CMBS2404 Sekvenssointiteknologiat nyt ja tulevaisuudessa (2–5 op)

Sekvensointi on biologinen menetelmä, jonka avulla voidaan määrittää DNA- tai RNA-molekyylien nukleotidien eli DNA:n ja RNA:n perusyksiköiden tarkka järjestys. Tämä prosessi on keskeinen genetiikassa ja molekyylibiologiassa, sillä se mahdollistaa eliöiden perimän ymmärtämisen ja tutkimisen. Sekvensointitekniikat ovat kehittyneet vuosien varrella. Alkuperäisestä Sanger-sekvensoinnista on siirrytty nykyaikaisiin menetelmiin, kuten seuraavan sukupolven sekvensointiin (NGS), joka mahdollistaa suuren määrän DNA:n tai RNA:n sekvensoinnin nopeasti ja kustannustehokkaasti. Nämä tekniikat ovat mullistaneet genetiikan, mahdollistaen uudet lääketieteelliset läpimurrot, kuten henkilökohtaisen lääketieteen. Sekvensointitekniikoita käytetään laajasti tutkimuksessa, kehitystyössä ja laaduntarkkailussa.

Tämä kurssi jakautuu kahteen osaan: luentoihin (2 op) ja laboratoriotöihin (3 op).

Luento-osion osaamistavoitteet ovat seuraavat:

1. Virstanpylväät sekvensointiteknologiassa - Sanger-sekvensoinnista seuraavan sukupolven sekvensointiin (NGS)

2. DNA:n ja RNA:n sekvensoinnin periaatteet

3. Nykyiset sekvensointiteknologiat: Illumina, PacBio ja Oxford Nanopore

4. Sekvensointimenetelmien vertailu

5. Nykyisten sekvensointiteknologioiden sovellukset: Genomiikka ja lääketieteellinen tutkimus, metagenomiikka, ympäristötutkimukset, epidemiologia ja maatalous

6. Yleiskatsaus sekvensointidatan analysointiprosessiin, bioinformatiikan työkaluihin ja tietokantoihin

7. Eettiset harkinnat geneettisessä sekvensoinnissa: yksityisyys, suostumus ja datan jakaminen genomitutkimuksessa

8. Nousevat trendit ja tulevaisuuden suunnat: Sekvensointiteknologioiden seuraavat rajat, yksittäissolusekvensointi, tekoäly ja koneoppiminen sekvensointidatan tulkinnassa

9. Sekvensoinnin tulevaisuus: Vaikutus mm. henkilökohtaiseen lääketieteeseen, tautien ehkäisyyn ja hoitoon, epidemiologiaan

Laboratoriotyön oppimistavoitteet ovat seuraavat:

DNA:n eristämistekniikoiden ymmärtäminen:

1. DNA:n eristämisen perusperiaatteet ja -tekniikat erilaisista näytetyypeistä.
2. Käytännön kokemusta näytteiden valmistelusta DNA:n eristämiseen.
3. Eristetyn DNA:n puhtauden ja pitoisuuden määrittäminen.

Ampliconi 16S -kirjaston valmistelu:

1. 16S rRNA -geenin merkitys mikrobien tunnistamisessa ja fylogeneettisissä tutkimuksissa.
2. PCR:n avulla tapahtuvan 16S rRNA -geenialueen amplifioinnin vaiheet.
3. Ampliconikirjastojen valmistelun vaiheet, kuten alukkeiden valinta, sekvensointiadapterien liittäminen, näytteiden barkoodaus, PCR ja ampliconien puhdistaminen.

Kokonaisen genomin kirjaston valmistelu:

1. Genomin sekvensointia varten tehtävän kirjaston valmisteluprosessi.

Laadunvalvonta ja validointi:

1. Tekniikat lähtömateriaalin ja valmisteltujen kirjastojen laadun arvioimiseksi esimerkiksi geelielektroforeesin avulla

Sekvensointidatan perusanalysointi (tarkempi bioinformatiikka-analyysi opetetaan kurssilla ECOS1200) 

Tämä kurssi jakautuu kahteen osaan: luentoihin (2 op) ja laboratoriotöihin (3 op). Luento-osuudelle osallistuminen on pakollista, jos haluaa osallistua laboratoriotöihin. 

Kurssin laboratorio-osa on tarkoitettu biologian kandidaattiohjelman suorittaneille ja Solu- ja molekylibiologian ja Nanotieteiden maisteri-ohjelmien opiskelijoille. Osa laboratorio-osuudessa käytettävästä biologisesta materiaalista siirtyy kurssille kurssilta CMBS2405 (Mikrobiologian syventävä kurssi). Vastaavasti laboratorio-osuudella tuotettua dataa hyödynnetään kurssilla ECOS1200 Advanced bioinformatics: microbial communities and genomes. Välttämätöntä näille muille kursseille osallistuminen ei kuitenkaan ole. 

Luentodiat ja asiaa käsittelevät julkaisut.

All materials for the laboratory part will be provided during the course.