Modul 20-GBSB-MM-I Methoden und Beispiele der funktionellen Genomforschung

Die Studierenden haben in diesem Modul Transkriptom-, Proteom- und Metabolomforschung als integralen Bestandteil der Systembiologie kennen gelernt. Ausgehend von der molekularen Zellbiologie können sie Daten der quantitativen funktionellen Genomforschung einordnen und interpretieren und sind mit den analytischen Schlüsseltechniken in Theorie und Praxis vertraut. Dabei haben sie auch Kenntnisse im Bereich der Ablauforganisation komplexer Versuche und der damit verbundenen Bioinformatik erworben.

Die Sequenzierung der kompletten Erbinformation (Genom) von Bakterien, der Modellpflanze Arabidopsis thaliana und schließlich des Menschen hat eine große Fülle neuer Daten geliefert. Ausgehend von einer Analyse des Genoms werden die Genexpression (Transkriptom), die Ebenen der Proteine (Proteom) und der Stoffwechselprodukte (Metabolom) genauer vorgestellt. Dazu werden theoretische und praktische Grundlagen der funktionellen Genomforschung vermittelt. Ziel der funktionellen Genomforschung ist es, eine Zelle in der Gesamtheit der funktionellen Abläufe quantitativ zu verstehen und abzubilden. Im Zentrum stehen hier das Transkriptom, das Proteom und das Metabolom von bakteriellen, pflanzlichen und tierischen Modellorganismen. In einer Vorlesung werden die Techniken der apparativen Bioanalytik vorgestellt. Biologische Konzepte der Transkriptom-, Proteom- und Metabolomforschung werden am Beispiel von aktuellen Originalarbeiten in einem Seminar erarbeitet. Eng verzahnt mit der theoretischen Erarbeitung werden in einem Praktikum die benötigten Methoden dieser Techniken erlernt und experimentelle Konzepte vorgestellt. Zur Anwendung kommen folgende Methoden: Zellkulturtechniken, DNA- und RNA-Isolierung, DNA-Sequenzierung und Sequenz-Assembly, Expressionsstudien z.B. mit Microarrays, Protein- und Metabolitisolierung, 2D-Gelelektrophorese, chromatographische Reinigung von Proteinen, Identifikation von Proteinen durch verschiedene massenspektroskopische Verfahren (MALDI-TOF-MS, MALDI-TOF-MS/MS, ESI-MS/MS), ggf. Nachweis von Proteinmodifikationen und automatisierte Mikroskopie zur Lokalisierung von Proteinen, Derivatisierung von Metaboliten, Gaschromatographie und Flüssigchromatographie (HPLC) in Verbindung mit Massenspektroskopie und Datenbankanwendungen.

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