Добре дошли в ПОП 9: Интегрирана екологична омика – биотехнологични приложения!

Накратко

ПОП9 е предназначена за:

• Академичен състав (преподаватели, ментори, научни ръководители); ЕКР 8

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.

Съвременната защита на околната среда акцентира върху това как молекулярните и „омикс“ технологиите могат да се използват за определяне на естеството, поведението и функциите на микробните общности, присъстващи в екосистемите, за да се ограничи и премахне замърсяването. „Омикс“ технологиите в областта на околната среда имат за цел да разберат по-добре метаболитните процеси на широк кръг организми и/или сложни микробни собщества, за да подобрят връзките между фенотип и генотип, като по този начин предоставят нов поглед върху ключовите молекули и процеси, отговорни за адаптацията на организмите в отговор на промените в околната среда. Напредъкът в новите омикс подходи (метагеномика, метатранскриптомика, метапротеомика, метаболомика и флуксомика) и приложният мултиомикс подход доведоха до получаване на безценна информация за микробните съобщества и до съществени биотехнологични приложения – от биоремедиация на замърсители до дизайн на иновативни биосензори, скрининг за нови катализатори или биологично производство на материали и продукти. Напредъкът в „омикс“ технологиите ще ни позволи да изследваме и характеризираме нови среди и процеси, за да разработим и оптимизираме нови биотехнологични приложения.

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.

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.

Автори

• Александър Долашки, ИОХЦФ – БАН
• Илияна Рашева, СУ „Св. Климент Охридски“
• Людмила Велкова, ИОХЦФ – БАН
• Мария Василева,Университет на Гранада
• Николай Василев, Университет на Гранада
• Павлина Долашка, ИОХЦФ – БАН
• Траяна Недева, СУ „Св. Климент Охридски“

Образователни цели

Целта на тази ПОП9 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
• Мултиомиксния холистичен подход в екологичните изследвания чрез използване на омикс технологии
• Омикс техниките и подходите за биотехнологични приложения: биоразграждане, биоремедиация, устойчиво земеделие, намаляване/смекчаване на екологичните щети
• Перспективите и предизвикателствата пред биотехнологичното приложение на омикс техниките
• 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
• 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 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
• Описват омикс подходите в екологичните изследвания
• Представят ролята на цялостния мултиомикс подход за биоремедиация и опазване на околната среда
• Разкриват потенциала на мултиомикс техниките и подходите за биотехнологични приложения в контекста на околната среда
• Представят мултимикс решения за разработване на биотехнологии за намаляване на замърсяването с нефт и смекчаване на екологичните щети
• Определят основните перспективи и предизвикателства при прилагането на омикс техники за биотехнологични приложения в контекста на околната среда
• 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 4 и ЕРУ 6)

• ЕРУ 4:
  • Модул 1 Геномика: методи за вземане на проби за ДНК от околната среда
  • Модул 11 Омикс технологии за биотехнологични приложения
• ЕРУ 7

  • Модул 3 Усъвършенствана екологична протеомика

  • Модул 6 Екологични бази от данни и биоинформатика

Обучително съдържание

Достъп до учебното съдържание за ПОП9 тук!

>> Геномика: методи за вземане на проби за ДНК от околната среда

>> Омикс технологии за биотехнологични приложения

>> Усъвършенствана екологична протеомика

>> Екологични бази от данни и биоинформатика

Оценка на знанията

Проверете знанията си!

ECTК Кредитни точки & Сертификат

Получете своя сертификат!