Γονιδιωματική και Γενετική Μηχανική

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Αυτή η ενότητα παρέχει μια επισκόπηση των σύγχρονων προσεγγίσεων της γονιδιωματικής και της γενετικής μηχανικής. Παρουσιάζει τεχνολογίες σύνθεσης και συναρμολόγησης DNA, μεθόδους γονιδιωματικής τροποποίησης με χρήση CRISPR, καθώς και προηγμένες στρατηγικές κλωνοποίησης (Gibson, Golden Gate, MoClo), σε συνδυασμό με τις αρχές σχεδιασμού ρεπλικονίων και φορέων.

Οι φοιτητές/ριες εξοικειώνονται επίσης με τεχνολογίες αλληλούχισης υψηλής απόδοσης, με έμφαση στις εφαρμογές τους στην κατασκευή, τροποποίηση και ανάλυση συνθετικών γονιδιωμάτων. Μέσω αυτών, αποκτούν τόσο πρακτική όσο και θεωρητική κατανόηση των εργαλείων που προάγουν την καινοτομία στη συνθετική βιολογία και τη μηχανική γονιδιώματος.

Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές/-τριες θα είναι σε θέση να:

• Σχεδιάζουν και να υλοποιούν διαφορετικές τεχνικές κλωνοποίησης
• Συγκρίνουν και να επιλέγουν κατάλληλες μεθοδολογίες κλωνοποίησης για εφαρμογές στη συνθετική βιολογία
• Επεξηγούν τις αρχές και τα στάδια των τεχνολογιών αλληλούχισης νέας γενιάς
• Συγκρίνουν διαφορετικές πλατφόρμες αλληλούχισης και να επιλέγουν τις κατάλληλες προσεγγίσεις για πειράματα συνθετικής βιολογίας
• Εφαρμόζουν προσεγγίσεις αλληλούχισης μεμονωμένων κυττάρων (single-cell sequencing) για την αξιολόγηση της απόδοσης συνθετικών γονιδιακών κυκλωμάτων και τροποποιημένων κυτταρικών πληθυσμών
• Αξιολογούν τα πλεονεκτήματα, τους περιορισμούς και τις μελλοντικές δυνατότητες της αλληλούχισης μεμονωμένων κυττάρων στη συνθετική βιολογία.
• Κατανοούν πως οι φυσικοί μηχανισμοί CRISPR αποτέλεσαν την βάση για τις σύγχρονες τεχνολογίες επεξεργασίας γονιδιώματος
• Επεξηγούν τον ρόλο των συστημάτων CRISPR ως προσαρμοστικών ανοσολογικών μηχανισμών στα προκαρυωτικά κύτταρα
• Εφαρμόζουν έννοιες γονιδιωματικής μηχανικής σε εφαρμογές συνθετικής βιολογίας και βιοτεχνολογίας
• Επεξηγούν τους μοριακούς μηχανισμούς των νουκλεασών ZFNs, TALENs και CRISPR-Cas9
• Σχεδιάζουν sgRNAs για πειράματα με Cas9
• Σχεδιάζουν και πραγματοποιούν κλωνοποίηση sgRNAs σε πλασμιδιακούς φορείς, όπως ο AIO Cas9 nickase
• Αξιολογούν πιθανές off-target επιδράσεις και να επιλύουν συνήθη προβλήματα στην κλωνοποίηση sgRNA
• Εκτιμούν την αποδοτικότητα των συστημάτων CRISPR/Cas
• Κατανοούν στρατηγικές μεταφοράς (delivery) συστημάτων CRISPR για γονιδιωματική τροποποίηση σε φυτά
• Εξηγούν τον σχεδιασμό και τη λειτουργία των γονιδιακών οδηγών (gene drives) που βασίζονται στο CRISPR και των τροποποιημένων συμβιωτικών οργανισμών
• Αξιολογούν οικολογικές, ηθικές και κανονιστικές παραμέτρους που σχετίζονται με την απελευθέρωση συνθετικών εντόμων στο περιβάλλον

Περιεχόμενο Μαθήματος

• Προηγμένες Στρατηγικές Συναρμολόγησης DNA I – Μέθοδος Gibson (Gibson Assembly)
• Προηγμένες Στρατηγικές Συναρμολόγησης DNA II- Κλωνοποίηση βασισμένη σε περιοριστικά ένζυμα τύπου IIS, κλωνοποίηση Golden Gate
• Προηγμένες Στρατηγικές Συναρμολόγησης DNA III- Συστήματα Modular Cloning (MoClo)
• Ροές Εργασίας Υψηλής Απόδοσης και Αυτοματοποιημένης Συναρμολόγησης DNA
• Αλληλούχιση Νέας Γενιάς για τη Συνθετική Βιολογία
• Αλληλούχιση Νέας Γενιάς για τη διερεύνηση της γονιδιωματικής ποικιλομορφίας σε φυτά
• Αλληλούχιση Μεμονωμένων Κυττάρων (Single-Cell Sequencing) στη Συνθετική Βιολογία
• CRISPR-Cas I: Προσαρμοστικό ανοσοποιητικό σύστημα προκαρυωτικών οργανισμών
• CRISPR-Cas II: Τεχνολογίες Γονιδιωματικής Μηχανικής: Από τις μεγανουκλεάσες στο σύστημα CRISPR-Cas9
• CRISPR-Cas III: Συστήματα για γονιδιωματική τροποποίηση φυτών
• CRISPR-Cas IV: Σχεδιασμός και κλωνοποίηση sgRNA σε πλασμιδιακούς φορείς
• Βασικές αρχές γενετικού ελέγχου και στρατηγικές καταστολής
• Στρατηγικές Αντικατάστασης, Παραδιαγονιδίωση (Paratransgenesis) και Ρυθμιστικό Πλαίσιο

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

• Προτεινόμενη βιβλιογραφία ανά ενότητα, αποτελούμενη από επιστημονικά άρθρα και βιβλιογραφικές ανασκοπήσεις διεθνών περιοδικών, προσβάσιμη μέσω του e-class.
• Principles and techniques of Biochemistry and Molecular Biology, 7th edition, Edited by Keith Wilson and John Walker, electronic source
• Laboratory techniques in biochemistry and molecular biology, Elsevier, ScienceDirect, electronic source