Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФМФ

В.К. Иванов

«_» _ _ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Геномика Кафедра-разработчик Биофизика Направление (специальность) подготовки 011200 Физика Наименование ООП Квалификация (степень) выпускника Магистр Образовательный стандарт Федеральный ГОС Форма обучения очная Соответствует ФГОС ВПО.

Утверждена протоколом заседания кафедры Биофизика № 2 от 17.05. Программу в соответствии с ФГОС ВПО разработали:

кбн А.Н. Сварчевский 1. Цели и результаты изучения дисциплины 1.1. Цели изучения дисциплины Цель дисциплины «Геномика» - дать студентам знания об организации геномов эукариот.

В задачи курса входит знакомство с методами секвенирования полных геномов, выяснения функций генов на основе компьютерных программ, знакомство с методами сравнительного анализа геномов разных организмов, изучение организации и содержания генетической информации, закодированной в геноме данного организма, расшифровка функции каждого гена в геноме и особенностей его экспрессии, сравнительное исследование организации геномов разных организмов.

За последние 20 лет в молекулярной биологии и генетике произошли революционные изменения (информационный взрыв). После разработки методов автоматического секвенирования ДНК началась эпоха массовой расшифровки геномов. Суммарные объемы первичных экспериментальных данных только по молекулярно-генетическому уровню организации жизни превышают сотни терробайт. Для обработки этой информации были разработаны методические подходы, позволяющие систематически получать фундаментальные знания об организации жизни на молекулярно-генетическом уровне и применения этих знаний для решения прикладных задач (здравоохранение, сельское хозяйство, биотехнология).

1.2. Результаты обучения (компетенции) выпускника, в формирование которых вносит вклад освоение дисциплины Код Результат обучения (компетенция) выпускника ООП ОК- способностью демонстрировать углубленные знания в области математики и естественных наук ОК- способностью самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение ОК- способностью порождать новые идеи (креативность) ОК- способностью к коммуникации в научной, производственной и социальнообщественной сферах деятельности, свободное владение русским и иностранным языками как средством делового общения ПК- способностью и готовностью применять на практике навыки составления и оформления научно-технической документации, научных отчетов, обзоров, докладов и статей (в соответствии с профилем магистерской программы) ПК- способностью использовать свободное владение профессиональнопрофилированными знаниями в области информационных технологий, современных компьютерных сетей, программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том числе находящихся за пределами профильной подготовки ПК- способностью проводить свою профессиональную деятельность с учетом социальных, этических и природоохранных аспектов 1.3. Планируемые результаты освоения дисциплины -способность самостоятельно ставить задачи научно-исследовательских работ, самостоятельно выполнять физические исследования при решении научноисследовательских задач по теме магистерской программы;

-способность самостоятельно с применением современных компьютерных технологий анализировать, обобщать и систематизировать результаты молекулярно-генетических работ;

-умение анализировать, сравнивать и видоизменять генетическую информацию в масштабе генома организма -способность использовать современные методы обработки и интерпретации генетической информации при проведении научных исследований.

-способность профессионально оформлять, представлять и докладывать результаты научно-исследовательских и производственно-технологических физических работ по утвержденным формам.

2. Место дисциплины в ООП Согласно ФГОС ВПО направления 011200 «Физика» (квалификация «магистр») дисциплина «Геномика» относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла М.2.

Дисциплину «Геномика» студенты изучают в 9-м семестре (пятый год обучения).

Изучение дисциплины «Геномика» опирается на знания в области общей биологии, молекулярной биологии клетки, биоорганической химии, генетики и генетической инженерии, освоенные студентами на предшествующих этапах обучения.

Результаты изучения дисциплины «Геномика» используются при изучении дисциплин профессионального цикла М.3, при выполнении НИРС и при подготовке магистерской диссертации.

Курс носит междисциплинарный характер и состоит из лекционного материала.

3. Распределение трудомкости освоения дисциплины по видам учебной работы 3.1. Виды учебной работы в том числе творческая проблемно-ориентированная самостоятельная – работа Общая трудоемкость освоения дисциплины в академических часах: 3.2. Формы контроля 4. Содержание и результаты обучения 4.1. Разделы дисциплины и виды учебной работы 4.2. Содержание разделов и результаты изучения дисциплины 1. Введение 1.1. Геномика Программа "Геном человека". Геномика, транскриптоника, протеомика. Содержание и организация геномной информации.

1.2. Реализация информации генома Реализация информации, записанной в геноме.

Обратная генетика (от гена – к признаку).

Сравнительные исследования содержания и организации геномов разных организмов.

2. Структурная Геномика 2.1. Генетические и физические карты геномов Знание принципов построения Распадающийся геном бактерии Mycobacterium leprae. Принципы построения генетических карт.

Двухфакторные и многофакторные скрещивания.

Единицы измерения расстояния между двумя маркерами. Недостатки генетических карт.

Молекулярные маркеры. Физические карты.

Единицы измерения расстояния между двумя маркерами. Сопоставление генетических и физических карт. Методы построения физических карт ( секвенирование ДНК, STS-картирование, FISH-анализ).

2.2. Секвенирование геномов Стратегия секвенирования геномов. Векторы для характеристика векторов. Анализ клонирования больших фрагментов ДНК.

Векторы YAC, BAC, PAC. Сравнительная характеристика векторов. Анализ больших фрагментов ДНК. "Прогулки" и "прыжки" по хромосоме. Метод дробовика. Составление контигов. Проект Геном человека. SNPполиморфизмы. EST-последовательности.

Сплайсинг. Биоинформатика. Базы данных.

Программное обеспечение.

3. Функциональная геномика 3.1. Цели и задачи функциональной геномики Основные задачи функциональной геномики (понятие о протеоме, транскриптоне). Методы для и оценки их функций.

обнаружения отдельных генов и оценки их функций (in situ гибридизация, ДНК-footprinting, экспериментальный мутагенез, использование трансгенных животных, метод нокаута).

3.2. Ортологичные и паралогичные гены Методы, основанные на знании нуклеотидных последовательностей других генов. Предсказание обеспечением для сравнительного функции белка на основании нуклеотидной последовательности. Поиск гомологий.

Ортологичные и паралогичные гены. Программа поиска гомологии - BLAST. Другие методы сравнения последовательнсотей (базы белковых доменов, филогенетический профиль, fusionбелки, анализ ближайших соседей). Недостатки компьютерных методов выяснения функции гена.

Экспрессия гена и микрочипы. Геномный мутагенез.

4. Сравнительная геномика 4.1. Прокариотические геномы Прокариотические геномы (размер генов и геномов, количество хромосом, общих и уникальных генов, дополнительная ДНК, G+C состав, эубактерии и архебактерии, горизонтальный обмен генами). Общая характеристика эукариотических геномов (размеры, повторяющиеся последовательности, дупликации, связь количества ДНК со сложностью организма, белковые домены, белоккодирующая ДНК).

4.2. Сравнительная характеристика геномом дрожжей Сравнительная характеристика геномом дрожжей (Saccharomyces cerevisiae), червя (Caenorhabditis elegans), растений (Arabidopsis thaliana), плодовой мушки (Drosophila melanogaster) и человека.

5. Заключение 5.1. Будущее геномики Геномика для сельского хозяйства и биотехнологии.

5.2. Этические проблемы Геномика для медицины. Этические проблемы, связанные с проектом Геном Человека.

5. Образовательные технологии В преподавании дисциплины «Геномика» используются преимущественно традиционные образовательные технологии - лекции.

Семинары по дисциплине «Геномика» осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации»

(9-й, 10-й и 11-й семестр).

Объм лекционных занятий составляет 100% общего объма аудиторных занятий. Превышение предельного норматива, установленного ФГОС ВПО для ООП, компенсируется уменьшенной долей лекционных занятий по другим дисциплинам в рамках ООП и в целом по ООП норматив выполнен.

Занятия в активной и интерактивной формах 6. Лабораторный практикум Не предусмотрен.

7. Практические занятия Семинары по дисциплине «Геномика» осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации»

(9-й, 10-й и 11-й семестр).

8. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Самостоятельная работа студентов направлена на закрепление и углубление освоения учебного материала, развитие практических умений. Самостоятельная работа студентов в рамках дисциплины «Геномика» включает следующие виды самостоятельной работы:

- работу с лекционным материалом и с рекомендованной учебной литературой;

- подготовку к колоквиуму и экзамену;

- опережающую самостоятельную работу с использованием электронных ресурсов, в частности сайта http://univertv.ru/, раздел Биология.

- изучение подраздела дисциплины «Будущее геномики», вынесенного на самостоятельную работу.

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа в рамках дисциплины «Геномика» включает в себя:

- поиск, обработку и презентацию информации по печатным изданиям и электронным источникам информации по заданной проблеме в рамках общей программы дисциплины «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации» (10-й семестр);

- выступление на указанном выше семинаре;

Методы контроля самостоятельной работы студентов включают написание проверочных работ, проведение коллоквиума, выступление на семинаре. Учебные и методические пособия, рекомендуемые для использования при самостоятельной работе, указаны ниже в разделе 9.2.

Примерное распределение времени самостоятельной работы студентов подготовка к контрольным работам, коллоквиумам, зачтам 9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 9.1. Адрес сайта курса РПД размещается по адресу http://biophysics.spbstu.ru/399_01w.html.

9.2. Рекомендуемая литература Основная литература Автор, название, место издания, издательство, год Год К-во Место 1. Репликация генома. / Г. Р. Виноградская — СПб. Изд-во 2007 20 Библиотека Политехн. ун-та, 2. Введение в молекулярную медицину. учеб. пособие. / В. Н. Библиотека Горбунова, С. Н. Пчелина, А. Л. Шварцман — СПб. Изд-во Политехн. ун-та, Дополнительная литература 1. Экспрессия генов. / Патрушев Л.И. — Москва Наука, 2. Основы генетической инженерии. Учеб. для биол. спец. вузов. / В.Н. Рыбчин — Санкт-Петербург Изд-во СПбГТУ, Ресурсы Интернета 1. Льюин Б. Гены. М., Мир, 1987 / http://www.genes.net 9.3. Технические средства обеспечения дисциплины http://univertv.ru/, разделы Химия, Биология;

http://www.humbio.ru/, база знаний по биологии человека;

http://www.bio.fizteh.ru/student/files/biology/biolections/ Интернет-портал «Легендарный Физтех».htm 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины Аудиторный класс, наличие проектора для демонстрации наглядных пособий и экрана.

Компьютерный класс, лицензионное программное обеспечение, Internet.

11. Критерии оценивания и оценочные средства 11.1. Критерии оценивания Качество освоения дисциплины "Геномика" оценивается при проведении коллоквиума и экзамена (9-й семестр).

Итоговая оценка на экзамене выставляется по результатам коллоквиума, проводимого в ходе семестра и результатам устного ответа на вопросы экзаменационного билета (примеры экзаменационных билетов приведены в разделе 11.2). В отдельных случаях на экзамене студентам предлагается письменное тестирования по материалам всего курса дисциплины.

При выставлении итоговой оценки принимается во внимание активность студента на семинарских занятиях и на занятиях, проводимых в интерактивной форме, учитывается качество выполненной в рамках семинарских занятий курсовой работы и качество представления данных в виде доклада на семинаре.

11.2. Оценочные средства Примеры экзаменационных билетов по дисциплине "Геномика" 1. Геномика, протеомика и транскриптоника.

2. Программа поиска гомологии - BLAST.

1. Молекулярные маркеры при построении физических карт.

2. Недостатки компьютерных методов выяснения функции гена.

1. SNP-полиморфизмы.

2. Геном бактерии Escherichia coli..

12. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Для успешного освоения дисциплины "Геномика" необходимы знания в областях молекулярной гентики и генетической инженерии, поэтому на первом занятии рекомендуется проведение тестирования по основным разделам этих дисциплин.

Раздел "Будущее геномики" рекомендуется вынести на самостоятоятельную работу. При изучении курса рекомендуется использовать электронные ресурсы, в частности ресурсы Интернета, для получения более наглядного представления о процессах, используемых в генетической инженерии.