Мікроскопія та інструментальні методи в біології

Загальний опис

Цей курс розглядає сучасні методи вимірювання та візуалізації, що використовуються в біофізиці, молекулярній та клітинній біології. Його основна мета - розповісти студентам про їх можливості та обмеження, а також навчити обирати найпростіші та найефективніші підходи для відповіді на конкретні експериментальні питання. Під час практичних занять студенти матимуть змогу самостійно здійснити повний процес обробки реальних експериментальних наборів даних з флуоресцентних та CD експериментів, навчитися планування хроматографічні експерименти, освоїти поглиблену роботу з зображеннями флуоресцентної мікроскопії за допомогою ImageJ та Python

Деталі навчального плану

Реєстрація до 23 квітня 2023 включно (завершена)
Розподіл на групи
1: Аспіранти та викладачі ( МІМ_А, MIM_T)
2: Магістранти (MIM_M), та бакалавранти 3-4 курсу біологічних спеціальностей (частина підгрупи MIM_B)
3: Бакалавранти 1-2 курсу (частина підгрупи  МІМ_В) та студенти не біологічних спеціальностей (МІМ_N)

Іспит

В понеділок, 3 липня 2023р, відбудеться онлайн-іспит з курсу "Мікроскопія та інструментальні методи в біології"

У вас буде можливість пройти його в зручний для вас час між 16:00  та 21:00

Це тест з 40 запитань на відповіді буде надано 90хв.

 

Посилання на початок іспиту https://forms.gle/Phar3pJtmd45T3dd9

Воно буде активовано о 16й годині 03-07-2023.

За цим посиланням вам потрібно буде ввести в форму ваші дані. Після її відправки розпочнеться відлік часу й ви отримаєте посилання на форму з запитаннями. ЇЇ потрібно буде надіслати не пізніше 21:00 і не пізніше ніж через півтори години після отримання посилання на неї.

Приєднання до Zoom не обов'язкове. Питання складено так що іспит можна без проблем проходити з телефону. В іспиті буде кілька задач для розв'язку яких може спотребитися листок паперу та калькулятор.

Лекції
1. Світло

Поглинання світла. Колір. Спектрофотометри. Абсорбційні методи. Дипольний момент молекул і довжина хвилі поглинання. (Швадчак В.).

2. Флуоресценція

Принципи флуоресценції. Діаграма Яблонського. Квантовий вихід флуоресценції. Флуорофори. Триптофан та інші природні флуорофори. GFP. Яскравість флуорофорів. Сольватохромізм. (Швадчак В.).

3. Спеціальні методи флуоресценції.

Мічення білків. Мітки для цистеїнів та лізинів. Інтеркалюючі барвники. FRET та його застосування для вивчення взаємодій білків. Поляризоване світло. Анізотропія флуоресценції. (Швадчак В.).
 

4. Круговий дихроїзм та інфрачервона спектроскопія.

CD-спектроскопія для визначення структури протеїнів. ІЧ-спектроскопія.  (Швадчак В.).
 

5. Методи визначення розмірів молекул.

Електрофорез білків та олігонуклеотидів. DLS. FCS. FCCS. (Швадчак В.).
 

6. Хроматографія.

Принципи HPLC (ВЕРХ), препаративна та аналітична хроматографія. Типи колонок. Іонообмінна хроматографія. Хроматографія витіснення. (Швадчак В.).

7. Мас-спектрометрія.

Мас-спектрометрія. LC-MS. ESI, MALDI та інші іонізаційні методи. Типи мас-детекторів. Фрагментація. LC-MS в протеоміці. (Швадчак В./ Pavel Shliaha).

8. Оптична мікроскопія.

Трансмісійна мікроскопія, фазовий контраст. Флуоресцентна мікроскопія. Принципові схеми мікроскопів. Лазери. Фільтри. Дихроїчні дзеркала. Канали. Цифрові зображення. Роздільна здатність, мікрони та пікселі. (Ковальчук Ю.).

9. Прикладна флуоресцентна мікроскопія

Конфокальна мікроскопія. Z-зрізи. Флуоресцентна мікроскопія в живих організмах. Основи двухфотонного збудження. Двофотонна мікроскопія in vivo. Деконволюція. ImageJ/Fiji. (Ковальчук Ю.).

10. Сучасна флуоресцентна мікроскопія.

FRET і виявлення взаємодій в мікроскопії. Колокалізація. TIRF. Час життя флуоресценції та FLIM. Дифракційна межа. Подолання ліміту роздільної здатності, STORM. PALM. Застосування для зображення актинових фібрил (Швадчак В.).

11. Флуорофори для мікроскопії.

Флуоресцентні білки. Низькомолекулярні барвники. Перехресні сигнали на каналах (channel crosstalk) та підбір флуорофорів. Мембранні трекери, фарбування ядер. Фотодеградація під час вимірювань. FRAP. Інтенсивність світла і пошкодження клітин. Контрольоване фотовивільнення (caged molecules). Фотоперемикачі. (Швадчак В.).

12. Як сконструювати чи модифікувати мікроскоп?

(Хороший П.)

13. Python для обробки зображень (1)

(Хороший П.)
 

14. Python для обробки зображень (2)

(Хороший П.)
 

15. Електронна мікроскопія.

Принципи. Роздільна здатність. Типи. Приготування зразків (Бондаренко Н)

16. CryoEM у вивченні структури білків

(Бондаренко Н.)

17. Атомна силова мікроскопія (AFM).

Принципи та схема мікроскопів. Роздільна здатність по осяях XY і Z. Приготування зразків. Швидкість сканування та пошкодження зразків. Застосування для вивчення структури протеїнів. (Швадчак В.).

18. ЯМР і ЕПР.

Спін. 13C і 15N мічення білків. ЯМР для аналізу структури білків. Твердотільний ЯМР. ЕПР та вільні радикали. (Швадчак В.).

19.  Рентгенівські техніки.

Кристалізація протеїнів. Рентгеноструктурний аналіз. SAXS. (Швадчак В.).  

Семінари
1. Поглинання світла та концентрація
2. Флуоресценція

Визначення Kd. Програма Origin для нелінійної регресії (фітингу) даних. Обробка реальних даних експерименту: Протеїн-мембранна взаємодія що вивчалась по зміні флуоресценції триптофану.

3. Анізотропія флуоресценції, FRET, stopped flow.
4. CD, FCS, DLS, електрофорез.
5. Іонообмінна хроматографія: підбір градієнту. HPLC.
6. LC-MS (комбінація хроматографії та мас-спектроскопії)
7. ImageJ та обробка мікроскопічних зображень

Канали. Таблиці кольорів. Z-стеки, реконструкція 3D зображень. Плагіни імпорту.

Fiji ImageJ - безкоштовна програма для обробки файлів даних з мікроскопів (завантаження Fiji).
Підручник по Image J

8. Флуорофори, мітки, трекери для мікроскопії.

 

9. Python

 (Хороший П.)

10. Електронна мікроскопія

(Бондаренко Н.)
 

11. Як вибрати метод що розв'язує експериментальну проблему?
Додаткові матеріали та рекомендована література
Програма
Підручники по абсорбції та флуоресцкнції
Візуалізація структури біомолекул

Сторінка завантаження програми VMD https://www.ks.uiuc.edu/Development/Download/download.cgi?PackageName=VMD

Cайт де можна скачати файли структур молекул з координатами атомів https://www.rcsb.org/  (в форматі PDB).

Лекції
19 лекцій
Практичні заняття
11 семінарів
Тривалість
2 місяці
Мова
Українська
Сертифікат
2 кредити ЄКТС
Розклад занять
Дата  Час Що
01.05.2023 Понеділок 16:00-18:00 Лекція 1. Світло (ВШ)
01.05.2023 Понеділок 18:00-20:00 Семінар 1, група 1. Поглинання світла та концентрація (ВШ)
03.05.2023 Середа 16:00-18:00 Семінар 1, група 2. Поглинання світла та концентрація (ВШ)
03.05.2023 Середа 18:00-20:00 Семінар 1, група 3. Поглинання світла та концентрація (ВШ)
04.05.2023 Четвер 16:00-18:00 Лекція 2. Флуоресценція (ВШ)
04.05.2023 Четвер 18:00-20:00 Семінар 2, група 1. Флуоресценція (ВШ)
06.05.2023 Субота 10:00-12:00 Семінар 2, група 2. Флуоресценція (ВШ)
06.05.2023 Субота 12:00-14:00 Семінар 2, група 3. Флуоресценція (ВШ)
08.05.2023 Понеділок 16:00-18:00 Лекція 3. Спеціальні методи флуоресценції (ВШ)
08.05.2023 Понеділок 18:00-20:00 Семінар 3, група 1. Анізотропія флуоресценції, FRET, stopped flow (ВШ)
10.05.2023 Середа 16:00-18:00 Лекція 4. Круговий дихроїзм та інфрачервона спектроскопія (ВШ)
10.05.2023 Середа 18:00-20:00 Семінар 3, група 2. Анізотропія флуоресценції, FRET, stopped flow (ВШ)
11.05.2023 Четвер 16:00-18:00 Лекція 5. Методи визначення розмірів молекул (ВШ)
11.05.2023 Четвер 18:00-20:00 Семінар 3, група 3. Анізотропія флуоресценції, FRET, stopped flow (ВШ)
13.05.2023 Субота 10:00-12:00 Семінар 4, група 1. CD, FCS, DLS, електрофорез (ВШ)
13.05.2023 Субота 12:00-14:00 Семінар 4, група 2. CD, FCS, DLS, електрофорез (ВШ)
13.05.2023 Субота 14:00-16:00 Семінар 4, група 3. CD, FCS, DLS, електрофорез (ВШ)
15.05.2023 Понеділок 16:00-18:00 Лекція 6. Хроматографія (ВШ)
15.05.2023 Понеділок 18:00-20:00 Семінар 5, група 1. Іонообмінна хроматографія: підбір градієнту. HPLC (ВШ)
17.05.2023 Середа 16:00-18:00 Семінар 5, група 2. Іонообмінна хроматографія: підбір градієнту. HPLC (ВШ)
17.05.2023 Середа 18:00-20:00 Семінар 5, група 3. Іонообмінна хроматографія: підбір градієнту. HPLC (ВШ)
18.05.2023 Четвер 16:00-20:00 Лекція 7. Мас-спектрометрія (ВШ)
18.05.2023 Четвер 18:00-20:00 Семінар 6, група 1. LC-MS (комбінація хроматографії та мас-спектроскопії) (ВШ)
22.05.2023 Понеділок 16:00-18:00 Семінар 6, група 2. LC-MS (комбінація хроматографії та мас-спектроскопії) (ВШ)
22.05.2023 Понеділок 18:00-20:00 Семінар 6, група 3. LC-MS (комбінація хроматографії та мас-спектроскопії) (ВШ)
24.05.2023 Середа 16:00-18:00 Лекція 8. Оптична мікроскопія (ЮК)
26.05.2023 П'ятниця 16:00-18:00 Лекція 9. Прикладна флуоресцентна мікроскопія (ЮК)
29.05.2023 Понеділок 16:00-18:00 Семінар 7, група 1. ImageJ та обробка мікроскопічних зображень (ВШ)
29.05.2023 Понеділок 18:00-20:00 Семінар 7, група 2. ImageJ та обробка мікроскопічних зображень (ВШ)
31.05.2023 Середа 16:00-18:00 Лекція 10. Сучасна флуоресцентна мікроскопія (ВШ)
31.05.2023 Середа 18:00-20:00 Семінар 7, група 3. ImageJ та обробка мікроскопічних зображень (ВШ)
05.06.2023 Понеділок 16:00-18:00 Лекція 11. Флуорофори для мікроскопії (ВШ)
05.06.2023 Понеділок 18:00-20:00 Семінар 8, група 1. Флуорофори, мітки, трекери для мікроскопії (ВШ)
07.06.2023 Середа 16:00-18:00 Семінар 8, група 2. Флуорофори, мітки, трекери для мікроскопії (ВШ)
07.06.2023 Середа 18:00-20:00 Семінар 8, група 3. Флуорофори, мітки, трекери для мікроскопії (ВШ)
12.06.2023 Понеділок  18:00-20:00 Лекція 12. Як сконструювати чи модифікувати мікроскоп? (ПХ)
13.06.2023 Вівторок  18:00-20:00

Лекція 13. Python для обробки зображень (1) (ПХ)

https://cesnet.zoom.us/j/6583368261?pwd=TkdyTTI2U2RDaDRTSzhTWGVmR0NGQT09
Meeting ID: 658 336 8261 Passcode: 248459

14.06.2023 Середа 18:00-20:00 Лекція 14. Python для обробки зображень (2) (ПХ)
16.06.2023 П'ятниця 16:00-18:00 Семінар 9, група 2. Python (ПХ)
16.06.2023 П'ятниця 16:00-18:00 Семінар 9, група 1. Python (ПХ)
16.06.2023 П'ятниця 18:00-20:00 Семінар 9, група 3. Python (ПХ)
19.06.2023 Понеділок 15:00-17:00

Лекція 15. Електронна мікроскопія (НБ)

https://us02web.zoom.us/s/8964530776?pwd=dFU4bG0vMStBb1JUb3NuYWs4MFA5UT09

Meeting ID:  896 453 0776 Passcode: iV.LhV8T

21.06.2023 Середа 12:00-14:00 Лекція 16. CryoEM у вивченні структури білків (НБ)
22.06.2023 Четвер 14:00-16:00 Семінар 10, група 1-2-3. Електронна мікроскопія (НБ)
23.06.2023 П'ятниця 13:00-15:00 Семінар 10, група . Електронна мікроскопія (НБ)
23.06.2023 П'ятниця 18:00-20:00 Семінар 10, група . Електронна мікроскопія (НБ)
26.06.2023 Понеділок 16:00-18:00 Лекція 17. Атомна силова мікроскопія (AFM) (ВШ)
26.06.2023 Понеділок 18:00-20:00 Семінар 11. Як вибрати метод що розв'язує експериментальну проблему? (ВШ)
28.06.2023 Середа 18:00-20:00 Лекція 18. ЯМР і ЕПР (ВШ)
28.06.2023 Середа 18:00-20:00 Лекція 19. Рентгенівські техніки (ВШ)
29.06.2023 Четвер 16:00-18:00 Семінар 11.  тренувальний тест пройти
29.06.2023 Четвер 18:00-20:00 Семінар 11. Розбір тренувального тесту
03.07.2023 Понеділок 16:00-21:00 Іспит  https://forms.gle/Phar3pJtmd45T3dd9 (буде активовано 03.07.23 о 16:00)
Викладачі

Кандидат медичних наук, доцент (постдок) на кафедрі гастроентерології, гепатології та ендокринології у Вищій медичній школі Гановера (Німеччина) у галузі онкоімунології раку печінки.

Співробітник Інституту Органічної Хімії та Біохімії (Прага, Чехія).

Співробітник Прикарпатського національного університету ім. В. Стефаника (ПНУ) (Івано-Франківськ). Вчений ступінь (PhD) отримав у 2009 році по спеціальності "Науки про життя  – молекулярні та клітинні аспекти біології" на фармацевтичному факультеті університету Страсбурга, де займався розробкою сольватохромних флуоресцентних міток для вивчення взаємодій протеїнів.

Старший науковий співробітник Інституту фізіології Тюбінгенського університету, м. Тюбінген, Німеччина.