Μάθημα: Ν044Ε - Μοριακή Βιολογία

Η Μοριακή Βιολογία προσφέρει γνώσεις αναγκαίες στο σύγχρονο επιστήμονα όλων των κλάδων των Βιοεπιστημών.  Ειδικά στις Γεωπονικές Επιστήμες είναι απαραίτητη για την κατανόηση των φυσιολογικών λειτουργειών των φυτικών και ζωικών οργανισμών αλλά και των μικροοργανισμών, τόσο σε κανονικές συνθήκες όσο και σε συνθήκες καταπόνησης. Φαινόμενα όπως η αύξηση, η άνθιση, ή καρποφορία, η γήρανση, η μετασυλλεκτική διατήρηση,  η αντιμετώπιση εχθρών και  ασθενειών, η ανταπόκριση σε δυσμενείς συνθήκες του περιβάλλοντος  έχουν ένα γενετικό υπόβαθρο που εξηγεί την εξέλιξη των φαινομένων. Ειδικότερα όσον αφορά μεθοδολογικές προσεγγίσεις που θα αναλυθούν είναι μοναδική ευκαιρία για τους φοιτητές να εξοικειωθούν με μεθόδους μοριακής γενετικής ανάλυσης που χρησιμεύουν οριζόντια σε όλους τους κλάδους φυτικής και ζωικής παραγωγής και της επιστήμης των τροφίμων. 

Ι. Διδάσκοντες

Αλέξης Πολύδωρος

Ειρήνη Νιάνιου-Ομπεϊντάτ

II. Περιγραφή Μαθήματος.

Η Μοριακή Βιολογία είναι ο κλάδος της βιολογίας που μελετά τη δομή και τη λειτουργία των μακρομορίων που κωδικοποιούν και ρυθμίζουν τη ροή της γενετικής πληροφορίας στους  ζωντανούς οργανισμούς. Αυτό το μάθημα θα επικεντρωθεί στη δομή, την έκφραση και τη ρύθμιση των γονιδίων  στα κύτταρα. Στις διαλέξεις του μαθήματος περιγράφεται η δομή και οργάνωση του DNA ώστε να επιτελέσει το ρόλο του σαν γενετικό υλικό, καθώς και οι διεργασίες  αντιγραφής και μεταγραφής του DNA, και ακολούθως η μετάφραση σε πρωτεΐνη και η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης. Γίνεται εισαγωγή στη γενετική των βακτηρίων και ανάλυση της ρύθμισης της έκφρασης των γονιδίων σε προκαρυωτικούς οργανισμούς. Αναλύεται η ρύθμιση της έκφρασης σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς και η γενετική ρύθμιση της ανάπτυξης. Περιγράφονται οι μεταλλαγές του DNA, οι μηχανισμοί επιδιόρθωσης, τα μεταθετά στοιχεία και οι πολυμορφισμοί του DNA. Το μάθημα εισαγάγει στην τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA και τις εφαρμογές της στην βελτίωση των φυτών. Τέλος γίνεται εισαγωγή στη γονιδιωματική ανάλυση, τις ομικές τεχνολογίες και τη βιοπληροφορική που είναι ραγδαία αναπτυσσόμενοι τομείς που κατευθύνουν την ανάπτυξη της γνώσης της μοριακής έρευνας.  

III. Στόχος του μαθήματος

Το μάθημα αυτό έχει ως στόχο:

- Να παρέχει στους φοιτητές μια σταθερή κατανόηση της σχέσης μεταξύ δομής και λειτουργίας των μακρομορίων που μεταφέρουν και εκφράζουν γενετικές πληροφορίες.

- Να ενθαρρύνει την ανάπτυξη της κριτικής σκέψης κατά την εξέταση των μεθόδων επιστημονικής έρευνας και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων.

- Να εξοικειώσει τους φοιτητές με τη χρήση εργαλείων και μεθόδων της μοριακής βιολογίας.

IV. Μαθησιακοί στόχοι

Μετά την ολοκλήρωση αυτού του μαθήματος οι φοιτητές πρέπει να είναι σε θέση να:

- Προσδιορίζουν τα διάφορα συστατικά του κυτταρικού μηχανισμού που διατηρούν και εκφράζουν τις γενετικές πληροφορίες που αποθηκεύονται στα κύτταρα  των ζώντων οργανισμών.

- Κατανοούν τις βασικές μεθόδους και προσεγγίσεις που χρησιμοποιούνται στη μοριακή βιολογία.

- Εξηγούν τον ρόλο που διαδραματίζουν τα μοριακά συστατικά του γενετικού μηχανισμού.

- Χρησιμοποιούν τις γνώσεις τους για τη δομή και τη λειτουργία των μακρομορίων στην ερμηνεία των βιολογικών φαινομένων όπως η αύξηση, η ανάπτυξη και οι αποκρίσεις στα βιοτικά και αβιοτικά ερεθίσματα.

Ύλη του μαθήματος

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 1η           Εισαγωγή στη Μοριακή Βιολογία

• Ιστορικά στοιχεία
• Κλασσική και σύγχρονη γενετική
• Βασικές έννοιες της μοριακής γενετικής
• Μεθοδολογίες μοριακής γενετικής έρευνας

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 2η           Μεθοδολογίες στη Μοριακή Βιολογία

• Ανασυνδυασμένο DNA
• Μέθοδοι μοριακής κλωνοποίησης
• Κλωνοποίηση γονιδίων
• Ο ρόλος των περιοριστικών ενδονουκλεασών
• Φορείς κλωνοποίησης
• Προσδιορισμός ενός συγκεκριμένου κλώνου με ειδικό ανιχνευτή
• Κλωνοποίηση cDNA
• Ταχεία ενίσχυση του cDNA άκρου
• Η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης
• Πρότυπη PCR
• Χρησιμοποιώντας PCR αντίστροφης μεταγραφάσης (RT-PCR) στην κλωνοποίηση cDNA
• PCR σε πραγματικό χρόνο

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 3η           Σύντομη εισαγωγή στη Βιοτεχνολογία

• Μέθοδοι έκφρασης κλωνοποιημένων γονιδίων
• Φορείς έκφρασης
• Άλλοι ευκαρυωτικοί φορείς
• Χρησιμοποιώντας το πλασμίδιο Ti για τη μεταφορά γονιδίων στα φυτά
• Γενετική μηχανική στα φυτά

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 4η           Γενετική των βακτηρίων

• Γενετική ανάλυση στα βακτήρια
• Σύζευξη
• Μετασχηματισμός
• Μεταγωγή

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 5η           Το DNA σαν γενετικό υλικό

• Πειράματα αναζήτησης του γενετικού υλικού
• Σύσταση και δομή DNA και RNA
• Οργάνωση του DNA σε χρωμοσώματα

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 6η           Η αντιγραφή του DNA

• Η ημι-συντηρητική αντιγραφή του DNA
• Οι DNA πολυμεράσες είναι τα ένζυμα αντιγραφής του DNA
• To μοριακό μοντέλο αντιγραφής
• Η αντιγραφή στους ευκαρυώτες

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 7η           Μεταγραφή

• Γονιδιακή έκφραση και το κεντρικό δόγμα της Μοριακής Βιολογίας
• Η διαδικασία της μεταγραφής
• Μεταγραφή σε προκαρυωτικούς και ευκαρυωτικούς οργανισμούς

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 8η           Μετάφραση

• Μοριακή και χημική δομή πρωτεϊνών
• Ο γενετικός κώδικας
• Η διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης
• Διαλογή και μετακίνηση πρωτεϊνών στο κύτταρο

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 9η           Ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης

• Ρύθμιση της έκφρασης σε προκαρυωτικούς οργανισμούς
• Ρύθμιση της έκφρασης σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς
• Γονιδιακή αποσιώπηση

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 10η         Γενετική ανάλυση της ανάπτυξης

• Κύρια γεγονότα της ανάπτυξης
• Οργανισμοί μοντέλα για τη μελέτη της ανάπτυξης
• Η ανάπτυξη σαν αποτέλεσμα διαφορικής έκφρασης των γονιδίων

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 11η         Μεταλλαγές του DNA, επιδιόρθωση, μεταθετά στοιχεία

• Είδη μεταλλάξεων
• Επιδιόρθωση των βλαβών του DNA
• Μεταθετά στοιχεία
• Επιγενετικά φαινόμενα

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 12η         Ανάλυση των πολυμορφισμών του DNA

• Αναλύσεις πολυμορφισμών με μοριακούς δείκτες
• Ταυτοποίηση του DNA
• Μοριακοί δείκτες και βελτίωση των φυτών

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 13η         Ομικές τεχνολογίες και βιοπληροφορική ανάλυση

• Γονιδιωματική
• Μεταγραφομική
• Μεταβολομική
• Βιοπληροφορική