1. Základy bioinformatiky

• Definice
• Databázové zdroje
• Základní analytické nástroje – vyhledávání podobných sekvencí, identifikace otevřených čtecích rámců, vyhledávání konsenzuálních sekvencí, konstrukce genových map

2. Biologické makromolekuly – struktura a funkce

• Nukleové kyseliny a nukleotidy
• Proteiny a aminokyseliny
• Polysacharidy a jejich podjednotky

3. Základní procesy a funkce genetického materiálu

• Replikace
• Transkripce a posttranskripční úpravy, reverzní transkripce
• Translace a genetický kód
• Mutace a opravy DNA

4. Struktura chromozomů a chromatinu

• Prokaryotický a eukaryotický chromozóm, jeho topologie a složení
• Chromatin a nukleozóm jako jeho základní podjednotka
• Základní funkční elementy eukaryotických chromozómů – centromery, telomery a replikační počátky nehistonové proteiny chromatinu

5. Základní strukturní rysy organizace genomů jednotlivých organizmů včetně člověka

• Kódující a nekódující DNA – strukturní geny, RNA geny (rRNA, pre-miRNA a shRNA), transpozony, distribuce genů
• Srovnání genomů jednotlivých typů organizmů
• Genové katalogy
• Organelární genomy

6. Epigenetika a epigenomika

• Definice pojmu epigenetika
• Epigenetické procesy a jejich molekulární mechanismy (příklady)
• Epigenetické mechanismy regulace exprese genů
• Genetické a epigenetické regulace ontogeneze

7. Gen

• Mendelovo pojetí, Mendelovy principy dědičnosti
• Další možné definice genu / pojetí genu, z hlediska jeho funkce a materiální podstaty
• Základní struktura prokaryotického a eukaryotického genu

8. Identifikace genů

• Ab initio
• Experimentální

9. Reverzní genetika

• cílená mutageneze a editování genomu. Příprava, Identifikace a analýza sekvenčně specifických mutantů
• Metody identifikace přesného místa inzerce, resp. editace
• Potvrzení příčinné souvislosti mezi fenotypem a mutací

10. Genetika přímá

• Využití knihoven inzerčních mutantů v postupech přímé genetiky
• Vyhledávání v knihovnách inzerčních mutantů podle různých kritérií, fenotypové profilování
• Identifikace mutovaného lokusu

11. Chemická genetika a její aplikace

12. Regulace genové exprese

13. Mechanismus umlčování genů pomocí RNA interference a jeho využití v praxi

• pozitivní a negativní regulace genové exprese, indukce a represe
• Regulace genové exprese u prokaryot a virů, příklady
• Regulace genové exprese u eukaryot

14. Analýza genové exprese

• Kvantitativní – qRT PCR, čipy, RNASeq - NGS transkripční profilování
• Kvalitativní – transkripční fúze, translační fúze, tkáňově a buněčné specifická analýza – transkripční mapy, in vivo analýza lokalizace RNA
• In silico – elektronické databáze a vyhledávání v nich

15. Sekvenování a jeho využití v genomice

• Metody redukce komplexity genomu/transkriptomu pro sekvenční analýzu – renaturace a exonukleázy, metylační filtrování, sortování chromozomů, cílená deplece rRNA/rDNA, panely
• Princip Sangerova sekvenování
• Principy hlavních současných metod NGS a sekvenování třetí generace – Solexa/Illumina, Ion Torrent, Oxford Nanopore, PacBio

16. Genomika buněčných komunikací

• Metody lokalizace molekul in vivo – proteiny, RNA, RNA lokalizační kódy
• Vnitrobuněčný transport proteinů a jeho funkční význam – sortování proteinů a jeho signály, jaderný transport, mitochondriální transport
• Pokročilé techniky konfokální mikroskopie ve studiu vnitrobuněčné lokalizace proteinů – FRAP, fotoaktivovatelné fluorescenční proteiny, FLIM, FCS

17. Základy systémové biologie

• Koncept
• Mechanizmy vzájemných genových regulací
• Genové regulační sítě – pozitivní a negativní samoregulační smyčky a jejich funkční význam

18. Nástroje systémové biologie

• Analýza genové ontologie
• Matematické modelování genových regulačních sítí

19. Praktické aplikace funkční genomiky

• Individualizovaná medicína – multigenová podmíněnost onemocnění, využití genového klastrování
• Molekulární diagnostika a genová terapie
• Regenerativní medicína
• Biotechnologie – význam a bezpečnost GMO

1. Úvod do proteomiky

• Peptid, protein, proteoforma, proteom, proteotyp, vztah genom-transkriptom-proteom-metabolom
• Biogenní vznik proteinů a peptidů, aminokyseliny a jejich vlastnosti, primární, sekundární, terciární a kvartérní struktura, typy proteinů – strukturní, funkční, posttranslační modifikace – základní druhy a jejich význam
• Enzymy jako biokatalyzátory, stabilita enzymů, aktivní místo – kofaktory, koenzymy, prostetické skupiny, enzymová kinetika – rychlost enzymové reakce, aktivita, rovnice Michaelis-Mentenové, určení K_M a maximální rychlosti, enzymová regulace – aktivace, inhibice
• Evoluce proteinů a proteinových komplexů, mutace (synonymní a nesynonymní), duplikace, divergence, selekční tlaky; přeskupování domén, neofunkcionalizace

2. Metody v proteomice

• Příprava proteinových vzorků – základní postupy izolace proteinů, frakcionace modifikovaných peptidů/proteinů
• Rekombinantní proteiny – expresní systém (bakteriální, kvasinkový, hmyzí buňky s bakuloviry), základní postupy izolace a purifikace rekombinantních proteinů, využití afinitních kotev a jejich odstraňování
• Separace a frakcionace proteinů/peptidů – chromatografické metody (RPLC, IMAC, MOAC, SEC, HILIC, HIC), elektromigrační metody (elektroforéza, izoelektrická fokusace), vícerozměrné separace komplexních směsí, význam separace v proteomice
• Charakterizace proteinů – imunoanalýza, hmotnostní spektrometrie (princip; ionizační techniky; hmotnostní analýza, detekce iontů; kombinované techniky; tandemová hmotnostní spektrometrie; kvalitativní, kvantitativní a strukturní analýza), metody určení molekulové hmotnosti proteinů

3. Expresní/diferenční proteomika

• Exprese proteinů a její regulace – genová úroveň, sestřih, posttranslační umlčování atp.
• Přístupy expresní proteomiky – izolace, separace, charakterizace proteomu/proteotypu
• Kvalitativní analýza – identifikace proteinu, její metody a postupy (hmotnostní spektrometrie, databázové prohledávání, de novo sekvenování, imunoanalýza, Edmanovo sekvenování)
• Kvantifikace proteinů – metody a postupy (princip relativní a absolutní kvantifikace, přístup s izotopovými hmotnostními značkami a bez značek v MS, imunoblot (westernový blot))

4. Strukturní proteomika

• Struktura proteinu – domény, skládání
• Vztah struktury, vlastností a funkce proteinů – transport, imunochemie, cytoskelet, receptory
• Přístupy strukturní analýzy – metody a jejich použití (CD, rentgenová krystalografie…)
• Modelování – strukturní model a jeho zpřesňování

5. Funkční proteomika

• Proteinové interakce – domény, typy interakcí (protein-protein, protein-DNA, protein-ligand), interaktom, komplexom, význam proteinových interakcí
• Vliv PTM na proteinové interakce – proteinové domény rozeznávající PTM
• Metody analýzy protein-proteinových interakcí in vivo – koimunoprecipitace, kvasinkový dvouhybridní test (Y2H), koimunoprecipitace, tandemová afinitní purifikace (TAP-Tag), bimolekulární fluorescenční komplementace (BiFC), analýza zprostředkované membránové vazby (MeRA)
• Charakterizace proteinových komplexů – metody izolace a analýzy proteinových komplexů

6. Proteomická bioinformatika

• Proteomické databáze a nástroje – typy, obsažené informace
• Využití bioinformatických databází v proteomice

7. Proteomické aplikace

• Možnosti využití proteomiky v základním a aplikovaném výzkumu (studium mechanizmů buněčných procesů, struktura proteinů, klinické aplikace, identifikace bakterií atp.)
• Základní experimentální přístupy pro řešení výše uvedených aplikací