B. Alberts, A. Johnson, J.Lewis, D. Morgan, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, J. Wilson, T. Hunt (2015) Molecular Biology of the Cell, 6th edition, GarlandScience

Alberts B., Bray D. Hopkin K., Johnson A. D., Morgan D., Raff M., Roberts K., Walter P. (2018) Essential Cell Biology, 5th edition, W.W.NORTON

H. Lodish; A. Berk; Ch. A. Kaiser; M. Krieger; A. Bretscher; H. Ploegh; K. C. Martin; A. Amon (2016). Molecular Cell Biology. 7th Edition, W. H. Freeman and Company.

Literatúra podľa odporúčaní vyučujúcich zastrešujúcich jednotlivé okruhy tém.

štátna skúška

Predmet sa uskutočňuje prezenčnou formou. V prípade situácie, ktorá prezenčnú formu neumožní, predseda/predsedníčka komisie rozhodne o spôsobe dištančnej formy skúšky.

slovenčina

Organizácia a realizácia genetickej informácie. História definície génu (Johannsen, Beadle a Tatum, molekulárne definície génu). Molekulárna definícia génu. Molekulárna anatómia génu a chromozómu. Gény, génové rodiny a genómy. Transkripčné jednotky. Porovnanie prokaryotických a eukaryotických génov. Opakované a jednoduché sekvencie DNA. Bakteriálne a eukaryotické mobilné elementy. Vírusové a nevírusové retrotranspozóny. Štruktúra chromatínu. Históny a histónom podobné proteíny. Funkčné elementy prokaryotických a eukaryotických chromozómov (počiatky replikácie, centroméry, teloméry, kódujúce a nekódujúce sekvencie). Základné princípy a enzýmy zúčastnené v DNA replikácii. Rozdiely v replikácii kružnicovej a lineárnej DNA.

Regulácia génovej expresie na transkripčnej úrovni. Bakteriálny operón. Iniciácia transkripcie - podobnosti a odlišnosti medzi baktériami a eukaryotami. Indukcia a represia enzýmov lac operónu. Mutanty a genetická analýza lac operónu. lac represor a štruktúra bakteriálnych represorov. Jacob-Monodov model. Pozitívna kontrola lac operónu. Základné princípy regulácie bakteriálnych operónov. Atenuácia.

Eukaryotické transkripčné faktory. Regulačné elementy eukaryotickej DNA: promótory a enhancery. Eukaryotické RNA polymerázy. Identifikácia promótorových elementov mutáciami a DNase I footprinting. Transkripčné jednotky pre RNA polymerázu I. Štruktúra promótorov pre RNA polymerázu I, II a III. Downstream a upstream regulačné sekvencie pre RNA polymerázu III. RNA polymerázu II a jej transkripčné faktory. Tvorba iniciačného komplexu. Prepojenie transkripcie a opravy DNA. Krátke sekvenčné elementy v promótoroch pre RNA polymerázu II. Gény bez TATA boxov. Enhancery a princíp ich funkcie. Modifikácia histónov a heterochromatínu – represia génov pri telomérach a v iných častiach chromozómu. Regulácia aktivity transkripčných faktorov. Receptory steroidných hormónov. Regulácia peptidovými hormónmi. Kontrola terminácie transkripcie v baktériách a v eukaryotoch.

Regulácia génovej expresie na posttranskripčnej úrovni. Modifikácia koncov RNA. Štiepenie a polyadenylácia pre-mRNA. hnRNA a hnRNP. RNA-DNA hybridy a zostrih transkriptov. Zostrihové polohy a princíp trans-esterifikačnej reakcie. Spliceozóm a cyklus zostrihu. Trans-splicing a self-splicing. Regulácia zostrihu a expresia proteínov. Alternatívny zostrih a tvorba proteínových izoforiem. Processing rRNA a tRNA. Organizácia jadierka a biogenéza ribozómov. Organizácia jadra a transport makromolekúl medzi jadrom a cytoplazmou. Jadrové póry, mRNPs a receptory pre „export„ z jadra. Lokalizačné jadrové signály a príklady transportu makromolekúl cez jadrový obal. RNA editing. Regulácia lokalizácie, stability a translácia mRNA. „Polčas života„ mRNA a faktory určujúce stabilitu. Translačný aparát, molekulárný mechanizmus translácie, fázy translácie a translačné faktory. Regulácia génovej expresie prostredníctvom malých RNA molekúl (RNA interferencia, mikroRNA).

Štruktúra a funkcia makromolekúl. Základné štruktúrne charakteristiky DNA a RNA. Úloha sekundárnej štruktúry pre funkciu rôznych typov RNA. Sekvenčné homológie proteínov, proteínové motívy, domény. Genetický kód. Základné princípy translácie.

Molekulárno-biologické metódy. Príprava rekombinantných DNA. Klonovacie, expresné a dvojfunkčné (shuttle) vektory. Techniky prenosu DNA do buniek. Hostiteľské kmene. SELEX - in vitro selekcia nukleových kyselín s katalytickou aktivitou. In vitro mutagenéza. Metódy heterológnej expresie. Kritériá kladené na expresné systémy. Vektory, hostitelia, expresné systémy. Regulačné signály kontrolujúce expresiu génov. Polymerázová reťazová reakcia (PCR), princíp, podmienky, design primerov, typy PCR. Enzýmy využívané v technikách rekombinantných DNA. Princípy fyzikálneho mapovania nukleových kyselín. Príprava DNA a RNA prób, rádioaktívne a nerádioaktívne techniky. Hybridizácia nukleových kyselín. Význam interakcií biomakromolekúl a ich sietí v živých systémoch. Biochemické a genetické metódy štúdia DNA-proteínových a proteín-proteínových interakcií.

Princípy funkčnej analýzy genómov. Bioinformatické a experimentálne prístupy k identifikácii génov a funkčných elementov v genómoch. Anotácia genómov. Databázy génov a genómov. Genomika, transkriptomika, proteomika, interaktomika, metabolomika, iné omiky (komparatívna a evolučná genomika, paleogenomika, personálna genomika, metagenomika). Klasické a moderné metódy sekvenovania nukleových kyselín. Metódy štúdia proteínov (chromatografické metódy, imunochemické metódy). Metódy analýzy proteómu (2D elektroforéza, identifikácia a stanovenie sekvencií proteínov hmotnostnou spektrometriou). Základné princípy syntetickej biológie.

Prenos bunkového signálu Všeobecné princípy bunkovej signalizácie, komponenty bunkových signálnych dráh, proteín kinázy, proteín fosfatázy, fosfolipázy, adaptorové proteíny, signálne lipidy, G-proteíny, koncepcia signálnych poslov, signálne kaskády, ligand-receptorové interakcie, receptory pre steroidné hormóny, povrchové receptory, receptory spriahnuté s iónovými kanálmi. Signálne dráhy využívajúce heterotrimerické G-proteíny, história štúdia adrenalín-závislej signálnej dráhy, efektory heterotrimerických G-proteínov, receptory s enzymatickou aktivitou, receptorové proteín tyrozín kinázy, ras-závislá signálna dráha ako prototyp signálnej kaskády, efektory malej GTPázy ras, MAP kinázová kaskáda, jej komponenty a evolučný pôvod. Bunkové signálne dráhy v evolučnej perspektíve, porovnanie signálnych dráh: prokaryotické versus eukaryotické, resp. jednobunkové versus mnohobunkové organizmy.

Regulácia bunkového cyklu. História štúdia bunkového cyklu, koncepcia kontrolných bodov bunkového cyklu, maturácia oocytov Xenopus laevis ako modelový systém pre izoláciu maturačného promočného faktora, kvasinkové cdc mutanty, Cdc28p ako rozhodujúci komponent kontroly bunkového cyklu, úloha proteín-proteínových interakcií a post-translačných modifikácií v regulácii bunkového cyklu, proteazóm a jeho funkcia v regulácii bunkového cyklu, koncepcia kontrolných bodov bunkového cyklu. Molekulárne princípy zastavenia bunkového cyklu indukovaného poškodením na úrovni DNA, p53 ako „strážca“ genómu, Rb a jeho úloha v regulácii bunkového cyklu.

Vnútorná organizácia eukaryotickej bunky. Štruktúra bunkových membrán. Biogenéza bunkových membrán. Syntéza membránových lipidov. Pi-lipidy sú syntetizované v spojení s membránami. „Flipázy“ a ich funkcia. Transport Pi-lipidov z ER do bunkových organel. Syntéza membránových proteínov. Organely zúčastňujúce sa sekrécie proteínov a transport sekrečných proteínov. Genetický prístup k štúdiu transportu sekrečných proteínov. Transport do a cez membrán ER. Signálne sekvencie a SRP. Štruktúra a vlastnosti SRP. Proteíny zúčastňujúce sa transportu cez membrány ER. Úloha šaperónov. Topológia proteínov ER. Sekvencie, ktoré slúžia ako membránové kotvy. Odštiepitelné a vnútorné signálne a kotviace sekvencie. GPI membránová kotva. Disulfidické väzby a úloha glutatiónu. Proteíndisulfíd izomeráza. Kontrola kvality proteínov v ER. Transportné vezikuly. Glykozylácia proteínov. Štruktúra N- a O-oligosacharidov. Tvorba a modifikácie cukorných zložiek v ER a v Golgiho aparáte. Biogenéza lyzozomálnych enzýmov. Druhy transportných vezikúl a ich funkcia. Mechanizmus a regulácia tvorby a fúzie membránových vezikúl. Úloha G-proteínov. Internalizácia proteínov z bunkového povrchu. Povrchové receptory a endocytóza.

Biogenéza bunkových organel. Organely mimo sekrečnej cesty. Mitochondriálna DNA – štruktúra, transkripcia a evolúcia. Molekulárno-genetický prístup k štúdiu biogenézy organel. Mitochondriálny genetický kód a mitochondriálna proteosyntéza. Import proteínov do mitochondriálnych kompartmentov. Transportná mašinéria vonkajšej a vnútornej membrány. Úloha chaperónov a ATP v importe proteínov. Nukleo-mitochondriálna komunikácia, retrográdna regulácia. Biogenéza chloroplastov. Proteínový transport do a z jadra. NLS a ich funkcia. Biogenéza vakuol/lyzozómov.

Programovaná bunková smrť. Koncepcia bunkovej smrti z vlastnej vôle ako jedného z alternatívnych bunkových programov, mikroskopické zmeny apoptickej bunky, apoptóza versus nekróza, molekulárne charakteristiky apoptotickej bunky, význam apoptózy v ontogenéze a homeostáze organizmov, genetický program apoptózy, Caenorhabditis elegans ako model genetickej analýzy programovanej bunkovej smrti, ced mutanty, Bcl-2 rodina pro- a anti-apoptotických proteínov, kaspázové kaskády, apoptozóm, úloha mitochondrií v apoptóze, Fas/Apo-1/TNF apoptotická signálna dráha, inhibítory apoptózy (IAP), apoptická nukleáza a jej „spolupráca“ s kaspázovou kaskádou, autofágia. Bunková senescencia, Hayflickov limit, úloha mitochondrií v bunkovom starnutí, starnutie a voľné radikály, starnutie u eukaryotických mikroorganizmov , úloha telomér v bunkovej senescencii.

Cytoskeletárny systém eukaryotickej bunky. Aktínové filamenty a ich dynamika. Organizácia aktínového cytoskeletu, úloha cytoskeletu v bunkovom pohybe. Myozín – funkcia v svalových a nesvalových bunkách. Úloha cytoskeletu v cytokinéze a v bunkovom pohybe. Mikrotubuly. Mikrotubulárne proteíny a ich úloha v bunkovom pohybe a mitóze. Intermediárne filamenty. Samorganizácie a jej úloha v tvorbe cytoskeletárneho systému bunky.

Výsledkom úspešného absolvovania predmetu štátnej skúšky bude overenie vedomostí z oblasti molekulárnej biológie, ktoré má ovládať absolvent/ka študijného programu.

Snustad, D. Peter, Simmons, Michael J. (2017) Genetika, druhé vydanie, Masarykova univerzita; literatúra podľa odporúčaní vyučujúcich zastrešujúcich jednotlivé okruhy tém.

štátna skúška

Predmet sa uskutočňuje prezenčnou formou. V prípade situácie, ktorá prezenčnú formu neumožní, predseda/predsedníčka komisie rozhodne o spôsobe dištančnej formy skúšky.

slovenčina

Mitóza – genetický význam, fázy mitózy, ich charakteristika. Mitotický aparát. Pohyb chromozómov v metafáze a segregácia v anafáze. Organizácia chromatínu v interfázovom jadre. Mitotická aktivita.

Meióza – genetický význam. Priebeh a charakteristika fáz I. a II. meiotického delenia. Konjugácia homologických chromozómov – primárne párovanie, synaptonemálny komplex, molekulárny mechanizmus konjugácie. Nondisjunkcia chromozómov a jej dôsledky pre bunku a pre celý organizmus.

Princípy a metódy genetickej analýzy u prokaryotov a eukaryotov. Stavba bunky a štruktúra chromozómov u prokaryotických a eukaryotických organizmov. Štruktúra a organizácia génov prokaryotov a eukaryotov. Techniky mapovania génov na chromozómoch. Rozdiely v postupe pri mapovaní génov pri kvasinkách, riase Chlamydomonas reinhardtii, rastlinách, drozofile a človeka.. Genetická analýza pri prokaryotických mikroorganizmoch (konjugácia, transformácia a transdukcia - podobnosti a rozdiely). Všeobecné princípy genetickej analýzy eukaryotov; určovanie alelických a nealelických génov mutantných kmeňov v jednom znaku; komplementačná a rekombinačná analýza; intergénová a intragénová rekombinácia; génová konverzia. Mitochondriálna a plastidová dedičnosť. Vzájomné vzťahy medzi jadrovým a organelovými genómami.

Charakteristika plynule premenlivých a diskontinuitne premenlivých znakov. Genotypy a distribúcia fenotypov. Polygénna dedičnosť. Aditivita. Multiplikatívne účinky. Dedivosť (heritabilita). Komponenty fenotypovej variability. Nealelické interakcie a identifikácia génov ovplyvňujúcich kvantitatívne znaky. Odpoveď na selekciu. Genetické korelácie. Behaviorálna

genetika hmyzu, vtákov, ľudská behaviorálna genetika a jej metodické nástroje.

Genetická analýza na úrovni populácií. História genetiky populácií, genetická variabilita v populáciách, miery genetickej variability. Hardyho-Weinbergov zákon. Väzba a väzbová nerovnováha. Populačná subštruktúra. Inbríding. Zdroje variability v populáciách: mutácie, väzba a rekombinácia, migrácia. Darwinovská selekcia. Náhodný genetický drift a efektívna populačná veľkosť. Molekulárna populačná genetika. Koalescenčná teória. Genetika kvantitatívnych znakov.

Dedičná a nededičná premenlivosť. Charakteristika nededičnej premenlivosti (modifikácie, morfózy, fenokópie). Molekulárny mechanizmus vzniku mutácií (substitúcie, frameshift mutácie). Génové mutácie. Charakteristika spätných mutácií (pravé spätné mutácie a supresorové). Chromozómové aberácie. Rôzne typy zmien v štruktúre jednotlivých chromozómov. Zmeny celej sady chromozómov (polyploidia a aneuploidia). Spontánna mutagenéza a jej príčiny (intracelulárne procesy – chyby pri replikácii, rekombinácii, reparácii; primárne poškodenia DNA a kyslíkové radikály; pohyblivé elementy a ich úloha v spontánnej mutagenéze). Fyzikálne, chemické a biologické mutagénne faktory a charakteristika mechanizmu ich účinku. Metódy detekcie poškodení molekuly DNA. Postupy pri detekcii mutácií u mikroorganimzov, rastlín a živočíchov. Reparačné systémy a priebeh opravy rôznych typov poškodení molekuly DNA (oprava DNA v „jednom kroku“ – fotoreparácia, oprava alkylačných poškodení DNA; oprava DNA vo „viacerých krokoch“ – excízne typy opravy, rekombinačné systémy opravy, mechanizmy tolerancie poškodenia v DNA). Metódy kvantitatívnej analýzy mutačného procesu. Cielená mutagenéza a využitie techník génových manipulácií v mutačnom procese.

Genetická toxikológia. Xenobiotiká, proces biotransformácie, funkcionalizácia, konjugácia, eliminácia, enzýmy I. fázy, cytochróm P450, fyziologická a genetická variabilita, regulácia expresie, enzýmy II. fázy, ABC membránové transportéry. Iniciácia karcinogenézy, aktivácia protoonkogénov, indukcia tumor supresorových génov. Karcinogenéza – stupne, charakteristika nádorových buniek, predispozícia. Molekulárne mechanizmy vybraných karcinogénov.

Eukaryotické chromozómy. Chromatín – všeobecná charakteristika, zloženie. Fyzikálne zmeny euchromatín a heterochromatín. Históny – bielkoviny chromatínu. Typy histónov-charakteristika, varianty. Nehistónové bielkoviny chromatínu. Eukaryotická chromozómová DNA. Obsah DNA v haploidnom genóme – C hodnota. Organizácia eukaryotických genómov, nukleotidovérepetície; génové repetície. Mikroskopická štruktúra chromozómov. Centroméra a typy chromozómov. Kinetochór. Nelokalizovaná centroméra. Sekundárna konstrikcia-satelit. Teloméry. Chromatidy, chromonémy, chromoméry. B-chromozómy. Karyotypy – druhová špecifita. Metódy štúdia chromozómov. Mitotické chromozómy. Organizácia genetického materiálu bunky. Prokaryotický genóm. Bakteriálny chromozóm, plazmidy. Štruktúra a organizácia eukaryotického genómu. Organizácia chromatínu. Základné štruktúrne jednotky chromatínu-nukleozómy. Nukleozómový reťazec – 10 nm-chromatínové vlákno. Kondenzácia chromatínu – 30 nm-chromatínové vlákno. Proteínové lešenie, chromatínové domény. Funkčné zmeny chromozómov-polyténne a kefkovité chromozómy. Morfologická charakteristika. Pufy – morfologická manifestácia aktivity génov.

Epigenetika. Epigenetické modifikácie a ich funkcia v regulácii génovej expresie a štruktúry chromozómov – metylácia DNA, kovalentné modifikácie histónov, histónový kód, štruktúra chromatínu, nekódujúce RNA, chromatín-remodelujúce komplexy. Epigenetické reprogramovanie, genómový imprinting, inaktivácia X chromozómu. Epigenetická deregulácia u ochorení. Epigenetika a prostredie. Epigenetika a karcinogenéza. Negenotoxické (epigenetické) karcinogény.

Regulácia expresie génov u eukaryotov a genetická regulácia ontogenézy. Modelové organizmy používané na genetickú analýzu vývoja. Genetická analýza vývojových dráh - príklady determinácia pohlavia u kvasinky Saccharomyces cerevisiae, riase Chlamydomonas reinhardtii, rastline Arabidopsis thaliana, hmyzu Drosophila melanogaster a človeka. Porovnanie ontogenetického vývinu rastlín a živočíchov. Ontogenetický vývin rastlín na príklade Arabidopsis thaliana, špecifiká embryogenézy rastlín a gény regulujúce tvorbu kvetu.

Imunogenetika. Genetické zmeny v diferenciácii imunitných buniek stavovcov, štruktúra molekuly protilátky.

Výsledkom úspešného absolvovania predmetu štátnej skúšky bude overenie vedomostí z oblasti genetiky, ktoré má ovládať absolvent/ka študijného programu.

Strachan, T., Read, A. P.: Human Molecular Genetics. 4. prepracované vydanie (prípadne 2. a 3. vydanie). Garland Science, Taylor and Francis group, LLC 2011.

Turnpenny, P., Ellard, S.: Emery’s elements of medical genetics. 15th edition, Elsevier Ltd. 2017.

Lawrence, P: Making of a Fly. Blackwell Scientific Publications

Greenspan, R: Fly Pushing. Cold Spring Harbor Laboratory Press

Gilbert, S.F., Barresi, M.J.F.: Developmental Biology, 11. vydanie, Sinauer Associates, Oxford University Press.

literatúra podľa odporúčaní vyučujúcich zastrešujúcich jednotlivé okruhy tém.

Predmet sa uskutočňuje prezenčnou formou. V prípade situácie, ktorá prezenčnú formu neumožní, predseda/predsedníčka komisie rozhodne o spôsobe dištančnej formy skúšky.

slovenčina

Drozofila ako modelový genetický organizmus. Výhody a nevýhody drozofily pri vedeckom výskume. Balancerové chromozómy. Využitie P-elementov pri genetických manipuláciách UAS-Gal4 systém. Somatické mozaiky. 

Mapovanie génov u D. melanogaster. Výhody drozofily pri mapovaní génov. Určenie väzby génov. Trojbodový test, väzbová analýza. Polyténne chromozómy a fyzikálne mapovanie na polyténnych chromozómoch. Komplementačná analýza. Mapovanie génov pomocou P elementov sprostredkovanej mutagenézy. 

Štúdium karcinogenézy u drozofily. Tumorsupresorové gény, onkogény. Experimentálne používané metódy. Vznik nádorov. Príklady niektorých génov.

Ontogenetický vývin D. melanogaster. Determinácia A-P osi. Determinácia D-V osi. Gény maternálneho účinku a ich fenotypové prejavy. Homeotické gény. 

Cielená mutagenéza živočíchov. Vytvorenie transgénnej myši. Rekombinácia – genetické inžinierstvo. Miestne špecifická kontrola expresie transgénu. Knock-out, knock-in. Miestne-špecifická rekombinácia v bunkách a u myši (Cre-lox, Flp-FRT systém). Regulácia génovej expresie (Tet-off, Tet-on systém). Vytvorenie transgénnej myši použitím upravených embryonálnych kmeňových buniek.

Genetika sfarbenia. Dedičnosť sfarbenia srsti zvierat. Vznik sfarbenia. Rozdelenie mutácií na molekulárnom základe. Príklady génov podmieňujúcich sfarbenie srsti u potkana.

Genetická determinácia pohlavia. Determinácia pohlavia u C. elegans, D. melanogaster  a cicavcov. Kľúčové gény determinácie pohlavia. Typy genetickej determinácie pohlavia. Kompenzácia dávky.

Evolúcia a morfológia pohlavných chromozómov. Ohnova hypotéza. Triedy génov nachádzajúcich sa na Y chromozóme.

Diferenciácia buniek. Programovanie a reprogramovanie buniek. Kmeňové bunky. Reprodukčné a terapeutické klonovanie. Indukované pluripotentné kmeňové bunky. Faktory reprogramovania.

Ľudský genóm a jeho organizácia. Projekt ľudského genómu: história, súčasný stav, perspektívy, praktické využitie výsledkov. Typy sekvencií v ľudskej DNA. Repetitívne sekvencie, jednotkové sekvencie, gény, pseudogény, génové rodiny. Mobilné elementy v I'udskom genóme (SINE, LINE). Ľudská mitochondriálna DNA.

Základné metódy molekulárnej genetiky človeka. Hybridizácia DNA, hybridizačné sondy, in situ hybridizácia, Southernova hybridizácia. Amplifikácia špecifických úsekov pomocou polymerázovej reťazovej reakcie (PCR) a jej modifikácie (ARMS, RealTime, MLPA), sekvenovanie DNA. Restrikčné mapovanie. Ľudské génové knižnice, ich tvorba a skríning. Čípová (array) technológia.

Polymorfizmus ľudskej DNA. Typy polymorfizmu DNA: bodový polymorfizmus (SNP, RFLP), polymorfizmus typu VNTR (mikrosatelity, minisatelity), CNV (copy number variation) - metódy detekcie a praktické využitie. Polymorfizmus mtDNA a Y chromozómovej DNA: možnosti využitia pri identifikácii osôb a pri štúdiu populácií.

Molekulárna patológia monogénnych ochorení. Mutácie v kódujúcich a v nekódujúcich oblastiach ako príčiny monogénnych ochorení. Typy a triedenie mutácií.  Diagnostika genetických ochorení pomocou analýzy DNA: priama a nepriama diagnostika.

Molekulárny aspekt onkogenézy. Gény súvisiace so vznikom rakoviny (protoonkogény, tumor supresorové gény, „mismatch repair“ gény), typy mutácií v týchto génoch, Knudsonova (dvojzásahová) hypotéza, strata hetrozygotnosti (LOH).

Cytogenetika človeka. Usporiadanie DNA v chromozómoch.  G-prúžky, R-prúžky. Normálny ľudský karyotyp a metódy jeho štúdia (G-prúžky, R-prúžky, FISH). Cytogenetická nomenklatúra. Ľudské pohlavné chromozómy a determinácia pohlavia. Lyonovej hypotéza. Imprinting.  Porovnávacia cytogenetika primátov a evolúcia človeka.

Chromozómy a patologické stavy. Chromozómové aberácie: vznik, typy, prejavy; chromozómové varianty. Syndrómy chromozómovej instability. Chromozómové fragilné miesta. Chromozómy a karcinogenéza. Cytogenetické metódy testovania mutagénneho účinku vonkajších faktorov.

Monogénna dedičnosť u človeka. Nomenklatúra I'udských lokusov a alel. Základné pojmy. Gény a genotypy v populácii: Hardyho-Weinbergov zákon. Autozómovo dominantná dedičnosť v rodokmeňoch a v populácii. Autozómovo recesívna dedičnosť a jej kritériá; význam konsangvinity rodičov; segregačná analýza. Dedičnosť znakov podmienených génmi na pohlavných chromozómoch. Mitochondriálna dedičnosť. Príklady monogénne podmienených ochorení: vrodené poruchy metabolizmu a iné.

Väzba a lokalizácia génov na chromozómoch. Väzba a synténia. Metódy štúdia väzby (väzbová analýza, lod-skóre) a lokalizácie génov u človeka. Autozygotné mapovanie. Konštrukcia I'udskej génovej mapy. Funkčné a pozičné klonovanie génov. 

Polygénna dedičnosť u človeka. Génové interakcie u človeka. Polygénna dedičnosť kvantitatívnych znakov. Korelácia medzi príbuznými. Polygénna dedičnosť kvalitatívnych znakov: prahový model. Príklady polygénne dedičných kvantitatívnych znakov a ochorení.

Dedičnosť a prostredie. Dvojčatá a ich využitie pri štúdiu vzťahu dedičnosť-prostredie; gemelologická metóda. Rozklad fenotypovej variancie na genetickú a environmentálnu zložku. Heritabilita a koeficient genetickej determinácie: možnosti stanovenia u človeka.

Populačná genetika. Vplyv deterministických faktorov na genofond populácie: mutácie, selekcia, migrácia.  Selekcia proti dominantnému fenotypu, proti recesívnemu fenotypu a uprednostňujúca heterozygotov. Vplyv náhodných faktorov na genofond populácie: génový posun (genetický drift), founder efekt. Panmixia a Hardyho-Weinbergov zákon. Inbríding a genetické izoláty. Homogamia.

Molekulárny aspekt imunogenetiky. Imunitný systém človeka, bunky imunitného systému, vrodená (nešpecifická) a získaná (špecifická) imunita. Antigény a protilátky, štruktúra a typy protilátok (imunoglobulínov), gény protilátok. Bunková adaptívna imunita, hlavný histokompatibilný systém (MHC). Monoklonálne protilátky.

Génová terapia. Definícia, princípy, náhrada génu, zabitie cieľovej bunky, oprava mutácie, cielená inhibícia/regulácia génovej expresie. Vektory génovej terapie.

Výsledkom úspešného absolvovania predmetu štátnej skúšky bude overenie vedomostí z oblasti molekulárnej biológie a genetiky živočíchov a človeka, ktoré má ovládať absolvent/ka študijného programu špecializovaný na humánnu genetiku a genetiku živočíchov.

Plant genes, genomes and genetics (Grotewold a kol., 2015); literatúra podľa odporúčaní vyučujúcich zastrešujúcich jednotlivé okruhy tém.

štátna skúška

Predmet sa uskutočňuje prezenčnou formou. V prípade situácie, ktorá prezenčnú formu neumožní, predseda/predsedníčka komisie rozhodne o spôsobe dištančnej formy skúšky.

slovenčina

Rastlina ako modelový objekt genetiky. Význam rastlín pre štúdium molekulárno-genetických procesov. Špecifiká rastlinnej bunky.

Chloroplast − organela rastlinnej bunky a jeho charakteristika. Chloroplastová DNA. Chloroplastový genóm. Regulácia génovej expresie pri vyšších rastlinách (génov lokalizovaných v jadrovej DNA a mimojadrovej DNA).

Arabidopsis thaliana ako modelový objekt. Historický pohľad na význam šľachtenia a získavania mutantných rastlín; indukcia, detekcia a izolácia mutantov. Niektoré metódy mutačného šľachtenia. Ideálne vlastnosti vhodného modelového organizmu pre rastlinnú genetiku. Prvý kompletne osekvenovaný rastlinný genóm a ďalšie používané rastlinné modely.

Genetické mapy - ich konštrukcia, typy mapujúcich populácií, molekulárne markery pre mapovanie génov, väzbová analýza, vzťahy medzi fyzickými a genetickými mapami. Špecifiká rastlín pri mapovaní rastlinných genómov. Osekvenované rastlinné genómy, príčiny variability dĺžok rastlinných genómov, klasické mapovanie, genetické mapovanie pomocou molekulárnych markerov, optimálny markerový systém. Metódy používané pri mapovaní rastlinného genómu. Transformácia, elektroporácia, agrobakteriová transformácia, Ti plazmid.

Lokalizácia génov pomocou anauploidných línií. Využitie monozomických a nuli-tetrazomických línií. Využitie flow cytometrie pre lokalizáciu génov. Genómové mapovanie.

Ontogenetický vývoj embrya Arabidopsis thaliana a kultúrnych rastlín. Totipotencia. Hlavné rozdiely v ontogenéze rastlín a živočíchov. Arabidopsis thaliana – charakteristika jednotlivých vývinových štádií embryí (ontogenetický vývoj embrya, embryogenéza, zygota, proembryo, globulárne štádium, srdcovité štádium, torpédovité štádium, neskorá fáza embryogenézy). Model vývinu orgánov kvetu a príklady génov pre vývin jednotlivých častí rastlín.

Typy pohlavia u rastlín. Genetická determinácia jednodomosti. Gény zodpovedné za jednodomosť rastlín. Využitie poznatkov v praxi. Genetická determinácia dvojdomosti. Modely, mutácie, gény. Chromozomálna determinácia pohlavia. Dimorfizmus pohlavných chromozómov. Pohlavný index. Evolúcia pohlavných chromozómov rastlín.

Samčia sterilita. Základné typy samčej sterility. Génová samčia sterilita. Cytoplazmatická samčia sterilita. Génovo-cytoplazmatická samčia sterilita. Udržiavanie pešovo-sterilných línií. Rf lokusy.

Inkompatibilné systémy. Gametofytická inkompatibilita. RNáza a Papaver model gametofytickej inkompatibility. Sporofytická inkompatibilita. Heteromorfná a homomorfná sporofytická inkompatibilita. S-lokus.

Princíp heterózy, prejavy. Základné hypotézy. Hypotéza dominancie. Hypotéza superdominancie a pseudosuperdominancie. Fixácia heterózy. Molekulárne aspekty heterózy.

Domestikácia rastlín. Genetické centra vzniku domestikovaných rastlín. Fylogenéza najvýznamnejších plodín. Základný a aplikovaný výskum domestikovaných plodín. Genomická selekcia. Charakteristika najpestovanejších kultúrnych rastlín sveta a ich využitie v genetickom výskume.

Rastlina v stresových podmienkach. Testy na hodnotenie genotoxického účinku využívajúce rastliny.

Výsledkom úspešného absolvovania predmetu štátnej skúšky bude overenie vedomostí z oblasti molekulárnej biológie a genetiky rastlín, ktoré má ovládať absolvent/ka študijného programu špecializovaný na rastlinnú biológiu.

Snustad, D. Peter, Simmons, Michael J. (2017) Genetika, druhé vydanie, Masarykova univerzita

Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. (2008) Molecular Biology of the Cell, 5th edition, Garland Science.

Alberts B., Bray D. Hopkin K., Johnson A. D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. (2014) Essential Cell Biology, 4th edition, Garland Science.

Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Scott, M. P. (2013). Molecular Cell Biology. 7th Edition, W. H. Freeman and Company.

Feldman, H. (2012). Yeast: Molecular and Cell Biology, 2nd edition, Wiley-VCH.

Elizabeth H. Harris, David B. Stern and George B. Witman, The Chlamydomonas Sourcebook, 2nd edition, Elsevier.

Literatúra podľa odporúčaní vyučujúcich zastrešujúcich jednotlivé okruhy tém.

štátna skúška

Predmet sa uskutočňuje prezenčnou formou. V prípade situácie, ktorá prezenčnú formu neumožní, predseda/predsedníčka komisie rozhodne o spôsobe dištančnej formy skúšky.

slovenský jazyk

Predmet, história a metódy štúdia

Mikroorganizmy ako modelové objekty, ich význam v zásadných genetických objavoch a výhody v genetickom výskume.

Štruktúra genómov mikroorganizmov

Organizácia genómu, chromozómy, mitochondrie, plazmidy, chloroplasty, rozdiely medzi mikroorganizmami.

Životný cyklus prokaryotických mikroorganizmov

Procesy prenosu genetickej informácie v rámci životného cyklu prokaryotov, rozdiely medzi nimi.

Konjugácia a jej využitie pri genetickej analýze prokaryotických mikroorganizmov

Štruktúra konjugatívnych plazmidov a obsah ich genetickej informácie vo vzťahu ku mechanizmu konjugácie, spôsoby genetickej analýzy pri konjugácii buniek baktérií, časové mapovanie génov na chromozóme.

Transformácia a jej využitie pri genetickej analýze prokaryotických mikroorganizmov

Molekulárny mechanizmus, účinnosť transformácie, kompetencia buniek a faktory ovplyvňujúce priebeh transformácie, spôsoby genetickej analýzy pri transformácii, prirodzená transformácia a transformácia ako molekulárna metóda, rozdiely medzi nimi.

Transdukcia a jej využitie pri genetickej analýze prokaryotických mikroorganizmov

Prenos DNA s využitím lytického a lyzogénneho cyklu, mapovanie génov pri nešpecifickej a špecifickej transdukcii.

Všeobecné princípy genetickej analýzy pri eukaryotických mikroorganizmoch

Určovanie alelických a nealelických génov mutantných kmeňov, komplementačná a rekombinačná analýza, genetická analýza u mikroorganizmov.

Životné a bunkové cykly eukaryotických mikroorganizmov

Saccharomyces cerevisiae, Chlamydomonas reihardtii.

Diferenciačné programy životného cyklu kvasiniek Saccharomyces cerevisiae

Bunkový cyklus, fázy, diagnostické znaky, mutanty cdc, metódy analýzy mutantov cdc, genetická kontrola bunkového cyklu, signálna dráha cAMP, cyklíny.

Genetická determinácia pohlavia Saccharomyces cerevisiae

Konjugácia, meióza a sporulácia, podmienky, priebeh. Feromóny a intracelulárna signalizácia. Genetika párovacích typov - homotalizmus, heterotalizmus, kazetový model prepínania párovacieho typu, regulácia sexuálnych procesov produktmi lokusov MAT.

Genetická determinácia pohlavia Chlamydomonas reinhardtii

Charakteristika MT lokusu párovacieho typu a jeho umiestnenie na chromozóme, indukcia a formovanie párovacieho typu vonkajšími podmienkami, expresia génov zodpovedných za formovanie párovacích typov, gény špecifické pre mt+ a mt- párovací typ, párovanie pomocou bičíkov a fúzia párovacích typov, tvorba zygoty, expresia špecifických génov zygoty, význam MT lokusu pri uniparentálnej dedičnosti.

Genetická analýza na úrovni genómu u Saccharomyces cerevisiae

Meiotická analýza - tetrádová analýza, hromadná analýza spór, trizomická analýza, dyádová analýza, analýza väzby génov, genetické mapy. Mitotická analýza - mitotická haploidizácia, mitotická rekombinácia a segregácia.

Mapovanie génov Saccharomyces cerevisiae použitím molekulárnych metód

Genetická analýza na molekulárnej úrovni - vektory, genómové banky, transformácia kvasiniek. Mapovanie a izolácia génov kvasiniek – tvorba a skríning genómových bánk, identifikácia rekombinantných klonov, molekulárna analýza klonovaného génu.

Mapovanie génov Chlamydomonas reinhardtii

Mapovanie génov do väzbových skupín, mapovanie génov u mutantov vzniknutých klasickou mutagenézou pomocou metódy map based cloning, charakteristika mapovacích markerov na jednotlivých chromozómoch a ich využitie pri identifikácii génov, indukcia a mapovanie nových génov s využitím inzerčnej mutagenézy, metódy prenosu DNA do buniek, identifikácia miesta inzercie, identifikácia prerušeného génu pomocou in silico analýzy.

Mimojadrové genetické systémy

Dedičnosť znakov determinovaných mimojadrovými génmi, plazmidy a mitochondrie na príklade Saccharomyces cerevisiae.

Dedičná a nededičná premenlivosť u mikroorganizmov

Metódy indukcie mutácií, fyzikálne, chemické a biologické mutagény, spôsoby detekcie mutantov, selekcia mutantov – auxotrofné, respiračne deficitné, reparačné mutanty.

Genetická rekombinácia

Homologická rekombinácia v meióze a v mitóze, rekombinačné mutanty. Hollidayov model rekombinácie, aktuálne modely homologickej rekombinácie - DSBR, SDSA, SSA, BIR a spájania nehomologických koncov – NHEJ, reparačné mutanty Saccharomyces cerevisiae a ich úloha v štúdiu rekombinačných procesov.

Mechanizmy opravy DNA poškodení u jednobunkových eukaryotov

Na príklade S. cerevisiae, S. pombe a C. reinhardtii.

Testy na hodnotenie genotoxického účinku využívajúce mikroorganizmy

napr. Amesov test, D7 test S. cerevisiae, a ďalšie.

Výsledkom úspešného absolvovania predmetu štátnej skúšky bude overenie vedomostí z oblasti molekulárnej biológie a genetiky mikroorganizmov, ktoré má ovládať absolvent/ka študijného programu špecializovaný na mikroorganizmy

Ako písať vysokoškolské a kvalifikačné práce: Ako písať seminárne práce, ročníkové práce, práce študentskej vedeckej a odbornej činnosti, diplomové práce, záverečné a atestačné práce, dizertácie / Dušan Katuščák. Bratislava : Stimul, 1998

Literatúra relevantná k problematike riešenej v rámci projektu diplomovej práce, podľa pokynov školiteľa/školiteľky.

štátna skúška

Predmet sa uskutočňuje prezenčnou formou. V prípade situácie, ktorá prezenčnú formu neumožní, predseda/predsedníčka komisie rozhodne o spôsobe dištančnej formy obhajoby.

slovenčina

Obhajoba diplomovej práce formou prezentácie pred komisiou, zodpovedanie pripomienok oponenta a otázok vo všeobecnej diskusii.

Výsledkom úspešného absolvovania predmetu štátnej skúšky bude obhajoba diplomovej práce.