Molekularne metode u mikrobnoj agroekologiji (116622)
Course coordinator
Course description
Mikroorganizmi su sastavni dio različitih sredina poput tla, namirnica i vode. Danas je nezamislivo istraživati mikrobnu raznolikost bilo kojeg agroekosustava bez poznavanja i primjene molekularno-mikrobioloških metoda. Cilj ovog predmeta je, upoznati studente sa osnovnim molekularno-mikrobiološkim metodama u analizama tla, hrane i vode te ih osposobiti da primjene i integriraju stečena znanja u istraživanjima u agroekologiji. Predavanja će biti usredotočena na razumijevanje osnovnih molekularno - mikrobioloških metoda te njihovu primjenu u kompleksnim analizama u agroekologiji. Predavanja će biti ujedno i teoretski uvod u određene vježbe. Predviđene metode obuhvatit će sve manipulacije s DNA. Od izolacije ukupne DNA iz tla i hrane, preko izolacije DNA iz bakterija i kvasaca do izolacije plazmidne DNA. Također će se umnažati DNA metodom PCR te će specifični fragmenti biti ligirani s vektorom te klonirani u stanice domaćina. Transformirane stanice će se analizirati restrikcijskim endonukleazama, PCR-om i sekvenciranjem. Identifikacija vrsta i sojeva mikroorganizama relevantnih u poljoprivredi određivat će se različitim molekularnim tehnikama (PCR-RFLP, RAPD, rep-PCR). Također će biti naglašena važnost molekularnih metoda (T-RFLP, SSCP, DGGE, AP-PCR, Real-Time PCR, MPN PCR, kloniranje) u određivanju raznolikosti i broja mikroorganizama u kompleksnim ekosustavima sa posebnim osvrtom na praktičnu primjenu u agroekološkim studijama. Studentima će se teoretski objasniti principi sekvenciranja DNA i primjene „dubokog sekvenciranja“ (NGS sekvenciranje) u mikrobnoj agroekologiji kao i uloga metagenomike i metagenetike.
Type of course
- Diplomski studij / Agroekologija / Agroekologija (Elective course, 2 semester, 1 year)
- Diplomski studij / Agroekologija / Mikrobna biotehnologija u poljoprivredi (Compulsory course, 2 semester, 1 year)
ECTS: 6.00
English language: L1
E-learning: L1
Teaching hours: 60
Lectures: 30
Laboratory exercises: 28
Seminar: 2
Lecturer
- Prof. Mirna Mrkonjić Fuka, PhD
- Irina Tanuwidjaja, MSc. agr.
Associate teacher for exercises
- Sanja Kajić, PhD
- Irina Tanuwidjaja, MSc. agr.
- Valentina Odorčić, MSc. agr.
Associate teacher for seminars
- Irina Tanuwidjaja, MSc. agr.
Grading
Sufficient (2): 60-70 %
Good (3): 71 - 80%
Very good (4): 81 - 90%
Excellent (5): 91 - 100 %
Conditions for obtaining signature
Odslušana predavanja. Odrađene laboratorijske vježbe. Predan laboratorijski dnevenik.
General competencies
Predmet upoznaje studente sa osnovnim molekularno-mikrobiološkim metodama u istraživanju i analizi mikrobne raznolikosti u tlu, hrani i vodi. Nakon odslušanog predmeta studenti će dobiti neophodna teoretska znanja i biti osposobljeni da integriraju i praktično primjene stečena znanja u istraživanjima u agroekologiji.
Types of instruction
- Predavanja
- Laboratorijske vježbe
U sklopu laboratorijskih vježbi studenti će dobiti praktična znanja iz primjene molekularno-mikrobioloških metoda u istraživanjima u mikrobnoj agroekologiji. Ukupno se izvodi 12 vježbi u skupini od 10 studenata. - Seminari
Vezan uz projektni zadatak. Studenti će dobiti konkretan problem iz područja mikrobne agroekologije te predložiti i argumentirati metode koje će koristiti za njegovo rješavanje
Learning outcomes
| Learning outcome | Evaluation methods |
|---|---|
| Objasniti prednosti i nedostatke metoda za izolaciju i identifikaciju mikroorganizama | Sudjelovanje u raspravama tijekom nastave, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
| Prepoznati ulogu molekularnih metoda u karakterizaciji i detekciji autohtonih mikrobnih populacija iz različitih agroekosustava | Sudjelovanje u raspravama tijekom nastave, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
| Razumjeti postupke i metodologiju DNA ekstrakcije iz bakterijskih kultura, tla i hrane | Sudjelovanje u raspravama tijekom nastave, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
| Primijeniti molekularne metode u istraživanjima u mikrobnoj agroekologiji te analizi tla i namirnica | Sudjelovanje u raspravama tijekom nastave, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
| Razviti sposobnost integriranja različitih znanja u području mikrobne agroekologije | Sudjelovanje u raspravama tijekom nastave, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
| Interpretirati rezultate mikrobioloških analiza tla,hrane i vode | Sudjelovanje u raspravama tijekom nastave, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
Working methods
Teachers' obligations
Organizirati i provoditi predavanja i vježbe
Pripremiti literaturne izvore za učenje
Organizirati i provoditi radne zadatke
Organizirati i provoditi pripremu i obranu seminarskih radova
Organizirati i provoditi testove znanja i usmene ispite
Students' obligations
Redovito pohađanje predavanja i vježbi
Izvršavanje radnih zadataka
Izrada i obrana seminarskog rada
Polaganje testova znanja
Polaganje usmenog ispita
Methods of grading
| Evaluation elements | Maximum points or Share in evaluation | Grade rating scale | Grade | Direct teaching hours | Total number of average student workload | ECTS |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Parcijalni ispit (P1) | 20 % |
˂ 60 % 60-70 % 71-80 % 81-90 % 91-100 % |
Insufficient (1) Sufficient (2) Good (3) Very good (4) Excellent (5) |
15 | 45 | 1,5 |
| Parcijalni ispit (P2) | 20 % |
˂ 60 % 60-70 % 71-80 % 81-90 % 91-100 % |
Insufficient (1) Sufficient (2) Good (3) Very good (4) Excellent (5) |
15 | 45 | 1,5 |
| Seminarski zadaci | 5 % |
˂ 60 % 60-70 % 71-80 % 81-90 % 91-100 % |
Insufficient (1) Sufficient (2) Good (3) Very good (4) Excellent (5) |
6 | 18 | 0,6 |
| Usmeni ispit (UI) | 55 % |
˂ 60 % 60-70 % 71-80 % 81-90 % 91-100 % |
Insufficient (1) Sufficient (2) Good (3) Very good (4) Excellent (5) |
24 | 72 | 2,4 |
| UKUPNO | 100% | 60 | 180 | 6 |
| Evaluation elements | Maximum points or Share in evaluation | Grade rating scale | Grade | Direct teaching hours | Total number of average student workload | ECTS |
|---|---|---|---|---|---|---|
| **Ispitni rok Pismeni ispit + Usmeni ispit (PI+ UI) | 95 % |
˂ 60 % 60-70 % 71-80 % 81-90 % 91-100 % |
Insufficient (1) Sufficient (2) Good (3) Very good (4) Excellent (5) |
54 | 172 | 5,4 |
| Evaluation elements | Description | Deadline | Recoupment |
|---|---|---|---|
| Parcijalni ispit (P1) | Parcijalni ispit iz prvog dijela modula. | Tijekom semestra | Ispitni rokovi |
| Parcijalni ispit (P2) | Parcijalni ispit iz drugog dijela modula. Pravo pristupanja P2 imaju studenti koji su uspješno položili P1. | Tijekom semestra | Ispitni rokovi |
| Seminarski zadaci | Samostalno odrađeni seminarski zadaci iz područja primjene molekularnih metoda u istraživanju mikrobne raznolikosti. | Tijekom semestra | |
| Usmeni ispit (UI) | Usmeni ispit iz ukupnog gradiva u ispitnom roku za studente koji su uspješno položili P1 i P2. | Ispitni rok. | |
| **Ispitni rok Pismeni ispit + Usmeni ispit (PI+ UI) | Pismeni ispit za studente koji ne polože P1 i/ili P2. Pismeni i usmeni ispit uključuju cjelokupno gradivo. | Ispitni rok. |
Weekly class schedule
- Uloga stanica u mikrobnoj ekologiji. P- Uloga stanice u istraživanjima u mikrobnoj ekologiji. Problemi vezani uz izolaciju mikroorganizama i uzgoj mikroorganizama u laboratoriju.
- Izolacija DNA. P- Osnovni principi DNA izolacije iz tla, hrane i vode. L- Izolacija sveukupne DNA iz tla, izolacija genomske DNA iz čistih kultura mikroorganizama
- Lančana reakcija polimerazom (PCR). P- Lančana reakcija polimerazom, osnovni principi umnažanja, varijacije osnovne PCR-tehnike. L- Primjena PCR-a.
- Identifikacija autohtonih sojeva bakterija i kvasaca. P- Značaj proučavanja raznolikosti prirodnih populacija mikroorganizama iz tla te iz tradicionalnih prehrambenih proizvoda. Primjena autohtonih sojeva u biotehnologiji. L-Primjena PCR-a
- Identifikacija autohtonih sojeva bakterija i kvasaca. P-Identifikacija bakterija na razini vrste i soja (16S rRNA gen, funkcionalni geni, PCR RAPD). Uvod u tehnike sekvenciranja. L- Analiza podataka.
- Identifikacija autohtonih sojeva bakterija i kvasaca. P- Identifikacija kvasaca na razini vrste i soja (18S rRNA gen, ITS regija PCR RFLP, RAPD, rep- PCR). L- Primjena PCR-a.
- Identifikacija autohtonih sojeva bakterija i kvasaca. L- Analiza obrazaca metoda otiska prsta i izrada dendrograma.
- Određivanje raznolikosti i broja mikroorganizama iz različitih prirodnih sredina. P- Kvalitativne (DGGE, SSCP, T-RFLP) i kvantitativne (Real-Time PCR i MPN PCR ) metode u istraživanju kompleksnih mikrobnih zajednica. L- Određivanje ukupnog broja bakterija u kompleksnom ekosustavu MPN PCR metodom.
- Određivanje raznolikosti i broja mikroorganizama iz različitih prirodnih sredina. P- Metagenomika. Metagenetika. Analiza MPN PCR rezultata i usporedba Real-Time PCR i MPN PCR analize. L- AP-PCR u istraživanju mikrobne raznolikosti.
- Genetičko kloniranje. P- Osnovni principi kloniranja i važnost za procjenu agrobioraznolikosti. L- Priprema PCR produkta za ligaciju u plazmidni vektor.
- Genetičko kloniranje. L- Ligiranje u plazmidne vektore i unošenje željenih konstrukata u stanicu domaćina.
- Analiza dobivenih klonova i inserata. L- Izolacija plazmidne DNA
- Analiza dobivenih klonova i inserata. L- Razgradnja plazmidnih vektora restrikcijskim endonukleazama i PCR dokazivanje inserata.
- Analiza dobivenih klonova i inserata. P- Uvod u tehnike sekvenciranja. Analiza podataka uz korištenje različitih baza za pohranu sekvenci (NCBI i RDP)
- Projektni zadatak. S- Studenti dobe konkretan problem iz područja mikrobne agroekologije i predlažu i argumentiraju metode koje će koristiti za njegovo rješavanje
Obligatory literature
- Metode u molekularnoj biologiji / Ambriović Ristov, Andreja; Brozović, Anamaria; Bruvo Mađarić, Branka; Ćetković, Helena; Herak Bosnar, Maja; Hranilović, Dubravka; Katušić Hećimović, Silva; Meštrović Radan, Nevenka; Mihaljević, Snježana; Slade, Neda; Vujaklija, Dušica (ur.). Zagreb : Institut Ruđer Bošković, 2007 (priručnik).
- J. Sambrook, EF Fritsch and T Maniatis (1989): Molecular Cloning, a laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press
- Handbook of Molecular Microbial Ecology II: Metagenomics in Different Habitats (2011). Frans J. de Bruijn, (ed.), Wiley-Blackwell, John Wiley et, New Jersey
Recommended literature
- Microbial Biotechnology: Fundamentals of Applied Microbiology- 2nd ed (2007). Alexander Glazer and Hiroshi Nikaido (eds), Cambridge University Press, NY, USA
- DH Gelfand and JJ Sninsky (1995): PCR Strategies (MA Innis, ed), Academic Press, San Diego, New York, Boston, London, Sydney, Tokyo, Toronto
Similar course at related universities
- Molecular biological methods in food analysis, BOKU
- Molecular Environmental Soil Science, College of agriculture and life sciences, NC State University
- Osnove metoda u molekularnoj biologiji i medicini, Sveučilišni poslijediplomski interdisciplinarni doktorski studij Molekularne bioznanosti Sveučilišta JJ Strossmayera u Osijeku, Instituta Ruđer Bošković u Zagrebu i Sveučilišta u Dubrovniku