Požadavky ke studiu

Požadavky ke SZZ

Program Biotechnologie

Státní závěrečná zkouška se skládá z následujících jednotlivě klasifikovaných částí:

Obhajoba diplomové práce

Vlastní obhajoba diplomové práce se sestává z 15minutové prezentace, v rámci které uchazeč seznámí státnicovou komisi a vědeckou veřejnost s tématem práce, řešenými problémy, použitými metodami řešení a získanými experimentálními výsledky. Následně student reaguje na připomínky obsažené v posudcích vedoucího a oponenta práce a odpovídá na dotazy vznesené v průběhu obhajoby. Hodnocení uchazeče je stanoveno na základě hodnocení v posudcích, na vlastním průběhu obhajoby a schopnosti studenta odpovídat na položené dotazy.

Státní zkouška a její okruhy

Zkouška sestává ze tří následujících okruhů:

  • Bioinženýrství (ústně)

  • Biotechnologické procesy (písemně)

  • Genové technologie (ústně)

 

Bioinženýrství

Základní funkce bioreaktorů, jejich specifity pro mikrobiální, rostlinné a živočišné kultury.

Míchání médií v bioreaktoru, optimální podmínky (bezrozměrná kritéria), zvětšování měřítka kultivace a produkce z laboratorních do provozních podmínek.

Principy a zákonitosti sterilace živných médií a vzduchu.

Biokatalyzátory v biotechnologii, souvislosti enzymové a buněčné kinetiky (dopady michaelisovské kinetiky na průběh bioprocesů).

Aerace v bioreaktorech, metody určení objemového koeficientu přestupu kyslíku v biotechnologických procesech, stanovení optimálních parametrů aerace z hlediska biochemie a ekonomiky bioprocesu.

Kultivace a produkce

Zákonitosti vsádkové (batch) kultivace, konstanty bioprocesu. Kinetické modely růstu biomasy a spotřeby substrátu. Limitace substrátem, určení konstant, energie udržování. Odumírání a autolýza buněk. Výběr vhodného modelu. Kinetika tvorby produktu (jiného než biomasa), průběh v jednorázové kultuře.

Fed-batch kultivace za stálého a proměnlivého objemu kultury.

Kontinuální proces, určení koncentrace biomasy a substrátu za ustáleného stavu. Učení kinetických konstant (výtěžek biomasy na substrát, udržovací koeficient, saturační konstanta, maximální specifická růstová rychlost). Schematický průběh typického kontinuálního procesu. Využití znalosti batch procesu pro zjištění optimálních parametrů kontinuální kultivace, volba počátečních podmínek.

Bioreaktory s imobilizovanými biokatalyzátory

Aplikace enzymů a buněk, kinetika tvorby produktu. Vliv imobilizace na pH optimum a vliv difúze na imobilizované biokatalyzátory.

Interpretace kinetických rovnic pro základní typy bioreaktorů. Řešení dávkování substrátu v případě nemichaelisovské kinetiky.


Biotechnologické procesy

Předpoklady pro rostlinné biotechnologie.

Kultivace rostlin/tkáňových a buněčných kultur in-vitro.

Explantátové ozdravování, množení šlechtění transgenní rostliny.

Způsoby přípravy GMO plodin jejich využití a rizika.

Rostlinná produkce biotechnologicky zajímavých látek.

Biochemie a biologie řas.

Využití řas a sinic v biotechnologii. Produkce biotechnologicky významných látek pomocí řas a sinic.

Biopaliva, potravní doplňky atd.

Fotobioreaktory.

Biologie a fyziologie kmenových buněk, progenitorů a specializovaných živočišných buněk.

Způsoby získávání kmenových buněk a jejich využití v klinické medicíně a farmaceutickém průmyslu.

Řízená kultivace primárních živočišných tkáňových kultur, imortalizovaných linií a živočišných kmenových buněk.

Produkce kmenových buněk a jejich derivátů v GMP kvalitě pro klinické použití.

Diferenciace kmenových buněk do specializovaných buněk, tvorba buněčných struktur, tkání a biotechnologie vedoucí k produkci celých orgánů.

Farmaceutická biotechnologie v produkci významných léčiv.

Základní schéma biotechnologické produkce léčiv, typické etapy a jejich zvláštnosti.

Příklady biotechnologické produkce léčiv, klasické způsoby a rekombinantní technologie-antibiotika, hormony, vakcíny, potravinové doplňky.


Genové technologie

Regulace transkripce a translace u prokaryot a eukaryot (zesilovače transkripce, epigenetika)

Modelové organismy využívané v biotechnologii – bakterie (E. coli), kvasinky (Pichia, Saccharomyces) a houby (Penicillium), Caenorhabditis elegans (háďátko), Drosophila melanogaster, Danio rerio (Dánio pruhované), myš domácí, živočišné buněčné kultury, Arabidopsis thaliana (Huseníček rolní), viry (bakteriofágy, retroviry).

Replikace DNA u eukaryot a prokaryot, opravné procesy, in-vitro syntéza DNA (PCR a její modifikace).

Základní technologie rekombinantní DNA – enzymy, vektory, metody transformace, konstrukce genových knihoven. Techniky pro editaci genomu (ZFNs, TALENs, CRISPR).

Rekombinantní proteiny – exprese proteinů v bakteriích (klonovací strategie, použití kodónů, omezení toxických efektů v důsledku nadprodukce, zvýšení stability a sekrece, glykosylace), exprese proteinů v eukaryontníc buňkách (kvasinky, hmyzí buňky, savčí buňky).

Genomika a genová exprese – techniky mapování genů, nekódující části genomu, bioinformatické nástroje, farmakogenetika, DNA mikroarrays, RNA-seq techniky, metagenomika, epigenetika.

Genové technologie založené na RNA – rozdělení RNA, význam ne-kódujících RNA, antisense RNA a umlčování genů, ribozymy.

Genové technologie v imunologii – cílený návrh protilátek, monoklonální protilátky, ELISA, vakcíny (tvorba a výroba, identifikace potenciálních nových antigen, DNA/RNA vakcíny).

Transgenní rostliny – genetické úpravy rostlin (Ti plasmid), funkční genomika, biotechnologické aplikace.

Transgenní zvířata – techniky tvorby, metody kontroly exprese transgenu, aplikace RNA-technologií, příklady transgenních zířat.

Genová terapie – vrozené defekty u vyšších organismů, identifikace vadných genů, obecný princip genové terapie, genová terapie pomocí retrovirů a adenovirů, využití RNA v rámci terapie, cílená editace genů.