البيولوجيا الجزيئية

محتوى المقياس:

مدخل إلى البيولوجيا الجزيئية

التعريف

لمحة تاريخية

المبدأ المركزي للبيولوجيا الجزيئية

بنية الأحماض النووية

1. المكونات الكيميائية للأحماض النووية

1.1. القواعد النيتروجينية

1.2. السكريات الخماسية

1.3. مجموعة الفوسفات

2. النيوكليوزيدات والنيوكليوتيدات

2.1. الرابطة الغليكوسيدية النيتروجينية والنيوكليوزيدات الناتجة عنها

2.2. الرابطة الفوسفوإسترية

2.3. رابطة البيروفوسفات

2.4. قواعد التسمية

3. بلمرة النيوكليوتيدات

3.1. الروابط الفوسفوديإسترية وتكوين البوليمرات النيوكليوتيدية

3.2. اصطلاحات الكتابة

4. الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA)

4.1. بنية DNA

4.2. خصائص اللولب المزدوج

4.3. الخصائص الفيزيائية والكيميائية لـ DNA

4.4. البنية ثلاثية الأبعاد والتكثيف والتنظيم البنيوي الأعلى

5. الأحماض النووية الريبية (RNA)

5.1. بنية الأحماض النووية الريبية وخصائصها

5.2. أنواع الأحماض النووية الريبية: التخليق والوظيفة

6. معالجة الأحماض النووية

النوكليازات الخارجية والنوكليازات الداخلية المقيدة.

تنظيم الجينومات والجينات

تعريفات

تنظيم الجينومات

2.1. محتوى الجينومات

2.2. تباين الجينومات

2.3. أوجه التشابه بين الجينومات

2.4. جينومات بدائيات النوى

الحمض النووي الكروموسومي

الحمض النووي خارج الكروموسومات: البلازميدات

2.5. جينومات حقيقيات النوى

عدم تجانس تسلسلات DNA

تسلسلات DNA عالية التكرار

تسلسلات DNA متوسطة التكرار

تسلسلات DNA غير المتكررة

الحمض النووي للميتوكوندريا

2.6. مرونة الجينومات والعناصر القابلة للانتقال

تنظيم الجينات

3.1. لدى بدائيات النوى

3.2. لدى حقيقيات النوى

3.3. أنواع الجينات

الجينات وحيدة النسخة؛ الجينات البنيوية والجينات التنظيمية والجينات الكاذبة وجينات الوظائف الخلوية الأساسية.

العائلات الجينية والعائلات الجينية الكبرى: الجينات المتماثلة في الأصل، والجينات الناشئة عن التضاعف، والجينات المتناظرة الناشئة عن تفرع الأنواع، والجينات ذات الأصل المرتبط بالانتقال الأفقي

تضاعف DNA

مفاهيم عامة

المبادئ الأساسية للتضاعف

2.1. التضاعف نصف المحافظ

2.2. منشأ التضاعف

2.3. التضاعف ثنائي الاتجاه

2.4. البلمرة أحادية الاتجاه

2.5. التضاعف نصف المتقطع

2.6. بادئة RNA

إنزيمات التضاعف

3.1. إنزيمات الهيليكاز

3.2. إنزيمات التوبويزوميراز

3.3. إنزيم البريماز

3.4. بوليميرازات DNA

3.5. إنزيم ربط DNA

بروتينات التضاعف

التضاعف لدى بدائيات النوى

5.1. البروتينات المشاركة

5.2. مناشئ التضاعف وإنهاؤه لدى E. coli

5.3. مراحل التضاعف لدى بدائيات النوى

5.4. تنظيم التضاعف لدى E. coli

التضاعف لدى حقيقيات النوى

6.1. بوليميرازات DNA لدى حقيقيات النوى

6.2. التيلوميرات وإنزيمات التيلوميراز

الهستونات والتضاعف

تضاعف المادة الوراثية للفيروسات القهقرية

تغير المادة الوراثية والحفاظ على سلامتها

مقدمة

تلف DNA

التلف الناجم عن عوامل داخلية

أخطاء التضاعف

التحول التوتومري

نزع البيورينات ونزع البيريميدينات

نزع الأمين

أخطاء المثيلة

التلف الناجم عن عوامل خارجية

التلف الناجم عن المطفرات الفيزيائية

التلف الناجم عن المطفرات الكيميائية

الوقاية

الاستجابات الخلوية لتلف DNA

إصلاح DNA

الإصلاح الفوري

الإصلاح أثناء التضاعف

العكس المباشر للضرر بواسطة إنزيمات الفوتولياز

العكس المباشر للضرر بواسطة إنزيمات ناقلة الألكيل

الإصلاح الثانوي

الإصلاح باستئصال القاعدة (BER)

الإصلاح باستئصال النيوكليوتيدات (NER)

إصلاح عدم التطابق

إصلاح الكسور بإعادة التركيب

استجابة SOS لدى E. coli

اختلال أنظمة الإصلاح: أمثلة مختارة

التغاير الوراثي

أنواع الطفرات النقطية

التصنيف حسب طبيعة الطفرة

طفرات الاستبدال والحذف والإدخال

التصنيف حسب أثر الطفرة

الطفرات المغلوطة المعنى والطفرات عديمة المعنى والطفرات الصامتة وطفرات انزياح إطار القراءة

نسخ DNA

مفاهيم عامة

وحدة النسخ

السلسلة القالب والسلسلة المشفرة

النسخ لدى بدائيات النوى

البدء

الاستطالة

الإنهاء

الإنهاء المعتمد على العامل رو

الإنهاء غير المعتمد على العامل رو

نضج النسخ الأولية

النسخ لدى حقيقيات النوى

خصائص النسخ لدى حقيقيات النوى

بوليميرازات RNA لدى حقيقيات النوى

المعقد البروتيني اللازم للنسخ

المحفزات لدى حقيقيات النوى

البدء

الاستطالة

الإنهاء

نضج RNA الرسول بعد النسخ لدى حقيقيات النوى

إضافة القبعة

إضافة ذيل متعدد الأدينين

التضفير

الترجمة

الشفرة الوراثية

مكونات جهاز الترجمة

2.1. الريبوسومات: التخليق والبنية والوظيفة

2.2. RNA الناقل: البنية والدور؛ وإنزيمات أمينوأسيل-tRNA سينثيتاز

بنية جزيئات RNA الناقل والأنواع التي تقبل الحمض الأميني نفسه

تحميل الحمض الأميني على RNA الناقل

مراحل الترجمة لدى بدائيات النوى

3.1. البدء

3.2. الاستطالة

أ. تفاعل الاقتران

ب. تكوين الرابطة الببتيدية وتحرير جزيء RNA الناقل الأول

ج. الانتقال

3.3. الإنهاء

خصائص الترجمة لدى حقيقيات النوى

تعديلات ما بعد الترجمة

تعريفات وأمثلة

الفسفرة

أستلة الهستونات ومثيلتها

أستلة p53

مدخل إلى تطبيقات الذكاء الاصطناعي في البيولوجيا الجزيئية

تعريف الذكاء الاصطناعي ومفاهيمه الأساسية: الخوارزميات والتعلم الآلي والتعلم العميق

مدخل إلى قواعد البيانات البيولوجية: NCBI وEnsembl وUniProt

التعرف على أدوات BLAST وClustal Omega وAlphaFold

مدخل إلى تطبيقات الذكاء الاصطناعي في تحليل تسلسلات DNA وRNA: المحاذاة المتعددة والتنبؤ بالبنى الثانوية

مدخل إلى الأدوات الحاسوبية والأدوات القائمة على الذكاء الاصطناعي لتوصيف الجينومات آلياً، ومنها DeepGene وGeneMark

الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بالمحفزات والتضفير البديل

نمذجة البنى البروتينية والتنبؤ بالمواقع الفعالة ومحاكاة الترجمة

الأعمال الموجهة:

الأعمال الموجهة 01: بنية الأحماض النووية

الأعمال الموجهة 02: تنظيم الجينومات والجينات

الأعمال الموجهة 03: تضاعف DNA

الأعمال الموجهة 04: تغير المادة الوراثية والحفاظ على سلامتها

الأعمال الموجهة 05: نسخ DNA

الأعمال الموجهة 06: ترجمة RNA الرسول

الأعمال الموجهة 07: تطبيقات الذكاء الاصطناعي في البيولوجيا الجزيئية

مدخل إلى قواعد البيانات البيولوجية وأدوات المعلوماتية الحيوية والذكاء الاصطناعي: BLAST وEnsembl وAlphaFold

تصنيف التسلسلات حسب التشابه

استخدام أداة بسيطة للمحاذاة بمساعدة الذكاء الاصطناعي

عرض تمهيدي لخوارزمية تعلم خاضع للإشراف، مثل شجرة قرار لتصنيف الطفرات إلى حميدة أو ممرضة

التنبؤ ببنى RNA والبروتينات باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي المتاحة عبر الإنترنت

محتوى المادة

الجزء الأول: الأيض الميكروبي والحركية الميكروبية

الفصل 1: أوساط الزرع والتبادل مع الخلية

ظروف النمو

إمكانية الوصول إلى الركائز

الفصل 2: دراسة حركية النمو الميكروبي

الحصيلة الكيميائية

الظاهرة البيولوجية

النمذجة

الفصل 3: دراسة حركية إنتاج المستقلبات

الحصيلة الكيميائية

الظاهرة الكيميائية الحيوية

النمذجة

الاستمثال

الجزء الثاني: الهندسة الحيوية

الفصل 1: الأسس الميكروبيولوجية لتصميم المفاعل الحيوي

الفصل 2: ظواهر الانتقال في التخمير

انتقال الأكسجين

التحريك في المفاعلات الحيوية

بنية أجهزة التحريك

الفصل 3: أنماط تشغيل المفاعلات الحيوية

التخمير بالدفعات

التخمير بالدفعات المغذّاة

التخمير المستمر

التخمير المستمر مع إعادة تدوير الكتلة الحيوية

الفصل 4: أنواع المفاعلات الحيوية

الفصل 5: منشآت التخمير

التعقيم والحفاظ على الظروف المعقّمة

توزيع الهواء المضغوط

المعدات المساعدة

الضبط والأتمتة

محتوى المقياس:

استخلاص وتنقية DNA الكروموسومي والبلازميدي

تقنيات استخلاص RNA

الرحلان الكهربائي وتحليل DNA المهضوم بإنزيمات التقييد

التحول الوراثي البكتيري

تفاعل البوليميراز المتسلسل وتطبيقاته المشتقة

تقنيات الاستنساخ الجزيئي وتحديد التسلسل

تقنيات اللطخة الجنوبية واللطخة الشمالية واللطخة الغربية واللطخة النقطية

التهجين الجزيئي

محتوى المادة

الفصل 1: مدخل إلى علم الإنزيمات

نبذة تاريخية

التعريف

البنية

خصائص الإنزيمات ومميزاتها

الطبيعة

النوعية

الكفاءة

التوافق مع الوسط والثبات

التركيز

التموضع

الحجم

التسمية والتصنيف

التسمية

التسمية الوظيفية

التسمية الرسمية

التصنيف

إنزيمات الأكسدة والاختزال

الإنزيمات الناقلة للمجموعات

إنزيمات التحلل المائي

الليازات

إنزيمات التصاوغ

إنزيمات الربط

إنزيمات النقل عبر الأغشية

الفصل 2: العلاقة بين البنية والوظيفة

البنية الوظيفية

النظائر الإنزيمية

الموقع الفعّال

موقع الارتباط

الموقع التحفيزي

الأحماض الأمينية في الموقع الفعّال

خصائص تؤثر في ارتباط الإنزيم بالركيزة

نماذج ارتباط الإنزيم بالركيزة

قوى ارتباط الإنزيم والركيزة

الفصل 3: التفاعل الإنزيمي

التعريف

آلية التفاعل الإنزيمي

العوامل

الإنزيم

الركيزة

العامل المساعد

المرافق الإنزيمي

العوامل المؤثرة في التفاعل

تأثير العوامل الفيزيائية والكيميائية

تأثير المؤثرات

تأثير تركيز الركيزة

تأثير تركيز الإنزيم

تأثير زمن التفاعل

تفاعلات إنزيمية بركيزتين

الآلية المتتابعة

آلية الإزاحة المزدوجة

الفصل 4: طاقة التفاعل الإنزيمي

طاقة التنشيط Ea

الحالة الانتقالية

تغيّر الإنثالبي ΔH

تغيّر طاقة غيبس الحرة ΔG

التلقائية والعكوسية

الفصل 5: الحركية الإنزيمية

مدخل إلى الحركية الإنزيمية

أساسيات الحركية الكيميائية

مراحل التفاعل الإنزيمي

مفهوم السرعة الابتدائية

الحركية الإنزيمية

حركية ميكايليس–منتن

التمثيل الخطي للاينويفر–بورك

الفصل 7: الآليات الجزيئية للتحفيز الإنزيمي

التحفيز بالتقارب

التحفيز التساهمي

التحفيز الحمضي/القاعدي

التحفيز بالأيونات المعدنية

الفصل 8: مثبّطات الإنزيمات

مدخل إلى التثبيط الإنزيمي

مفهوم المؤثرات الإنزيمية

فئات المثبّطات

مثبّطات عكوسة

مثبّطات غير عكوسة

تطبيقات المثبّطات

تصميم المثبّطات

الفصل 9: تنظيم الإنزيمات

تعريف التنظيم الإنزيمي

الإنزيمات التنظيمية

عمليات التنظيم الإنزيمي

التنظيم التفارغي

التنظيم بجزيئات منظِّمة

التنظيم بالتعديل التساهمي

التنظيم بالقطع البروتيني، أي التحلل البروتيني

التنظيم بالنظائر الإنزيمية

التنظيم الجيني

محتوى المادة

افتتاح وشرح: تذكير بقواعد السلامة في المختبر.

تحضير أوساط الزرع لعزل بكتيريا حمض اللاكتيك.

عزل بكتيريا حمض اللاكتيك.

التعرّف الأولي على العزلات بالتوصيف المورفولوجي والكشف عن الكاتالاز والأوكسيداز ودراسة تقويض الأحماض الأمينية: نازعتا كربوكسيل الليسين والأورنيثين (LDC وODC)، وأرجينين ديهيدرولاز (ADH)، ونازعة أمين التريبتوفان؛ وتنقية العزلات.

استقصاء الأنشطة التكنولوجية: التحلل البروتيني والدهني ونشاط الكازيناز، مع قياس نواتج تفكك الكازينات بطريقة فولين–سيوكالتو، وإنتاج مركبات النكهة وعديدات السكاريد خارج الخلوية (EPS)، ومقاومة الإجهاد التكنولوجي الناتج عن الحموضة والملح والحرارة والضغط التناضحي، وانتقاء السلالات عالية الأداء.

تحديد هوية السلالات عالية الأداء المنتقاة باستخدام نظام API50CH وتحليل النتائج بواسطة API-WEB.

استقصاء الأنشطة البيولوجية: النشاط المضاد للميكروبات والنشاط المضاد للأكسدة.

حفظ السلالات.

إجراء الزرع في المخمّر.

قياس معلمات نمو المزارع الميكروبية.

دراسة حركية التخمّر اللبني.

قياس نواتج التخمّر.

محتوى المادة

الفصل الأول: مقدمة وأسس

المفاهيم الأساسية للاستقلاب الثانوي

التعريف والتمييز بين الاستقلاب الأولي والثانوي

التوزع التصنيفي والتنوع الحيوي للمستقلبات الثانوية

المقاربات المنهجية لدراسة المستقلبات الثانوية

الجوانب التطورية والبيئية

الأصول التطورية للاستقلاب الثانوي

الأدوار البيئية العامة

التفاعلات داخل النوع وبين الأنواع

التكيفات البيئية

الفصل الثاني: المستقلبات الثانوية لدى النباتات

الفئات الرئيسية للمستقلبات النباتية الثانوية

المركبات الفينولية ومتعددات الفينول

الأحماض الفينولية والفلافونويدات والأنثوسيانينات والعفصات

مسارات التخليق الحيوي وتنظيمها

التربينات والتربينويدات

التصنيف والبنى والخصائص

مسارا الميفالونات وميثيل إريثريتول فوسفات

القلويدات النباتية

التنوع البنيوي والتصنيف

التخليق الحيوي انطلاقا من الأحماض الأمينية

الغليكوزيدات ومركبات أخرى

الوظائف البيولوجية في النباتات

الدفاع ضد العواشب والعوامل الممرضة

مركبات موجودة أساسا وأخرى قابلة للاستحثاث

آليات الدفاع المباشرة وغير المباشرة

الحماية من الإجهادات اللاحيوية

التواصل والتفاعلات

الإشارات داخل النبات

التضاد الكيميائي والتفاعلات مع محيط الجذور

جذب الملقحات وناشرات البذور

التطبيقات الحيوية التقنية للمستقلبات النباتية

الهندسة الاستقلابية لتحسين النباتات

إنتاج مستقلبات ذات أهمية صيدلانية

تطبيقات زراعية وصناعية

قضايا التدعيم الحيوي والتغذية

الفصل الثالث: المستقلبات الثانوية لدى الأحياء الدقيقة

تنوع المستقلبات الميكروبية الثانوية

المستقلبات الفطرية

السموم الفطرية والمركبات النشطة حيويا

التطبيقات الحيوية التقنية

المستقلبات البكتيرية

المضادات الحيوية والمركبات المضادة للميكروبات

حاملات الحديد وجزيئات الإشارة

مستقلبات العتائق والأحياء الدقيقة المحبة للظروف القصوى

المستقلبات الثانوية للطحالب الدقيقة

العائلات الكيميائية للمستقلبات الميكروبية

عديدات الكيتيد: البنى والتخليق بإنزيمات PKS؛ مثالان الإريثروميسين والأفلاتوكسينات

الببتيدات غير الريبوزومية NRPs: آلية إنزيمات NRPS؛ مثالان الباسيتراسين والسورفاكتين

التربينويدات الميكروبية: مسارا MVA وMEP؛ أمثلة الجيوسمين والكاروتينويدات

القلويدات الميكروبية: أمثلة من البكتيريا الزرقاء والشعيات

حاملات الحديد: بنيتا الكاتيكول والهيدروكسامات ودورهما في اكتساب الحديد

المركبات الفينولية: حمض الساليسيليك وأصبغة واقية؛ والفينازينات المذكورة هنا عائلة كيميائية متميزة وليست جميعها فينولات.

الأصبغة النشطة حيويا: البروديجيوسين والميلانين والبيوسيانين

الأدوار البيئية والتطبيقات

الوظائف في الأنظمة البيئية الميكروبية

التواصل بين الخلايا واستشعار النصاب

تشكيل الأغشية الحيوية والمحافظة عليها

التفاعلات مع المضيف النباتي والحيواني

الإمراضية والضراوة

التكافل وتبادل المنفعة

التطبيقات الصناعية والبيئية

الاستعادة والمعالجة الحيوية

المكافحة الحيوية والتطبيقات الزراعية

تقنيات الإنتاج والتعديل

التخمير وتحسين الإنتاج

الهندسة الوراثية للمسارات الاستقلابية الميكروبية

المقاربات التخليقية وشبه التخليقية

استراتيجيات جديدة لاكتشاف المستقلبات

الفصل الرابع: المستقلبات الثانوية لدى الإنسان والحيوان، وفق النطاق الموسع للبرنامج

مقدمة

خصوصيات المستقلبات الحيوانية الثانوية

مقارنتها بالمستقلبات النباتية والميكروبية

أصول التخليق الحيوي وتطور المسارات الاستقلابية

المستقلبات داخلية المنشأ والمشتقة من الغذاء

النقل الأفقي للجينات والاستقلاب التكافلي

التصنيف

القلويدات

التوزع لدى الأنواع البحرية والبرية

الخصائص البنيوية والوظيفية

المركبات الفينولية

مضادات الأكسدة الغذائية

التحول والاستقلاب الداخلي

التربينويدات

الستيرويدات والهرمونات الستيرويدية؛ لا تُعد كلها مستقلبات ثانوية.

الفيرومونات ومركبات الإشارة المتطايرة

الغليكوزيدات

المشتقات النشطة حيويا والمقترنات السكرية

الأدوار الفيزيولوجية والتطبيقات

مسارات التخليق الحيوي للمستقلبات الثانوية

مسار التربينات

تخليق الستيرويدات والهرمونات والفيرومونات

التنظيم الهرموني والبيئي

مسار عديدات الكيتيد

إنتاج مركبات نشطة حيويا لدى الأنواع البحرية

إنزيمات PKS والمعقدات متعددة الإنزيمات

الببتيدات غير الريبوزومية NRPs

الذيفانات الحيوانية والسموم المحقونة؛ يُميَّز منشؤها الريبوزومي أو غير الريبوزومي، ولا تُدرج جميعها ضمن NRPs.

آليات التخليق والتنوع البنيوي

مسارات مشتقة من استقلاب الأحماض الأمينية

إنتاج الأمينات الحيوية والنواقل العصبية

الببتيدات العصبية والمعدِّلات البيولوجية

المنشأ والتوزع

المنشأ الغذائي والتخليق الداخلي

آليات الإدماج والتحول

إزالة السمية والتنشيط الحيوي

التوزع التصنيفي

لدى الفقاريات: البرمائيات والزواحف والطيور والثدييات

لدى اللافقاريات: الحشرات والرخويات وشوكيات الجلد

المستقلبات ذات المنشأ الميكروبي التكافلي

دور الميكروبيوم المعوي والنسيجي

التفاعلات الاستقلابية بين المضيف والميكروبيوتا

الوظائف الفيزيولوجية والأدوار البيولوجية

الدفاع الكيميائي

السموم المحقونة والذيفانات والمواد الطاردة

التكيف البيئي والافتراس

التواصل

الفيرومونات والإشارات الكيميائية

الوسائط الاجتماعية والسلوكية

التنظيم الاستقلابي

الاستتباب والتكيف الفيزيولوجي

الضبط الصماوي والعصبي

الوظائف الوقائية

الخصائص المضادة للأكسدة

الوظائف المناعية والمضادة للميكروبات

طرائق الاستخلاص والتحليل والدراسة

التطبيقات العلاجية والتغذوية

الآفاق والتحديات والبحوث الجارية

الفصل الخامس: الاستقلاب الثانوي لدى الخمائر والفطريات

تنوع المستقلبات الثانوية للفطريات والخمائر

السموم الفطرية: الأفلاتوكسينات والأوكراتوكسينات

المضادات الحيوية الفطرية: البنسلين

الأصبغة: الميلانينات والكاروتينويدات

الوظائف البيئية والتفاعلات البيولوجية

التنافس البيئي

التفاعلات التكافلية أو الممرضة

التطبيقات الحيوية التقنية والصناعية للمركبات المهمة

الأعمال التطبيقية

البحث عن المستقلبات الثانوية وتحديد هويتها واستخلاصها.

القياس الكمي للمستقلبات الثانوية.

وسائل التنقية: الترشيح والطرد المركزي والاستشراب والرحلان الكهربائي.

تقنيات الحفظ: التبريد والحفظ العميق والتبخير والتجفيف بالتجميد.

محتوى المادة

الجزء 1: البحث الوثائقي والكتابة العلمية

مدخل إلى البحث العلمي

أنواع الوثائق والأدبيات العلمية

تطور طرائق البحث

العلم المفتوح والإتاحة الحرة

منهجية البحث: مقاربات متقدمة

صياغة سؤال الدراسة باستخدام منهجيتي PICO و3QPOC

اختيار أدوات البحث: الفهارس وقواعد البيانات المتعددة التخصصات والمتخصصة

استخدام محركات البحث المتخصصة ومنصات النصوص الكاملة

تحسين نتائج البحث واستثمارها

تحليل مدى ملاءمة المصادر

موثوقية المعلومات وحداثتها ودقتها

إدارة المراجع واستخدام برامج الإدارة الببليوغرافية، مثل EndNote وZotero وMendeley

الكتابة العلمية الحديثة

تحليل المقالات وإعداد التقارير

كتابة مذكرة التخرج

كتابة المقالات والمساهمات العلمية

الجزء 2: التواصل العلمي ونشر المعرفة

تحديات التواصل العلمي وأهميته

لماذا نتواصل بشأن العلم وكيف؟

استراتيجيات وتقنيات حديثة للتعبير الكتابي والشفوي

التفاعلات والتبادلات العلمية في الوسط الأكاديمي

كيفية سير التبادل العلمي

عرض البحوث وتثمينها

استخدام الأدوات الرقمية لتعزيز ظهور البحوث

العلم المفتوح وتبسيط العلوم

استراتيجيات النشر الموجهة إلى الجمهور العام

استخدام الوسائط الرقمية والتقنيات الحديثة

التفاعل مع الصحافة ووسائل الإعلام

محتوى المادة

الوحدة 1: حدّثنا عن نفسك

القواعد: الأزمنة الحاضر والماضي والمستقبل، وصيغ الاستفهام: أين وماذا ومَن ولماذا وكم.

المفردات: كلمات ذات أكثر من معنى.

القراءة: التواصل الخلوي.

التحدث: طلبة ESSBO وESG2E يتحدثون عن بعضهم.

الاستماع: عالم يتحدث عن مسيرته المهنية.

الكتابة: رسالة غير رسمية.

الوحدة 2: أسلوب حياتنا

القواعد: أزمنة الحاضر — المضارع البسيط والمضارع المستمر.

المفردات: في المختبر.

القراءة: الحياة في وهران.

التحدث: شاركنا تجربتك في الحياة داخل الحرم الجامعي.

الاستماع: الحياة الطلابية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

الكتابة: الانتقال بين الأفكار باستخدام أدوات الربط.

الوحدة 3: عالم أحياء من الماضي

القواعد: أزمنة الماضي — الماضي البسيط والماضي المستمر.

المفردات: تعبيرات الزمن.

القراءة: التاريخ المميز لكتاب الحيوان.

التحدث: سرد القصص.

الاستماع: روزاليند فرانكلين واكتشاف الحمض النووي.

الكتابة: اكتب قصة قصيرة عن عالمك المفضل.

الوحدة 4: لنذهب للتسوق

القواعد: استخدام Much وMany وSome وAny للتعبير عن الكمية.

المفردات: متجر المواد الغذائية.

القراءة: سوق المدينة الجديدة الشعبي.

التحدث: الحديث عن عادات التسوق.

الاستماع: سوق الأغذية العضوية.

الكتابة: مقال قصير عن سوق الجزيئات الحيوية.

الوحدة 5: ماذا تريد أن تفعل؟

القواعد: أنماط الأفعال والتعبير عن النوايا.

المفردات: الأفعال Have وGo وCome.

القراءة: ما الذي يستطيع إنزيم بوليميراز الحمض النووي فعله؟

التحدث: ما خططك؟

الاستماع: ما عمل المهندس في العلوم البيولوجية؟

الكتابة: إنزيم مستخدم في البيولوجيا الجزيئية يتحدث عن وظيفته.

محتوى المادة

الجزء 1: تداخل RNA

لمحة تاريخية والآليات الأساسية لتداخل RNA

1. تاريخ تداخل RNA

2. الآليات الأساسية لتداخل RNA

2.1. جزيئات RNA الصغيرة المتداخلة (siRNA)

2.1.1. التخليق الحيوي

2.1.2. آلية العمل

2.2. جزيئات RNA الميكروية (miRNA)

2.2.1. التخليق الحيوي

2.2.2. آلية العمل

2.3. جزيئات RNA المتفاعلة مع بروتينات PIWI (piRNA)

2.3.1. التخليق الحيوي

2.3.2. آلية العمل

الآثار العملية على تصميم جزيء siRNA

1. تأثير الخصائص الذاتية لجزيء siRNA

2. القيود التي يفرضها جزيء RNA المنسوخ المستهدف

أهمية تداخل RNA

1. أداة لفهم وظيفة الجينات

2. أداة لتطبيقات علاجية متعددة

القيود المرتبطة بإدخال تسلسلات قصيرة من الأحماض النووية إلى الخلايا

1. ثبات جزيئات RNA المتداخلة

2. التوزع الحيوي

الجزء 2: تنظيم التعبير الجيني

تنظيم النسخ

تنظيم النسخ لدى بدائيات النوى

ما الأوبرون؟

أوبرون هدمي قابل للتحريض وخاضع لتنظيم سلبي وإيجابي: مثال أوبرون اللاكتوز لدى E. coli

أوبرون بنائي قابل للكبح: مثال أوبرون التريبتوفان لدى E. coli

التنظيم بتحويل كابح إلى منشّط: مثال أوبرون الأرابينوز (araBAD) لدى E. coli

أمثلة أخرى على الأوبرونات

تنظيم تشكّل المعقّد المفتوح

تنظيم الانتقال إلى مرحلة الاستطالة

تنظيم النسخ لدى حقيقيات النوى

التنظيم على مستوى الكروماتين

أستلة الهستونات ومثيلتها

مثيلة DNA

عناصر تنظيم النسخ

أصناف منظِّمات النسخ

عمل البروتينات المنشِّطة للنسخ

كابحات النسخ

التسلسلات التنظيمية المعزِّزة والمُسكِتة

إسكات الجينات والتنظيم فوق الجيني

التنظيم ما بعد النسخ لدى حقيقيات النوى

التضفير البديل

التنظيم بواسطة جزيئات RNA الصغيرة

تنظيم ثبات RNA الرسول لدى البكتيريا الحقيقية

العناصر المشاركة في التحلل

الريبونوكليازات الخارجية

الريبونوكليازات الداخلية

إنزيم RNA بيروفوسفوهيدرولاز (RppH)

آليات تحلل RNA الرسول

مسار الوصول المباشر

المسار المعتمد على النهاية 5′

مسار التحلل بالريبونوكليازات الخارجية من النهاية 3′

آليات تنظيم ثبات RNA الرسول

تنظيم نشاط الريبونوكليازات (RNases) وتركيزها

تأثيرات الترجمة

التداخل بوساطة RNA

تأثير تسلسل RNA الرسول

تنظيم ثبات RNA الرسول لدى حقيقيات النوى

العناصر المشاركة في التحلل

الريبونوكليازات الخارجية العاملة من النهاية 3′ لـRNA الرسول

الريبونوكليازات الخارجية العاملة من النهاية 5′ لـRNA الرسول

الريبونوكليازات الداخلية

آليات التحلل

المسار الرئيسي

المسارات البديلة

آليات تنظيم ثبات RNA الرسول

المعقّد Lsm1–7

تنظيم نزع ذيل عديد الأدينين

تنظيم معقّد إزالة القبعة

جزيئات RNA المتداخلة: miRNA وsiRNA وpiRNA

تنظيم الترجمة

مقدمة

تنظيم بدء الترجمة لدى البكتيريا الحقيقية

تنظيم الوصول إلى موقع ارتباط الريبوسوم (RBS)

التنظيم عبر البنى الثانوية لـRNA الرسول

تنظيم بدء الترجمة لدى حقيقيات النوى

التنظيم عبر عوامل بدء الترجمة

فسفرة عامل بدء الترجمة eIF2

فسفرة بروتينات 4E-BP وتوفّر عامل بدء الترجمة eIF4E

تثبيط بدء الترجمة بواسطة miRNA

التنظيم عبر المنطقتين غير المترجمتين 5′-UTR و3′-UTR لدى حقيقيات النوى

التنظيم عبر مناطق 5′-UTR

التآثر بين منطقتي 3′-UTR و5′-UTR

التنظيم عبر منطقة 3′-UTR

المسارات البديلة لبدء الترجمة

أطر القراءة المفتوحة العلوية (uORF)

بدء الترجمة بواسطة تسلسل موقع الدخول الداخلي للريبوسوم (IRES)

التنظيم خلال الاستطالة أو الإنهاء لدى البكتيريا الحقيقية

التنظيم خلال الاستطالة أو الإنهاء لدى حقيقيات النوى

التنظيم ما بعد الترجمة: تحلل البروتينات داخل الخلايا

مقدمة

البروتينات المرافقة: الشابرونينات

الإنزيمات المحلِّلة للبروتينات

وسم البروتينات باليوبيكويتين

البروتيازوم

التحلل الليسوسومي

الالتهام الذاتي

الجزء 3: إسهام البيولوجيا الجزيئية في دراسة التنوع الوراثي

بعض المفاهيم

التنوع البيولوجي

التنوع الوراثي

قياس التنوع الوراثي

الواسمات المورفولوجية

الواسمات البروتينية: الكيميائية الحيوية

واسمات DNA: الواسمات الجزيئية

تعدد أشكال أطوال القطع الناتجة عن التقييد (RFLP)

تعدد أشكال أطوال القطع المضخّمة (AFLP)

التكرارات الترادفية الصغيرة

التكرارات الترادفية الدقيقة

تعدد أشكال النوكليوتيد المفرد (SNP)

واسمات DNA الميتوكوندري

أمثلة على التطبيقات

الجزء 4: الذكاء الاصطناعي والتكنولوجيا الحيوية الجزيئية

مقدمة في نماذج الذكاء الاصطناعي وتصميم جزيئات siRNA والبوادئ. دراسة أداتي siDirect وRNAxs ومعايير تصميم siRNA وإمكانية الوصول إلى الموقع المستهدف.

مقدمة في نماذج الذكاء الاصطناعي المطبّقة على التنظيم الجيني. دراسة DeepSEA للتنبؤ بخصائص الكروماتين وتأثيرات المتغيرات غير المشفِّرة، والتمييز بينها وبين التنبؤ المباشر بالتعبير الجيني.

التشخيص الجزيئي بمساعدة الذكاء الاصطناعي.

تطبيقات الذكاء الاصطناعي في الاستدلال التطوري والتجميع الوراثي والكشف عن المتغيرات من نوع SNP.

الأبعاد الأخلاقية وحدود الذكاء الاصطناعي في البيولوجيا الجزيئية.

الأعمال الموجّهة:

بطاقة العمل الموجّه 1: تنظيم التعبير الجيني لدى بدائيات النوى (1): أوبرونا التريبتوفان واللاكتوز

بطاقة العمل الموجّه 2: تنظيم التعبير الجيني لدى بدائيات النوى (2): أوبرونا الأرابينوز والهيستيدين

بطاقة العمل الموجّه 3: تنظيم التعبير الجيني لدى حقيقيات النوى (1): دراسة بنية جين bdnf وتعبيره ووظيفته

بطاقة العمل الموجّه 4: تنظيم التعبير الجيني لدى حقيقيات النوى (2): دراسة تنظيم تعبير جين c-myc ووظيفته

بطاقة العمل الموجّه 5: تحليل التسلسلات البيولوجية بالذكاء الاصطناعي: التنبؤ بفعالية تسلسلات siRNA واستخراج الأنماط والتعرّف على المحفّزات

بطاقة العمل الموجّه 6: استخدام دفاتر برمجية في Google Colab لأمثلة بسيطة على التعلم الآلي في البيولوجيا: تصنيف التسلسلات وتجميع المتغيرات

محتوى المادة:

مقدمة: تنوّع العالم الميكروبي وأصله

شجرة التطور للحياة

التعريف

نطاقات الحياة الثلاثة: البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى

مفهوم السلف المشترك الشامل الأخير LUCA

مقاربة تطورية تعتمد على تسلسلات RNA الريبوسومي 16S/18S

أنواع أشجار التطور

التنوّع الشكلي والأيضي والوراثي للكائنات الدقيقة

بدائيات النوى مقابل حقيقيات النوى

الفيروسات

الجزء 1: البكتيريا

تذكير بالبنية البكتيرية

العناصر الدائمة

العناصر الاختيارية

الفصل 1: الجينوم البكتيري

بنية الجينوم

الصبغي البكتيري

العناصر الوراثية المتنقلة

البلازميدات

- التنظيم العام للبلازميدات

- تصنيف البلازميدات

- خصائص البلازميدات

1.2.2. العناصر القافزة، الترانسبوزونات

- البنية العامة

- الأنواع المختلفة

- آليات الانتقال القافز في البكتيريا

انتقال مع تضاعف العنصر القافز

الانتقال المحافظ

ج. أثر الانتقال القافز في التعبير عن الجينوم البكتيري

1.2.3. الإنتغرونات

- التعريف

- بنية الإنتغرونات

- بنية الكاسيتات الجينية

- حركة الكاسيتات

- التعبير عن الكاسيتات

- طبيعة الكاسيتات

- أصول الإنتغرونات

1.2.4. العاثيات

التعريف

الخصائص الأساسية

آلية العمل: الدورة الحالّة والدورة الاندماجية والتحوّل المرتبط بالاستذابة

تنظيم جينات بدائيات النوى

الفصل 2: النقل الجيني الأفقي

التحوّل الوراثي

الاقتران

النقل بالعاثيات

الخريطة الوراثية

الجزء 2: الفطريات، والخميرة نظامًا نموذجيًا

تذكير ببيولوجيا الخمائر

مبادئ عامة

الزرع والتغذية

جينوم الخمائر

نسخوم الخمائر

بروتيوم الخمائر

تحليل الطفرات الكيميائية الحيوية في الرباعيات

التكامل والتحويل الجيني

وراثة الميتوكوندريا

الجزء 3: العتائق

تذكير بالعتائق

مبادئ عامة

تنوّع العتائق وبيئتها وتطوّرها

وراثة العتائق

عتائق أسغارد

الجزء 4: الفيروسات

الفصل 1: مدخل إلى علم الفيروسات

الفصل 2: علم الفيروسات الجزيئي

بنية الفيريونات وتركيبها

دورة عدوى الخلية بفيروس

أمثلة تمثيلية: فيروسات DNA وفيروسات RNA والفيروسات القهقرية

تآثر الفيروس والعائل: التحوّل الخلوي والكمون والتغيّر المستضدي والسرطان والجينات الورمية والإيدز

5. التلقيح والعوامل المضادة للفيروسات

6. التعامل مع الفيروسات واستخدامها

7. العوامل غير التقليدية والبريونات

الفصل 3: التباين الوراثي الفيروسي

1. آلياته: الطفرات وإعادة التركيب وإعادة التشكيل الجينومي

2. ديناميات تطوّر الجماعات الفيروسية

3. عوامل تطوّر الجماعات الفيروسية

الفصل 4: النتائج البيولوجية لتطوّر الجماعات الفيروسية

1. التغيّر المستضدي والإفلات من الاستجابة اللقاحية

2. مقاومة العلاجات المضادة للفيروسات

3. التكيّف مع العائل والانتقال بين الأنواع والظهور الفيروسي

4. تغيّر الانتحاء الفيروسي والإمراضية

الفصل 5: النمذجة الجزيئية للفيروسات وعلاقات البنية والوظيفة في بروتيناتها

بنية الفيروسات والتجمعات الجزيئية الفيروسية

التطور الديناميكي والعلاقات الوظيفية لبنى البروتينات الفيروسية: غليكوبروتينات الغلاف والبروتيازات والبوليميرازات

تطبيقات تصميم مضادات الفيروسات واللقاحات الفيروسية

محتوى المادة

الجزء 1: دراسة البيولوجيا في المختبر

النماذج الخلوية والتجارب في المختبر

1.1. مدخل إلى البيولوجيا الخلوية والمقاربات التجريبية

تعريف البيولوجيا الخلوية وأهدافها

نشأة الزرع الخلوي وأهدافه

تعريف المقاربات: في المختبر وفي الكائن الحي وبالمحاكاة الحاسوبية

الأنظمة الخلوية

الزرع الأولي للخلايا المعزولة

منشأ النسيج وأخذ عينته

طرائق العزل الإنزيمية والميكانيكية

زرع الخطوط الخلوية

أنواع الخطوط: المخلّدة والسرطانية

مزايا الأنظمة وحدودها: المزارع الأولية والخطوط الخلوية

معايير اختيار النظام الخلوي

المزارع الحديثة ثلاثية الأبعاد

تطوير نماذج ثلاثية الأبعاد: كريات خلوية وعضيات مصغرة وعضو على رقاقة وطباعة ثلاثية الأبعاد

المزايا والحدود مقارنة بالمزارع ثنائية الأبعاد

شروط الزرع الخلوي

أنواع المزارع

الزرع المعلق: المبادئ والتطبيقات

الزرع الملتصق: المبادئ والتطبيقات

مرافق الزرع وتجهيزاته

خزانات السلامة الأحيائية: الوظائف والأهمية؛ تصحيح المقصود بالاختصار الفرنسي PSM الوارد بصورة غير دقيقة.

الحاضنات: الحرارة والرطوبة وCO₂

المجاهر وأجهزة المتابعة: رصد النمو الخلوي وضبطه

1.3.3. أوساط الزرع

تركيب الأوساط: الوسط الأساسي وعوامل النمو والمصل والمضادات الحيوية

ضبط pH والحرارة والمعايير الخاصة الأخرى

الممارسات المختبرية الجيدة

الوقاية من التلوث وإدارة المخاطر

إدارة النفايات البيولوجية: السلامة والتخلص

حفظ الخلايا بالتبريد العميق وإذابة تجميدها

تقنيات حفظ الخلايا بالتبريد والتجميد

بروتوكول التجميد وإضافة الواقيات من التجمد مثل DMSO

استعادة الخلايا واختبارات الجودة بعد التجميد

طرائق دراسة الآليات الخلوية

تقنيات التحليل الأساسية

قياس التدفق الخلوي

التألق المناعي والكيمياء النسيجية المناعية

المجهر الإلكتروني والفلوري ومتحد البؤر وغيرها

دراسة التكاثر الخلوي

تحليل منحنى النمو الخلوي

واسمات التكاثر: Ki-67 وEdU وBrdU

طرائق تقليدية وحديثة: MTT وCCK-8 والفحص عالي الإنتاجية

دراسة حيوية الخلايا وموتها

اختبار سلامة الغشاء بأزرق التريبان؛ أما MTT فيقيس النشاط الاستقلابي ولا يقيس النفاذية مباشرة.

الاستماتة: Annexin V والكاسبازات وTUNEL

دراسة التمايز الخلوي: النماذج والواسمات النوعية

إدماج التجارب المختبرية في البحث الطبي الحيوي

نماذج للفحص عالي الإنتاجية للمركبات العلاجية

دراسة مسارات الإشارة في الأمراض

دور التجارب المختبرية في الطب الشخصي

حدود نقل النتائج من المختبر إلى الكائن الحي

الجزء 2: دراسة البيولوجيا في الكائن الحي

مدخل إلى التجارب الحيوانية في البحث الطبي الحيوي

أهمية النماذج الحيوانية للبحث العلمي

أخلاقيات التجارب الحيوانية

معايير اختيار النموذج الحيواني

النماذج الفأرية والتعديلات الوراثية

الخلايا الجذعية الجنينية الفأرية

- منشؤها من الكيسة الأريمية

- زرعها وخصائصها

- استخدامها في نمذجة الأمراض والعلاج الخلوي

تقنيات التعديل الوراثي

- نقل الجينات بالحقن في النواة الأولية أو إلى الخلايا الجذعية الجنينية الفأرية

- الاستنساخ الجسدي والنقل النووي

- تعطيل الجين أو إدخاله: نظاما Cre/loxP وCRISPR/Cas9

استخدام الفأر في البحث الطبي الحيوي

- نمذجة السرطان والأمراض العصبية التنكسية والمعدية وغيرها

- المزايا الوراثية وقابلية إعادة الإنتاج وتوفر الأدوات

إسهامات الجرذ Rattus norvegicus

- استكمال النماذج الفأرية في الدراسات السلوكية والاستقلابية

ذبابة الخل نموذجا لدراسة الخلايا الجذعية والأمراض البشرية

الانتقال من نماذج الثدييات

الحصول على الخلايا الجذعية الجنينية الفأرية والخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات iPS

حدود نماذج الثدييات

الاعتبارات الأخلاقية وحدود استخدام الخلايا الجذعية لدى الثدييات

أهمية نموذج ذبابة الخل في بيولوجيا الخلايا الجذعية

الخلايا الجذعية لدى ذبابة الخل

3.2.1. الخلايا الجذعية الجنسية في المبيض والخصية

3.2.2. الخلايا الجذعية المعوية

3.2.3. أنسجة أخرى: الدماغ والجريبات وغيرها

3.2.4. المزايا التجريبية للنموذج

آليات تنظيم الخلايا الجذعية

3.3.1. دور الحيز الحاضن والبيئة الدقيقة

3.3.2. المسارات المحفوظة: Notch وJAK/STAT وBMP وWnt

3.3.3. الضبط النسخي والتنظيم فوق الجيني

إعادة البرمجة واللدونة الخلوية

3.4.1. إزالة التمايز وانتقالات الحالة الخلوية

3.4.2. نمذجة عمليات مماثلة لاستحثاث تعدد القدرات

نمذجة الأمراض البشرية

3.5.1. الأمراض العصبية التنكسية: باركنسون وألزهايمر وغيرها

3.5.2. السرطانات واختلال تنظيم الخلايا الجذعية

3.5.3. التحري الوراثي وتحديد الأهداف العلاجية

Caenorhabditis elegans: نموذج بسيط لفهم أمراض بشرية معقدة

تقديم عام للدودة C. elegans

الخصائص البيولوجية

المزايا التجريبية

حفظ المسارات الجزيئية الأساسية

دراسة الشيخوخة وطول العمر

نماذج الشيخوخة الفيزيولوجية

المسارات الوراثية لطول العمر

الفحوص الدوائية

الاضطرابات الاستقلابية والمناعية

نماذج مقاومة الإنسولين

الاستجابات المناعية الفطرية

فحص الجزيئات العلاجية

الحدود والاعتبارات الأخلاقية

الجوانب الأخلاقية الملائمة

حدود النموذج

الجنين الطيري نموذجا للبيولوجيا العصبية وأورام الأطفال

مدخل إلى النموذج الطيري

الخصائص العامة لجنين الدجاج Gallus gallus

الوصول إلى التطور الجنيني داخل البيضة

المزايا التجريبية: المناولة والرصد والاعتبارات الأخلاقية

الورم الأرومي العصبي: تقديم المرض

منشأ الورم الأرومي العصبي من خلايا العرف العصبي

الخصائص السريرية: ورم طفولي وتغاير ونقائل

نمذجة الورم الأرومي العصبي بالجنين الطيري

استخدام الغشاء الكوريوني الألنتويسي CAM لطعم الخلايا الورمية

دراسة الغزو وتولد الأوعية والانتشار النقائلي

رصد الخلايا الورمية ومتابعتها في الكائن الحي

التطبيقات التجريبية وما قبل السريرية

فحص المركبات المضادة للسرطان على CAM

الحدود والآفاق والتكامل

سمك الزرد نموذجا للميلانوما وأمراض بشرية أخرى

مقدمة عامة

تقديم نموذج سمك الزرد

المزايا التقنية والتجريبية

أهمية النموذج الطبية الحيوية والوراثية

مبادئ عامة حول الميلانوما

منشأ الميلانوما وتطورها

الطفرات الرئيسية: BRAF وNRAS وغيرها

تحديات التشخيص والعلاج

دراسة الميلانوما لدى سمك الزرد

إنشاء نماذج معدلة وراثيا

رصد تقدم الورم في الكائن الحي

أدوات الفحص الدوائي المضاد للسرطان

مقاربات الطعم بين الأنواع والمراقبة المناعية

أمراض أخرى تُدرس بسمك الزرد

اضطرابات عصبية: الصرع والتوحد

أمراض قلبية وعائية: السمية القلبية واضطراب النظم

القضايا الأخلاقية في بحوث الخلايا الجذعية

المكانة الأخلاقية للأجنة

الاتجار بأعضاء الأجنة المجهضة: قضية أخلاقية وقانونية مطروحة في البرنامج، وليست وصفا لممارسة بحثية مشروعة.

استغلال النساء

سياسات بحوث الخلايا الجذعية

القوانين والأطر التنظيمية

دور السياسة والرأي العام

التأثير في صياغة سياسات البحث.

محتوى المادة

الفصل 1: بنية الأحماض الأمينية وتصنيفها والببتيدات والرابطة الببتيدية

بنية الأحماض الأمينية

1.1. البنية العامة: مجموعة أمينية وكربوكسيلية وسلسلة جانبية R.

1.2. قطبية وغير قطبية وحمضية وقاعدية وعطرية وغيرها.

الببتيدات

2.1. تكوّن الببتيدات بالرابطة الببتيدية.

2.2. الفرق بين الببتيد والبروتين.

الرابطة الببتيدية

3.1. تكاثف بين المجموعة الكربوكسيلية لحمض أميني والأمينية لآخر.

3.2. الصلابة والاستواء والقطبية.

الفصل 2: الأسس البنيوية للبروتينات

مستويات التنظيم

1.1. البنية الأولية: تسلسل خطي من أحماض أمينية مرتبطة ببتيديًا.

1.2. البنية الثانوية: انتظام محلي في لوالب α وصفائح β ومنعطفات.

1.3. البنية الثالثية: طيّ ثلاثي الأبعاد، تثبّته تآثرات غير تساهمية، كالتآثرات الكارهة للماء والأيونية، وقد تدعمه جسور ثنائية الكبريت التساهمية؛ تصحيح لتصنيفها في الأصل ضمن غير التساهمية.

1.4. البنية الرباعية: تجمّع سلاسل أو وحدات فرعية لتكوين بروتين وظيفي، مثل الهيموغلوبين؛ المركّب الريبوسومي المذكور في المصدر تجمّع بروتيني–ريبي نووي وليس بروتينًا صرفًا.

القوى المثبّتة للبنية

2.1. الروابط الهيدروجينية

2.2. التآثرات الكارهة للماء وجسور ثنائية الكبريت

2.3. التآثرات الأيونية

2.4. قوى فان دير فالس

الزخارف والنطاقات البنيوية

3.1. برميل β

3.2. إصبع الزنك

3.3. لولب–عروة–لولب

الفصل 3: ثبات البروتينات وطيّها ودينامياتها

ثبات البروتين

طيّ البروتين

ديناميات البروتين

طرائق دراسة الديناميات

الفصل 4: الديناميكا الحرارية وحركية الطيّ

شفرة الطيّ والمبادئ الديناميكية الحرارية

حركية الطيّ

نماذج الطيّ

3.1. الانتشار–التصادم

3.2. التنوي–التكاثف

3.3. الانغلاق التدريجي والتجميع ZA

3.4. نموذج أحجية الصور المقطّعة

3.5. الفرضية الستوكيومترية، وفق التسمية الواردة في المصدر.

طرائق دراسة الثبات

4.1. المسعرية التفاضلية بالمسح DSC

4.2. ثنائية اللون الدائرية CD

4.3. الرنين المغناطيسي النووي والفلورة والديناميات الجزيئية

الفصل 5: تمسّخ البروتين

عوامل التمسّخ

عكوسية الطيّ

الآثار الوظيفية للتمسّخ

الفصل 6: طيّ البروتينات داخل الكائن الحي

الآليات الخلوية للطيّ

دور البروتينات المرافقة

تكوّن جسور ثنائية الكبريت

تصاوغ البرولين

أمراض سوء الطيّ، مثل ألزهايمر وباركنسون

الفصل 7: هندسة تآثر البروتين والربيطة

المبادئ

الآليات الفيزيائية والكيميائية

- حركية الارتباط وديناميكيته الحرارية

الإرساء الجزيئي الحاسوبي

3.1. تعريف الإرساء

3.2. أنواعه

3.3. الإرساء الحاسوبي والنمذجة

3.4. تطبيقات PDB وChemSketch وChem 3D Ultra وغيرها؛ PubMed الوارد في المصدر قاعدة مراجع علمية، وليس قاعدة بنى للربيطات.

الفصل 8: الهندسة الإنزيمية

تاريخ هندسة الإنزيمات

تكنولوجيا تصميم الإنزيمات

تصنيف الإنزيمات

التطبيقات الصناعية

الإنتاج الإنزيمي

5.1. المصادر

5.2. الفحص

5.3. التخمّر

5.4. التنقية

الإنزيمات المثبّتة: المبادئ والاستعمالات

الفصل 09: التعديلات الكيميائية للبروتينات

أنواع التعديل

1.1. الارتباط ببولي إيثيلين غليكول PEGylation

1.2. الغلكزة

1.3. الفسفرة

أهداف التعديل

2.1. الثبات

2.2. نصف العمر

2.3. النشاط

2.4. الاستهداف

تقنيات التعديل التجريبية

محتوى المادة

الورشة 1: التعرّف الجزيئي على العزلات البكتيرية

استخلاص الحمض النووي الجينومي البكتيري

اختبارات كمية ونوعية للحمض النووي المستخلص بالرحلان الكهربائي والقياس الطيفي الضوئي

تضخيم جين الرنا الريبوسومي 16S والتحقق من التضخيم

تحديد تسلسل نواتج التضخيم والدراسة الحاسوبية: تحديد السلالات البكتيرية على مستوى النوع وبناء شجرة النشوء والتطور

الورشة 2: التحويل البكتيري

يُجري الطلبة تحويلًا بكتيريًا على السلالة E. coli DH5α باستخدام ناقل استنساخ قياسي لاكتساب مهارات تقنيات نقل المادة الوراثية وانتقاء الخلايا المتحوّلة.

الورشة 3: إحداث الطفرات العشوائية

يُحدث الطلبة طفرات عشوائية بالأشعة فوق البنفسجية خلال فترات زمنية مختلفة، ثم يُجرون غربلة لاختيار الطافر الأمثل المنتج لإنزيم محدد.

محتوى المادة

الورشة 1: تحضير المحاليل

مراجعة طرق التعبير عن التركيز (المولارية والمولالية والنظامية والتخفيف وغيرها)

المحاليل المنظّمة (التحضير وpKa واختيار المحلول المنظّم وغيرها)

المهارات المخبرية الأساسية: الزجاجيات والحجوم واستخدام الماصّات

الورشة 2: طرق ترسيب البروتينات

تأثير الأس الهيدروجيني pH (نقطة التعادل الكهربائي pI)

الترسيب بالأملاح

الترسيب بالمذيبات (الإيثانول)

الورشة 3: تقدير كمية البروتينات بطرق القياس الطيفي الضوئي

طريقة لوري

طريقة برادفورد

الورشة 4: كروماتوغرافيا الاستبعاد الحجمي

عرض توضيحي بفصل جزيئات ملوّنة (أزرق الدكستران / الفلوريسئين)

التطبيق في تنقية البروتينات

تحليل الأجزاء المجمّعة بالقياس الطيفي الضوئي

الورشة 5: كروماتوغرافيا التبادل الأيوني

التطبيق في تنقية بروتينات مصل الحليب

تحليل الأجزاء المجمّعة بالقياس الطيفي الضوئي

كروماتوغرافيا الألفة (IMAC: تعليم نظري)

الورشة 6: الرحلان الكهربائي للبروتينات في ظروف مُمسِخة: SDS-PAGE

Tricine-SDS-PAGE (الرحلان الكهربائي للببتيدات: تعليم نظري)

محتوى المادة

الفصل 1: مقدمة في علم التخلّق فوق الجيني

الأسس المفاهيمية والتاريخية

التعريف والمفاهيم الأساسية

تاريخ المجال وتطوره

معمارية الكروماتين والتنظيم النووي

بنية الكروماتين ومستويات تنظيمه

تقنيات دراسة البنية الكروماتينية

الفصل 2: تعديلات الهستونات وآليات التعرّف عليها

تعديلات الهستونات

بنية الهستونات وتنوعها وتسميتها

تعديلات الهستونات بعد الترجمة

الإنزيمات المسؤولة عن تعديل الهستونات

آليات التعرّف على تعديلات الهستونات

المجالات البروتينية المسؤولة عن التعرّف

الشفرة فوق الجينية للهستونات

المعقّدات البروتينية المرتبطة بتعديلات الهستونات

الفصل 3: مثيلة DNA ودور جزيئات RNA غير المشفِّرة

مثيلة DNA والتعديلات المرتبطة بها

الكيمياء الحيوية لمثيلة DNA وتوزّعها

5-ميثيل سيتوزين 5mC ومشتقاته

التوزّع الجينومي: جزر CpG والمناطق بين الجينات

المثيلة المتناظرة وغير المتناظرة

المثيلة خارج مواقع CpG في الخلايا الجذعية والعصبونات

المنظومة الإنزيمية لمثيلة DNA

ناقلة ميثيل DNA الخاصة بصيانة المثيلة DNMT1

ناقِلتا ميثيل DNA الخاصتان بالمثيلة الجديدة DNMT3A وDNMT3B

DNMT3L والعوامل المساعدة الأخرى

استهداف نشاط إنزيمات DNMT وتنظيمه

إزالة مثيلة DNA: الآليات الفعّالة والمنفعلة

البروتينات المتعرّفة على مثيلة DNA

جزيئات RNA غير المشفِّرة والتخلّق فوق الجيني

أنواع RNA غير المشفِّر المشاركة في التنظيم فوق الجيني

جزيئات RNA الطويلة غير المشفِّرة lncRNA

جزيئات RNA الصغيرة المتداخلة siRNA

جزيئات RNA الميكروية miRNA

جزيئات RNA الدائرية وفئات أخرى مستجدّة

آليات التأثير فوق الجيني لـRNA غير المشفِّر

استقدام منظومات تعديل الكروماتين

تكوين السقالات الجزيئية والحيّزات النووية

استهداف تسلسلات محددة بالتكامل القاعدي

التآثرات مع عوامل النسخ

أمثلة للتنظيم فوق الجيني بوساطة RNA غير المشفِّر

XIST وتعطيل الصبغي X

HOTAIR وتنظيم جينات HOX

جزيئات siRNA وتشكّل الكروماتين المتغاير

التنظيم بوساطة RNA الدائري

الفصل 4: التخلّق فوق الجيني في التطور والتمايز

إعادة البرمجة فوق الجينية

التمايز الخلوي واللدونة

الفصل 5: التخلّق فوق الجيني البيئي والعابر للأجيال

تأثير البيئة في الإبيجينوم

العوامل البيئية المعدِّلة للإبيجينوم

الآليات الجزيئية للاستجابة فوق الجينية للبيئة

مبادئ التوارث فوق الجيني والأدلة عليه

الآليات المحتملة للانتقال فوق الجيني عبر الأجيال

الفصل 6: التخلّق فوق الجيني في الأمراض

السرطان

الأمراض الأيضية

أمراض القلب والأوعية

الأمراض التنكسية العصبية

الفصل 7: تقنيات دراسة الإبيجينوم

طرائق تحليل تعديلات الهستونات

طرائق تحليل مثيلة DNA

المقاربات على مستوى الخلية المفردة

الفصل 8: العلاجات فوق الجينية والتقنيات الجديدة

محتوى المادة

الفصل 1: مفاهيم عامة وأسس وتعريفات

تعريفات أساسية في علم الوراثة الخلوية

التنظيم البنيوي والوظيفي للكروماتين

تركيب الكروماتين

بنية الكروماتين

مراحل تكثّف الكروماتين

الفصل 2: بنى صبغية متخصصة

التيلوميرات

بنية التيلوميرات

تضاعف النهايات التيلوميرية ودور التيلوميراز

الوظائف البيولوجية للتيلوميرات

القسيمات المركزية

بنية المناطق القسيمية المركزية

مفارقة القسيم المركزي

الفصل 3: الشذوذات الصبغية

نظام التسمية الدولي في علم الوراثة الخلوية البشرية

القواعد العامة

الرموز والتسميات الخاصة

الشذوذات العددية للصبغيات

عدم الانفصال في الانقسام المنصف

الشذوذات المرتبطة بالإخصاب

الفسيفسائية الصبغية

الشذوذات البنيوية للصبغيات

الانتقالات التبادلية

الانتقالات الروبرتسونية

الحذوف

الحذوف الدقيقة

الصبغيات الحلقية

الانقلابات

الصبغيات متساوية الذراعين

الإدخالات

التضاعفات

الصبغيات ثنائية القسيم المركزي

إعادات الترتيب المعقّدة

الصبغيات الواسمية

الشظايا الصبغية الدقيقة المزدوجة

الفصل 4: طرائق علم الوراثة الخلوية

اختلاف بروتوكولات الوراثة الخلوية باختلاف الكائنات

الثدييات

النباتات

الخمائر

كائنات أخرى

العوامل المؤثرة في الاختلافات التقنية

تفسير الأنماط النووية

طرائق الوراثة الخلوية الجزيئية

التهجين الموضعي المتألق FISH على صبغيات الطور الاستوائي

تقنية FISH عالية الاستبانة

تقنية FISH باستخدام Chromoprobe T

التهجين المتعدد M-FISH والتنميط النووي الطيفي SKY

التحزيم المتعدد باستخدام FISH

التهجين الجينومي المقارن CGH على صبغيات الطور الاستوائي

مصفوفات التهجين الجينومي المقارن: رقائق DNA

الوسم الموضعي الموجّه ببادئات PRINS

تضخيم المسابير المتعدد المعتمد على الربط MLPA

الفصل 5: الشذوذات الصبغية في الأمراض الوراثية البشرية والسرطانات

تغيّرات النمط النووي الناجمة عن اكتساب صبغيات أو فقدانها

تغيّرات البنية الداخلية للصبغيات

الفصل 6: إسهامات الوراثة الخلوية في البيولوجيا الجزيئية للحيوانات والنباتات والخمائر

الوراثة الخلوية الحيوانية

تشخيص الأمراض الوراثية

دراسات التطور والعلاقات التطورية

الوراثة الخلوية النباتية

تحسين الأصناف

دراسات التطور النباتي: أصل الأنواع متعددة الصيغة الصبغية

المتابعة الخلوية الوراثية للهجن بين الأنواع

الوراثة الخلوية لدى الخمائر

دراسة التراصّ التفاضلي للصبغيات بحسب مراحل دورة الخلية في الخميرة

نمذجة الأمراض البشرية المرتبطة بعدم الاستقرار الصبغي

محتوى المادة

الوحدة 1: صِف لي كيف يبدو الأمر

القواعد: السؤال عن طبيعة الأشياء، وصيغتا المقارنة والتفضيل في وصف موضوعات البيولوجيا.

المفردات: الحديث عن الحياة الحديثة.

القراءة: قصة بكتيريتين تنتميان إلى الجنس نفسه — البكتيريا النافعة والممرضة.

التحدث: مقارنة إنزيمات بوليميراز الحمض النووي من كائنات دقيقة مختلفة.

الاستماع: أغنية بريندا لي «Tell Me What It's Like».

الكتابة: وصف منطقة رطبة.

الوحدة 2: طرح الأسئلة العلمية

القواعد: المضارع التام والماضي البسيط في الكتابة العلمية.

المفردات: الظروف في البروتوكولات التجريبية، مثل ببطء وبعناية.

القراءة: مقابلة مع عالم.

التحدث: استبيان لأغراض البحث.

الاستماع: مقابلة مع عالم بارز في البيولوجيا الجزيئية.

الكتابة: كتابة بروتوكول بحثي.

الوحدة 3: ما ينبغي فعله وما ينبغي تجنبه في المختبر العلمي

القواعد: استخدام Have to وGot to وShould وMust للتعبير عن الإلزام والنصيحة.

المفردات: رموز السلامة وعلامات الخطر في المختبر العلمي.

القراءة: كيف يمكن لعلماء الأحياء المساهمة في حماية البيئة؟

التحدث: هل أحتاج إلى إتقان الرياضيات للتميز في البيولوجيا؟ سؤال واحد وإجابات متعددة.

الاستماع: الوقاية من الحرائق في المختبر.

الكتابة: هل ينبغي لعلماء الأحياء امتلاك مهارات جيدة في الرياضيات؟ مقال حجاجي.

الوحدة 4: اختراعات غيّرت العالم

القواعد: المبني للمجهول.

المفردات: التصريف الثالث للأفعال المستخدمة في الكتابة العلمية، مثل grown وproduced وcultivated وshown وmade.

القراءة: الزراعة، اختراع غيّر العالم.

التحدث: لعبة السفن باستخدام المبني للمجهول.

الاستماع: البيولوجيا الجزيئية.

الكتابة: كتابة مراجعة لفيلم وثائقي.

محتوى المادة

الفصل 1: نماذج لدراسة وراثة حقيقيات النوى

الدودة الأسطوانية Caenorhabditis elegans

كائن نموذجي في الوراثة الجزيئية: كيف تساعد دراسته على فهم تكوّن كائن متعدد الخلايا.

الخمائر

الخميرتان S. cerevisiae وS. pombe نموذجان لدراسة مبادئ البيولوجيا الخلوية، من المسوح الوراثية التقليدية للطفرات المميتة المشروطة إلى التطورات الحديثة في الوراثة على مستوى الجينوم.

ذبابة الخل Drosophila melanogaster

نظرة عامة على ذبابة الخل نموذجاً لدراسة مسارات الإشارة والتطور وعلم الأعصاب والمناعة.

نظرة عامة على الجينوم والصبغيات، بما فيها الصبغيات الموازِنة، والجينات في ذبابة الخل.

المسوح الوراثية التقليدية

تقنيات حديثة للتحكّم المكاني والزماني في التعبير الجيني: GAL4/UAS وFLP/FRT.

استخدام هذه التقنيات في المسوح الوراثية الفسيفسائية وفرط التعبير.

الفأر Mus musculus

كائن نموذجي مهم لقربه الوظيفي من الإنسان؛ ومقاربات إحداث الطفرات وتحليلها.

أهميته في دراسة الوظائف المعقّدة، مثل تطور المشيمة والاتزان الداخلي الخلوي والأيضي.

تطوير أدوات جديدة.

النباتات

نبات Arabidopsis thaliana نموذج للبيولوجيا الجزيئية بفضل حجم جينومه وسهولة زرعه مخبرياً وسرعة تطوره وغزارة إنتاجه.

التعرّف على نماذج نباتية أخرى: الأرز لأحاديات الفلقة وPhyscomitrella patens للحزازيات.

وصف أهم أدوات الوراثة الجزيئية لدراسة النباتات النموذجية.

الفصل 2: الأسس الجزيئية للأمراض الوراثية البشرية

الاستنساخ الموضعي

الشذوذات الصبغية

استراتيجيات تحديد جينات المرض غير المعتمدة على الموقع

اختبار جين مرشّح حُدِّد بالاستنساخ الموضعي

تحديد المتغيرات المسبّبة انطلاقاً من دراسات الارتباط

ثمانية أمثلة لتحديد الجينات المسؤولة عن أمراض أو سمات:

الحالة 1: الحثل العضلي الدوشيني

الحالة 2: التليّف الكيسي

الحالة 3: المتلازمة الخيشومية الأذنية الكلوية

الحالة 4: عوز السلفاتازات المتعدد

الحالة 5: استمرار نشاط اللاكتاز المعوي

الحالة 6: متلازمة CHARGE

الحالة 7: سرطان الثدي

الحالة 8: داء كرون

التقدّم في تحديد الجينات المسؤولة عن الأمراض

داء ألزهايمر

التنكّس البقعي المرتبط بالعمر

الأكزيما: التهاب الجلد التأتّبي

الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بالأمراض: TPOT وAutoML

الفصل 3: وراثة السرطان

تطوّر السرطان

الجينات المسرطِنة

الجينات الكابحة للأورام

اضطرابات تنظيم دورة الخلية في السرطان

عدم استقرار الجينوم

السرطان ودراسة الجينوم الكامل

فهم التطوّر متعدد المراحل للورم

تكامل البيانات: السرطان من منظور البيولوجيا الخلوية

الذكاء الاصطناعي للتشخيص المبكر والكشف عن واسمات السرطان؛ يتناول البرنامج PathAI وIBM Watson for Oncology.

محتوى المادة:

برنامج المحاضرات

الفصل 1: أسس المعلوماتية الحيوية

الإعلام الآلي في البيولوجيا والطب؛

مدخل إلى نظامي Unix وLinux والأوامر الأساسية؛

مفاهيم قواعد البيانات؛

قواعد بيانات البروتينات والأحماض النووية؛

قواعد البيانات البنيوية؛

تعريفات نوع الوثيقة (DTD) لبيانات XML البيولوجية؛

أسس خوارزميات مطابقة الأنماط؛

قواعد البيانات وأدوات البحث: السياق البيولوجي لتحليل التسلسلات؛

تحديد تسلسل البروتين انطلاقاً من تسلسل الحمض النووي؛

البحث في قواعد البيانات عن تسلسلات متشابهة؛

المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية (NCBI)؛

الأدوات المتاحة للجمهور؛

موارد المعهد الأوروبي للمعلوماتية الحيوية (EBI)؛

موارد الويب؛

أدوات استكشاف قواعد البيانات

الفصل 2: تحليل تسلسلات الحمض النووي

تحليل تسلسلات الحمض النووي: قواعد بيانات تسلسلات الجينات

إيداع تسلسلات الحمض النووي والبحث عنها في قواعد البيانات

محاذاة التسلسلات؛

تقنيات المحاذاة الزوجية؛

اكتشاف الأنماط والتنبؤ بالجينات؛

التغيرات البنيوية الموضعية للحمض النووي وأهميتها في العمليات الجزيئية والتعرف عليها؛

تجميع البيانات الناتجة عن تسلسل الجينوم.

تحليل تسلسلات متعددة

تحليل تسلسلات متعددة؛

المحاذاة المتعددة للتسلسلات؛

البحث المرن عن تشابه التسلسلات باستخدام حزمة FASTA3؛

استخدام CLUSTALW وCLUSTALX للمحاذاة المتعددة للتسلسلات؛ وإيداع تسلسلات الحمض النووي والبروتينات في قواعد البيانات:

طرائق الإيداع؛

SEQUIN؛

مراكز الجينوم؛

إيداع مجموعات التسلسلات المحاذاة؛

تحديث التسلسلات المودعة؛

طرائق التحليل التطوري.

برنامج الأعمال التطبيقية:

البحث عن التسلسلات في قواعد البيانات باستخدام BLAST وGenBank وRefSeq

تصميم البادئات باستخدام Primer3

محاكاة تفاعل البوليميراز المتسلسل أو الاستنساخ باستخدام SnapGene

المحاذاة الزوجية والمتعددة للتسلسلات باستخدام BLAST

بناء شجرة تطورية باستخدام MEGA

تجميع الجينوم وإضافة التعليقات التوضيحية إليه باستخدام Geneious

محتوى المادة

الفصل 1: مراجعة التنظيم الجزيئي للأغشية الحيوية

بنية الأغشية الحيوية

عدم التناظر في تركيب الليبيدات الغشائية وتوزيعها

توزيع البروتينات الغشائية

سيولة الغشاء

آليات توجيه الجزيئات إلى مواقعها

النقل الحويصلي للبروتينات داخل الخلية

تعديلات البروتينات بعد الترجمة

إضافة المجموعات الدهنية

الغلكزة

الفصل 2: المستقبلات الغشائية وجزيئات الإشارة داخل الخلية

المستقبلات الغشائية وربيطاتها

خصائص المستقبلات

تصنيف المستقبلات حسب موضعها

1.2.1. المستقبلات النووية

1.2.2. المستقبلات الغشائية

أنواع المستقبلات الغشائية

1.3.1. مستقبلات القنوات الأيونية

1.3.2. المستقبلات المقترنة ببروتينات G

1.3.3. المستقبلات ذات النشاط الإنزيمي الذاتي

مستقبلات كيناز التيروزين

المستقبلات ذات نشاط كيناز السيرين/الثريونين

1.3.4. المستقبلات ذات نشاط غوانيلات سيكلاز

1.3.5. المستقبلات المقترنة بكيناز التيروزين

1.3.6. المستقبلات المقترنة بكيناز السيرين/الثريونين

المخطط العام لمسار الإشارة

شبكة جزيئات الإشارة داخل الخلية

أهم البروتينات المكيِّفة

نطاقات التآثر بين البروتينات

نطاقات التماثل مع Src

نطاقات ارتباط الفوسفوتيروزين

3.1.2. البروتينات المكيِّفة ذات نطاقات SH2

البروتين Grb2

البروتين Shc

بروتينات G الصغيرة أحادية الوحدات

3.2.1. العائلة الفائقة لبروتينات Ras

3.3. البروتينات التنظيمية المرتبطة ببروتينات G الصغيرة

3.3.1. بروتينات تبادل GTP/GDP

3.3.2. البروتينات المنشِّطة لنشاط GTPase

3.4. الإنزيمات والرسل الثانوية داخل الخلية

3.4.1. خصائص الرسول الثانوي

3.4.2. تفاعلات تخليق الرسل الثانوية والإنزيمات المرتبطة بها

أحادي فوسفات الأدينوزين الحلقي وأدينيلات سيكلاز

ثنائي أسيل الغليسيرول وفسفات الإينوزيتول الثلاثي والفوسفوليبازات C

فوسفاتيديل إينوزيتول ثنائي الفوسفات (PIP2) وكيناز PI3K؛ وردت تسمية «ثلاثي الفوسفات» خطأً مع PIP2 في المصدر

أحادي فوسفات الغوانوزين الحلقي وغوانيلات سيكلاز

كينازات البروتين

تفاعلات الفسفرة ونطاقات الكيناز

أهم كينازات البروتين

كيناز البروتين A

كيناز البروتين C

كيناز البروتين B (Akt)

كينازات البروتين المنشَّطة بالمحفّزات الانقسامية

الفصل 3: الأسس الجزيئية للإشارة عبر مستقبلات كيناز التيروزين

آليات تنشيط مستقبلات كيناز التيروزين

تثنّي المستقبلات

الفسفرة المتبادلة بين المستقبلات

تنشيط سلسلة كينازات البروتين المنشَّطة بالمحفّزات الانقسامية

عوامل النسخ المنشَّطة بكينازات MAP: البروتين المنشِّط AP-1

تنشيط مسار كيناز فوسفاتيديل إينوزيتول-3

نشاط PI3K بوصفه كينازًا لليبيدات

أصناف PI3K

الصنف IA

الصنف IB

دور الوحدات الفرعية لـPI3K

آليات تنشيط PI3K بمستقبلات كيناز التيروزين

التنشيط المباشر

التنشيط بواسطة البروتين المكيِّف IRS-1، ركيزة مستقبل الإنسولين 1

التنشيط بواسطة البروتين Ras

استقدام الكيناز المعتمد على الفوسفوينوزيتيد PDK1

تنشيط البروتين Akt (PKB)

الفصل 4: مسارات الإشارة عبر المستقبلات المقترنة ببروتينات G

بروتينات G غير المتجانسة ثلاثية الوحدات

بنية بروتينات G ووحداتها الفرعية؛ رموز الوحدات مفقودة في الوثيقة المصدر

بروتينات G ووحداتها الفرعية من الأنماط s وi وq و12؛ بعض الرموز مفقودة في المصدر

دورة تنشيط بروتين G وتعطيله

تنشيط أدينيلات سيكلاز بالوحدة الفرعية s من بروتين G

تنشيط الفوسفوليباز C بالوحدة الفرعية q من بروتين G

4.1. تحرير الرسل الثانوية: ثنائي أسيل الغليسيرول وفسفات الإينوزيتول الثلاثي

4.2. ثنائي أسيل الغليسيرول وتنشيط كيناز البروتين C

4.3. فسفات الإينوزيتول الثلاثي وتعبئة الكالسيوم داخل الخلية

دور وحدة فرعية من بروتين G في تنشيط PI3K؛ رمز الوحدة مفقود في المصدر

عوامل النسخ CREB

الفصل 5: عوامل النسخ المعتمدة على الإشارة

تصنيف مبسّط لعوامل النسخ

عوامل النسخ النشطة بصورة مستمرة

عوامل النسخ الخاضعة للتنظيم

عوامل النسخ المنظَّمة بإشارة غشائية

عوامل متموضعة في النواة: C/EBP وAP-1

عوامل متموضعة في السيتوبلازم

STAT: ناقل الإشارة ومنشِّط النسخ

SMAD: عائلة Sma وMad

NF-κB: العامل النووي كابا B؛ سقط رمز كابا في المصدر

تنشيط عوامل النسخ STAT بمسار السيتوكينات

تعريف السيتوكينات وأصنافها

المستقبلات المقترنة بكيناز التيروزين السيتوبلازمي JAK

أعضاء عائلة JAK

تنشيط المستقبلات بكينازات JAK

نقل الإشارة بواسطة STAT

أعضاء عائلة STAT

بنية بروتينات STAT

تنشيط STAT وانتقالها إلى النواة

تنشيط مسار JAK/STAT بالإنترلوكين 6

تنشيط مسار JAK/STAT بالإنترفيرون؛ النوع الفرعي غير ظاهر في المصدر

تنشيط عوامل النسخ SMAD بعامل النمو المحوِّل؛ اللاحقة غير ظاهرة في المصدر

أعضاء عائلة SMAD

بنية بروتينات SMAD

المسار التقليدي لتنشيط SMAD بمستقبلات كيناز السيرين/الثريونين

المسار التقليدي لتنشيط NF-κB بالإنترلوكين 1 وعامل نخر الورم؛ لاحقة العامل غير ظاهرة في المصدر

4.1. العامل النووي NF-κB

4.1.1. أعضاء عائلة NF-κB

4.1.2. الخصائص البنيوية لـNF-κB

4.1.3. البروتينات المثبِّطة IκB؛ رموز الأنماط الفرعية مفقودة في المصدر

4.1.4. كيناز IKK، كيناز البروتين IκB

4.2. تنشيط NF-κB بالإنترلوكين 1

4.2.1. معقّد مستقبل الإنترلوكين 1

4.2.2. مسار إشارة الإنترلوكين 1 المعتمد على MyD؛ الرمز مبتور في المصدر

4.3. تنشيط NF-κB بعامل نخر الورم؛ اللاحقة مفقودة في المصدر

4.3.1. مستقبلات عامل نخر الورم؛ اللاحقة مفقودة في المصدر

4.3.2. مسار الإشارة عبر مستقبل عامل نخر الورم من النمط 1

4.4. الجينات المستجيبة لـNF-κB

الفصل 6: إسهامات الذكاء الاصطناعي في دراسة مسارات الإشارة الخلوية

تحليل شبكات تآثرات البروتينات باستخدام STRING

عمل STRING: مصادر البيانات ودرجات الثقة

عرض شبكة إشارة بصريًا، مثل مسار MAPK

تفسير الروابط: البروتينات المركزية والعُقد المحورية والمعقّدات

الإثراء الوظيفي واستكشاف المسارات باستخدام ShinyGO

مفهوم الأنطولوجيا الجينية والمسارات في KEGG وReactome

تحليل مجموعة بيانات من الجينات أو البروتينات

تحديد مسارات الإشارة المُثرَاة بدلالة إحصائية

التنبؤ بالبنية ثلاثية الأبعاد لبروتينات الإشارة باستخدام AlphaFold

من التسلسل إلى البنية: مبادئ التنبؤ

استخدام قاعدة AlphaFold لبنى البروتينات

تحديد النطاقات الوظيفية، مثل نطاقات الكيناز وSH2

تطبيق: عرض بروتين رئيسي باستخدام PyMOL أو ChimeraX

دراسة حالة متكاملة: مسار PI3K–AKT

إعادة بناء الشبكة باستخدام STRING

إثراء الوظائف المرتبطة باستخدام ShinyGO

عرض بنية AKT أو PI3K عبر AlphaFold

مناقشة: تكامل الأدوات لفهم التنظيم الخلوي

الحدود والآفاق والانفتاح على البحث

حدود البيانات وتفسير النتائج

التكامل مع المقاربات التجريبية

الذكاء الاصطناعي التوليدي والنمذجة الاستشرافية لمسارات الإشارة

محتوى المادة

الفصل 1: مقدمة عامة

الهندسة الإنزيمية

الهندسة البيولوجية

الفصل 2: المفاعلات والعمليات التفاعلية

تعريف المفاعل الكيميائي

تصنيف المفاعلات

طبيعة وسط التفاعل

نمط تشغيل المفاعل

نمط التنشيط والتحول الكيميائي

تعريف مقادير التفاعل

نسبة التحويل

تقدم التفاعل

زمن المكوث

العمليات الميكروبيولوجية

مردود العمليات الحيوية في المفاعل: نماذج حركية النمو الميكروبي

نموذج حركية النمو البكتيري في التشغيل الدفعي

نموذج حركية النمو البكتيري في التشغيل المستمر

مردود العمليات الحيوية في المفاعلات الدفعية والمستمرة

مردود تحويل الركيزة إلى كتلة حيوية

مردود إنتاج مستقلب

الفصل 3: نمذجة المفاعل

نمذجة المفاعل ذي الوسط غير المتجدد

نمذجة نظام حيوي مستمر تام المزج دون إعادة تدوير ومعها

التشغيل المستمر دون إعادة تدوير الكتلة الحيوية

التشغيل المستمر مع إعادة تدوير الكتلة الحيوية

الأنظمة المستمرة تامة المزج ذات المرحلتين

الفصل 4: العمليات في المفاعلات الإنزيمية

المفاعلات الإنزيمية ومفهوم تثبيت الإنزيمات

مفاعلات السرير الثابت

مفاعلات السرير المميّع

تثبيت الإنزيمات

تحديد أبعاد المفاعلات الحيوية الإنزيمية

تجهيز التفاعل الحيوي

الغلاف المزدوج للمفاعل

نظام التحريك

أداء العمليات داخل المفاعلات الحيوية الإنزيمية

الأداء الحركي

كشف النشاط الإنزيمي

الفصل 5: التعقيم

عملية التعقيم

التعقيم بالأوتوكلاف

المراقبة المستمرة لدورة التعقيم

طرائق التعقيم

النظام الدفعي المغلق

التعقيم بأكسيد الإيثيلين

النظام المستمر

التعقيم بالحرارة الجافة

الفصل 6: الانتقال من النطاق المختبري عبر النطاق التجريبي إلى النطاق الصناعي

مراحل زيادة المقياس

تحديات توسيع نطاق العملية الحيوية

النقاط الحرجة الكيميائية

النقاط الحرجة الفيزيائية

معالجة آثار النقاط الحرجة والحد منها أثناء زيادة المقياس

من المختبر إلى الصناعة: حالة تخليق بوليمر؛ 6.2.1 النقاط الحرجة البيولوجية، كما رُتّبت في المصدر

الفصل 7: هندسة الفصل الحيوي

تصنيف عمليات الفصل الحيوي

عمليات الفصل الميكانيكي

قابلية الابتلال

الكثافة الكتلية

حجم الجسيمات

الحركية الكهربائية

عمليات الفصل بالانتشار

الفصل 8: عملية استرجاع مثالية

مراحل عملية الاسترجاع المثالية

الفصل الأولي أو الحصاد

الترشيح

التحلل الحمضي أو بالعوامل الفعالة سطحيا والامتصاص بالطور العضوي بحسب صياغة المصدر

التلبيد والترسيب

عزل الجزيء المستهدف أو التقاطه

استشراب التبادل الأيوني

استشراب الألفة

التنقية

التنقية النهائية

استشراب الاستبعاد الحجمي

استشراب التآثرات الكارهة للماء

الاقتران الحيوي والصياغة

الفصل 9: أجهزة الفصل في الزرع الخلوي الصناعي

مفاعل إرواء مستمر مع احتجاز الخلايا

مفاعل إرواء مستمر يحتجز الخلايا بألياف مجوفة أو أغشية

جهاز إرواء مستمر يحتجز الخلايا بموجات فوق صوتية رنانة

الفصل 10: تحليل نقدي لمفاعلات الإرواء مع احتجاز الخلايا في الصناعة

مزايا كل تصميم في السياق الصناعي

مفاعل إرواء مستمر مع احتجاز الخلايا بألياف مجوفة أو أغشية

مفاعل إرواء مستمر مع احتجاز الخلايا بموجات فوق صوتية رنانة

حدود كل تصميم في السياق الصناعي

مفاعل إرواء مستمر مع احتجاز الخلايا بألياف مجوفة أو أغشية

مفاعل إرواء مستمر مع احتجاز الخلايا بموجات فوق صوتية رنانة

محتوى المقياس

الورشة 1: استخلاص الحمض النووي الجينومي (DNA)

الورشة 2: التقييم الكمي والنوعي للحمض النووي المستخلص

الورشة 3: PCR-RFLP

الورشة 4: تفاعل PCR المتعدد

الورشة 5: تفاعل PCR النوعي للأليل

الورشة 6: PCR-SSCP

الورشة 7: تفاعل PCR الكمي (qPCR)

محتوى المادة

التقنيات التجريبية

تتيح الورشة تطبيق التقنيات الأساسية التالية:

قياس النشاط بطريقة ملائمة للإنزيم المدروس والمستخلص.

قياس البروتينات الكلية بطريقة برادفورد.

إنتاج الإنزيم بالتخمّر المغمور SMF.

الترسيب التجزيئي بكبريتات الأمونيوم.

إزالة الأملاح بالديلزة ثم كروماتوغرافيا الاستبعاد الحجمي، أي الترشيح الهلامي، وكروماتوغرافيا الألفة.

تقييم التنقية بالرحلان على هلام البولي أكريلاميد بوجود SDS، أي SDS-PAGE؛ وردت كلمة أغاروز خطأً في النص الأصلي.

تنظيم الورشات وسيرها

الورشة 1: تحضير المحاليل وأوساط الزرع

الافتتاح والشرح

التذكير بالسلامة المخبرية

الورشة 2: إنتاج إنزيم بالتخمّر المغمور، مثل ألفا-أميلاز بكتيري أو فطري أو إنزيم آخر

الكشف عن الإنتاج باختبار نوعي، مثل تحلّل النشاء.

استخلاص الإنزيم.

قياس النشاط الإنزيمي وكمية البروتين باختبار كمي.

الورشة 3: تنقية الإنزيم

الترسيب التجزيئي بكبريتات الأمونيوم.

إزالة كبريتات الأمونيوم بالديلزة.

كروماتوغرافيا الاستبعاد الحجمي.

كروماتوغرافيا الألفة.

الورشة 4: تقييم التنقية

جدول التنقية.

SDS-PAGE.

الورشة 5: توصيف الإنزيم وتحديد أثر العوامل الفيزيائية والكيميائية على النشاط والثبات

الورشة 6: تحديد المعاملات الحركية للإنزيم

محتوى المادة

الفصل 1: أسس تقنيات النانو المطبّقة على البيولوجيا

تعريفات المواد النانوية ومقاييسها وخصائصها.

تاريخ التكنولوجيا الحيوية النانوية وتطوّرها في البيولوجيا.

مقاربات التصنيع: من الأعلى إلى الأسفل مقابل البناء من الأسفل إلى الأعلى.

أمثلة في التكنولوجيا الحيوية (الجسيمات النانوية البوليمرية والجسيمات الشحمية والنقاط الكمومية وغيرها).

الإكساب الوظيفي للجسيمات النانوية من أجل التطبيقات البيولوجية.

تعديلات السطح

الاستهداف الخلوي

التألّق

الاقتران الجزيئي

أنواع الأجهزة النانوية المستخدمة في التكنولوجيا الحيوية

الجسيمات النانوية المعدنية والبوليمرية والدهنية

المستشعرات النانوية

المسام النانوية والمجسّات النانوية المعدّلة وظيفيًا

المجالات الثلاثة الرئيسية لتقنيات النانو

المواد النانوية: الخصائص والتخليق والتوصيف والتطبيقات الطبية الحيوية

الإلكترونيات النانوية: المستشعرات والدارات النانوية والدمج في منصات الأوميكس

التكنولوجيات الحيوية النانوية: التلاقي بين النانو والبيولوجيا الجزيئية والبيولوجيا المكانية

الفصل 2: مدخل إلى البيولوجيا المكانية والأوميكس

مدخل إلى تقنيات الأوميكس المكانية

علم النسخ المكاني: Visium وCosMx وXenium وMERSCOPE

علم البروتينات المكاني: MACSima وMIBIµ

تحليل الخلية المفردة: scRNA-seq وATAC-seq

التقنيات المرتبطة: الكيمياء النسيجية المناعية وتسلسل الرنا والتصوير متعدد الأهداف

المنصات التكنولوجية الرئيسية

GeoMx Digital Spatial Profiler

MERSCOPE والطرائق الهجينة

Visium HD وXenium وCosMx: مقارنة الأداء

مجالات التطبيق

السرطان وعدم تجانس الأورام

علوم الأعصاب ورسم خرائط أنسجة الدماغ

علم المناعة والالتهاب والأمراض المعدية

الفصل 3: الأجهزة النانوية المدمجة في تقنيات الأوميكس المكانية

مستشعرات بالمقياس النانوي للتصوير متعدد الأهداف وتضخيم الإشارة

الكريات النانوية المعدّلة وظيفيًا (Xenium وCosMx بحسب أمثلة البرنامج)

التضخيم باستخدام جسيمات الذهب أو الفضة النانوية

مجسّات متعددة الأهداف قائمة على المواد النانوية

بنى نانوية لالتقاط الجزيئات وإيصالها ووسمها

الدنا والرنا والبروتينات

دراسات حالة: المكوّنات النانوية في Visium HD أو Xenium وإسهامها في أداء الكشف

الفصل 4: التطبيقات الطبية الحيوية والآفاق

إسهام تقنيات النانو في التشخيص المكاني على مستوى الخلية المفردة

التحديات التكنولوجية والأخلاقية الحيوية لتكامل النانو والأوميكس

نحو طب دقيق تعزّزه مقاربات النانو والأوميكس والتحليل المكاني المتكاملة

محتوى المادة

1. استصدار براءة اختراع

1.1. مدخل إلى حقوق الملكية الفكرية

1.2. أشكال حقوق الملكية الفكرية

أ. الملكية الصناعية

- البراءة

- التصاميم

- العلامة التجارية المسجّلة

- المؤشرات الجغرافية

ب. الملكية غير الصناعية

- حق المؤلف ©

2. تاريخ قانون البراءات وتطوّره

2.1. تطوّر قوانين البراءات

2.2. تاريخ نظام البراءات الجزائري

2.3. الاتفاقيات والمعاهدات الدولية

2.4. قوانين البراءات في بلدان أخرى

3. تصنيف البراءات

3.1. تصنيف البراءات في الجزائر

3.2. تصنيف البراءات لدى الويبو

3.3. فئات البراءات

3.4. البراءات الخاصة

3.5. براءات المنتجات البيولوجية

4. الأحكام التشريعية العامة للبراءات في الجزائر

4.1. القابلية للحماية ببراءة: ما الذي يمكن حمايته؟

4.2. ما لا يمكن حمايته ببراءة

4.3. صاحب الحق في البراءة

4.4. اختراع الخدمة

4.5. وحدة الاختراع

4.6. شهادة الإضافة

5. إجراءات طلب البراءة ومنحها

5.1. الإيداع

5.2. الفحص

5.3. المنح

5.4. الحفاظ على سريان البراءة

6. النظام الوطني للبراءات

6.1. المعهد الوطني الجزائري للملكية الصناعية

6.2. إجراءات إيداع طلب براءة اختراع

7. إيداع طلب براءة في الخارج

7.1. حماية الاختراع في عدة بلدان

7.2. معاهدة التعاون بشأن البراءات PCT

7.3. مزايا معاهدة PCT

7.4. إيداع طلب دولي وفق PCT

8. صاحب البراءة: الحقوق والواجبات

8.1. ملكية البراءة

8.2. حقوق المالك والشركاء في الملكية

8.3. التزامات المالك والشركاء

8.4. نقل حقوق البراءة

8.5. القيود على حقوق البراءة

8.6. استعادة حقوق البراءة

8.7. انتهاكات حقوق البراءات والمخالفات

8.8. دعاوى التعدّي على البراءة وسبل الانتصاف

9. براءات أشكال الحياة

14.1. مقدمة

14.2. معايير منح البراءة

14.2.1. الشروط المسبقة للقابلية للحماية

14.2.2. المتطلبات الأساسية للقابلية للحماية

14.3. براءات الخلايا والخطوط الخلوية

14.4. براءات الجينات وتسلسلات DNA

14.4.1. تسلسلات للاختبارات التشخيصية

14.4.2. تسلسلات أدواتًا للبحث

14.4.3. تسلسلات للعلاج الجيني

14.4.4. تسلسلات لإنتاج بروتينات علاجية

14.5. براءات الحيوانات

14.6. حماية الأصناف النباتية الجديدة

14.6.1. البراءات

14.6.2. نظم خاصة لحماية الأصناف: الاتحاد الدولي لحماية الأصناف النباتية الجديدة UPOV

14.6.3. المؤشرات الجغرافية

10. البراءات في الصيدلة الحيوية

10.1. عرض عام

10.2. المنتجات الصيدلانية والبيوصيدلانية

10.2.1. الفرق بين المنتجات البيولوجية والأدوية التقليدية

10.2.2. البدائل الحيوية والمنتجات البيولوجية «القابلة للتبادل»

10.3. دواعي حماية الملكية الفكرية للمنتجات البيوصيدلانية

10.4. حماية المنتجات البيولوجية بالبراءات

10.4.1. الابتكار التدريجي

10.4.2. إطالة الحماية عبر براءات متعاقبة، Evergreening

10.5. حماية وسائل التشخيص بالبراءات

10.6. أثر حماية البراءات على الاختبارات الجينية

10.7. الاتفاقيات التجارية الدولية بشأن الأدوية

محتوى المادة

مقدمة في البرمجة

ما البرنامج؟ لغات البرمجة

لماذا تُستخدم Python في البيولوجيا؟

أمثلة على التطبيقات العلمية

التثبيت والبدء في الاستخدام

تثبيت Anaconda

أول برنامج نصي بلغة Python

تنفيذ الخلايا والحفظ والتعليقات

المتغيرات وأنواع البيانات

الأنواع الأساسية: int وfloat وstr وbool

الصفوف والمجموعات والقوائم والقواميس

المعاملات الرياضية والمنطقية

التعابير والتعليمات الأساسية (الإدخال والإخراج والإسناد)

بنى التحكم

التعليمات الشرطية: if وelif وelse

معاملات المقارنة

بنى التكرار

حلقتا for وwhile

تعليمتا break وcontinue

اجتياز القوائم

الدوال

تعريف دالة باستخدام def

المعاملات والقيم المُعادة

الملفات

7.1. قراءة ملفات .txt و.csv وكتابتها

7.2. الدوال open() وread() وwrite()

محتوى المادة

الوحدة 1: عالم العجائب

القواعد: الأفعال المساعدة do وbe وhave، وتسمية الأزمنة، والأسئلة والنفي والإجابات القصيرة.

المفردات: تعبيرات التواصل الاجتماعي.

القراءة: عجائب علم الأحياء.

التحدث: مسابقة في البيولوجيا باستخدام الأفعال المساعدة والأسئلة والنفي والإجابات القصيرة.

الاستماع: عشرة من أغرب أنشطة الخلايا.

الكتابة: اكتشاف الخطأ وتصحيحه.

الوحدة 2: أخلاقيات العلوم الحيوية والأمن البيولوجي

القواعد: زمن المضارع.

المفردات: الأعداد في العلوم.

القراءة: أخلاقيات العلوم الحيوية.

التحدث: مناقشة الأخلاقيات في الهندسة الحيوية.

الاستماع: الأمن البيولوجي.

الكتابة: فقرة تصف حقائق علمية باستخدام زمن المضارع والأعداد.

الوحدة 3: سرد قصص علمية

القواعد: زمن الماضي.

المفردات: التمثيلات البيانية.

القراءة: تثمين مخلفات الصناعات الزراعية.

التحدث: مناقشة التأثيرات البيئية للكتلة الحيوية.

الاستماع: تثمين نفايات الصناعات الزراعية.

الكتابة: فقرة تصف الطرائق والنتائج.

الوحدة 4: الهندسة الوراثية

القواعد: الأفعال الناقصة المساعدة.

المفردات: مصطلحات الهندسة الوراثية.

القراءة: هل يمكن لمخلفات المحاصيل توفير وقود لوسائل النقل المستقبلية؟

التحدث: تنمية التفكير النقدي باستخدام الأفعال الناقصة المساعدة في الإنجليزية.

الاستماع: هل يمكن إعادة استخدام الإنزيمات؟

الكتابة: فقرة عن آفاق تطبيقات الكائنات المعدلة وراثياً باستخدام الأفعال الناقصة المساعدة.

الوحدة 5: مستقبل الهندسة الوراثية

القواعد: صيغ المستقبل.

المفردات: مصطلحات الهندسة الوراثية.

القراءة: الاتجاهات المستقبلية للتكنولوجيا الحيوية.

التحدث: ما الدور الذي تتوقع أن تؤديه التكنولوجيا الحيوية الصناعية مستقبلاً؟

الاستماع: مستقبل تحرير الجينوم.

الكتابة: رسالة إلكترونية إلى المشرف على التربص تشرح فيها خطتك عند الوصول.

محتوى المادة

أسس علم الجينوم وعلم البروتيوم

لمحة عن تنظيم جينومات بدائيات النوى وحقيقيات النوى

DNA خارج الصبغيات: البلازميدات البكتيرية والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء.

رسم خرائط الجينوم

الخرائط الوراثية والفيزيائية

الواسمات المستخدمة في رسم الخرائط الوراثية

الطرائق والتقنيات المستخدمة في رسم الخرائط الوراثية

رسم الخرائط الفيزيائية

تحليل الارتباط الوراثي

تقنيات الوراثة الخلوية

تقنية التهجين الموضعي المتألق (FISH) في رسم الخرائط الوراثية

تهجين الخلايا الجسدية

خرائط الهجائن الإشعاعية

التهجين الموضعي

رسم الخرائط الوراثية المقارن

مشاريع تحديد تسلسل الجينومات

مشروع الجينوم البشري

مشاريع تحديد تسلسل جينومات الكائنات الدقيقة والنباتات والحيوانات

الوصول إلى معلومات مشاريع الجينومات واسترجاعها من الويب

علم الجينوم المقارن

تحديد هوية الكائنات وتصنيفها باستخدام الواسمات الجزيئية: تنميط أو تحديد تسلسل RNA الريبوسومي 16S، وتعدد أشكال النوكليوتيد المفرد (SNP)

استخدام الجينومات لفهم تطور حقيقيات النوى

رصد الأمراض الناشئة وتصميم أدوية جديدة

تحديد موقع الجين ضمن تسلسل الجينوم

علم النسخ

مقدمة

الحصول على البيانات

تحديد التسلسل من الجيل الجديد (NGS): تسلسل RNA وتسلسل جزيئات RNA الصغيرة

المصفوفات الدقيقة

qPCR وRT-PCR وqRT-PCR

وصف البيانات

تحويل البيانات وتطبيعها وترشيحها

تحليل بيانات مجموعة النسخ

الجينات ذات التعبير التفاضلي

الجينات المشتركة في التعبير

تفسير النتائج

توصيف مجموعة من الجينات

علم البروتيوم

الغايات

الاستراتيجيات والتحديات في علم البروتيوم

تقنيات البروتيوم: الرحلان الكهربائي الهلامي ثنائي الأبعاد (2D-PAGE)، والتركيز متساوي الكهربية، ومطيافية الكتلة، وMALDI-TOF، ونظام الخميرة ثنائي الهجين

قواعد بيانات البروتيوم

علم الجينوم الوظيفي وعلم البروتيوم

تحليل مجموعة النسخ للتعرّف على الجينات وتوصيف وظائفها

تجميع التسلسلات المتصلة

المشي على الصبغي وتوصيف الصبغيات

تحديد الجينات الوظيفية في الجينوم

وظيفة الجينات

الوراثة الأمامية والعكسية

تآثرات البروتينات مع البروتينات ومع DNA

مصفوفات البروتينات وعلم البروتيوم الوظيفي

التطبيقات الطبية الحيوية والسريرية لعلم البروتيوم

مقدمة في علم المستقلبات وعلم الدهون والجينوميات البيئية وبيولوجيا النظم

الذكاء الاصطناعي المطبّق على البيانات الأوميكية

مقدمة في تطبيق الذكاء الاصطناعي على البيانات الأوميكية

المفاهيم الأساسية: التعلم الآلي والتعلم العميق والشبكات العصبية

التطبيقات العامة في العلوم البيولوجية

الذكاء الاصطناعي في علم الجينوم

التنبؤ بالجينات والعناصر الوظيفية في الجينوم

التوصيف الآلي للتسلسلات وتصنيفها

التحليل المقارن للجينومات على نطاق واسع

الذكاء الاصطناعي في علم النسخ

تحديد الجينات ذات التعبير التفاضلي باستخدام نماذج تنبؤية

تجميع أنماط التعبير باستخدام التجميع غير الخاضع للإشراف

الكشف عن بصمات نسخية مرتبطة بحالات بيولوجية: الأمراض والإجهاد وغيرها

الذكاء الاصطناعي في علم البروتيوم

تحليل أطياف الكتلة باستخدام الشبكات العصبية

التنبؤ ببنية البروتينات ووظيفتها

التعرّف على الأنماط والتآثرات البروتينية

الأعمال الموجّهة:

العمل الموجّه 1: تطبيقات المقاربات الأوميكية

نوع النشاط: عمل تعاوني – خريطة مفاهيم

المقال: How ‘omics technologies can drive plant engineering, ecosystem surveillance, human and animal health

الغاية: التعريف بالمقاربات الأوميكية من خلال عمل تركيبي بصري

الأداة أو النشاط: إنشاء خريطة مفاهيم وبحث وثائقي

العمل الموجّه 2: رسم خرائط الجينوم

المقال: A physical map of the papaya genome with integrated genetic map and genome sequence – Qingyi Yu et al., 2009

الغاية: فهم أسس رسم الخرائط الوراثية والفيزيائية

الأداة أو النشاط: إدماج بطاقة العمل الموجّه الإرشادية الموجودة: أسئلة موجّهة وتفسير النتائج

العمل الموجّه 3: التحليل النسخي وجزيئات RNA الطويلة غير المشفِّرة

المقال: Genome-wide differential expression profiling of mRNAs and lncRNAs associated with prolificacy in Hu sheep – Xu Feng et al., 2018

الغاية: مقدمة في علم النسخ الوظيفي وجزيئات RNA الطويلة غير المشفِّرة

الأداة أو النشاط: إدماج بطاقة العمل الموجّه الإرشادية الموجودة: أسئلة موجّهة وتفسير النتائج

العمل الموجّه 4: التحليل الوظيفي باستخدام ShinyGO وSTRING

المقال: Functional annotation and network analysis of differentially expressed genes in a model organism or tissue

الغاية:

- تحليل مجموعة من الجينات المُعبَّر عنها باستخدام ShinyGO: تحليل الإثراء في GO وKEGG

- استكشاف التآثرات البروتينية باستخدام STRING

الأداة أو النشاط: إدماج بطاقة العمل الموجّه الإرشادية الموجودة: أسئلة موجّهة وتفسير النتائج

العمل الموجّه 5: مسار تحليل متعدد الأوميكس مبسّط: دراسة حالة تكاملية

المادة الدراسية: بيانات محاكاة أو مقال حقيقي يُقدَّم للطلبة، مثل الاستجابة لإجهاد لدى نبات أو حيوان

الغاية:

- الجمع بين RNA-Seq وShinyGO وSTRING وAlphaFold وInterPro

- صياغة تفسير بيولوجي متماسك

الأداة أو النشاط: إدماج بطاقة العمل الموجّه الإرشادية الموجودة: أسئلة موجّهة وتفسير النتائج

العمل الموجّه 6: الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لتحليل البيانات الأوميكية

المقال: AI-assisted prediction of gene-disease associations

الغاية:

- مقدمة في الذكاء الاصطناعي: التجميع وشبكات الجينات والتعلم العميق

- استخدام منصات مثل Orange أو DeepGO

الأداة أو النشاط: إدماج بطاقة العمل الموجّه الإرشادية الموجودة: أسئلة موجّهة وتفسير النتائج

محتوى المادة

الفصل الأول: تاريخ الهندسة الوراثية

الفصل الثاني: الأدوات الإنزيمية للهندسة الوراثية

2.1. إنزيمات التقييد

ظاهرة التقييد

مواقع التعرف

إنزيمات تتعرف إلى تسلسل التقييد نفسه: الإيزوشيزوميرات

نظام التقييد والتعديل RM

منشأ إنزيمات التقييد

تسمية إنزيمات التقييد

أنواع القطع الذي تنفذه إنزيمات التقييد

فئات إنزيمات التقييد

مثيلة مواقع التقييد وتعطيل إنزيمات التقييد

استخدامات إنزيمات التقييد

2.2. إنزيمات أخرى شائعة الاستخدام في الهندسة الوراثية

البوليميرازات

إنزيمات الربط

الفوسفاتازات القلوية

النوكليازات

إنزيمات نوعية أخرى

الفصل الثالث: التهجين الجزيئي

3.1. مراجعة مبدأ تفاعل التهجين

مفهوم درجة انصهار DNA

العوامل المؤثرة في درجة الانصهار

3.2. التهجين الجزيئي

التهجين في الطور السائل

التهجين على دعامة صلبة

3.3. التهجين الموضعي

3.4. المسابير

مبادئ تهجين الأحماض النووية

مفهوم المسبار

استراتيجيات للوسم

وسم مسابير الأحماض النووية الطويلة بنوكليوتيدات موسومة

وسم DNA بإزاحة موضع القطع أحادي الشريط

وسم DNA باستخدام بادئات عشوائية

الوسم أثناء تخليق السلاسل بتفاعل PCR

وسم الرنا

وسم الأحماض النووية بالنظائر المشعة

الوسم غير النظائري للأحماض النووية بالفلوروفورات

الفصل الرابع: النواقل

4.1. مبادئ عامة حول النواقل

مفهوم الناقل وخصائصه

المبادئ العامة لاستخدام الناقل

4.2. البلازميدات

استخدام البلازميد

تحضير البلازميدات

أنواع البلازميدات المختلفة

بلازميدات الجيل الأول

بلازميدات الجيل الثاني

بلازميدات الجيل الثالث

منشأ التضاعف

4.3. العاثيات

استخدام العاثيات

تحضير العاثية

العاثيات المختلفة المستخدمة في البيولوجيا الجزيئية

عاثيات الجيل الأول: العاثية λ

عاثيات الجيل الثاني

4.4. أنواع أخرى من النواقل

الكوزميدات

الكروموسومات الاصطناعية

كروموسوم الخميرة الاصطناعي YAC

الكروموسوم البكتيري الاصطناعي BAC

النواقل المكوكية

النواقل الفيروسية لحقيقيات النوى

الفصل الخامس: استنساخ البروتينات المؤتلفة والتعبير عنها

5.1. مبدأ الاستنساخ

الاستنساخ القائم على PCR

تصميم بادئات PCR للاستنساخ

اختيار إنزيمات التقييد

مراحل الاستنساخ

5.2. مكتبات DNA

مكتبات DNA الجينومي

مكتبات DNA المتمم cDNA

5.3. أنظمة التعبير

اختيار نظام التعبير

التعديلات بعد الترجمة

نظام التعبير بدائي النوى

5.4. الكاسيت الجيني للتعبير عن البروتينات المؤتلفة

5.5. خصائص الإشريكية القولونية E. coli

5.6. خلاصة التعبير غير المتجانس عن بروتين في E. coli

5.7. التعبير عن البروتينات المؤتلفة

الفصل السادس: الكائنات المعدلة وراثيا

6.1. نقل الجينات إلى النباتات

نقل الجينات النباتية وطرائق التحسين التقليدية

تقنيات نقل الجينات النباتية

إنتاج النباتات المعدلة وراثيا

شروط نجاح نقل الجينات النباتية

تقنيات التحويل الوراثي

النقل المباشر

النقل غير المباشر

6.2. نقل الجينات إلى الحيوانات

التعريف

طرائق نقل الجينات لدى الحيوانات

نقل الجينات إلى الأجنة في طور الخلية الواحدة

نقل الجينات بوساطة الخلايا الجنينية

نقل الجينات إلى الأمشاج

استخدام طلائع الحيوانات المنوية

نقل الجينات إلى الخلايا الجسدية

نقل الجينات إلى الميتوكوندريا

تقنيات حديثة أخرى لنقل الجينات

6.3. بناء جين منقول

6.4. تقنيات أخرى لإنتاج الكائنات المعدلة وراثيا

6.5. أهم تطبيقات الكائنات المعدلة وراثيا

6.6. تتبع الكائنات المعدلة وراثيا ووسم منتجاتها

الفصل السابع: التقنيات الجديدة للهندسة الوراثية وتطبيقاتها

7.1. تحرير الجينوم

7.2. النوكليازات القابلة للبرمجة

7.3. التداخل بالرنا

7.4. نوكليازات أصابع الزنك

7.5. نوكليازات TALEN

7.6. نظام CRISPR/Cas9

الفصل الثامن: السلامة الأحيائية والأخلاقيات الحيوية في الهندسة الوراثية

مدخل إلى السلامة الأحيائية

المفاهيم الأساسية

تقييم المخاطر البيولوجية

بروتوكول قرطاجنة

الكائنات المعدلة وراثيا وتحديات السلامة الأحيائية

الأطر التنظيمية للكائنات المعدلة وراثيا

السلامة الأحيائية لمنتجات DNA المؤتلف

تحليل المخاطر وإدارتها

تقييم السلامة: الأغذية والحيوانات والتجارب السريرية

المبدأ الاحترازي

السلامة الأحيائية في المختبر والصناعة

مفاهيم الأخلاقيات الحيوية

محتوى المادة

مفاهيم عامة في الطب الشخصي

البحث السريري وعلم الوراثة الدوائي

الاختبارات الجينية وتحديد الأنماط الظاهرية

تقدّم علم الجينوم الدوائي

مكانة الواسمات الحيوية في المجالات المختلفة وفي علم الأورام

مقاربات جديدة

علم الوراثة

علم البروتيوم

علم المستقلبات

الميكروبيوتا

علم التخلّق فوق الجيني

تحديد تسلسل الإكسوم باستخدام تقنيات الجيل التالي (NGS).

علم الجينوم الدوائي للخطّ الجرثومي

الطب الشخصي القائم على المعطيات الوراثية

الطب الشخصي وتطبيقاته السريرية الحالية

المجالات المتناولة: أمراض القلب والأوعية، وعلم أدوية الألم، والطب النفسي، وعلم الوراثة الدوائي في أمراض الروماتيزم، والتأثيرات الضارة، والتداخلات الدوائية، والأذية الكبدية الناجمة عن الأدوية (DILI)، وعلم وراثة السرطان.

الإرساء الجزيئي

الإرساء الجزيئي وعلم الوراثة الدوائي

مبادئ الإرساء الجزيئي

تطبيقات الإرساء في علم الوراثة الدوائي

استخدام الذكاء الاصطناعي في الإرساء الجزيئي ضمن علم الوراثة الدوائي

إسهامات الذكاء الاصطناعي في علم الوراثة الدوائي

الغابات العشوائية وآلات المتجهات الداعمة (SVM) والشبكات العصبية لنمذجة البيانات متعددة الأوميكس.

التعلّم العميق في تحليل تسلسل الإكسوم بتقنيات NGS والكشف الآلي عن المتغيرات ذات الأهمية السريرية.

التنبؤ بالاستجابة للعلاج باستخدام الذكاء الاصطناعي. دراسة CancerCellNet لتصنيف نماذج السرطان وتقييم مدى تمثيلها النسخي للأورام.

معالجة اللغة الطبيعية (NLP) لاستخراج المعلومات ذات الصلة من المنشورات الطبية.

المنظور الصناعي وتطوير الاختبارات التشخيصية المصاحبة للعلاجات الموجّهة.

من صياغة البروتوكول إلى الدعم المنهجي والتنفيذ.

تثمين البحث والاختصاص القضائي في البراءات والخبرة العملية.

محتوى المادة:

الفصل 1: مراجعة أسس علم المناعة

مكونات الجهاز المناعي

المناعة الفطرية والتكيفية

الجهاز المناعي أثناء أداء وظائفه

الفصل 2: معقد التوافق النسيجي الرئيسي MHC ونظام مستضدات الكريات البيضاء البشرية HLA

الدور والوظيفة

بنية نظام HLA

الجانب الوراثي

الجانب المناعي

الفصل 7: الوراثة المناعية والزرع

HLA التقليدي وزرع الأعضاء

HLA التقليدي وزرع نقي العظم

HLA غير التقليدي من الصنف الأول وزرع الأعضاء

HLA غير التقليدي من الصنف الأول وزرع نقي العظم

تفاعل الطعم ضد المضيف

تحديد أنماط HLA

الفصل 3: الغلوبولينات المناعية

الدور والوظيفة

بنية نظام الغلوبولينات المناعية

الجانب الوراثي

الجانب المناعي

الفصل 5: الوراثة المناعية المقارنة: تطور تعدد الأشكال في بعض جينات الاستجابة المناعية

تعدد أشكال HLA التقليدي

تعدد أشكال HLA غير التقليدي؛ المثالان MICA وMICB كما وردا في البرنامج، وهما جزيئان مرتبطان بالصنف الأول من MHC.

تعدد أشكال المستقبلات الشبيهة بتول TLR

الفصل 6: الوراثة المناعية والأمراض المناعية

السكري المناعي الذاتي

وراثة السكري من النمط الأول

العلاقة بين تعدد الأشكال والأمراض المناعية

الفصل 8: المعلوماتية المناعية

مدخل إلى المعلوماتية المناعية

IMGT: نظام المعلومات الدولي للوراثة المناعية

الفصل 9: العلاجات الحيوية والعلاج الموجّه

التعريف

الدور والوظيفة

آلية العمل

أمثلة على العلاجات الحيوية والموجّهة

الفصل 10: العلاجات المناعية من المختبر إلى التطبيق السريري

علم المناعة في العلاج الحيوي

منهجية التجارب السريرية وإحصاءاتها

مبادئ التجارب السريرية

إنتاج الخلايا المكوِّنة للدم

الجودة والمتطلبات التنظيمية في العلاجات الحيوية

الفصل 11: الأجسام المضادة وحيدة النسيلة ومتعددة النسائل

توظيف الخصائص المعدِّلة للمناعة للخلايا التائية القاتلة الطبيعية ذات المستقبل الثابت iNKT في العلاج المناعي

الفيزياء والكيمياء للنواقل غير الفيروسية في العلاج الجيني

استراتيجيات اللقاحات المضادة لفيروس نقص المناعة البشرية HIV

تصميم المستضدات والتلقيح المضاد للأورام

آليات إزالة التحسس الجلدي

الفيروسومات وتطبيقاتها اللقاحية المضادة لفيروس نقص المناعة البشرية

الفصل 12: العلاج الجيني: مقاربة وراثية لعلاج الأمراض

علاج الأمراض الوراثية في مقابل العلاج الوراثي للأمراض

مبادئ العلاج الخلوي وتطبيقاته

العلاجات القائمة على الخلايا الجذعية

الخلايا الجذعية الجنينية

الخلايا الجذعية النسيجية

التحديات العملية للعلاج الخلوي باستخدام الخلايا الجذعية

العلاج الخلوي الخيفي أو الذاتي

إعادة البرمجة النووية

استحثاث تعدد القدرات في الخلايا الجسدية

التحول من نمط خلوي متمايز إلى نمط آخر

المقاربات الوراثية لعلاج الأمراض بالأدوية والبروتينات المؤتلفة واللقاحات

تحديد أهداف دوائية جديدة

إنتاج البروتينات العلاجية باستنساخ التعبير في الميكروبات أو الخطوط الخلوية للثدييات أو الحيوانات المعدلة وراثيا

إنتاج أجسام مضادة جديدة ذات إمكانات علاجية بالهندسة الوراثية

إنتاج اللقاحات وتحسين وظيفتها بالهندسة الوراثية

إنتاج لقاحات ضد السرطان

مبادئ العلاج الجيني وأنظمة إدخال الجينات إلى خلايا الثدييات

نقل الجينات إلى خلايا المريض في المزرعة أو داخل الأنسجة

إدماج الجينات العلاجية في الكروموسومات؛ نهاية العبارة غير مكتملة في المصدر.

استخدام النواقل الفيروسية لنقل الجينات

النواقل الفيروسية القهقرية

استخدام الفيروسات الغدية والفيروسات المرتبطة بالغدية AAV كنواقل

نواقل فيروسية أخرى

أنظمة النواقل غير الفيروسية

نقل الأحماض النووية بالحقن المباشر أو القذف بالجسيمات

نقل الجينات بوساطة الدهون

جسيمات نانوية من DNA مكثّف

علاجات قائمة على الرنا وقليلات النوكليوتيد والإصلاح الجيني العلاجي

تعطيل انتقائي لأليل طافر

الريبوزيمات العلاجية

الرنا المتداخل الصغير siRNA لأغراض علاجية

استحثاث تخطي الإكسونات بقليلات النوكليوتيد المضادة للمعنى

استهداف جين باستخدام نوكلياز أصابع الزنك

العلاج الجيني في التطبيق العملي

العلاج الجيني للأمراض الوراثية المتنحية التي تصيب خلايا الدم

العلاج الجيني لأمراض أخرى أحادية الجين

العلاج الجيني للسرطان

العلاج الجيني لفيروس نقص المناعة البشرية

محتوى المادة

الحصة 1: 05 ساعات

تحضير المحاليل وأوساط الزرع.

تصميم بادئات الاستنساخ.

الحصة 2: 06 ساعات

استخلاص DNA الجينومي باستخدام عدة.

PCR لاستنساخ الجين المستهدف.

محاكاة استنساخ الجين المستهدف حاسوبيا باستخدام SnapGene.

اختبارات نوعية وكمية: الرحلان الكهربائي في هلام الأغاروز.

الحصة 3: 06 ساعات

تنقية ناتج PCR وقياس كمية DNA.

الهضم الإنزيمي للقطعة المدخلة والناقل pET21/28 a+ بزوج مناسب من إنزيمات التقييد.

محاكاة التسلسل: التحقق حاسوبيا من ناتج PCR الذي حُدِّد تسلسله.

رحلان نواتج الهضم ثم تنقيتها من هلام الأغاروز.

الحصة 4: 06 ساعات

تحضير الخلايا البكتيرية الكفؤة، الجزء 01.

ربط الجين بالناقل البلازميدي.

الحصة 5: 06 ساعات

تحضير الخلايا البكتيرية الكفؤة، الجزء 02.

تحويل سلالة الاستنساخ المضيفة E. coli DH5α.

الحصة 6: 08 ساعات

تحري النسائل المحوّلة في وجود مضاد حيوي.

محاضرة حول تقنية DNA المؤتلف.

استخلاص البناء الوراثي وتحويل سلالة التعبير E. coli BL21 (DE3).

الحصة 7: 06 ساعات

اختبارات التعبير عن الإنزيم المؤتلف، الجزء 01: تحضير مزارع بشروط مختلفة.

الحصة 8: 06 ساعات

اختبارات التعبير عن الإنزيم المؤتلف، الجزء 02: SDS-PAGE.

الحصة 9: 06 ساعات

تنقية الإنزيم المؤتلف الموسوم بالهيستيدين بعمود استشراب ألفة HisTrap.

الرحلان الكهربائي SDS-PAGE.

الحصة 10: 08 ساعات

تأكيد هوية البروتين المؤتلف باللطخة الغربية.

اختبار النشاط البيولوجي للبروتين المعبَّر عنه.

تحليل النتائج.

محتوى المادة

الجزء 1: تقديم Arduino

التعريف

الهدف والفائدة

التطبيقات

أسباب اختيار Arduino

أدوات Arduino

العتاد: لوحة UNO والمتحكم الدقيق ATMega.

البرمجيات: بيئة Arduino IDE والترجمة البرمجية ورفع البرنامج.

البرمجة

ما البرنامج؟

إنشاء برنامج حاسوبي.

دور المترجم البرمجي.

البرمجة في الإلكترونيات

مدخل إلى المتحكم الدقيق.

العناصر الداخلية للمتحكم الدقيق

وحدة المعالجة المركزية CPU.

الذاكرة: Flash وRAM وEEPROM والذاكرة المخبئية والسجلات؛ تختلف المكونات بحسب المتحكم.

برنامج Arduino IDE

العتاد: لوحة Arduino UNO

تقديم اللوحة.

الخصائص الرئيسية: الأطراف والجهد والذاكرة.

الإشارات الرقمية والتناظرية

المستشعرات والكواشف

التمييز التعليمي بين مستشعر القياس المستمر وكاشف الحالة الثنائية.

أمثلة: مستشعر الحرارة وكاشف الحضور.

أسس العد 2 و10 و16

الأساس 10: العشري.

الأساس 2: الثنائي.

الأساس 16: السادس عشري.

جدول تلخيصي للتحويلات.

التحويلات

العشري ↔ الثنائي.

الثنائي ↔ السادس عشري.

لغة Arduino

قواعد اللغة

البرنامج الأدنى: setup() وloop().

التعليمات: الفواصل المنقوطة والأقواس المعقوفة والتعليقات.

البيانات والمتغيرات والثوابت

تعريف الأنواع int وfloat وString.

أمثلة على التصريحات.

أوامر بنية البرنامج

المدخلات والمخرجات الرقمية والتناظرية.

إدارة الزمن: delay() وmillis().

العوامل الحسابية والمنطقية وعوامل الإسناد.

بنى التحكم

الشروط if/else.

الحلقات while وfor.

شاشة LCD

أنواع الشاشات: حرفية رقمية ورسومية.

التوصيل: اتصال متواز أو شبه متواز بحسب صياغة المصدر.

البرمجة باستخدام LiquidCrystal.

الجزء 2: مقياس pH

تعريف مقياس pH

الأقطاب

القطب الزجاجي: نهايات كروية ومخروطية ومسطحة ومدببة قاطعة.

القطب المرجعي: الكالوميل وكبريتات الزئبقوز وكلوريد الفضة.

مبدأ العمل

فرق الجهد وقانون نرنست.

تصنيف حمضي أو متعادل أو قاعدي.

سلسلة قياس الأقطاب

حساب المعاملين a وb.

معايرة مقياس pH

تأثير الحرارة

التطبيق العملي

محاكاة باستخدام Arduino وشاشة LCD.

برنامج اقتناء القياسات والمعايرة.

ج) محتوى المادة

I. المحاضرات

II. الحصص التطبيقية

محتوى المادة

1. معالجة البيانات باستخدام NumPy

استخدام مصفوفات NumPy لتمثيل البيانات البيولوجية (التسلسلات والمصفوفات).

تطبيق العمليات المتجهية وتقطيع البيانات في التحليل.

2. تحليل البيانات البيولوجية باستخدام pandas

قراءة ملفات CSV ومعالجتها (مثل نتائج PCR وقياسات النشاط الإنزيمي).

ترتيب البيانات وتصفيتها وتجميعها للتحليل التجريبي.

3. التصوير البياني للبيانات باستخدام Matplotlib

إنشاء رسوم بيانية (منحنيات ومدرجات تكرارية) لعرض النتائج البيولوجية.

تخصيص الرسوم البيانية (العناوين ومفاتيح الرسم والتسميات).

4. البرمجة كائنية التوجه

المفاهيم الأساسية: فهم الأصناف والكائنات والسمات والطرائق، وتنفيذ صنف بسيط.

الوراثة والطرائق الخاصة.

5. مقدمة إلى Biopython

قراءة ملفات FASTA وتحليلها.

استخراج معلومات من تسلسلات DNA (الطول والمحتوى).

محتوى المادة

الوحدة 1: عالم العمل

القواعد: المضارع التام.

المفردات: مصطلحات العمل والتوظيف.

القراءة: وظائف الأحلام.

التحدث: ما وظيفة أحلامك؟

الاستماع: أنواع شركات التكنولوجيا الحيوية.

الكتابة: كتابة رسائل الترشح للوظائف.

الوحدة 2: الطحالب الدقيقة — ذهب المستقبل الأخضر؟

القواعد: الجمل الشرطية.

الإنجليزية اليومية: تقديم الاقتراحات.

القراءة: منتجات عالية القيمة المضافة من الطحالب الدقيقة.

التحدث: ماذا ستفعل إذا توفر لك تمويل؟

الاستماع: الوقود الحيوي من الطحالب الدقيقة.

الكتابة: «لو أن الطحالب الدقيقة…».

الوحدة 3: التكنولوجيا الحيوية الغذائية

القواعد: الكلام المنقول.

المفردات: مصطلحات التكنولوجيا الحيوية.

القراءة: تطبيقات الإنزيمات في الصناعات الغذائية.

التحدث: هل استخدام الإنزيمات في الغذاء آمن؟

الاستماع: الإنزيمات في الحليب والجبن.

الكتابة: نص علمي باستخدام الكلام المنقول.

الوحدة 4: خلية الوقود الحيوي

القواعد: تعبيرات الكمية.

المفردات: مصطلحات خلايا الوقود الحيوي.

القراءة: خلايا الوقود الحيوي والإنزيمات والميكروبات لإنتاج الطاقة.

التحدث: لماذا لا يتوفر لدينا وقود حيوي عملي حتى الآن؟

الاستماع: مستقبل الطاقة الحيوية.

الكتابة: من جداول إكسل إلى النص، مع استخدام تعبيرات الكمية.

الوحدة 5: ريادة الأعمال في التكنولوجيا الحيوية

القواعد: جمل الوصل.

المفردات: ريادة الأعمال.

القراءة: الركائز الثلاث لريادة الأعمال في التكنولوجيا الحيوية.

التحدث: التكنولوجيا الحيوية والتنمية الاقتصادية.

الاستماع: التكنولوجيا الحيوية بوصفها مستقبل التصنيع.

الكتابة: نص علمي باستخدام جمل الوصل.

محتوى المادة

I – الجينوميات البيئية

1 – مقدمة في الجينوميات البيئية

2 – استراتيجيات الجينوميات البيئية

– الجينوميات البيئية الشاملة

– الجينوميات البيئية المستهدفة

– الرنا الريبوسومي 16S

3 – الإسناد التصنيفي

– استراتيجية الإسناد إلى مرجع مغلق

– استراتيجية الإنشاء من جديد

– جدول الوحدات التصنيفية التشغيلية

4 – تحليل البيانات

– تنوع ألفا

– تنوع بيتا

II – الميكروبيوتا

1 – مقدمة في الميكروبيوتا

– البنية والوظيفة

– تنوع الميكروبيوتا لدى الإنسان السليم

2 – اختلال توازن الميكروبيوتا

– وظائف وافرة جدًا تؤديها كائنات دقيقة منخفضة الوفرة

– التباين التطوري والوظيفي بين الأنماط المعوية

– المؤشرات الحيوية الوظيفية المرتبطة بالمضيف

– الارتباطات بالنمط الظاهري للمضيف

– العلاقة بين الاستقلاب والميكروبيوتا

III – الميتاجينوم الخاص بالميكروبيوتا

1 – التباين التطوري والوظيفي الشامل للميتاجينومات المعوية

2 – الجينوميات والجينوميات البيئية البكتيرية: التطبيقات السريرية والأهمية الطبية

3 – أدوات التشخيص

– تطوير أدوات التشخيص الجزيئي

– تطوير الأدوات المصلية

4 – مقاومة المضادات الحيوية

5 – وبائيات البكتيريا متعددة المقاومة وانتشارها

الأعمال الموجّهة

تحليل المقالات

التحليل الإحصائي لبيانات الجينوميات البيئية باستخدام برنامج R

محتوى المادة

المفاهيم

تاريخ البيولوجيا التركيبية

أسس البيولوجيا التركيبية

هندسة الأنظمة الحية

أدوات البيولوجيا التركيبية ومقارباتها

الكيمياء والكيمياء الحيوية وإعادة ترميز الأنظمة الحية

الهندسة الاستقلابية

تحديد تسلسل الدنا وتصنيعه: الوحدات البنائية الأساسية

إعادة الكتابة الجينية

مفاهيم الأحماض النووية الغريبة

النمذجة الرياضية

القياسات: الفحص المجهري وقياس التدفق الخلوي

تصميم مسارات استقلابية حسب الطلب

تصميم أنظمة التنظيم

التطبيقات

التحديات المستقبلية للبيولوجيا التركيبية

السلامة والجوانب الاجتماعية والأخلاقية

محتوى المادة

الجزء النظري:

التكنولوجيا الحيوية النباتية

1.1. لمحة تاريخية عن التكنولوجيا الحيوية النباتية

1.2. الطرائق التقليدية لتحسين النباتات

إدخال الجينات إلى النباتات

النقل غير المباشر للحمض النووي DNA إلى الخلايا النباتية بوساطة الأجروباكتيريوم

اكتشاف البلازميد Ti

من عامل ممرض إلى ناقل للتحويل الوراثي: مراحل إصابة الخلية النباتية ببكتيريا A. tumefaciens

النقل غير المباشر لـDNA: التطبيقات العملية لاستخدام الأجروباكتيريوم في التحويل الوراثي للنباتات

النقل المباشر لـDNA إلى الخلايا النباتية

القذف الجيني

التثقيب الكهربائي

الألياف الإبرية الدقيقة

الالتقاط المباشر لـDNA

مجموعة أدوات للهندسة الوراثية للنباتات

أدوات زيادة التعبير الجيني وخفضه

استخدام النباتات المحوّرة وراثياً في استراتيجيات البحث والتطوير

أدوات التحكّم المكاني والزماني في التعبير عن جين مستهدف: المحفّزات المستمرة والقابلة للاستحثاث والنوعية للأنسجة؛ ومنهيات النسخ؛ وعناصر أخرى في التركيب الجيني تتعلق بتعبير الجينات المنقولة والتوجيه داخل الخلية؛ وواسمات الانتقاء.

استراتيجيات التعديل العقلاني للتعبير الجيني: استراتيجيات الاتجاه الموافق والمعاكس، والريبوزيمات، والإسكات المشترك، وتداخل RNA.

استراتيجيات اكتشاف الجينات النباتية: الوسم التنشيطي، والطفرات العشوائية، والطفرات الموجّهة وتحرير الجينوم، واكتشاف المحفّزات.

السلامة والأخلاقيات الحيوية في التكنولوجيا الحيوية النباتية

المخاطر البيولوجية

الانتقال غير المنضبط للمادة الوراثية بين المحاصيل المعدّلة وغير المعدّلة

التأثير في التنوع البيولوجي وظهور المقاومة

تدابير السلامة الحيوية

الاحتواء البيولوجي

المناطق العازلة

المراقبة بعد الزراعة

تطبيق بروتوكول قرطاجنة ومبدأ الاحتياط

اعتبارات أخلاقية

الحفاظ على التنوع البيولوجي وحماية الزراعة المحلية

احترام الموافقة المستنيرة

الإنصاف في إتاحة الابتكارات والشفافية بشأن الكائنات المعدّلة وراثياً

الأعمال التطبيقية

القدرة الكلية على التمايز

عزل البروتوبلاستات ودمجها

إعداد النمط النووي

إنتاج نباتات أحادية الصيغة الصبغية ومضاعفة صبغياتها

محتوى المادة

الفصل 1: مدخل إلى تصميم العمليات

الفصل 2: مبادئ هندسة العمليات الحيوية

العمليات الحيوية الصناعية: التحفيز الحيوي والعمليات الوحدوية والتطبيقات

تصميم العمليات الحيوية

نمذجة العمليات الحيوية ومحاكاتها

التحسين الاقتصادي والبيئي للعمليات الحيوية

دراسة حالة: ميزان الكتلة لعملية حيوية

الفصل 3: العمليات الحيوية وإنتاج البروتينات المؤتلفة

التحويلات الحيوية الإنزيمية الصناعية

تصميم عملية حيوية مستمرة تجمع إنتاج بروتين مؤتلف وتنقيته

نمذجة مفاعل حيوي للتعبير عن بروتين مؤتلف ومحاكاته

دراسة حالة: عملية صناعية لإنتاج لقاحات مؤتلفة

الفصل 4: عمليات التخمير الميكروبي

عمليات التخمير الميكروبي الصناعية

تصميم عمليات التخمير الميكروبي

نمذجة مفاعل حيوي إنزيمي ومحاكاته

دراسة حالة: عملية صناعية لإنتاج بروتين مؤتلف بالتخمير

الفصل 5: عمليات التنقية — المعالجة اللاحقة (DSP)

المقاربة الشاملة للمعالجة اللاحقة

العمليات الوحدوية الرئيسية للتنقية في العمليات الحيوية

تصميم عملية المعالجة اللاحقة واختيار التقنيات

دراسات حالة: التنقية الصناعية لليسين

ملاحظة: دراسات الحالة المذكورة استرشادية ويمكن أن تتغير.

محتوى المادة

المرحلة 01: زراعة الخلايا وتشعيعها

عزل الخلايا أحادية النواة من الدم المحيطي (PBMC) بالطرد المركزي على تدرّج كثافة باستخدام Ficoll®.

تعريض الخلايا أحادية النواة المأخوذة من الدم المحيطي لمتبرعين أصحاء للأشعة فوق البنفسجية.

زراعة الخلايا عند 37 درجة مئوية وبتركيز 5% من ثاني أكسيد الكربون.

جمع الخلايا في أوقات مختلفة لإجراء الدراسة الجينية والبروتينية.

المرحلة 02: دراسة أثر التشعيع في التعبير عن جين p53

استخلاص الرنا الكلي

المعالجة بإنزيم DNase

قياس كمية الرنا

النسخ العكسي للرنا الرسول إلى دنا متمّم (RT-PCR)

قياس كمية الرنا الرسول باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل في الزمن الحقيقي (qPCR)

تحليل النتائج وتفسيرها

المرحلة 03: دراسة أثر التشعيع في التعبير عن البروتين p53 وشكله المفسفر

تحليل الخلايا الناتجة عن الزرع الخلوي

تقدير كمية البروتينات باستخدام كاشف برادفورد

تحضير العينات

الرحلان الكهربائي على هلام متعدد الأكريلاميد

نقل البروتينات إلى غشاء

الكشف المناعي باستخدام جسم مضاد أولي نوعي وجسم مضاد ثانوي مقترن

إظهار النتائج وتفسيرها

القياس الكمي للحزم

محتوى المقياس

يقترح الأساتذة المسؤولون و/أو الطلبة مواضيع المشاريع المصغّرة. ويطبّق كل موضوع مجالاً واحداً على الأقل مما دُرس سابقاً، كالهندسة الوراثية أو الكيميائية الحيوية أو الميكروبية أو الإنزيمية أو المعلوماتية الحيوية، لمعالجة إشكالية أو إنجاز تطبيق مبتكر في الصناعة أو الصيدلة أو الطب أو مجال ذي صلة.

محتوى المادة

مقدمة: التعرف على بيئة R

تثبيت البرنامج

أساسيات استخدام R

حساب المتوسطات والانحرافات المعيارية

تحليل الارتباط والانحدار

التمثيلات البيانية

تحليل التباين الأحادي والثنائي العامل وتحليل التغاير

الاختبارات الإحصائية

محتوى المادة

الفصل 1: مبادئ الهندسة العكسية وتحدياتها في علوم الحياة

المفاهيم الأساسية للهندسة العكسية

التعريف والتاريخ

نشأة المفهوم في الهندسة الميكانيكية والإلكترونية ثم تكييفه مع علوم الحياة.

أهمية الهندسة العكسية في البيولوجيا الحديثة: الفهم والتحسين وإعادة الإنتاج.

1.2. الفروق بين الهندسة العكسية والهندسة المباشرة

الهندسة المباشرة: مسار تصميم خطي من الفكرة إلى المنتج.

الهندسة العكسية: الانطلاق من منتج موجود لاستنتاج تصميمه.

التطبيقات الصناعية

صيانة الأجهزة البيولوجية وتحسينها، مثل أجهزة PCR وأجهزة تحديد التسلسل.

الابتكار التنافسي: الطباعة الحيوية وتطوير أدوات تشخيص بديلة.

قابلية التشغيل البيني: التوافق بين الأجهزة والبرمجيات وقواعد البيانات.

سلّم مستويات الجاهزية التكنولوجية (TRL)

عرض المستويات التسعة للجاهزية التكنولوجية

TRL 1: ملاحظة المبادئ العلمية الأساسية.

TRL 5: التحقّق من التكنولوجيا في بيئة ملائمة.

TRL 9: نظام مثبت في بيئة تشغيلية.

تحديد موقع المشروع البيولوجي على سلّم الجاهزية التكنولوجية

أمثلة: تطوير اختبار PCR سريع وإنتاج لقاحات تجريبية.

المتطلبات اللازمة للانتقال بين مستويات الجاهزية

الموارد البشرية والمادية والمالية.

تخطيط التجارب التجريبية النصف صناعية وما قبل الصناعية.

الإطار القانوني والملكية الفكرية

3.1. مشروعية الهندسة العكسية في ضوء براءات الاختراع

مبدأ الاستخدام العادل وقانون حقوق المؤلف للألفية الرقمية (DMCA) والتوجيهات الأوروبية.

تحليل مقارن دولي

جدول موجز:

إدارة المخاطر القانونية

صياغة عقود واضحة وشروط خاصة بالهندسة العكسية وتدابير الحماية من التحايل.

الحدود القانونية

السماح بالهندسة العكسية لأغراض التحليل والتشغيل البيني ومنع النسخ أو إعادة البيع دون ترخيص.

الفصل 2: مقاربات متكاملة للهندسة العكسية والمعلوماتية الحيوية ونمذجة النظم البيولوجية

الهندسة العكسية للنظم البيولوجية

مقاربة تفكيك النظم البيولوجية

تفكيك الشبكات الأيضية ومسارات نقل الإشارة.

إعادة البناء الوظيفي انطلاقاً من البيانات التجريبية.

أمثلة تطبيقية

شبكات الاستجابة للإجهاد التأكسدي.

الآليات الجزيئية للموت الخلوي المبرمج.

المعلوماتية الحيوية والبرمجيات الحرة في العلوم البيولوجية

2.1. مقدمة في البرمجيات مفتوحة المصدر

استخدام Biopython وRStudio وGalaxy للتحليل الحيوي.

ورشات تطبيقية

توسيم الجينومات باستخدام GenomeTools.

تحليل بيانات تسلسل الجينات المستهدفة باستخدام FastQC وClustal Omega.

النمذجة والمحاكاة في البيولوجيا

أدوات المحاكاة الحرة

استخدام COPASI لديناميكا النظم الكيميائية الحيوية.

استخدام CellDesigner لنمذجة شبكات نقل الإشارة.

مشاريع مصغّرة

محاكاة ديناميكا شبكة التهابية.

تحسين مسار أيضي باستخدام نموذج ديناميكي.

الهندسة العكسية للأدوات الجينية

تحليل البلازميدات وهندستها العكسية باستخدام Benchling وSnapGene Viewer.

هندسة المحفّزات والجينات المُبلِّغة.

ورشة: إعادة تصميم تركيب جيني محسّن للتعبير البكتيري.

محتوى المادة

الوحدة 1: القواعد الأساسية للغة المخطوطات العلمية

- نظرة عامة على لغة المخطوطات العلمية

- الأزمنة

- القواعد النحوية

- الجمل

- الفقرات

الوحدة 2: الأخطاء الشائعة التي ينبغي تجنّبها عند كتابة مخطوطة علمية

الوحدة 3: مناقشة الأطروحة

- ما مناقشة الأطروحة؟

- كيفية بدء العرض

- صياغة إشكالية البحث وأهدافه

- وصف المنهجية

- وصف النتائج ومناقشتها

- الخلاصة والآفاق

- تحسين الانتقال بين أجزاء العرض

- كيفية اختتام العرض

الوحدة 4: ما بعد التخرّج: ما الخطوة التالية؟

- تحديد الأهداف المهنية

- التحضير لمقابلة توظيف

- إعداد السيرة الذاتية

- كتابة رسالة تحفيزية

- التقدّم للحصول على منحة دراسية