Добре дошли в ПОП 6: Интегрирана екологична омика във водната токсикология!
Накратко
ПОП6 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.
Водните екосистеми са подложени на все по-голям натиск от различни стресови фактори на околната среда, включително химически замърсители, деградация на местообитанията, изменение на климата и инвазивни видове. От съществено значение е да се разбере на молекулярно ниво как водните организми реагират на различните видове стрес, за да се оцени състоянието на водните екосистеми и да се създадат ефективни планове за опазване и управление на околната среда. Омиката, която включва геномика, транскриптомика, протеомика и метаболомика, променя водната токсикология, като осигурява задълбочено разбиране за това как замърсителите влияят на водния живот. В този модул са разгледани подробно оценката на геномните методи във водната токсикология, възможностите и ограниченията на методологиите за микрочипове и количествена полимеразна верижна реакция (PCR), протеомика, метаболомика, секвениране на РНК и изследвания на метилирането на ДНК. Заедно тези омикс подходи осигуряват цялостно разбиране на молекулярните механизми, лежащи в основата на токсичността, като улесняват идентифицирането на нови биомаркери за ранно откриване на замърсяването, оценка на риска за околната среда и разработване на по-ефективни стратегии за смекчаване на последиците с цел опазване на водните екосистеми и човешкото здраве. Този модул се фокусира върху цялостния поглед върху омиката във водната токсикология с подходи от проучвания на случаи, обхващащи нейните принципи, приложения, предизвикателства и бъдещи насоки.
Екологичната протеомика е област на приложение на протеомиката, изучаваща ефектите на околната средата върху растежа върху развитието на организмите при естествени, неконтролирани състояния. Този клон на протеомиката допринася за идентифициране и количествено определяне на протеините, експресирани в клетката, откриване на механизмите на основните клетъчни процеси и изясняване на явления като синтрофия, генетичен обмен и комуникация между клетките на молекулярно ниво. Екологичната протеомика изследва консорциумите, доминирани от микроорганизми, и аранжира диференциални модели на производство и експресия на протеини, които отразяват физиологичните реакции на промените в околната среда (в норма и под стрес). Тя се занимава с лабораторни проучвания на моделни микроорганизми, важни за околната среда и изследва естествените микробни съобщества, анализирайки техния колективен протеом (метапротеомика). Екологичната протеомика има разнообразни области на изследване и приложения (например, метаболитно инженерство, микробна екология, толерантност към екологичен стрес и др.) поради прилагането на методологични и технически иновации (например, 2D PAGE, LC, ICAT, MS, фагов дисплей, биоинформатика. и др.), които позволяват идентифициране на протеини и охарактеризиране на тяхната структура.
мРНК на околната среда (транскриптомика на околната среда) извлича транскриптоми на микробни консорциуми, за които липсва информация за видовете гени, експресирани на ниво съобщество. Тя свързва генетичния потенциал на микроорганизмите с тяхната биогеохимична активност. Визията за използване на този подход за различни приложения в науката за околната среда на молекулярно ниво обаче, е възпрепятствана от техническите трудности при работа с мРНК, като липса на механизъм за полиаденилиране, много кратък полуживот на мРНК и липса на изобилие на молекули мРНК в общия РНК фонд на микробната клетка, което води до слаби сигнали за откриване. Разработени са протоколи за преодоляване на тези трудности и за улесняване на анализите на частични транскриптоми на околната среда. Сред обещаващите изследвания могат да се изброят извличането на специфични за съобществото последователности на функционални гени, които са от съществено значение за количествените екологични проучвания; генерирането на нови хипотези за известни микробни процеси или оценката (с помощта на геномиката на околната среда) на генетичния потенциал и моделите на активност на естествените микробни съобщества.
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
- Използването на омикс техники във водната токсикология, включително геномика, транскриптомика, протеомика и метаболомика
- Важността от развиване на умения за ефективно интерпретиране на омикс данни, получени от изследвания в областта на водната токсикология
- Омикс подходите за подобряване на стратегиите за оценка на риска с конкретни проучвания в областта на водната токсикология
- Основните характеристики на протеомиката и екологичната протеомика
- Основните категории в екологичната протеомика и съответните им методологически и технически иновации
- Предизвикателствата, ограниченията и перспективите за приложение на екологичната протеомика
- Екологичната транскриптомика, която свързва генетичния потенциал с микробната биогеохимична активност
- Основните стъпки в протокола за анализ на частични транскриптоми на околната среда
- Различните подходи и решения за преодоляване на трудностите, свързани с транскрипционната хетерогенност
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
- Получат знания за това как замърсителите взаимодействат с водните организми на молекулярно ниво чрез геномика, транскриптомика, протеомика и метаболомика, като се изясняват пътищата и процесите, засегнати от токсикантите
- Идентифицират биомаркери и характеризират молекулярни биомаркери, показателни за експозиция на водни замърсители, което позволява по-чувствителен и надежден мониторинг на замърсяването на околната среда и ранно откриване на потенциални рискове за водните екосистеми
- Интегрират омикс данни в рамки за оценка на риска, което ще позволи по-всеобхватна оценка на потенциалното въздействие на замърсителите върху водните организми и екосистеми и ще даде информация за регулаторни решения, основани на доказателства
- Прилагат омикс подходи в токсикологията на водните организми за дизайн и провеждане на експерименти за изследване на ефектите на замърсителите върху водните организми, включително избор на подходящи омикс техники, подготовка на проби, анализ и интерпретация на данни
- Разбират принципите и приложенията на омикс техниките в интердисциплинарен изследователски подход с казуси за разработване на иновативни стратегии за защита и опазване на водните екосистеми.
- Описват принципите напротеомиката/екологичната протеомика
- Прилагат протеомни проучвания за оценка на протеиновото разнообразие на екосистемите и общностите
- Определят основните категории изследвания на екологичната протеомика
- Обясняват прилагането на екологичната протеомика за метаболитно инженерство, проучвания в микробна екология и оценка на толерантността към екологичен стрес
- Посочват предизвикателствата, ограниченията и перспективите на екологичната протеомика
- Представят същността на мРНК на околната среда (транскриптомика на околната среда)
- Обясняват техническите трудности при работа с мРНК
- Познават и прилагат основните стъпки в протокола за анализ на частични транскриптоми на околната среда
- Разбират основните обещаващи приложения на подхода за мРНК на околната среда в микробната екология
- Прилагат добрите практики в областта на съвременното състояние на едноклетъчната транскриптомика и едноклетъчното РНК-секвениране
Структура
Тази ПОП съдържа 2 Единици от резултати от ученето (ЕРУ) (ЕРУ 2 и ЕРУ 9)
- ЕРУ2:
- Модул 1 Геномика: методи за вземане на проби за ДНК от околната среда
- Модул 9 Омикс технологии във водната токсикология
- ЕРУ9
- Модул 3 Усъвършенствана екологична протеомика
- Модул 7 Микробни генни транскрипти в проби от околната среда
Обучително съдържание
Достъп до учебното съдържание за ПОП6 тук!
>> Геномика: методи за вземане на проби за ДНК от околната среда
>> Омикс технологии във водната токсикология
>> Усъвършенствана екологична протеомика
>> Микробни генни транскрипти в проби от околната среда
Оценка на знанията
Проверете знанията си!
ECTК Кредитни точки & Сертификат
Получете своя сертификат!
