Vi sinh vật học phân tử

+ Sau khi học giáo trình này, sinh viên cần hiểu được các kiến thức về sinh học phân tử và di truyền vi sinh vật, đặc biệt về quá trình chuyển gen, công nghệ ADN tái tổ hợp, hiểu biết ng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-  -

ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC

VI SINH VẬT HỌC PHÂN TỬ

1 Thông tin về giảng viên:

- Họ và tên: Bùi Thị Việt Hà

- Chức danh, học hàm, học vị: Giảng viên, TS

- Thời gian, địa điểm làm việc: Giờ hành chính các ngày trong tuần, Bộ môn Vi sinh vật học, P122, nhà T1, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên

- Địa chỉ liên hệ: Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, 334

Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội

- Điện thoại, email: habtv@vnu.edu.vn

- Các hướng nghiên cứu chính: Các sản phẩm bậc 2 từ vi sinh vật, đấu tranh sinh

học, vi sinh vật học công nghiệp, vi sinh vật học phân tử

- Thông tin về trợ giảng (nếu có) (họ tên, địa chỉ liên hệ, điện thoại, email):

2 Thông tin về môn học:

− Tên môn học: Vi sinh vật học phân tử

− Mã môn học:

− Số tín chỉ: 02

− Giờ tín chỉ đối với các hoạt động học tập:

+ Nghe giảng lý thuyết trên lớp: 15 + Thảo luận 10

+ Tự học: 5

− Đơn vị phụ trách môn học:

− Bộ môn: Vi sinh vật học

− Khoa: Sinh học

− Môn học tiên quyết: Vi sinh vật học cơ sở, Sinh học phân tử

− Môn học kế tiếp: không

3 Mục tiêu của môn học:

+ Sau khi học giáo trình này, sinh viên cần hiểu được các kiến thức về sinh học phân tử và di truyền vi sinh vật, đặc biệt về quá trình chuyển gen, công nghệ ADN tái tổ hợp, hiểu biết nguyên lý các ứng dụng của kỹ thuật PCR dùng trong nghiên cứu sinh học phân tử

4 Tóm tắt nội dung môn học:

+ Hiểu được cấu trúc và chức năng của axit nucleic, các đột biến và chọn lọc các đột biến ở vi sinh vật

+ Hiểu được bản chất của quá trình điều hòa trao đổi chất sự biểu hiện gene + Di truyền học thực khuẩn thể

+ Sự chuyển gene ở vi khuẩn

+ Khai thác tiềm năng của vi khuẩn trong biến đổi gene

+ Các phương pháp di truyền dùng trong nghiên cứu vi khuẩn, nấm men

5 Nội dung chi tiết môn học

C hương 1 CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG AXIT NUCLEIC

1.1 Cấu trúc axit nucleic

1.1.1 ADN 1.1.2 ARN 1.1.3 Sự tương tác giữa các liên kết hydro kỵ nước 1.1.4 Các dạng khác nhau của chuỗi xoắn kép 1.1.5 Siêu xoắn

1.1.6 Biến tính và lai ADN 1.2 Sao chép ADN

1.2.1 Tháo xoắn 1.2.2 Tổng hợp sợi dẫn đầu và sợi theo sau 1.3 Sửa chữa ADN

1.3.1 Sửa chữa ghép đôi sai 1.3.2 Sửa chữa bằng cắt bỏ 1.3.3 Sửa chữa bằng tái tổ hợp 1.3.4 Sửa chữa SOS

1.4 Biểu hiện gene

1.4.1 Phiên mã 1.4.2 Dịch mã 1.4.3 Sau dịch mã

1.5 Tổ chức gene

C hương 2 ĐỘT BIẾN VÀ BIẾN ĐỔI GENE

2.1 Biến đổi và tiến hóa

Đột biến trực tiếp ở vi khuẩn 2.2 Các kiểu đột biến

2.2.1 Các đột biến điểm 2.2.2 Các đột biến có điều kiện 2.2.3 Sự biến đổi do mất đoạn ADN lớn 2.3 Kiểu hình

2.4 Sự phục hồi kiểu hình

2.5 Tái tổ hợp

2.6 Cơ chế của đột biến

2.6.1 Đột biến lặn 2.6.2 Các tác nhân gây đột biến 2.6.3 Tia tử ngoại (UV)

2.7 Phân lập và xác định các đột biến

2.7.1 Đột biến và chọn lọc 2.7.2 Kỹ thuật đóng dấu (replica plating) 2.7.3 Kỹ thuật làm giàu penixilin

2.7.4 Phân lập các thể đột biến khác 2.7.5 Các phương pháp phân tử

C hương 3 ĐIỀU HÒA SỰ BIỂU HIỆN GENE

3.1 Số bản sao gene

3.2 Điều khiển phiên mã

3.2.1 Các promoter 3.2.2 Yếu tố kết thúc, yếu tố khởi đầu và các yếu tố cản trở sự kết thúc 3.2.3 Protein điều hòa: cảm ứng và ức chế

3.2.4 Tryp operon 3.2.5 Hệ thống điều khiển 2 thành phần 3.2.6 Hệ thống điều hòa tổng thể

3.2.7 Quorum sensing 3.3 Điều khiển dịch mã

3.3.1 Sự gắn ribosome 3.3.2 Sử dụng các codon 3.3.3 ARN điều hòa

C hương 4 DI TRUYỀN BACTERIOPHAGE (THỂ THỰC KHUẨN)

4.1 Thể thực khuẩn ADN sợi đơn

4.1.1 ΦX 174 4.1.2 M13 4.2 Phage chứa ARN: MS2

4.3 Thể thực khuẩn có ADN sợi kép

4.3.1 Bacteriophage T4 4.3.2 Bacteriophage Lamda 4.3.3 Sự điều hòa sinh tan và tiềm tan của Bacteriophage Lamda 4.4 Giới hạn và biến đổi

4.5 Vai trò của Bacteriophage

Liệu pháp phage

C hương 5 PLASMID

5.1 Một vài đặc tính của vi khuẩn do plasmid quy định

5.1.1 Sự kháng kháng sinh 5.1.2 Colicin và bacteriocin 5.1.3 Tính độc

5.1.4 Plasmid ở vi khuẩn cộng sinh thực vật

5.1.5 Các hoạt động chuyển hoá 5.2 Những đặc tính phân tử của plasmid

Sự điều hoà và sao chép của plasmid 5.3 Sự ổn định của plasmid

5.3.1 Tính nguyên vẹn của plasmid 5.3.2 Sự phân chia

5.3.3 Khác biệt về tốc độ sinh trưởng 5.4 Các phương pháp nghiên cứu plasmid

5.4.1 Sự kết hợp giữa plasmid với một kiểu hình 5.4.2 Sự phân loại plasmid

5.4.3 Plasmid ở nấm men

C hương 6 SỰ CHUYỂN GENE

6.1 Biến nạp (Transformation)

6.2 Conjugation (tiếp hợp)

6.2.1 Cơ chế của tiếp hợp 6.2.2 Plasmid F

6.2.3 Sự tiếp hợp trong các vi khuẩn khác 6.3 Tải nạp (Transduction)

Tải nạp đặc biệt 6.4 Tái tổ hợp

6.4.1.Tái tổ hợp tương đồng 6.4.2 Tái tổ hợp vị trí đặc hiệu và không tương đồng 6.5 Các gene khảm

C hương 7 TÍNH LINH ĐỘNG CỦA HỆ GENE: CÁC GENE CÓ KHẢ NĂNG

7.1 Các trình tự xen

7.1.1 Cấu trúc của trình tự xen 7.1.2 Hoạt động của trình tự xen 7.2 Gene nhảy

7.2.1 Cấu trúc gene nhảy 7.2.2 Intergrons

7.3 Cơ chế của sự chuyển vị

7.3.1 Sự chuyển vị sao chép 7.3.2 Sự chuyển vị không sao chép 7.3.3 Sự điều hòa chuyển vị

7.3.4 Sự hoạt động của gene do các yếu tố chuyển vị 7.3.5 Mu: Bacteriophage có khả năng chuyển vị 7.3.6 Các gen nhảy tiếp hợp và các yếu tố vận động khác 7.4 Sự biến đổi từng giai đoạn

7.4.1 Sự biến đổi trung gian do đảo đoạn ADN đơn giản 7.4.2 Sự biến đổi trung gian do đảo đoạn ADN lồng (nested)

7.4.3 Sự biến đổi kháng nguyên ở lậu cầu 7.4.4 Sự biến đổi từng giai đoạn do sự bắt cặp sai 7.4.5 Sự biến đổi trung gian do methyl hóa ADN khác nhau

C hương 8 SỰ BIẾN ĐỔI DI TRUYỀN: KHAI THÁC TIỀM NĂNG CỦA VI KHUẨN

8.1 Sự chọn lọc di truyền

8.1.1 Sự phát sinh các biến đổi 8.1.2 Sự chọn lọc các biến đổi mong muốn 8.2 Sự tạo thành các sản phẩm bậc 1 thừa

8.2.1 Các con đường đơn giản 8.2.2 Các con đường phân nhánh 8.3 Sự tạo thành các sản phẩm bậc 2 thừa

8.4 Nhân dòng gene

8.4.1 Cắt dán ADN 8.4.2 Các vector plasmid 8.4.3 Sự biến nạp (Transformation) 8.4.4 Các vector lamda

8.4.5 Nhân dòng các đoạn lớn 8.4.6 Vector M13

8.5 Thư viện gene

8.5.1 Cấu trúc thư viện gene 8.5.2 Sàng lọc thư viện gene 8.5.3 Cấu trúc của thư viện cDNA 8.6 Các sản phẩm từ các gene được nhân dòng

8.6.1 Các vector biểu hiện 8.6.2 Cách thức tạo gene mới 8.6.3 Các vật chủ vi khuẩn khác 8.6.4 Các vacin mới

8.7 Các ứng dụng công nghệ gene khác

Ch ương 9 CÁC PHƯƠNG PHÁP DI TRUYỀN DÙNG NGHIÊN CỨU VI KHUẨN

9.1 Các con đường trao đổi chất

9.2 Sinh l ý vi sinh vật

9.2.1 Các gene báo cáo 9.2.2 Sự tiềm tan (Lysogeny)

9.2.3 Sự phân chia tế bào 9.2.4 Sự chuyển động và hóa hướng động 9.2.5 Biệt hóa tế bào

9.3 Tính độc của vi khuẩn

9.3.1 Cơ chế gây bệnh của vi khuẩn 9.3.2 Sự xác định các gene gây độc 9.4 Sự phát sinh các đột biến đặc hiệu

9.4.1 Sự chuyển gene 9.4.2 ARN đối nghĩa 9.5 Sự phân loại, tiến hóa và dịch tễ học

9.5.1 Phân loại phân tử 9.5.2 Chẩn đoán bằng sử dụng PCR 9.5.3 Dịch tễ học phân tử

Chương 10 NGHIÊN CỨU GENOMIC XÁC ĐỊNH TRÌNH TỰ, PHÂN TÍCH,

SO SÁNH GENOM

10.1 Bản đồ gene

10.1.1 Sự phân tích tiếp hợp 10.1.2 Đồng biến nạp và đồng tải nạp 10.1.3 Kỹ thuật phân tử để xây dựng bản đồ gene 10.2 Giải trình tự gene

10.2.1 Xác định trình tự ADN 10.2.2 Giải trình tự hệ gene 10.2.3 Tin sinh học

10.3 Các bản đồ vật l ý và di truyền

10.3.1 Phát sinh đột biến gene nhảy 10.3.2 Sự chuyển gene

10.3.3 Phát sinh đột biến điểm trực tiếp 10.4 Phân tích sự biểu hiện gene

10.4.1 Phân tích sự phiên mã 10.4.2 Phân tích sự dịch mã 10.4.3 Phân tích hệ thống của chức năng gene 10.4.4 Di truyền học ở các vi sinh vật nhân thật 10.4.5 Di truyền học nấm men

10.4.6 Tổng kết

6 Học liệu:

H ọc liệu bắt buộc:

1 Bùi Thị Việt Hà,( 2006), Vi sinh vật học phân tử, Giáo trình nội bộ

2 Jeremy W Dale, Simon F Park, 2004 Molecular Genetics of Bacteria, John

Wiley & Sons, Ltd

Học liệu tham khảo:

3 Uldis N Streips, Ronald E Yasbin, 2002 Modern Microbial Genetics, second

edition, a John Wiley & Sons Inc., Publication

4 Glick, B R and Pasternak, J.J., 2003 Molecular Biotechnology, Principles and

Applications of Recombinant DNA, AMS Press, Washington D.C

5 Old, R W and Primrose S B., 1991 Principles of gene manipulation, an

introduction to genetic engineering, 4th Edition Blackwell Scientific

Publications London

6 Philipp Gerhardt, R.G.E Murray, WillisA.Wood, Noel R Krieg, 1995

Methods for General and Molecular Bacteriology, ASM, Washington, D.C

7 Hình thức tổ chức dạy học:

7.1 Lịch trình chung:

Nội dung

Hình thức tổ chức dạy học môn học

Tổng

hành thí nghiệm, điền dã

Tự học, tự nghiên cứu

Lý thuyết Bài tập Thảo luận

Chương 9 0 2 1 3

7.2 Lịch trình tổ chức dạy học cụ thể:

Tuần Nội dung chính sinh viên Yêu cầu

chuẩn bị

Hình thức

tổ chức dạy học

Kiến thức cốt lõi

1

 Giới thiệu đề cương môn học

 Giới thiệu tổng quan môn học

 Giới thiệu các chủ đề seminar, kiểm tra

giữa kỳ và cuối kỳ

 Chia nhóm học tập

Chương 1 Cấu trúc và chức năng axit

nucleic

Cấu trúc axit nucleic

ADN, ARN

Sự tương tác giữa các liên kết hydro kỵ

nước

Các dạng khác nhau của chuỗi xoắn kép

Siêu xoắn

Biến tính và lai ADN

Sao chép ADN

Tháo xoắn

Tổng hợp sợi dẫn đầu và sợi theo sau

- Đọc đề cương môn học

- Chuẩn bị

kế hoạch học tập môn học

- Chuẩn bị học liệu

- Giao các chủ đề seminar

- Ghi chép nhiệm vụ tuần sau

L ý thuyết

2

Sửa chữa ADN

Sửa chữa ghép đôi sai Sửa chữa bằng cắt bỏ Sửa chữa bằng tái tổ hợp Sửa chữa SOS

Biểu hiện gene

Phiên mã Dịch mã Sau dịch mã

Tổ chức gene

Đọc giáo trình và các tài liệu tham khảo

[1,2,3,4]

L ý thuyết

3

Chương 2 Đột biến và biến đổi gene

Đột biến trực tiếp ở vi khuẩn

2.2.1 Các đột biến điểm

2.2.2 Các đột biến có điều kiện

2.2.3 Sự biến đổi do mất đoạn ADN

lớn

2.6.1 Đột biến lặn

2.6.2 Các tác nhân gây đột biến

2.6.3 Tia tử ngoại (UV)

Đọc giáo trình và các tài liệu tham khảo

[1,2,3,4]

L ý thuyết

4

biến

2.7.1 Đột biến và chọn lọc

2.7.2 Kỹ thuật đóng dấu (replica

plating) 2.7.3 Kỹ thuật làm giàu penixilin

2.7.4.Phân lập các thể đột biến khác

2.7.5.Các phương pháp phân tử

Sinh viên chuẩn bị seminar theo nội dung yêu cầu

Thảo luận

5

Chương 3 Điều hòa sự biểu hiện gene

3.2.1 Các promotor

3.2.2 Yếu tố kết thúc, yếu tố khởi đầu

và các yếu tố cản trở sự kết thúc

3.2.3 Protein điều hòa: cảm ứng và ức

chế

3.2.4 Tryp operon

3.2.5 Hệ thống điều khiển 2 thành phần

3.2.6 Hệ thống điều hòa tổng thể

3.2.7 Quorum sensing

3.3.1.Sự gắn ribosome

3.3.2.Sử dụng các codon

3.3.3.ARN điều hòa

L ý thuyết

6

- Trình bày các hệ thống điều hòa ở sinh

vật nhân sơ và nhân chuẩn - Sinh viên chuẩn bị

seminar theo nội dung yêu cầu

Thảo luận

7

Chương 4 Di truyền Bacteriophages

(thể thực khuẩn)

4.1.1 ΦX 174

4.1.2 M13

Đọc giáo trình và các tài liệu tham khảo

[1,2,3,4]

L ý thuyết

8

4.3.1 Bacteriophage T4

4.3.2 Bacteriophage Lamda

4.3.3 Sự điều hòa sinh tan và tiềm tan

của Bacteriophage Lamda

Liệu pháp phage

- Di truyền học thể thực khuẩn: ΦX 174,

MS2, Bacteriophage T4

- Sinh viên chuẩn bị seminar theo nội dung yêu cầu

Thảo luận

9

Kiểm tra giữa kỳ

Chương 5 Plasmid

plasmid quy định

5.1.1 Sự kháng kháng sinh

5.1.2 Colicin và bacteriocin

5.1.3 Tính độc

5.1.4 Plasmid ở vi khuẩn thực vật

5.1.5 Các hoạt động chuyển hoá

plasmid

Sự điều hoà và sao chép của plasmid

5.3.1 Tính nguyên vẹn của plasmid

5.3.2 Sự phân chia

Đọc giáo trình và các tài liệu tham khảo [1,2,3,4]

L ý thuyết

5.3.3 Khác biệt về tốc độ sinh trưởng

plasmid

5.4.1 Sự kết hợp giữa plasmid với một

kiểu hình

5.4.2 Sự phân loại plasmid

5.4.3 Plasmid ở nấm men

10

- Ứng dụng của plasmid trong nghiên cứu

chuẩn bị seminar theo nội dung yêu cầu

Thảo luận

11

Chương 6 Sự chuyển gene

6.1 Transformation (biến nạp)

6.2.1 Cơ chế của tiếp hợp

6.2.2 Plasmid F

6.2.3 Sự tiếp hợp trong các vi khuẩn khác

Tải nạp đặc biệt

L ý thuyết

- Trình bày các phương thức chuyển gene ở

seminar theo nội dung yêu cầu

Thảo luận

6.4.1 Tái tổ hợp tương đồng

6.4.2 Tái tổ hợp vị trí đặc hiệu và không

tương đồng

- Đọc giáo trình và các tài liệu tham khảo [1,2,3,4]

Tự học

12

Chương 7 Tính linh động của hệ gene:

các gene có khả năng di chuyển và các

giai đoạn biến đổi

7.1.1 Cấu trúc của trình tự xen

7.1.2 Hoạt động của trình tự xen

7.2.1 Cấu trúc gene nhảy

7.2.2 Intergrons

7.3.1 Sự chuyển vị sao chép

7.3.2 Sự chuyển vị không sao chép

7.3.3 Sự điều hòa chuyển vị

7.3.4 Sự hoạt động của gene do các yếu tố

chuyển vị 7.3.5 Mu: Bacteriophage có khả năng

chuyển vị 7.3.6 Các gen nhảy tiếp hợp và các yếu tố

vận động khác

7.4.1 Sự biến đổi trung gian do đảo đoạn

ADN đơn giản 7.4.2 Sự biến đổi trung gian do đảo đoạn

ADN lồng (nested) 7.4.3 Sự biến đổi kháng nguyên ở lậu cầu

7.4.4 Sự biến đổi từng giai đoạn do sự bắt

cặp sai 7.4.5 Sự biến đổi trung gian do methyl

hóa ADN khác nhau

Đọc giáo trình và các tài liệu tham khảo [1,2,3,4]

Tự học

13

Chương 8 Sự biến đổi di truyền: Khai

th ác tiềm năng của vi khuẩn

8.1.1 Sự phát sinh các biến đổi

8.1.2 Sự chọn lọc các biến đổi mong

muốn

thừa

8.2.1 Các con đường đơn giản

8.2.2 Các con đường phân nhánh

thừa

8.4.1 Cắt dán ADN

8.4.2 Các vector plasmid

8.4.3 Sự biến nạp (Transformation)

8.4.4 Các vector lamda

8.4.5 Nhân dòng các đoạn lớn

Đọc giáo trình và các tài liệu tham khảo [1,2,3]

Tự học

8.4.6 Vector M13

8.5.1 Cấu trúc thư viện gene

8.5.2 Sàng lọc thư viện gene

8.5.3 Cấu trúc của thư viện cDNA

nhân dòng

8.6.1 Các vector biểu hiện

8.6.2 Cách thức tạo gene mới

8.6.3 Các vật chủ vi khuẩn khác

8.6.4 Các vacin mới

Đọc giáo trình và các tài liệu tham khảo [1,2,3,4]

- Thảo luận về các ứng dụng công nghệ

gene trong thực tiễn Sinh viên chuẩn bị

seminar theo nội dung yêu cầu

Thảo luận

14

Chương 9 Các phương pháp di truyền

dùng nghiên cứu vi khuẩn

9.2 Sinh l ý vi sinh vật

9.2.1 Các gene báo cáo

9.2.2 Lysogeny

9.2.3 Sự phân chia tế bào

9.2.4 Sự chuyển động và hóa hướng động

9.2.5 Biệt hóa tế bào

9.3.1 Cơ chế gây bệnh của vi khuẩn

9.3.2 Sự xác định các gene gây độc

9.4.1 Sự chuyển gene

9.4.2 ARN đối nghĩa

Đọc giáo trình và các tài liệu tham khảo [1,2,3,4]

Tự học

Ứng dụng của các phương pháp di

truyền trong phân loại, tiến hóa và dịch

tễ học vi khuẩn

- Phân loại phân tử

- Chấn đoán bằng sử dụng PCR

- Dịch tễ học phân tử

Sinh viên chuẩn bị seminar theo nội dung yêu cầu

Thảo luận

15 Chương 10 Nghiên cứu genome Đọc giáo Lý

10.1 Bản đồ gene

10.1.1 Sự phân tích tiếp hợp

10.1.2 Đồng biến nạp và đồng tải nạp

10.1.3 Kỹ thuật phân tử để xây dựng bản

đồ gene

10.2.1 Xác định trình tự ADN

10.2.2 Giải trình tự hệ gene

10.2.3 Tin sinh học

trình và các tài liệu

tham khảo [1,2,3,4]

thuyết

10.3.1.Phát sinh đột biến gene nhảy

10.3.2.Sự chuyển gene

10.3.3.Phát sinh đột biến điểm trực tiếp

10.4.1 Phân tích sự phiên mã

10.4.2 Phân tích sự dịch mã

10.4.3 Phân tích hệ thống của chức năng

gene 10.4.4 Di truyền học ở các vi sinh vật nhân

thật 10.4.5 Di truyền học nấm men

10.4.6 Tổng kết

Đọc giáo trình và các tài liệu

tham

khảo [1,2,3,4]

Tự học, tự nghiên cứu

8 Yêu cầu của giảng viên đối với môn học

− Các giờ tín chỉ lý thuyết và thảo luận phải được ưu tiên thực hiện ở phòng học có máy tính và phương tiện trình chiếu (phòng học chuẩn)

− Phần tự học sinh viên phải tổng kết tài liệu do giáo viên quy định

− Học viên phải tích lũy đủ các điểm kiểm tra đánh giá theo quy định môn học

9 Phương pháp và hình thức kiểm tra đánh giá môn học:

9.1 Các loại điểm kiểm tra và trọng số của từng loại điểm

- Phần tự học, tự nghiên cứu, seminar theo nhóm: 20%

- Kiểm tra – đánh giá giữa k ỳ: 20%

- Kiểm tra – đánh giá cuối kỳ: 60%

9.2 Lịch thi và kiểm tra (kể cả thi lại)

- Thi giữa kỳ: tuần thứ 9