|
Vyučující
|
-
Plíhal Ondřej, RNDr. Ph.D.
|
|
Obsah předmětu
|
1. Vymezení oboru, systémová biologie vs syntetická biologie, historie, metodické přístupy. Modelové organismy, ukotvení v mikrobiologii a definice biologických součástek a obvodů. 2. Biomolekuly, základní organizace buňky vzhledem k syntéze biomolekul. Tok informací v buňce. Genetické a metabolické inženýrství, high-throughput metody a funkční genomika. Využití CRISPR-Cas technologie v syntetické biologii. 3. Syntetické genomy, metody přípravy, purifikace a příklady jejich využití v biotechnologii. Syntetické transkripční faktory, biosenzory, riboswitche a ribozymy a konstrukce biologického počítače. 4. Matematické modelování genetických regulačních obvodů. Mikrobiální zabijácké obvody (obvody typu "essentializer" a "cryodeath"). Autoregulační mechanismy založené na negativní a pozitivní zpětné vazbě. 5. Databáze a nástroje pro rekonstrukci metabolických sítí. Interaktivní in silico budování modelu. Metabolické inženýrství založené na in silico modelu pro kontrolovanou produkci bioproduktů. 6. De novo konstrukce genů. Replikace DNA, RNA a proteinů a kompartmentalizace těchto procesů. Biologické oscilátory, molekulární stroje a automaty. 7. Mikrobiální robotika založená na komunikaci v multicelulárních systémech. Quorum sensing, buněčná konsorcia a mechanismy detekce buněčné hustoty. Využití robotických systémů v houbách (možnosti využití cytokininů a jejich receptorů pro mezibuněčnou komunikaci ad.). Kvasinka jako modelový organismus. 8. Umělé genetické sítě a jejich stavební kameny. Charakterizace jednoduchých a komplexních sítí, částečně přirozené systémy. Vliv "šumu". 9. Možnosti využití tkáňového inženýrství v biomedicíně. Teorie biologické odolnosti pro stabilitu systému. Chemoprevence a další využití v nádorové terapii, možné strategie a zhodnocení účinnosti; využití v toxikologii. Možnosti optogenetiky v klinickém výzkumu. 10. Projekt "syntetického života". Syntetická genomika a příprava Mycoplasma laboratorium, tvorba nových biologických entit. "Vetřelecká" DNA a možnosti kódování proteinů prostřednictvím syntetických bází. 11. Využití říjených procesů v bioenergetice. Degradace lignocelulosy a fermentační technologie pro výrobu biopaliv. Buněčná komunikace vyššího řádu - syntetické ekosystémy. Metabolické inženýrství pro produkci mořských přirozených bioproduktů. 12.Normativní etika v syntetické biologii. Výhody a rizika spojené s používáním umělých organizmů. Prognózy budoucího vývoje. Legislativa a zákonný rámec.
|
|
Studijní aktivity a metody výuky
|
Přednášení, Dialogická (diskuze, rozhovor, brainstorming), Aktivizující práce ve skupinách
- Účast na výuce
- 26 hodin za semestr
- Příprava na zkoušku
- 55 hodin za semestr
|
|
Výstupy z učení
|
Cílem předmětu je seznámit studenty s konceptem umělého života, organizací genomů a tvorbou umělých genomů, biologickými obvody a možnostmi využití uměle připravených organizmů.
Schopnost definovat koncept minimálního života, navrhnout a využít biologické obvody a aplikovat je v praxi.
|
|
Předpoklady
|
Základní orientace v oboru molekulární biologie, struktura DNA a RNA, organizace genů a chromozómů.
|
|
Hodnoticí metody a kritéria
|
Rozhovor, Systematické pozorování studenta, Závěrečný projekt
Studenti budou prezentovat jedno z témat, které si sami vyberou ? na toto téma bude doporučena odborná literatura. Po prezentaci následují ústní otázky k zvolenému tématu.
|
|
Doporučená literatura
|
-
Davies, J. A. (2020). Mammalian Synthetic Biology. Oxford University Press.
-
Lesk, A. M. (2017). Introduction to genomics, 3rd edition.
-
Pengcheng Fu, Sven Panke. (2009). Systems Biology and Synthetic Biology.
-
Smolke, C. (editor). (2018). Synthetic Biology: Parts, Devices and Applications. Wiley.
|