Добре дошли в ПОП 3: Екологични геномика и метаболомика – замърсяване на въздуха!
Накратко
ПОП3 е предназначена за:
Резюме
Напредъкът на ДНК-базираните подходи за генериране и интерпретиране на геномни данни обхваща, наред с другото, изучаването на геномите в мащаба на околната среда, като се използва ДНК на околната среда (еДНК). еДНК е генетичен материал от ядрен и митохондриален произход, освободен от организъм в околната среда. Тя се получава директно от проби от околната среда (сухоземни или водни), без да е необходимо наличието на биоматериал и се използва като ефективен, лесен за манипулиране и стандартизиран, неинвазивен подход за вземане на проби. Поради тази причина, вземането на проби от еДНК се прилага за мониторинг на разпространението на видовете и се осъществява чрез чувствителни и икономически ефективни протоколи. Въпреки че настоящите технически предизвикателства и недостатъци, с които се сблъскват учените, са свързани главно с подводните камъни при получаването на еДНК и секвенирането и тълкуването на данните, потенциалът на приложенията на еДНК е несъмнен. Перспективите за приложенията на еДНК обхващат полевите методи и подобряването на лабораторните протоколи за нейното детектиране, както и техническия напредък в прилагането на еДНК като инструмент за инвентаризация и мониторинг на биологичното разнообразие.
Омикс подходите за изследване на въздействието на експозицията на замърсители на въздуха върху здравето включват систематични изследвания на геномно ниво. Геномиката и епигеномиката допринасят за оценката на отговора към експозицията на замърсители на въздуха чрез изследвания, основани на еднонуклеотидни полиморфизми (SNP) в ДНК (в целия геном) и епигеномни промени като разлики в метилирането на ДНК и посттранслационните модификации на хистоните (в целия епигеном). Промените в генома/епигенома, които са резултат от взаимодействието между гените и околната среда, оказват влияние върху експресията и функциите на протеините на метаболитно ниво, като по този начин влияят на клетъчните функции в отговор на замърсяването на въздуха. Оценката на тези промени чрез инструментите на геномиката/епигеномиката улеснява разбирането на неблагоприятните ефекти от замърсителите на въздуха. В този казус са представени данни за съвременното състояние на целогеномните изследвания на SNP, промените в метилирането на ДНК и посттранслационните модификации на хистоните, които възникват при излагане на замърсители на въздуха. Материалът също така разкрива GWIS и концептуалните модели за епигенетични епидемиологични изследвания на замърсяването на въздуха като надеждни изследователски перспективи.
Метаболомиката предостява качествен и количествен анализ на хиляди естествено срещащи се малки молекули (метаболити), необходими за поддържането, растежа и нормалната клетъчна функция. Въпреки техния размер те могат да причинят тежки заболявания, да почистят замърсена почва и вода и да задвижат биогеохимичните цикли, които определят глобалния климат. Микробната метаболомика намира приложение в областта на екологията, медицината и биотехнологиите. Екологичната метаболомика изучава влиянието на средата за растеж върху развитието на даден организъм в естествени, неконтролирани условия. Тя изучава също така въздействието на стреса на околната среда (замърсяване и климатични промени) върху здравето на организмите, които живеят в нашата естествена среда. Областите на приложение на екологичната метаболомика включват водна и сухоземна токсикология, заболявания на организмите, мониторинг на околната среда и оценка на екологичния риск. Инструментите, използвани за измерване на нивата на метаболитите, включват ядрено-магнитен резонанс (ЯМР) спектроскопия и масспектрометрия. Поради огромното количество данни, събрани от експериментите, за анализирането им се прилагат математиката и компютърните науки.
Екологичната биотехнология е прилагането на принципите и техниките на биотехнологията за изучаване и управление на природната среда. Тя включва използването на микроорганизми и други биологични агенти за изпълнение на полезни за околната среда задачи, като почистване на замърсени места, подобряване на състоянието на почвата и намаляване на емисиите на парникови газове. Примери за приложения на биотехнологиите в областта на околната среда включват използването на бактерии за разграждане на замърсителите във водата и почвата, използването на водорасли за абсорбиране на излишните хранителни вещества от отпадъчните води и използването на гъби за разграждане на органичните вещества в депата за отпадъци. Екологичнат биотехнология има потенциал да допринесе за намирането на устойчиви решения на проблемите на околната среда и е област на активни научни изследвания и разработки. Базата данни за околната среда осигурява достъп до международна научна литература, свързана с всички аспекти на качеството на околната среда, мониторинга, управлението на ресурсите и опазването им. Биоинформатиката е от съществено значение за разбирането на екологичните процеси, управлението на данните и разработването на инструменти за справяне с глобалните предизвикателства на замърсяването на околната среда.
Образователни цели
Целта на тази ПОП е да представи знания за:
- еДНК като инструмент за мониторинг на видове, популации и съобщества на молекулярно ниво
- Вземането на проби от еДНК и техническите предизвикателства и недостатъци на тези процедури
- Областите на приложение на еДНК и бъдещия потенциал на това
- Подходите на „омиката“ (по-специално геномика и епигеномика) за изследване на отрицателните ефекти от излагането на замърсители на въздуха
- Проучванията, свързани с изучаване на целия геном (GWAS) и проучвания на взаимодействията в целия геном (GWIS) при експозиция на замърсен въздух
- Въздействие на епигеномните модификации в изследванията на замърсяването на въздуха
- Екологичната метаболомика
- Основни категории на екологичната метаболомика и свързаните с нея методологични и технически иновации
- Предизвикателства и перспективи пред приложенията на екологичната метаболомика
- Биоинформатични методи и софтуерни инструменти за разбиране на биологични данни
- Наукатаза данните – бази данни за околната среда, които осигуряват достъп до богата информация, свързана с науката за околната среда
- Наукатаза околната среда – област, която изучава околната среда и решава екологични проблеми
- Предизвикателства и перспективи на биоинформатиката в областта на околната среда
Очаквани резултати от ученето
При завършване на този модул обучаващите се ще могат да:
- Използват еДНК като инструмент за мониторинг на видове, популации и съобщества на молекулярно ниво
- Обясняват областите на приложение на еДНК от микробен произход и от макроорганизми в различни местообитания и времеви рамки
- Разпознават и прилагат протоколи за вземане на проби от еДНК за мониторинг на разпространението на видовете
- Обясняват техническите предизвикателства и недостатъци на вземането на проби от еДНК и тълкуването на данните
- Разбират потенциала на приложенията на еДНК
- Описват как целогеномните проучвания могат да подобрят разбирането ни за неблагоприятните ефекти на замърсителите на въздуха
- Разбират връзките между експозицията на замърсители на въздуха и епигенома
- Представят принципите на „кандидат-гените“ и на целогеномните подходи („независими от хипотези“) като инструменти за оценка на биологичния отговор на експозицията на замърсители на въздуха
- Разглеждат причинно-следствената роля на епигенома в неблагоприятните ефекти от експозицията на околната среда, като се използва замърсяването на въздуха като модел
- Познават същността на подхода за използване на GWAS за измерване на контролирани експозиции на замърсители на въздуха при здрави индивиди
- Описва принципите на метаболомиката/екологичната метаболомика
- Прилага метаболомни изследвания за оценка на разнообразието на метаболитите, екосистемите и съобществата
- Определя основните категории изследвания в областта на екологичната метаболомика
- Разяснява приложението на екологичната метаболомика за метаболитно инженерство, микробната екология и изследванията на околната среда
- Определя предизвикателствата, ограниченията и перспективите на екологичната метаболомика
- Описват принципите и ключовите аспекти на биоинформатиката в областта на околната среда и нейните методи и софтуерни инструменти.
- Използват различни бази данни за околната среда, които обхващат всички аспекти на човешкото въздействие върху околната среда.
- Определят основните категории на науката за околната среда
- Разясняват приложението на биоинформатиката в областта на околната среда
- Определят предизвикателствата, ограниченията и перспективите на биоинформатиката за околната среда
Структура
Тази ПОП съдържа 2 Единици от резултати от ученето (ЕРУ) (ЕРУ 3 и ЕРУ 7)
- ЕРУ 3:
- Модул 1 Геномика: методи за вземане на проби за ДНК от околната среда
- Модул 10 Геномика и замърсяване на въздуха
- ЕРУ 7
- Модул 4 Метаболомика: изследване на реакциите на микроорганизмите към стресовите фактори на околната среда
- Модул 6 Екологични бази от данни и биоинформатика
Обучително съдържание
Достъп до учебното съдържание за ПОП3 тук!
>> Геномика: методи за вземане на проби за ДНК от околната среда
>> Геномика и замърсяване на въздуха
>> Метаболомика: изследване на реакциите на микроорганизмите към стресовите фактори на околната среда
>> Екологични бази от данни и биоинформатика
Оценка на знанията
Проверете знанията си!
ECTК Кредитни точки & Сертификат
Получете своя сертификат!
