Программа

вступительных экзаменов в аспирантуру

по специальности.00.16 – Биоинформатика

Понятие биоинформатики.

Роль биоинформатики в современной молекулярной генетике и биотехнологии.

Биологические системы с точки зрения биоинформатики. Кодирование наследственной

информации. Базы данных по молекулярной биологии и генетике. Информационный

анализ последовательностей нуклеиновых кислот и белков.

Молекулярная биология ДНК — основа биотехнологии Молекула ДНК. ДНК как основа генетической информации. Экспериментальные доказательства. Конформации ДНК (А, В и Z-формы). Нуклеотидный состав ДНК и конформации ДНК. Большая и малые бороздки ДНК. Узнавание ДНК белками в малой и большой бороздке. Подвижность структуры ДНК. Свехспирализация. Неканонические структуры ДНК. Изгибы в ДНК (упаковка ДНК и регуляция транскрипции). Топоизомеры.

Топоизомеразы. Полуконсервативная репликация ДНК. ДНК-полимеразы. Вилка репликации ДНК. Регуляция репликации ДНК у бактерий. Понятие о репликоне и репликаторе. Репликация у эукариот. Полирепликонное строение хромосомы. "Фабрики" репликации ДНК в ядре. Клеточный цикл эукариотической клетки. Теломераза и репликация ДНК у эукариот.

Внутриклеточная сигнализация Пути передачи информации в эукариотических клетках. Рецепторы на поверхности эукариотических клеток. Краткая характеристика различных типов рецепторов. G-белки.

Вторичные мессенджеры. Система протеинкиназ. Регуляция экспрессии генов. Иерархия регуляции. Факторы транскрипции. Протоонкогены (мембранные, ядерные и цитоплазматические). Роль протоонкогенов в развитии. Факторы роста, краткая характеристика. Молекулярная биология и функции фактора роста нервов в качестве примера. Регуляторные пептиды в качестве регуляторов функций эукариотических клеток.

Молекулярная диагностика Технологии, основанные на индикации нуклеиновых кислот: методы амплификации нуклеиновых кислот, компоненты и условия проведения полимеразой цепной реакции, методы анализа продуктов амплификации, микрочипы. Примеры решения конкретных диагностических задач. Технологии, основанные на индикации белков и других биомолекул. Иммуноферментый анализ.ций эукариотических клеток.

Белковая инженерия Конструирование библиотек генов. Вектоpа для клониpования генов. Амплификация фрагментов ДНК с использованием цепной полимеpазной pеакции (PCR). Направленный мутагенез последовательности ДНК.

Пpинципы скpининга библиотек генов. Регуляция активности генов. Регуляция активности генов на уpовне тpанскpипции. Функционирование лактозного оперона.

Регуляция транскрипции генов на уровне трансляции. Функционирование триптофанового оперона. Вектоpа для экспpессии чужеpодных генов. Их стpуктуpа и использование.

Основы молекулярной организации векторов для экспрессии. Выбор промоторов для экспрессионных векторов. Инициация тpансляции у пpокаpиот. Констpуиpование RBS пpи создании вектоpов экспpессии. Сопpяжение пpоцессов тpанскpипции и тpансляции у пpокаpиот. Стpуктуpа генов эукаpиот. Их модификация для экспpессии в клетках пpокаpиот. Механизмы секpеции белков. Стpоение и функции сигнальных пептидов.

Основные этапы конструирования генно-инженерных продуцентов. Микpооpганизмы, используемые для создания генно-инженеpных пpодуцентов.

Посттpансляционные модификации белков. Пpичины неидентичности пpиpодных белков и их генно-инженеpных аналогов. Дегpадация чужеpодных и аномальных белков микробными клетками. Стабильность чужеpодных белков в микpобных клетках.

Стpуктуpная оpганизация белков. Уровни структурной организации белков.

Аминокислоты как блоки белковой структуры. Структура пептидной связи.

Конформационная подвижность пептидной цепи. Вторичные структуры в белках. Мотивы в белках. Третичные структуры в белках. Домены в белках. Структурно-функциональная организация белковых молекул. Механизмы фолдинга белковых молекул. Шаперонзависимый и про-зависимый фолдинг. Способы стабилизации белковых молекул.

Молекулярные механизмы транскрипции у прокариот и эукариот Структура РНК-полимеразы прокариот. Инициация синтеза РНК у прокариот, структура промоторов. Регуляция транскрипции с участием сигма-субъединицы РНК-полимеразы, белков-активаторов и репрессоров. Механизмы терминации транскрипции у прокариот, аттенюация. Рибопереключатели и рибозимы в регуляции транскрипции и прокариот.

Структура РНК-полимераз эукариот. Структура промоторов и механизмы инициации транскрипции у эукариот. Главные транскрипционные факторы и коактиваторы транскрипции.

Медицинская и этническая геномика Геном человека, основные черты организации. Полиморфные маркеры ДНК. Принципы картирования генов наследственных болезней. Прогрессирующая мышечная дистрофия пример локализации гена на хромосоме. Другие формы миодистрофии. Молекулярная диагностика. Генная и клеточная терапии. Динамические мутации, экспансии триплетных повторов. Понятие антиципации. Хорея Гентингтона, миотоническая дистрофия.

Разработка молекулярно-генетических подходов к изучению сложных заболеваний (болезнь Паркинсона, ишемическая болезнь сердца, инсульт и др.). Этногеномика.

Полиморфные маркеры ДНК как инструмент изучения генофонда народонаселения во времени и пространстве. Изучение генетических особенностей популяций России в связи с их этнической историей и адаптацией.

Трансгенные растения в биотехнологии Задачи и проблемы генетической инженерии растений. Плазмиды агробактерий и перенос Т-ДНК растений (неоплазия у растений, структуры Ti-плазмид). Ri -плазмиды A.

rhizogenes (характеритика опухолей, образование дифференцированной ткани). Опины Riплазмид (Регенерация растений, Т-ДНК Ri-плазмид как вектор). Модели транспозиции ТДНК. Векторы генетической инженерии растений: векторы на основе Ti-плазмид, векторы на основе хлоропластной и митохондриальной ДНК, транспозируемых элементов растений, вирусов растений, вирионной РНК. Прямой перенос генов в растения.

Экспрессия генов в растениях. Процессинг мРНК, проблемы гетерологичной экспрессии.

Методы регенерации. Маркеры генетической инженерии и ее достижения.

Изотопно-меченые биологически активные соединения и биотехнология Основные преимущества метода меченых атомов перед традиционными химическими и физико-химическими методами детектирования. Биогенные элементы (азот, кислород, водород, углерод, сера, фосфор), их изотопы. Наиболее распространенные изотопы для получения меченых биологически важных соединений, их основные характеристики.

Основные методы синтеза изотопно-меченых соединений и используемое для этого исходное изотопное сырье. Радиоактивные изотопы и основные характеристики меченого соединения (молярная радиоактивность, химическая и радиохимическая чистота).

Соединения, меченные углеродом-14 и тритием. Соединения, меченные тритием и основные способы их синтеза. Анализ и устойчивость изотопно-меченых соединений.

Особенности работы с радиоактивно меченными соединениями, их радиометрия, дозиметрия и основные меры безопасности.

Трансгенные животные в биотехнологии Общие понятия о трансгенах и трансгенных организмах. Методы получения трансгенных животных. Структура трансгенов. Механизмы трансгеноза. Фундаментальные задачи, решаемые с использованием трансгенных организмов: изучение регуляции экспрессии и функции генов, механизмы эмбрионального развития, получение продуцентов.

Инсерционный мутагенез. Токсикогенетика. Эмбриональные стволовые клетки. Генный таргетинг: нокаут генов и генный нокин. Трансгеноз и клонирование животных.

Трансгенные животные как биореакторы. Сельскохозяйственные трансгенные животные.

Механизмы регуляции транскрипции у эукариот Типы эукариотических промоторов, посадка общих факторов транскрипции на промотор.

Энхансеры, сайленсеры, инсуляторы и взаимодействующие с ними белки. Хроматин – функции и организация структурных единиц (нуклеосом). Хроматиновые домены.

Изоформы и модификации гистонов.

Гистоновый код и механизмы его прочтения. Бромо- и хромодоменные белки. Механизм распространения активного и неактивного хроматина. Хроматин-ремоделирующие комплексы – свойства и функции.

Метилирование CG островков у млекопитающих. Механизм эпигенетической передачи информации при клеточных делениях. Компартментализация хроматина в ядре – еще один уровень регуляции транскрипции.

Базовые учебники (учебно-практические пособия) 1. Финкельштейн А. В. Введение в физику белка. Курс лекций. 1999-2000 гг.

2. Волькенштейн М.В. — Биофизика. — М: Наука, 2008г.

3. Рубин А.Б. — Биофизика. Т.1. — 2004г 4. Б Альбертс, Д. Брей, Дж. Льюис, М. Рэфф, К. Робертс, Дж. Уотсон. Молекулярная биология клетки .Издательство Мир. 1994. В трех томах.

5. Lodish HF/ Mol.Cell Biol/ Декан Медико-биологического факультета, проф. Вардапетян Г.Р.

Вопросы к вступительному экзамену в аспирантуру 1. Публичные базы данных и инструментарий – NCBI, EBI, KEGG, SwissProt, PDB.

2. Статистика в биологии, тесты и критерии, работа с выборками. Возникновение и учет статистических ошибок.

3. Пакеты биоинформационных программ и алгоритмов.

4. Использование unix-сред в биоинформатике. Стандартный пакет биоинформатика (Blast, Mummer и т.д) 5. Сиквенирование геномов. Принципы сиквенирования.

6. Next generation sequencing.

7. Сборка геномов из данных о сиквенсах. Не разрешенные задачи в области сиквенирования.

8. Проект геном человека.

9. Аннотация геномов. Понятие о COG.

10. Признаки гена в последовательности ДНК.

11. Факторы транскрипции и сайты связывания.

12. Стандартные методы и алгоритмы предсказания белков.

13. Протеогеномный подход к проверке предсказаний.

14. Понятие доменов в структуре белков.

15. Транскриптомика. Варианты получения данных транскриптах.

16. Представление о некодирующих РНК, их классификация, гипотетическое участие в передаче информации.

17. Метаболомика. Метаболиты в клетке.

18. Оценка достоверности данных о метаболитах.

19. Использование баз по метаболитам и метаболические реконструкции. Сравнительная метаболомика.

20. Сравнительные геномика и протеомика. Филогенетические деревья.

21. Протеогеномика.

22. Вторичные структуры ДНК и РНК и их участие в регуляции клеточных процессов.

23. Вторичные, третичные и четвертичные структуры белков.

24. Интеллектуальные системы анализа данных.

25. Семантические сети. Data mining.

26. Роль биоинформатики в современной молекулярной генетике и биотехнологии.

27. Биологические системы с точки зрения биоинформатики. Кодирование наследственной информации.

28. Базы данных по молекулярной биологии и генетике.

29. Информационный анализ последовательностей нуклеиновых кислот и белков.

30. Молекулярная биология ДНК — основа биотехнологии 31. ДНК как основа генетической информации.

32. Конформации ДНК (А, В и Z-формы).

33. Нуклеотидный состав ДНК и конформации ДНК.

34. Большая и малые бороздки ДНК. Узнавание ДНК белками в малой и большой бороздке.

35. Подвижность структуры ДНК. Свехспирализация.

36. Неканонические структуры ДНК. Изгибы в ДНК (упаковка ДНК и регуляция транскрипции).

37. Полуконсервативная репликация ДНК. ДНК-полимеразы. Вилка репликации ДНК.

38. Регуляция репликации ДНК у бактерий.

39. Понятие о репликоне и репликаторе. Репликация у эукариот.

40. Полирепликонное строение хромосомы.

41. Теломераза и репликация ДНК у эукариот.

42. Пути передачи информации в эукариотических клетках.

43. G-белки. Вторичные мессенджеры.

44. Регуляция экспрессии генов.

45. Иерархия регуляции. Факторы транскрипции.

46. Протоонкогены (мембранные, ядерные и цитоплазматические). Роль протоонкогенов в развитии.

47. Регуляторные пептиды в качестве регуляторов функций эукариотических клеток.

48. Молекулярная диагностика 49. Технологии, основанные на индикации нуклеиновых кислот: методы амплификации нуклеиновых кислот, компоненты и условия проведения полимеразой цепной реакции, методы анализа продуктов амплификации, микрочипы.

50. Конструирование библиотек генов. Вектоpа для клониpования генов.

51. Амплификация фрагментов ДНК с использованием цепной полимеpазной pеакции (PCR).

52. Направленный мутагенез последовательности ДНК.

53. Регуляция активности генов на уpовне тpанскpипции. Функционирование лактозного оперона.

54. Регуляция транскрипции генов на уровне трансляции. Функционирование триптофанового оперона.

55. Сопpяжение пpоцессов тpанскpипции и тpансляции у пpокаpиот.

56. Стpуктуpа генов эукаpиот. Их модификация для экспpессии в клетках пpокаpиот.

57. Основные этапы конструирования генно-инженерных продуцентов.

58. Микpооpганизмы, используемые для создания генно-инженеpных пpодуцентов.

59. Посттpансляционные модификации белков. Пpичины неидентичности пpиpодных белков и их генно-инженеpных аналогов.

60. Стpуктуpная оpганизация белков. Уровни структурной организации белков.

61. Структура пептидной связи. Вторичные структуры в белках.

62. Третичные структуры в белках. Домены в белках.

63. Механизмы фолдинга белковых молекул. Шаперон-зависимый и про-зависимый фолдинг.

64. Способы стабилизации белковых молекул.

65. Разработка молекулярно-генетических подходов к изучению сложных заболеваний (болезнь Паркинсона, ишемическая болезнь сердца, инсульт и др.).

66. Этногеномика. Полиморфные маркеры ДНК как инструмент изучения генофонда народонаселения во времени и пространстве.

67. Плазмиды агробактерий и перенос Т-ДНК растений (неоплазия у растений, структуры Ti-плазмид).

68. Ri -плазмиды A. rhizogenes (характеритика опухолей, образование дифференцированной ткани).

69. Векторы генетической инженерии растений: векторы на основе Ti-плазмид, 70. Векторы на основе хлоропластной и митохондриальной ДНК, транспозируемых элементов растений, вирусов растений, вирионной РНК.

71. Общие понятия о трансгенах и трансгенных организмах. Методы получения трансгенных животных.

72. Эмбриональные стволовые клетки.

73. Генный таргетинг: нокаут генов и генный нокин.

74. Трансгеноз и клонирование животных.

Декан Медико-биологического факультета, проф. Вардапетян Г.Р.