory pathways for entering persistence in E. coli and other bacterial species will be discussed. (TA systems, stress responses, bet-hedging strategies). • Some research methods will be presented.
Intercellular communication and multicellularity in bacteria (RNDr. Kateřina Petříčková, Phd., First Faculty of Medicine)
• cell differentiation and multicellularity in prokaryotes - definitions and examples: • biofilm • specialization of cell subpopulations in streptomycetes and bacilli about sporulation • Social behavior of myxobacteria - movement, sporulation and hunting
Poslední úprava: Lichá Irena, RNDr., CSc. (27.10.2019)
Výsledky učení
Po úspěšném absolvování předmětu student:
- Definuje a vysvětlí základní i pokročilé mechanismy regulace genové exprese u prokaryot na transkripční i post-transkripční úrovni a uvede vztahy mezi jednotlivými regulačními vrstvami. - Popíše a porovná roli malých regulačních RNA (trans-kódované sRNA, antisense RNA) a RNA chaperonů (Hfq, ProQ) v adaptivních odpovědích bakterií na stresové podněty. - Vysvětlí a aplikuje principy moderních metod globální analýzy bakteriálního RNomu (RNA-seq, dRNA-seq, DE-RNA-seq, GRIL-seq, RIL-seq, GRAD-seq, dual RNA-seq) a interpretuje jejich výstupy v kontextu regulace genové exprese. - Identifikuje a klasifikuje hlavní bakteriální imunitní systémy proti bakteriofágům CRISPR-Cas, restrikční enzymy a nově popsané mechanismy) a zhodnotí jejich funkční analogie s eukaryotickým imunitním systémem. - Popíše, porovná a zhodnotí adaptace mikroorganismů na extrémní prostředí a uvede příklady biotechnologického a environmentálního využití extrémofilů a jejich extremozymů. - Vysvětlí a porovná mechanismy mnohobuněčnosti a buněčné diferenciace u prokaryotických organismů a seřadí vybrané modelové systémy podle stupně buněčné komplexity. - Analyzuje příčiny a následky interakcí patogenních bakterií s imunitním systémem hostitele a rozliší strategie úniku extracelulárních a intracelulárních patogenů. - Definuje, popíše a aplikuje principy regulace genové exprese prostřednictvím antisense RNA, vysvětlí roli RNase III a odvodí evoluční význam antisense transkripce. - Vyjmenuje, popíše a porovná hlavní typy bakteriálních fosforylačních systémů a vysvětlí jejich úlohu v přenosu signálu a regulaci buněčných procesů. - Popíše a interpretuje mechanismy regulace buněčného dělení bakterií, zejména roli proteinu FtsZ, a zhodnotí vliv morfologie a dostupnosti živin na buněčný cyklus. - Definuje, analyzuje a porovná fenomén bakteriální perzistence, rozliší typy perzisterů a vysvětlí úlohu toxin-antitoxinových systémů, ppGpp a quorum sensing. - Popíše, porovná a zhodnotí mechanismy účinku hlavních skupin antibiotik a bakteriální strategie rezistence a zváží výhody a nevýhody současných i nových terapeutických přístupů. - Popíše a interpretuje principy evolučních experimentů s bakteriemi (chemostat, dlouhodobá stacionární fáze, Lenskiho experiment) a odvodí jejich přínos pro studium adaptace a evoluce.
Poslední úprava: Marková Hana, RNDr., Ph.D. (21.01.2026)
