E-mail | SIS | Moodle | Helpdesk | Knihovny | cuni.cz | CIS Více

česky | english Přihlášení



Mikrobiologie

Doktorské studium biomedicíny

Charakteristika oboru

Mikrobiologie se zabývá poznáním biologických procesů probíhajících v mikroorganizmech na úrovni molekulární, organizmální a ekosystémové.

Absolvent doktorského studia mikrobiologie je vychováván k samostatné tvůrčí vědecké práci v oblasti mikrobiologie. Získává ucelené vzdělání v oblasti buněčné a molekulární biologie bakterií a hub na současné úrovni znalostí. Ovládá mikrobiologické, biochemické, molekulárně genetické, analytické a biofyzikální metody. Je připraven řešit otázky základního výzkumu i konkrétní aplikace problémů v mikrobiologii průmyslové, lékařské, environmentální a v biotechnologiích.

Studium zaměřeno zejména na:

  • výzkum kontroly genové exprese a fyziologických regulací mikroorganizmů
  • výzkum interakce mikroorganizmů v koloběhu látek v přírodě
  • výzkum mikrobiálních faktorů v patogenezi infekčních onemocnění
  • charakteristiku dosud nepopsaných mikroorganizmů
  • aplikace základního výzkumu k využití mikroorganizmů v praktických disciplínách

Nabídka přednášek a kurzů

Student volí z nabídky k doplnění svého vzdělání v oboru podle zaměření absolvovaného magisterského studia a tématu dizertace. Předměty lze čerpat i z témat mimo tuto nabídku.

  • Povinné kurzy
    • Pokroky v molekulární biologii, ÚMG AV ČR, dvoutýdenní přednáškový kurz
    • Pokroky v mikrobiologii,   MBÚ AV ČR, jednodenní přednáškový kurz.
  • Další kurzy
    • Antibiotika, MBÚ AV ČR
    • Od genomů k proteomům, MBÚ AV ČR
    • Lékařská mikrobiologie, 1. LF UK
    • Lékařská mikrobiologie, 3. LF UK
    • Biologie kvasinek, PřF UK
    • Cytoskelet eukaryotní buňky, MBÚ AV ČR
    • Fyziologie bakterií, PřF UK
    • Vybrané kapitoly z bakteriologie, PřF UK
    • Genové inženýrství, PřF UK
    • Struktura a  funkce informačních biopolymerů, PřF UK
    • Struktura, dynamika a funkce biologických membrán, MFF UK

Výzkumná témata řešená na pracovištích

  • molekulárně biologické studium regulace biosyntézy linkosamidových antibiotik
  • genetika a šlechtění průmyslových mikroorganizmů
  • regulace proteosyntézy elongačním faktorem Ef-Tu a klíčení spór u streptomycet
  • mechanizmus rezistence k makrolidovým antibiotikům (MLS) u enterobakterií a mykobakterií
  • genové manipulace v koryneformních bakteriích produkujících aminokyseliny a v rhodokokách degradujících xenobiotika
  • genetická analýza bakterií degradujících xenobiotika; odhad a predikce přirozeně probíhajících procesů v kontaminované zemině a spodních vodách
  • vztahy mezi strukturou a funkcí bakteriálních proteinových toxinů během interakce s membránou hostitele a v jeho buňce
  • využití bakteriálních proteinových toxinů jako imunogenů a vektorů pro dopravu cizorodých antigenů a indukce specifické imunitní odpovědi
  • adaptace a signalizace bakteriální cytoplazmatické membrány v podmínkách environmentálního stresu

Státní doktorská zkouška

Státní doktorská zkouška prověřuje obecný rozhled  studenta v oboru mikrobiologie -   šíři a hloubku teoretických znalostí  na současné úrovni poznání. Cílem zkoušky je rovněž prověřit vědecký způsob myšlení studenta, tj. jeho schopnost postihnout podstatu zadaného problému  a  navrhnout vlastní způsoby řešení.

Státní zkouška se skládá z jedné části (ústní zkouška), ze dvou okruhů:

  • povinný okruh:
    • fyziologie mikroorganizmů
    • genetika mikroorganizmů
  • volitelný okruh (student volí jednu z nabízených variant,  podle tématu dizertace):
    • molekulární biologie
    • lékařská mikrobiologie

Zkouška se zaměřuje na tři roviny vědomostí doktoranda v mikrobiologii:

  • úroveň teoretických znalostí,  schopnost orientace v celé šíři oboru
  • znalosti principů a možností metod a technik používaných v současné mikrobiologii jak obecně, tak  s  ohledem na  dizertační práci
  • detailní znalost problematiky, týkající se  zaměření dizertační práce.

Součástí zkoušky je úvodní velmi krátká prezentace (do 10 minut), kterou student uvede členy komise do své výzkumné problematiky.

Otázky k jednotlivým okruhům státní doktorské zkoušky

Okruh  Fyziologie mikroorganizmů

1. Charakteristika bakterií a archea, historické milníky fyziologie bakterií, strategie ve fyziologickém výzkumu bakterií, modelový organizmus fyziologie bakterií - Escherichia coli. Laboratorní čisté kultury a bakteriální společenstva v přírodě.

2. Struktura a funkce bakteriální buňky.

Chemické složení a stavba bakteriální buňky, DNA, jádro a genomy bakterií. Bičíky, pili a fimbrie, pouzdra, S - vrstvy, vnější membrána gramnegativních bakterií, buněčná stěna a periplazmatický prostor, cytoplazmatická membrána, cytoplazma a cytoplazmatické kompartmenty, zásobní látky. Pohyb bakterií.

3. Transport u bakterií.

Transport u bakterií, lipidy, membránové proteiny, ionofory jako modely, typy transportu, difuze, primární a sekundární transport, ABC transportéry, fosfotransferázový systém,  transport železa, nativní konformace proteinů, chaperony a chaperoniny, transport proteinů do CPM, periplazmy, vnější membrány, sekrece proteinů do prostředí a transportní systémy bakterií (Type I SS – Type VI SS).

4. Výživa bakterií, energie, katabolizmus a anabolizmus.

Výživa bakterií, glykolýza a její alternativy, Krebsův cyklus, výroba a transformace energie v bakteriální buňce, aerobní respirace.

5. Biosyntéza a růst

Molekulární složení bakterií, asimilace dusíku a síry, biosyntéza aminokyselin, nukleotidů, lipidů, biosyntéza struktur buněčné stěny, růst individuální buňky, buněčný cyklus, růst bakteriální populace, kontinuální kultivace.

6. Metabolická diverzita

Anaerobní fermentace, anaerobní respirace, chemolitotrofie, fototrofie.

7. Regulace u bakterií

Přenos signálu a dvoukomponentové systémy. Regulace syntézy enzymu, globální regulace, regulace aktivity enzymu

8. Mikroorganizmy v prostředí – účinky teploty, vodní aktivity, kyslíku, pH a záření na růst mikroorganizmů.

9. Životní cyklus kvasinek.

10. Stárnutí, apoptóza a nekróza  u kvasinek.

11. Fyziologie hub a jejich úloha v prostředí.


Literatura – bakterie a Archaea (knihy):

1. Kim B.H., Gadd, G.M.: Bacterial Physiology and Metabolism, Cambridge University Press, 2008

2. Moat A.G.,, Foster J.W., Spector M.P., Microbial Physiology, 4th Edition Wiley-Blackwell; 2002

3. Brock Biology of Microorganisms, 13th Edition (2011) Eds.Michael T. Madigan, John M. Martinko, Paul V. Dunlap, David P.

Clark, Pearson Education

Literatura – kvasinky (přehledové články  a kapitoly z knih):

- The Metabolism and Molecular Physiology of Saccharomyces cerevisiae, Dickinson J.R., Schweizer M., Ed., CRC Press, 2004

- Laun et al.:Yeast mother cell-specific ageing, genetic(in)stability, and the somatic mutation theory of ageing, Nucleic Acids Research, 2007, Vol. 35, No. 227514–7526

- Madeo et al., Apoptosis in yeast: a new model system with applications in cell biology and medicine, Curr. Genet, 41:208-216,2002

- Madeo et al.: Caspase-dependent and caspase-independent cell death pathways in yeast, Biochemical and Biophysical Research Communications 382 227–231 (2009)

- Eisenberg et al.: Necrosis in yeast, Apoptosis15: 257-268, 2010

Okruh Genetika mikroorganizmů

  • Bakterie a Archaea:

1. Základní charakteristiky prokaryotického chromozomu - rozdíly mezi archaea a bakteriemi. Vysvětlení a zákonitosti dědičnosti u haploidních  mikroorganizmů.

2. Základní genetická terminologie a nomenklatura. Význam laterálního přenosu genetické informace v evoluci prokaryot.

3. Regulace exprese genů a její regulace na úrovni transkripční, posttranskripční, translační a posttranslační. Metody studia.

4. Homologní a místně specifická rekombinace.

5. Mobilní genetické elementy: Struktura, funkce a typy mobilních elementů bakterií a archaea. Modely mechanismů transposice a její regulace.  Vliv mobilních elementů na diverzitu prokaryot.

6. Plazmidy: Genetické determinanty přirozených plazmidů bakterií a archaea, jejich vlastnosti, klasifikace. Mechanismy regulace replikace plazmidů. Plazmidy jako nástroj genetických manipulací.

7. Bakteriální konjugace: Mechanismus konjugativního přenosu a genetické determinanty potřebné ke konjugativnímu přenosu. Mobilizace chromosomu. Mezidruhový přenos genetické informace.

8. Transformace: Přirozená kompetence, (G+ a G- bakterie). Integrace donorového genetického materiálu, diskriminace heterologní DNA.

9. Bakteriofágy: Struktura genomu a genetika základních bakteriofágů (Lambda, P1, T4, T7, ssDNA bakteriofágy, bakteriofág Mu). Infekce bakteriální buňky bakteriofágem: lytická a lysogenní odpověď, replikativní strategie bakteriofágů, užitečné deriváty využívané v genetice. Viry archaea (STIV).

10. Transdukce: Nespecifická transdukce: základní mechanismy. Specifická transdukce: základní charakteristika, užití v bakteriální genetice .

11. Mutace a mutageneze: specifická, nespecifická mutageneze, mutační rychlost, typy mutací, alelická výměna, metody selekce a isolace mutantů, kultivační media. Mutanty používané v genetice bakterií (auxotrofie, supresory, podmíněné mutace).

12. Principy genetické analýzy. Metody genetické analýzy, dominance a recesivita alel, částečná diploidita, komplementační genetická analýza. Genetické a fyzikální mapování. Genetická analýza u zástupce archaea (Sulfolubus spp.).

13. Genetické přístupy u modelových mikroorganizmů: problémy při genetické manipulaci, restrikčně modifikační systémy.

14. Metody globální analýzy: transkriptom, proteom, analýza regulačních proteinů.

15. Analýza mikrobiálních populací: Metagenomické přístupy, bezkultivační přístupy.

  • Kvasinky

16. Killer-systémy, plasmidy, transposony a priony u kvasinek.


Literatura – bakterie a Archaea (knihy):

Molecular Genetics of Bacteria, Snyder, L. and Champness, W. 2nd Ed., (ASM Press), 2003. a 3th Ed (ASM press 2007).

Literatura – kvasinky (přehledové články):

Schmitt, Breinig: Yeast viral killer toxins:lethality and self-protection,  Nature Reviews, Microbiology, 4:212-221, 2006

Futcher, 2mm plasmid,  Yeast, 4:27 - 40, 1988

Transposony:

Voytas, Boecke: Yeast retrotransposons and tRNAs, Trends in genetics, 9(12).421-427, 1993

Priony:

Wickner et al., URE3 and PSI as prions of Saccharomyces cerevisiae:genetic evidence and biochemical properties.Seminars in Virology,7:215-223, 1996, Journal of Biological Chemistry, 287:14432-14442, 2012

Wickner, et al., Amyloids and Yeast Prion Biology, Biochemistry 2013, 52, 1514−1527

Okruh Molekulární biologie

1. Molekulární biologie a genetika a –omiky – předmět studia a metodika.

2. Molekulární evoluce ve smyslu „RNA svět“, „svět RNA a proteinů“, a „DNA svět“

3. Nobelovy ceny v molekulární biologii a historie moderní MB.

4. Struktura a konformace DNA – kovalentní a slabé chemické vazby.

5. Genetická funkce DNA – objev a potvrzení.

6. Topologie DNA a topoisomerázy.

7. Struktura a konformace RNA – rozdíly mezi DNA a RNA.

8. Komplementarita bází – WC a non-WC nukleotidové páry. Denaturace.

9. Ústřední dogma MB a funkce informačních biopolymerů.

10. Struktura a konformace proteinů.

11. Funkční klasifikace proteinů.

12. Gen, genom, chromosom v pro- a eukaryotické buňce.

13. Nukleozom a chromatin; remodelace chromatinu.

14. Buněčný cyklus a duplikace a segregace chromozomů.

15. Chemie syntézy DNA a jednotlivé stupně replikace.

16. Enzymy replikační vidličky a přesnost replikace.

17. Poškození DNA a opravná (reparativní) syntéza DNA.

18. Homologní rekombinace a místně specifická rekombinace.

19. Mobilní elementy (transpozony) a transpozice.

20. V(D)J rekombinace.

21. Archeální a bakteriální transkripce a RNA polymerázy.

22. Eukaryotické RNA polymerázy a transkripční faktory.

23. Posttranskripční úprava a modifikace RNA.

24. Mechanismy sestřihu primárního transkriptu s introny GI, GII a S (spliceosom); alternativní sestřih.

25. Sestřih pre-tRNA; translační sestřih (intron).

26. Editace RNA; posun čtecího rámce; „missense“, „nonsense“ a „frameshift“ mutace.

27. Struktura mRNA a translace u archea, bakterií a eukaryot.

28. Struktura a funkce ribozomů.

29. Iniciační, elongační a terminační stupeň translace.

30. Genetický kód.

31. Regulace transkripce u archea a bakterií.

32. Regulace transkripce v eukaryotické buňce.

33. tRNA jako model struktury RNA a její funkce v translaci.

34. Malé RNA (typu sn a sno) a jejich funkce v posttranskripční úpravě.

35. Aptamerové vlastnosti RNA a ribospinače.

36. RNA interference a úloha siRNA a miRNA v umlčování genů.

37. Klonování molekul, buněk a organizmů.

38. Sekvenování DNA a genomová analýza.

39. Restrikčně-modifikační systémy u bakterií.

40. Genové inženýrství.

41. Posttranslační úpravy a modifikace proteinů.

42. Plasmidy, viry a molekulární vektory.

43. Modifikace informačních biopolymerů a umlčování genů.

44. Modelové organismy v molekulární biologii.

45. Hlavní metody současné molekulární biologie.

46. Transgenní organizmy.


Literatura – molekulární biologie:

T.D.Pollard a kol. Cell Biology, Elsevier Health Sciences, 2007

B. Alberts a kol., Molecular biology of the cell, 5th Edition, Garland Publishing, Inc., 2008

H.Lodish a kol., Molecular cell biology, 6th Edition, W.H. Freeman and company, 2008

B. Lewin, Genes IX, Jones and Bartlett Publishers, 2008

J.D. Watson a kol., Recombinant DNA 3rd. Edition, CSHL Press, 2007

Okruh Lékařská mikrobiologie

  • Obecná část
  1. Přirozená antibakteriální imunita
  2. Získaná (adaptivní) antibakteriální imunita
  3. Pasivní imunizace a nespecifická podpora imunity
  4. Typy očkovacích látek, vakcinace
  5. Metody sterilizace a desinfekce
  6. Mechanismy účinku antimikrobiálních látek
  7. Vyšetřování citlivosti na antimikrobiální látky
  8. Vznik rezistence bakterií na antimikrobiální látky
  9. Mechanismy rezistence bakterií na antimikrobiální látky
  10. Fyziologická bakteriální flóra lidského těla
  11. Biofilmy a regulace bakteriální flóry
  12. Patogenita a virulence bakterií
  13. Faktory virulence bakterií
  14. Bakteriální exotoxiny
  15. Bakteriální enterotoxiny
  16. Bakteriální superantigeny
  17. Zásady odběru klinických materiálů
  18. Možnosti detekce a identifikace bakterií
  19. Kultivační vyšetření klinických materiálů
  20. Vlastnosti a kultivace anaerobních bakterií
  21. Sérologická vyšetření, kožní testy
  22. Patogeny urogenitálního traktu
  23. Patogeny respiračního traktu
  24. Patogeny gastrointestinálního traktu
  25. Patogeny centrálního nervového systému
  • Speciální část - bakterie:
  1. Neurotoxická klostridia
  2. Histotoxická klostridia
  3. Nesporulující anaerobní bakterie
  4. Podmíněně patogenní enterobakterie
  5. Yersinia pestis, Y. enterocolitica, Y. pseudotuberculosis
  6. Salmonella, Shigella
  7. Vibrio cholerae a další vibria
  8. Haemophilus, Pasteurella
  9. Pseudomonas aeruginosa
  10. Bordetella
  11. Brucella, Bartonella
  12. Francisella tularensis
  13. Campylobacter
  14. Helicobacter
  15. Legionella
  16. Neisseria gonorrhoeae
  17. Neisseria meningitidis
  18. Treponema pallidum
  19. Leptospira
  20. Borrelia
  21. Staphylococcus aureus
  22. Koaguláza-negativní stafylokoky
  23. Streptococcus pyogenes
  24. Streptococcus agalactiae a viridující streptokoky
  25. Streptococcus pneumoniae
  26. Enterococcus
  27. Bacillus anthracis a Bacillus cereus
  28. Corynebacterium diphtheriae
  29. Listeria monocytogenes
  30. Mycobacterium tuberculosis
  31. Atypická mykobakteria
  32. Aktinomycety a aktinomykózy
  33. Rickettsia, Chlamydia, Mycoplasma
  34. Bakteriální nosokomiální infekce
  • Speciální část – Viry, paraziti, kvasinky:
  1. Principy obrany proti virovým infekcím
  2. Poxviry
  3. Virus varicelly a herpes zoster
  4. Virus herpes simplex
  5. Cytomegalovirus
  6. Papillomaviry
  7. Adenoviry
  8. Chřipkové viry
  9. Virus poliomyelitidy
  10. Rhinoviry
  11. Původci průjmových virových onemocnění
  12. Viry přenášené členovci
  13. Viry klíšťové encefalitidy
  14. Virus vztekliny
  15. Flaviviry a arenaviry
  16. Filoviry
  17. Původci virových hepatitid
  18. Virus Epsteina a Barrové
  19. Lidské viry imunologické nedostatečnosti
  20. Infekční agens bez nukleových kyselin
  21. Trypanosomy
  22. Leishmanie
  23. Trichomonas vaginalis
  24. Entamoeba histolytica
  25. Měňavky, Naegleria fowleri
  26. Toxoplasma gondii
  27. Plasmodia, malárie
  28. Tasemnice
  29. Enterobius vermicularis, Ascaris lumbricoides
  30. Filárie
  31. Trichinella spiralis, Dracunculus medinensis
  32. Přenos infekčních chorob členovci
  33. Parazitující členovci
  34. Původci mykóz, Candida albicans
  35. Mykotické infekce u AIDS, Pneumocystis, Cryptococcus


Literatura – Lékařská mikrobiologie:

Bednář M., Fraňková V., Schindler J., Souček A., Vávra J.: Lékařská mikrobiologie.
1. vydání Marvil, Praha, 1996 (starší ale užitečné pro přehled patogenů).

Beneš J. a kol.: Infekční lékařství.
Galén, Praha, 2009. ISBN 978-80-7262-644-1 (klinické aspekty infekčních nemocí).

Carey R.B., Schuster M.G., McGowan K.L.: Lékařská mikrobiologie v klinických případech.
Triton, Praha 2011. ISBN: 978-80-7387-480-3 (modelové klinické případy infekčních nemocí).

Julák J.: Úvod do lékařské bakteriologie.
Karolinum, Praha, 2006. ISBN 80-246-1270-4 (jen bakteriologie, podrobné).

Julák J., Pavlík E.: Lékařská mikrobiologie pro zubní lékařství.
Karolinum, Praha, 2010. ISBN 978-80-246-1141-9 (stručnější, pro přírodovědce stačí, jsou tam i essentials virologie, parazitologie, mykologie, priony).

Pharma Reports: Klinicky významné bakterie.
Triton, Praha 2012, ISBN 978-80-7387-588-6 (novější aspekty patogenních bakterií).

Obhájené disertační práce

Požadavky oborové rady

Oborová rada

Akce dokumentů