Rekombinantní mikroorganismy v biotechnologiích - MB140P63

• Anglický název: Recombinant microorganisms in biotechnology
• Český název: Rekombinantní mikroorganismy v biotechnologiích
• Zajišťuje: Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
• Fakulta: Přírodovědecká fakulta
• Platnost: od 2020
• Semestr: letní
• E-Kredity: 3
• Způsob provedení zkoušky: letní s.:
• Rozsah, examinace: letní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Úroveň: specializační
• Poznámka: povolen pro zápis po webu
• Garant: RNDr. Václav Štěpánek, CSc.
• Vyučující: RNDr. Helena Marešová, CSc.; RNDr. Mgr. Andrea Palyzová, Ph.D.; RNDr. Václav Štěpánek, CSc.
• Je korekvizitou pro: MB140C63

Anotace

čeština

Na geneticky modifikované rekombinantní mikroorganismy využívané v biotechnologiích jsou kladeny specifické nároky vyplývající zejména z ekonomické stránky a průmyslového měřítka vlastního bioprocesu. Posluchači budou seznámeni nejen s principy vědních disciplín Molekulární biotechnologie a Syntetická biologie, které řeší obecné i specifické aspekty konstrukce průmyslových rekombinantních kmenů, ale i s konkrétními příklady moderních biotechnologií.

Poslední úprava: Štěpánek Václav, RNDr., CSc. (10.06.2016)

angličtina

Genetically modified recombinant microorganisms used in biotechnology have specific requirements resulting mainly from the economic aspect and its own industrial-scale bioprocess. Students will get acquainted not only with the principles of the advanced scientific disciplines Molecular Biotechnology and Synthetic Biology dealing with both general and specific aspects of the construction industrial recombinant strains, but also with specific examples of modern biotechnology.

Poslední úprava: Štěpánek Václav, RNDr., CSc. (10.06.2016)

Literatura

1) B. R. Glick, J. J. Pasternak and C. L. Patten, Molecular Biotechnology: Principles and Applications of Recombinant DNA, ASM Press, 4^th edition, 2009

2) Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology, R. H. Baltz, A. L. Demain and J. E. Davies (editors), ASM Press, 3^rd edition, 2010

3) PCR Cloning Protocols, B. A. White (editor), Methods in Molecular Biology (Volume 67), Humana Press, 1997

4) Directed Evolution Library Creation, F. H. Arnold and G. Georgiou (editors), Methods in Molecular Biology (Volume 231), Springer, 2003

5) Synthetic Biology: Tools and Applications, H. Zhao (editor), Academic Press, 2013

6) Metagenomics: Theory, Methods and Applications, D. Marco (editor), Caister Academic Press, 2010

7) Metagenomics: Current Innovations and Future Trends, D. Marco (editor), Caister Academic Press, 2011

8) Handbook of Biosensors and Biosensor Kinetics, A. Sadana and N. Sadana (editors), Elsevier, 2016

Poslední úprava: Štěpánek Václav, RNDr., CSc. (25.10.2019)

Požadavky ke zkoušce

čeština

Zkouška proběhne písemnou formou, celkem 6 otázek. Maximální počet bodů za otázku je 15. Minimum pro složení zkoušky je zisk celkem 60 bodů s tím, že bodový zisk za otázku nesmí být nižší než 8 bodů. Časový limit pro zodpovězení 6 otázek je 90 minut. V případě malého počtu zkoušených v daném termínu i možnost složení ústní zkoušky, přičemž počet zkušebních otázek zůstává stejný, tj. 6.

Poslední úprava: Štěpánek Václav, RNDr., CSc. (25.09.2018)

angličtina

The exam is written (if there are few students, the oral examination may be), 6 questions in total.

The maximum score per one question is 15 points. The cut-off scores for successful passing of the exam are 60 points (in total) and 8 points (per question).

The time limit for the written test is 90 minutes.

 

Poslední úprava: Štěpánek Václav, RNDr., CSc. (25.10.2019)

Sylabus

čeština

1) Příprava rekombinantních mikroorganismů a molekulární evoluce (význam rekombinantních mikroorganismů; metody rekombinantní DNA; klonovací vektory; přenos DNA do hostitele; PCR; klonování prokaryotických strukturních genů; klonování eukaryotických strukturních genů; mutace; význam molekulární evoluce; parametry ideálního biokatalyzátoru; mutageneze pomocí PCR; mísení genů; molekulární evoluce v praxi) - Dr. Štěpánek

2) Mikrobiální expresní systémy (homologní a heterologní expresní systém; autenticita vs. modifikace heterologního produktu; metabolická zátěž expresních systémů; kodóny rekombinantního genu & metabolická aktivita hostitele; expresní systémy založené na gramnegativních i grampozitivních prokaryotických hostitelích; kvasinkové expresní systémy; expresní systémy založené na hostitelích rodu Aspergillus; nekonvenční mikrobiální expresní systémy; produkce antimikrobiálních peptidů) - Dr. Štěpánek

3) Mikrobiální metagenomika a metagenomické knihovny ("OMICS" metody molekulární biologie; metagenom a metagenomická analýza; konstrukce metagenomické knihovny; extrakce a obohacování environmentální DNA; strategie screeningu metagenomických knihoven; vyhodnocování prvotních metagenomických bioinformací; výstupy metagenomických studií; cílená metagenomika; syntetická metagenomika; velké metagenomické projekty) - Dr. Štěpánek

4) Aplikace metagenomiky v biotechnologiích (uplatnění metagenomiky v praxi; extrémní metagenomika & biotechnologie; metagenomické hydrolasy, oxidoreduktasy a lyasy; metagenomika "malých bioaktivních molekul"; strategie klonování strukturních genů přímo z environmentální DNA pomocí PCR) - Dr. Štěpánek

5) Syntetická biologie (strategie metabolického inženýrství; úrovně designu bioprocesů; metabolická továrna Escherichia coli; perspektiva a zaměření syntetické biologie; syntetická biologie & buněčné továrny; design "umělých" strukturních genů; regulace genové exprese pomocí syntetické biologie; syntetické regulační obvody; databáze a softwary pro syntetickou biologii; designované geny v průmyslových aplikacích; produkce "biochemikálií" díky výstupům syntetické biologie; glykoinženýrství; chemická syntetická biologie; syntetické ekosystémy) - Dr. Štěpánek

6) Biosensory (typy biosensorů dle biologických složek či fyzikálně-chemických převodníků; aptasensory; fágové biosensory; EMWCB technologie; enzymové biosensory; biosensory pro detekci těžkých kovů, inhibitorů, toxinů či environmentálních polutantů; biosensory pro detekci patogenních mikroorganismů; geochemické biosensory) - Dr. Štěpánek

7) Potenciální využití rekombinantních mikroorganismů v bioremediaci (bioremediační technologie; principy a mechanismy bakteriálních bioremediací; mikroorganismy degradující polutanty; degradace farmaceuticky aktivních látek) - Dr. Palyzová

8) Biotechnologické využití faktorů patogenity u mikroorganismů (patogenita a virulence; mikrobiální biofilm; quorum sensing; quorum quenching; mechanismy kov-siderofor transportních systémů u bakterií; siderophor drug conjugate) - Dr. Palyzová

9) Produkce heterologních proteinů v kvasinkových expresních systémech (porovnání prokaryotických a eukaryotických expresních systémů; expresní kvasinkové vektory Saccharomyces cerevisiae a Pichia pastoris; strategie klonování, screeningu a kultivace; metody zvyšování exprese; intracelulární a extracelulární produkce; aplikace produktů) - Dr. Marešová

10) Kultivace mikroorganismů a fermentační zařízení (parametry kultivace; typy kultivací dle stavu buněk či technologie; povrchová kultivace - biofilm, submerzní k.; jednorázová k., jednorázová k. s postupným živením, kontinuální k.; rozdělení a základní charakteristiky bioreaktorů) - Dr. Palyzová

Poslední úprava: Štěpánek Václav, RNDr., CSc. (25.09.2018)

angličtina

1) Construction of Recombinant Microorganisms and Molecular Evolution (methods of recombinant DNA; PCR; cloning of structural genes; mutagenesis in vivo; mutagenesis in vitro; gene shuffling; molecular evolution and its importance; ...) - Dr. Štěpánek

2) Microbial Expression Systems (homologous and heterologous expression systems; modification of heterologous product; metabolic burden; bacterial expression systems; yeast expression systems; non-conventional microbial expression systems; antimicrobial peptide production; ...) - Dr. Štěpánek

3) Microbial Metagenomics and Metagenomic Libraries ("OMICS" methods; metagenome; isolation of environmental DNA; construction and screening of environmental metagenomic libraries; analysis of primary metagenomic bioinformation; directed metagenomics; synthetic metagenomics; "global" metagenomic projects; ...) - Dr. Štěpánek

4) Application of Metagenomics in Biotechnology (metagenomics of extreme environments & biotechnology; metagenomic hydrolases, oxidoreductases and lyases; metagenomics of "small bioactive molecules"; ...) - Dr. Štěpánek

5) Synthetic Biology (metabolic engineering and bioprocess design; metabolic factories - Escherichia coli, Corynebacterium glutamicum; perspectives of synthetic biology; design of synthetic structural genes; regulation of gene expression using synthetic biology; synthetic biology softwares; synthetic genes & industry; production of "biochemicals"; glycoengineering; chemical synthetic biology; synthetic ecosystems; ...) - Dr. Štěpánek

6) Biosensors (biological components and transduction elements of biosensors; aptasensors; bacteriophage biosensors; EMWCB technology; enzyme biosensors; biodetection of heavy metals, inhibitors, toxins or pollutants; biosensing of microbial pathogens; geochemical biosensors; ...) - Dr. Štěpánek

7) Application of Recombinant Microorganisms in Bioremediation (bioremediation technology; principles and mechanisms of bacterial bioremediation; pollutants-degrading microorganisms; degradation of APIs; ...) - Dr. Palyzová

8) Biotechnology Application of Microbial Pathogenicity Factors (pathogenicity and virulence; microbial biofilms; quorum sensing; quorum quenching; mechanisms of bacterial metal-siderophore transport systems; siderophore-drug conjugates; ...) - Dr. Palyzová

9) Heterologous Protein Production by Yeast Expression Systems (eukaryotic expression systems; yeast expression vectors; construction and screening strategy of yeast expression systems; overexpression of recombinant genes in yeasts; intracellular and extracellular production of recombinant proteins; ...) - Dr. Marešová

10) Cultivation of Microorganisms and Fermentation Equipment (culture parameters; biofilm - microbial life on surfaces; submerged fermentation; batch culture; fed-batch culture; continuous chemostat culture; bioreactors; ...) - Dr. Palyzová

 

 

Poslední úprava: Štěpánek Václav, RNDr., CSc. (25.10.2019)

Výsledky učení

Po úspěšném absolvování předmětu „Rekombinantní mikroorganismy v biotechnologiích“ (MB140P63, letní semestr 2/0, 3 kredity; garant: RNDr. Václav Štěpánek, CSc.) student:

 

Ø  vysvětlí šíři oboru biotechnologie („biotechnologická duha“) a úlohu biotechnologických aplikací v moderní bioekonomice;

Ø  definuje hlavní typy expresních systémů s ohledem na zdroj genetického materiálu a hostitelský mikroorganismus a uvede jejich výhody a nevýhody;

Ø  aplikuje základní principy a poznatky mikrobiální fyziologie a genetiky při výběru vhodného hostitelského mikroorganismu pro konstrukci rentabilního expresního systému;

Ø  popíše základní postupy vhodné pro zvyšování produkce sledovaného proteinu či specifického metabolitu a vybere nejvhodnější variantu pro daný konkrétní případ;

Ø  vysvětlí význam molekulární evoluce pro vylepšování vlastností stávajících enzymů vedoucí ke vzniku enzymů „striktně šitých na míru biotechnologa“ („tailoring“) a zhodnotí metody a strategie, jimiž lze geny kódující evolvované enzymy připravit;

Ø  definuje „-OMICS“ metody studia čistých kultur mikroorganismů či přímo celých mikrobiálních společenstev a vysvětlí, jak jsou prospěšné pro získávání biotechnologicky unikátních genů či jejich produktů;

Ø  charakterizuje rozmach syntetická biologie a její provázanost s nejmodernějšími biotechnologiemi (bionické „smart“ bakterie, syntetická mikrobiokonsorcia, …);

Ø  analyzuje a interpretuje jednotlivé složky sítě syntetické biologie s ohledem na udržitelnost, efektivitu a konkurenceschopnost potenciálního expresního systému;

Ø  aplikuje poznatky syntetické biologie při řešení problémů metabolického inženýrství a při optimalizaci buněčného metabolismu expresního systému s ohledem na požadovaný produkt (expresní systémy vyšší generace);

Ø  vysvětlí význam a důležitost mikrobiomu a specifických biomarkerů v biotechnologické praxi;

Ø  definuje mikrobiální metabolické továrny a na konkrétních příkladech zhodnotí jejich výhodnost a (ne)zastupitelnost;

Ø  charakterizuje základní typy biosensorů a vysvětlí principy biosensingu;

Ø  popíše a kriticky zhodnotí zásadní parametry, které musí splňovat každý komerčně použitelný biosensor;

Ø  vysvětlí rozdíly mezi standardní jednorázovou a přítokovou kultivací v bioreaktoru a uvede příklady jejich využití;

Poslední úprava: Štěpánek Václav, RNDr., CSc. (17.01.2026)