Molekularne metode u mikrobnoj agroekologiji (116622)
Nositelj predmeta
Opis predmeta
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 do izolacije plazmidne DNA. Također će se umnažati DNA metodom PCR u cilju identifikacije bakterijskih izolata do razine roda, vrste i soja. 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. Izolirana DNA iz tla će biti korištena za određivanje brojnosti bakterija u tlu Real-Time PCR metodom. Studentima će se teoretski objasniti principi sekvenciranja DNA i primjene „dubokog sekvenciranja“ (NGS sekvenciranje) u mikrobnoj agroekologiji.
Vrsta predmeta
- Diplomski studij / Agroekologija / Agroekologija (Izborni predmet, 2. semestar, 1. godina)
- Diplomski studij / Agroekologija / Mikrobna biotehnologija u poljoprivredi (Obvezni predmet, 2. semestar, 1. godina)
ECTS: 6.00
Engleski jezik: R1
E-učenje: R1
Sati nastave: 60
Predavanja: 30
Laboratorijske vježbe: 28
Seminar: 2
Izvođač predavanja
Izvođač vježbi
Izvođač seminara
Ocjenjivanje
Dovoljan (2): 60-70 %
Dobar (3): 71 - 80%
Vrlo dobar (4): 81 - 90%
Izvrstan (5): 91 - 100 %
Uvjeti za dobivanje potpisa
Odslušana predavanja. Odrađene laboratorijske vježbe. Predan laboratorijski dnevenik.
Opće kompetencije
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.
Oblici nastave
- 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
Ishodi učenja i način provjere
| Ishod učenja | Način provjere |
|---|---|
| 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 |
Način rada
Obveze nastavnika
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
Obveze studenta
Redovito pohađanje predavanja i vježbi
Izvršavanje radnih zadataka
Izrada i obrana seminarskog rada
Polaganje testova znanja
Polaganje usmenog ispita
Polaganje ispita
| Elementi praćenja | Maksimalno bodova ili udio u ocjeni | Bodovna skala ocjena | Ocjena | Broj sati izravne nastave | Ukupni broj sati rada prosječnog studenta | ECTS bodovi |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Parcijalni ispit (P1) | 20 % |
˂ 60 % 60-70 % 71-80 % 81-90 % 91-100 % |
Nedovoljan (1) Dovoljan (2) Dobar (3) Vrlo dobar (4) Izvrstan (5) |
15 | 45 | 1,5 |
| Parcijalni ispit (P2) | 20 % |
˂ 60 % 60-70 % 71-80 % 81-90 % 91-100 % |
Nedovoljan (1) Dovoljan (2) Dobar (3) Vrlo dobar (4) Izvrstan (5) |
15 | 45 | 1,5 |
| Seminarski zadaci | 5 % |
˂ 60 % 60-70 % 71-80 % 81-90 % 91-100 % |
Nedovoljan (1) Dovoljan (2) Dobar (3) Vrlo dobar (4) Izvrstan (5) |
6 | 18 | 0,6 |
| Usmeni ispit (UI) | 55 % |
˂ 60 % 60-70 % 71-80 % 81-90 % 91-100 % |
Nedovoljan (1) Dovoljan (2) Dobar (3) Vrlo dobar (4) Izvrstan (5) |
24 | 72 | 2,4 |
| UKUPNO | 100% | 60 | 180 | 6 |
| Elementi praćenja | Maksimalno bodova ili udio u ocjeni | Bodovna skala ocjena | Ocjena | Broj sati izravne nastave | Ukupni broj sati rada prosječnog studenta | ECTS bodovi |
|---|---|---|---|---|---|---|
| **Ispitni rok Pismeni ispit + Usmeni ispit (PI+ UI) | 95 % |
˂ 60 % 60-70 % 71-80 % 81-90 % 91-100 % |
Nedovoljan (1) Dovoljan (2) Dobar (3) Vrlo dobar (4) Izvrstan (5) |
54 | 172 | 5,4 |
| Elementi praćenja | Opis | Rok | Nadoknada |
|---|---|---|---|
| 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. |
Tjedni plan nastave
- Uloga stanice u mikrobnoj ekologiji. P- Uloga stanice u istraživanjima u mikrobnoj ekologiji. Problemi vezani uz izolaciju mikroorganizama i uzgoj mikroorganizama u laboratoriju. S- usporedba klasičnih mikrobioloških metoda uzgoja i uzgoja u maniri visoke propusnosti
- Razvoj metoda za istraživanje mikroorganizama. P- Fenotipske i kemotaksonomske metode u mikrobiologiji.
- Biomarkeri P- DNA, RNA, proteini kao biomarkeri u mikrobiologiji.
- Izolacija DNA. P- Organizacija genoma. Osnovni principi DNA izolacije iz čistih kultura, tla, hrane i vode. Određivanje količine i kvalitete DNA. Agarozna gel elektroforeza. L- Priprema biomase za izolacija DNA iz čistih kultura
- Lančana reakcija polimerazom (PCR). P- Lančana reakcija polimerazom, osnovni principi umnažanja, varijacije osnovne PCR-tehnike. L-Izolacija DNA iz čistih kultura. Određivanje količine i kvalitete izolirane DNA
- Identifikacija autohtonih sojeva bakterija. P-Identifikacija bakterija na razini roda, vrste i soja lančanom reakcijom polimeraze. L- Identifikacija bakterija do razine roda i vrste lančanom reakcijom polimeraze.
- Identifikacija autohtonih sojeva bakterija. P- Uvod u tehnike sekvenciranja L- Agarozna gel elektorforeza PCR produkata. rep-PCR i identifikacija izolata do razine soja.
- Identifikacija autohtonih sojeva bakterija L- Analiza obrazaca metoda otiska prsta i izrada dendrograma.
- Određivanje raznolikosti i broja mikroorganizama iz različitih prirodnih sredina. P- Kvalitativne (DGGE, SSCP, T-RFLP itd.) metode u istraživanju kompleksnih mikrobnih zajednica. L- Izolacija DNA iz tla. Spektorfotometrijsko određivanje količine DNA.
- Određivanje raznolikosti i broja mikroorganizama iz različitih prirodnih sredina. P-kvantitativne (Real-Time PCR i MPN PCR ) metode. Analiza MPN PCR rezultata i usporedba Real-Time PCR i MPN PCR analize. L- Real-Time PCR na uzorcima tala- određivanje brojnosti bakterija u tlu.
- Genetičko kloniranje. P- Osnovni principi kloniranja L- izolacija plazmida, PCR dokazivanje inserata.
- Definicija bakterijske vrste u genomskoj eri P- izazovi definiranje vrste u mikrobiologiji. Transfer genetičkog materijala kod bakterija. Analiza podataka uz korištenje različitih baza za pohranu sekvenci (NCBI i RDP)
- Opis novih bakterijskih vrsta P- Značaj opisivanja i klasificiranja novih bakterijskih vrsta. Metodologija i glavni koraci.
- Opis novih bakterijskih vrsta L- Sekvence genoma zadanog izolata provesti kroz relevantne web servise kako bi ih se usporedilo sa srodnim vrstama te odredili specifičnost
- Primijenjena istraživanja u mikrobnoj agroekologiji P- pregled istraživanja i korištenih molekularnih metoda u primijenjenoj mikrobiologiji u poljoprivredi. Interpretacija rezultata istraživanja.
Obvezna literatura
- 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
Preporučena literatura
- 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
Sličan predmet na srodnim sveučilištima
- 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