О курсе

Сейчас как никогда понятно, насколько биологические науки важны для того, чтобы человечество могло достичь устойчивого развития и продолжить улучшать свой уровень жизни без угрозы для окружающей среды. Какая бы задача ни стояла перед современной биологией, будь то борьба с новым вирусом или заболеванием, продление жизни человека, или улучшение продуктивности сельхоз-культур, решение этих задач, как правило, требует знаний о работе живых систем на самом глубоком, молекулярном и клеточном уровне. Клетки – это универсальные единицы жизни. Они устроены поразительно похожим образом у самых разных организмов. В этом курсе мы рассмотрим универсальные основы биологии клетки и самые новые концепции, которые появились в последние годы, благодаря методическим прорывам в разных областях (например, микроскопии и чтении ДНК). Также затронем вопросы: как использование различных, зачастую косвенных методов, позволяет изучать то, что невозможно увидеть глазом, и как методические ограничения могут серьёзно влиять на развитие науки? и как фундаментальные открытия неожиданно (или, наоборот, ожидаемо) влияют на прикладные области? В итоге, слушатели освоят основы клеточной биологии, ознакомятся с перспективами этой науки, а также будут более подготовлены к самостоятельному чтению научной литературы и поиску проверенных сведений.

  • Чему вы научитесь?

    1. Вы получите общий обзор биологии клетки.
    2. Сможете самостоятельно изучать литературу по более специальным темам.
    3. Также узнаете о последних открытиях и наиболее перспективных новых направлениях исследований.
    4. По итогам курса студенты готовят реферат о научной статье.
  • На кого ориентирован курс?

    Курс ориентирован на тех, кто не изучал биологию клетки, но хочет поступить в магистратуру/аспирантуру связанную с биологией, или заполнить пробелы в знаниях необходимые для текущей работы.

  • Пререквизиты

    Важно знать химию и физику на уровне школы, английский, чтобы читать литературу.

Преподаватели

  • Юрий Быков

    PhD, биолог, постдок в Институте Вайцмана (Израиль)

Программа

01

Клетка – универсальная единица жизни. Науки, изучающие клетку. Открытие и клеточная теория. Общий план строения и размножения. Разнообразие клеток – одноклеточные и многоклеточные. Три домена жизни и их эволюция. Происхождение эукариот. Типы клеток у многоклеточных.

Методы: Экспериментальный метод. Научные публикации и peer review. Типы экспериментов (In vitro. In vivo) и модельные организмы. Микроскопия (введение).

02

Основные типы макромолекул, и их взаимодействия. Углеводы, их строение, функции, главные представители. Нуклеиновые кислоты, их строение и функции. Аминокислоты и белки. Структура белков. Примеры функций белков. Сходства и различия у разных организмов.

Методы: Хроматография, электрофорез, структурные исследования. Биологические базы данных.

03

Энергетика химических реакций. «Энергетическая валюта»: АТФ, ГТФ, восстановительные эквиваленты, мембранный потенциал. Типы метаболизма прокариот. Ферментативный катализ. Структура и эволюция ферментов. Витамины. Метаболизм углеводов и клеточное дыхание. Активные формы кислорода. Фотосинтез.

Методы: Спектроскопия, искусственная эволюция, структурные методы.

04

ДНК и ее репликация. Геномы и их устройство. Интроны и экзоны. Размеры и устройство геномов прокариот и эукариот. Определение последовательностей геномов. Устройство ядра. Транспозоны. Гены и болезни.

Методы: Секвенирование нового поколения, биоинформатика, редактирование геномов. Базы данных и инструменты.

05

Транскрипция, и ее регуляция. Сплайсинг и его регуляция. Генетический код. мРНК. Рибосомы, их эволюция и строение. РНК-мир. Транслянсляция. Фолдинг белков и шапероны. Использование рекомбинантных белков. Изучение функций генов.

Методы: ПЦР, молекулярное клонирование и рекомбинантная экспрессия, GFP и микроскопия.

06

Компартментализация: преимущества, сложности, происхождение. Компартментализация у прокариот. Строение и свойства биомембран. Транспорт веществ через мембраны. Обзор органелл и их функций. Динамика органелл. Rab ГТФазы. «Безмембранные» органеллы. Контактные сайты. Изменения морфологии оганелл при патологиях. Вирусные органеллы.

Методы: флуоресцентная и электронная микроскопия, электронная томография, фракционирование, протеомика

07

Синтез мембранных белков. Транслокация у прокариот и эукариот. Функции эндоплазматического ретикулума. Везикулярный транспорт. COPII, SNARE. Функции аппарата Гольджи. COPI. Лизосомы. Эндоцитоз. Экзоцитоз.

Методы: ауторадиография, фракционирование, TIRF, генетика дрожжей

08

Строение и происхождение митохондрий. Связь структуры и функции. Динамика и биогенез. Роль контактов с другими огранеллами. Митохондриальный геном и его экспрессия. Электронно-транспортная цепь и окислительное фосфорилирование. Другие функции митохондрий. Апоптоз.

09

Шапероны. Протеасомы. Контроль качества и локализации белков в цитозоле и органеллах. Аутофагия.

Методы: протеомика и генетика дрожжей

10

Общее строение цитоскелета. Происхождение и прокариотические аналоги. Актин и его структура. Динамика и поляризация актина. Типы актиновых структур. Миозин и транспорт. Строение мышечных клеток. Актин и клеточная подвижность. Механобиология.

Методы: Крио-ЭМ, Ин витро системы

11

Микротрубочки и их структура. Динамика микротрубочек. Кинезин, динеин, транспорт. Центриоли. Жгутики и реснички. Микротрубочки в специализированных клетках.

Методы: Ин витро системы и оптический пинцет, микрофлюидика

12

Способы передачи сигналов. Сигнальные молекулы и рецепторы. Основные сигнальные каскады. Вторичные мессенджеры. Строение и работа нейронов.

Методы: Генетически-кодируемые сенсоры, оптогенетика

13

Клеточный цикл и его регуляция у разных организмов. Деление прокариот. Митоз. Кинетохор. Веретено деления и регуляция его функций.

Методы: Генетически-кодируемые сенсоры, генетика дрожжей, SPIM

14

Происхождение многоклеточных. Контакты между клетками. Внеклеточный матрикс. Межклеточная сигнализация. Онкогены и злокачественная трансформация.

Методы: Микроскопия, single-cell технологии

  1. Албертс, Брей, Хопкин, Джонсон, Льюис, Рэфф, Робертс, Уолтер. Основы молекулярной биологии клетки. Лаборатория знаний, 2018 г
  2. Кассимерис, Лингаппа, Плоппер. Клетки по Льюину. Лаборатория знаний, 2018 г
  3. Alberts et al. Molecular Biology of The Cell. Garland Science. (any edition, 2008, 2016)
  4. Pollard, Earnshaw, Lippincott-Schwartz, Johnson. Cell Biology. 3rd edition. Elsevier 2017
  5. Watson J. et al. Molecular Biology of the Gene. 7th ed. Pearson 2014
  6. https://www.ibiology.org/biology-online/

Поступающим

Как подать заявку на курс?