Мікроскопія та інструментальні методи в біології 07 2024

Загальний опис

Цей курс розглядає сучасні методи візуалізації, вивчення структури та взаємодій біологічних молекул. Його основна мета - розповісти студентам про можливості та обмеження кожного з найпопулярніших методів і пояснити, як обрати найпростіший та найефективніший підхід для відповіді на конкретне експериментальне питання.

Курс складається з кількох блоків, які будуть викладатися спеціалістами у відповідних галузях: Флуоресцентна спектроскопія (Василь Пивоваренко, КНУ); Флуоресцентна мікроскопія (Юрій Ковальчук, Університет Тюбінгена; Петро Хороший IOCB Prague); Електронна мікроскопія (Ніна Бондаренко, Вища медична школа Гановера/ДНУ); LC-MS та основи протеоміки (Олег Лущак, ПНУ/LMS London);  Допоміжні методи встановлення структури (Володимир Швадчак, ПНУ)

Практичні роботи охоплюватимуть робочий процес обробки реальних експериментальних наборів даних з флуоресцентних та CD експериментів, планування хроматографічних експериментів, поглиблену роботу з зображеннями флуоресцентної мікроскопії за допомогою ImageJ.

Курс складається з 26 лекційних та 14 семінарських/практичних занять. Лекції та семінари цього курсу триватимуть по півтори години. Для семінарських занять студенти будуть поділені на 2 групи.

Всі заняття проводитимуться українською мовою.

Лекції
1. Світло
Василь ПИВОВАРЕНКО

Поглинання світла. Колір. Спектрофотометри. Абсорбційні методи. Дипольний момент молекул і довжина хвилі поглинання.

2. Флуоресценція.
Василь ПИВОВАРЕНКО

Принципи флуоресценції. Діаграма Яблонського. Квантовий вихід флуоресценції. Флуорофори. Триптофан та інші природні флуорофори. Сольватохромізм. 

3. Розширені методи флуоресценції.
Василь ПИВОВАРЕНКО

Поляризоване світло. Анізотропія флуоресценції. Зупинений потік (Stopped flow)

4. Світлова та флуоресцентна мікроскопія.
Юрій КОВАЛЬЧУК

Класична мікроскопія, фазовий контраст. Флуоресцентна мікроскопія. Принципові схеми мікроскопів. Лазери. Фільтри. Дихроїчні дзеркала. Канали. Цифрові зображення. Роздільна здатність зображення, мікрони та пікселі.

5. Застосування флуоресценції.
Василь ПИВОВАРЕНКО

Мічення білків. Cys-, Lys-реактивні барвники. Інтеркалюючі барвники. FRET та його застосування для вивчення взаємодій білків.

6. Розширені методи флуоресцентної мікроскопії.
Юрій КОВАЛЬЧУК

Конфокальна мікроскопія. Z-зрізи. FRET і виявлення взаємодій в мікроскопії. Час життя флуоресценції та FLIM. Дифракційна межа. Надвисока роздільна здатність, STORM. PALM. Двофотонна мікроскопія.

7. Технічні аспекти мікроскопії.
Петро ХОРОШИЙ

Як побудувати або налаштувати мікроскоп?

8. Прикладна конфокальна мікроскопія
Петро ХОРОШИЙ
9. Програмне забезпечення для обробки зображень.
Петро ХОРОШИЙ

ImageJ/Fiji. Колокалізація. TIRF.

10. Флуорофори для мікроскопії.
Володимир ШВАДЧАК

Флуоресцентні білки. Флуоресцентні білки. Малі синтетичні барвники. Вибір флуорофорів для усунення завад на каналах. Мембранні трекери, фарбування ядер. Фотодеградація під час вимірювань. FRAP. Інтенсивність світла і пошкодження клітин. Контрольоване фотовивільнення. Молекули для фотозшивання.

11. Круговий дихроїзм (CD) та ІЧ-спектроскопія.
Володимир ШВАДЧАК

CD-спектроскопія для визначення структури білків. ІЧ-спектроскопія.

12. Методи визначення розмірів молекул.
Володимир ШВАДЧАК

Електрофорез білків та олігонуклеотидів. Аналітичне ультрацентрифугування. Динамічне світлорозсіювання (DLS). Кореляція флуоресценції (FCS, FCCS).

13. ЯМР і ЕПР.
Володимир ШВАДЧАК

Спін. 13С і 15N мічення білків. Ядерний магнітний резонанс (ЯМР) для аналізу структури білків. Твердотільний ЯМР. МРТ-візуалізація. Електронний парамагнітний резонанс (ЕПР) та вільні радикали.

14. Рентгеноструктурний аналіз.
Володимир ШВАДЧАК

Принципи. Методи кристалізації білків. SAXS.

15. Хроматографія.
Володимир ШВАДЧАК

Принцип, препаративна та аналітична хроматографія. ВЕРХ (HPLC)  Типи колонок. Іонообмінна хроматографія. Розділення за розміром.

16. Хромато-мас-спектрометрія та мас-спектрометрія.
Олег ЛУЩАК

Мас-спектрометрія. LC-MS. ESI, MALDI та інші іонізаційні методи. Типи детекторів. Фрагментація.

17. Протеоміка на основі LC-MS
Олег ЛУЩАК
18. Прикладна LC-MS
Олег ЛУЩАК
19. Вступ до молекулярної діагностики.
Ніна БОНДАРЕНКО

Що це таке? Пробопідготовка.

20. Молекулярно-генетичний аналіз.
Ніна БОНДАРЕНКО

Імуногістохімія, проточна цитофлуориметрія, гібридизація in situ. Вестерн-блотинг, ІФА, двовимірний гель-електрофорез.

21. Секвенування ДНК.
Ніна БОНДАРЕНКО

Секвенування першого покоління, секвенування другого або наступного покоління, секвенування третього покоління. цифрова ПЛР, рідинна біопсія.

22. Електронна мікроскопія.
Ніна БОНДАРЕНКО

Принцип. Роздільна здатність. Режими. Підготовка зразків.

23. CryoEM
Ніна БОНДАРЕНКО
24. Комп'ютерна томографія.
Олег ЛУЩАК
25. Атомно-силова мікроскопія (AFM).
Володимир ШВАДЧАК

Принцип дії та схема мікроскопів. Роздільна здатність по осях XY та Z. Підготовка зразків. Швидкість сканування та пошкодження зразків. Застосування для підрахунку кількості  доменів білків.

26. Вибір методу.
Володимир ШВАДЧАК

Методи високопродуктивного скринінгу  (HTS) та розробка методологій.

Семінари
1. Поглинання світла та концентрації речовин
Василь ПИВОВАРЕНКО
2. Флуоресценція
Василь ПИВОВАРЕНКО
3. Розв'язування задач на приготування розчинів. Загальні лабораторні прийоми.
Володимир ШВАДЧАК
4. Kd, pH, буфери
Володимир ШВАДЧАК
5. Віртуальна лабораторна робота «Інгібування ферментативної реакції» (планування експерименту).
Володимир ШВАДЧАК
6. Практика з обробки реальних даних.
Володимир ШВАДЧАК

Вивчення зв'язування білка з мембраною за допомогою флуоресценції триптофану. Програмне забезпечення Origin для нелінійної регресії.

7. Обробка даних зі зчитувачів мікропланшетів (Plate reader) (визначення інгібітора IC50 за кінетичними даними).
Володимир ШВАДЧАК
8. CD, IR, DLS, FCS, гель-електрофорез.
Володимир ШВАДЧАК
9. Вибір методу дослідження (частина I)
Володимир ШВАДЧАК
10. LC-MS та протеоміка.
Олег ЛУЩАК
11. Секвенування ДНК
Ніна БОНДАРЕНКО
12. ЕМ
Ніна БОНДАРЕНКО
13. Вибір методу дослідження (частина II)
Володимир ШВАДЧАК
Іспит
Фінальний тест
2 вересня 2024
Рекомендована література
Флуоресцентна спектроскопія
Рівень
Студенти та аспіранти
Лекції
26
Практичні заняття
14
Тривалість
2 місяці
Мова
Українська
Сертифікат
2 кредити ЄКТС
Розклад занять
Дата Час Тип заняття Викладач Покликання
01.07.2024 Понеділок 10:00 Лекція 1. Василь ПИВОВАРЕНКО  
01.07.2024 Понеділок 12:00 Семінар 1, група 1. Василь ПИВОВАРЕНКО  
03.07.2024 Середа   Лекція 2. Василь ПИВОВАРЕНКО  
03.07.2024 Середа   Семінар 1, група 2. Василь ПИВОВАРЕНКО  
05.07.2024 П'ятниця   Лекція 3. Василь ПИВОВАРЕНКО  
05.07.2024 П'ятниця   Семінар 2, група 1. Василь ПИВОВАРЕНКО  
06.07.2024 Субота   Лекція 4. Юрій КОВАЛЬЧУК  
08.07.2024 Понеділок   Семінар 3, група 1. Володимир ШВАДЧАК  
08.07.2024 Понеділок   Семінар 3, група 2. Володимир ШВАДЧАК  
10.07.2024 Середа   Лекція 5.  Василь ПИВОВАРЕНКО  
10.07.2024 Середа   Семінар 2, група 2. Василь ПИВОВАРЕНКО  
12.07.2024 П'ятниця   Семінар 4, група 1. Володимир ШВАДЧАК  
12.07.2024 П'ятниця   Семінар 4, група 2. Володимир ШВАДЧАК  
13.07.2024 Субота   Лекція 6. Юрій КОВАЛЬЧУК  
15.07.2024 Понеділок   Лекція 7. Петро ХОРОШИЙ  
16.07.2024 Вівторок   Семінар 5, група 1. Володимир ШВАДЧАК  
16.07.2024 Вівторок   Семінар 5, група 2. Володимир ШВАДЧАК  
17.07.2024 Середа   Лекція 8. Петро ХОРОШИЙ  
18.07.2024 Четвер   Семінар 6, група 1. Володимир ШВАДЧАК  
18.07.2024 Четвер   Семінар 6, група 2. Володимир ШВАДЧАК  
19.07.2024 П'ятниця   Лекція 9. Петро ХОРОШИЙ  
22.07.2024 Понеділок   Лекція 10. Володимир ШВАДЧАК  
23.07.2024 Вівторок   Семінар 7, група 1. Володимир ШВАДЧАК  
23.07.2024 Вівторок   Семінар 7, група 2. Володимир ШВАДЧАК  
24.07.2024 Середа   Лекція 11. Володимир ШВАДЧАК  
24.07.2024 Середа   Семінар 8, група 1. Володимир ШВАДЧАК  
26.07.2024 П'ятниця   Лекція 12. Володимир ШВАДЧАК  
26.07.2024 П'ятниця   Семінар 8, група 2. Володимир ШВАДЧАК  
29.07.2024 Понеділок   Лекція 13. Володимир ШВАДЧАК  
31.07.2024 Середа   Лекція 14. Володимир ШВАДЧАК  
31.07.2024 Середа   Семінар 9, група 1. Володимир ШВАДЧАК  
02.08.2024 П'ятниця   Лекція 15. Володимир ШВАДЧАК  
02.08.2024 П'ятниця   Семінар 9, група 2. Володимир ШВАДЧАК  
05.08.2024 Понеділок   Лекція 16. Олег ЛУЩАК  
07.08.2024 Середа   Лекція 17. Олег ЛУЩАК  
07.08.2024 Середа   Семінар 10, група 1. Олег ЛУЩАК  
09.08.2024 П'ятниця   Лекція 18. Олег ЛУЩАК  
09.08.2024 П'ятниця   Семінар 10, група 2. Олег ЛУЩАК  
12.08.2024 Понеділок   Лекція 19. Ніна БОНДАРЕНКО  
14.08.2024 Середа   Лекція 20. Ніна БОНДАРЕНКО  
16.08.2024 П'ятниця   Лекція 21. Ніна БОНДАРЕНКО  
16.08.2024 П'ятниця   Семінар 11, група 1. Ніна БОНДАРЕНКО  
19.08.2024 Понеділок   Лекція 22. Ніна БОНДАРЕНКО  
19.08.2024 Понеділок   Семінар 11, група 2. Ніна БОНДАРЕНКО  
21.08.2024 Середа   Лекція 23. Ніна БОНДАРЕНКО  
23.08.2024 П'ятниця   Семінар 12, група 1. Ніна БОНДАРЕНКО  
23.08.2024 П'ятниця   Семінар 12, група 2. Ніна БОНДАРЕНКО  
26.08.2024 Понеділок   Лекція 24. Олег ЛУЩАК  
28.08.2024 Середа   Лекція 25. Володимир ШВАДЧАК  
30.08.2024 П'ятниця   Лекція 26. Володимир ШВАДЧАК  
30.08.2024 П'ятниця   Семінар 13, група 1. Володимир ШВАДЧАК  
30.08.2024 П'ятниця   Семінар 13, група 2. Володимир ШВАДЧАК  
    Іспит    

 

Викладачі

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

Доцент кафедрі Біохімії та біотехнології Прикарпатського Університету (Івано-Франківськ, Україна) та гостьовий професор Інституту Травматології Людвіга Больцмана (Відень, Австрія).

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

Професор кафедри органічної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м. Київ.

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.