Biomolekuly

• Proteiny. Složení, aminokyseliny a prosthetické skupiny, posttranslační modifikace, hierarchie struktury, intramolekulární interakce.
• Enzymy a jejich systematika, aktivita, interakce se substrátem a základy kinetiky a její charakterizace. Inhibice a její rozdělení, příklady léčiv.
• Nukleové kyseliny. Složení DNA a RNA, struktury a zapojené interakce, typy a funkce.

Bioenergetika

• Makroergní sloučeniny. Chemiosmotický mechanismus konzervace energie. Principy organizace elektrontransportních řetězců u mitochondrií, chloroplastů a bakterií. Zapojení mitochondrií a chloroplastů do buněčného metabolismu. Integrace a regulace energetického metabolismu u člověka.
• Energetické zásoby. Zdroje ATP. ADP / adenylátkinasa, fosfokreatin / kreatinkinasa, anaerobní a aerobní metabolismus.

Fyziologická biochemie a biochemické regulace

• Mezibuněčná a vnitrobuněčná signalizace. Signály intrakrinní, autokrinní, juxtakrinní, parakrinní a endokrinní.
• Hormony – eikosanoidy, steroidy, deriváty aminokyselin, peptidové a proteinové.Působení hormonů, kontrolní místa regulace metabolismu sacharidů a lipidů, funkce AMP-dependentní proteinkinázy, orgánová specifita.
• Receptory spojené s iontovými kanály, G-proteiny a tyrosinkinázou; intracelulární receptory. Druzí poslové a jejich funkce – cAMP, cGMP, inositoltrisfosfát, Ca2+, NO, diacylglycerol, fosfoinositidy. Příklady signálních drah.

Biochemické metody

• Izolace proteinů a nukleových kyselin, separace a kvantifikace proteinů a nukleových kyselin. Lýze buněk, frakcionace, filtrace, centrifugace. Chromatografické techniky. Elektroforéza a její varianty. Zhodnocení purifikace.
• Molekulová hmotnost biopolymerů a metody stanovení. SDS PAGE, gelová permeační chromatografie, hmotnostní spektrometrie, rozptyl světla, centrifugační metody.
• Určení prostorové struktury biopolymerů. CD a IR spektrometrie, NMR, rentgenostrukturní analýza, elektronová mikroskopie, analýza in silico.
• Základy genomiky. Metody mapování genů a jejich exprese, sekvenační techniky. Detekce polymorfismů. Klonování, selekce transformovaných buněk.
• Rekombinantní proteiny. Prokaryotní a eukaryotní expresní systémy, vektory, metody indukce, značky, glykosylace. Cílená mutageneze.
• Proteomika. Základní metody a přístupy, využití MS. Identifikace a kvantifikace proteinů ve směsích, analýza protein-proteinových interakcí. Využití databází.
• Bioinformatické techniky. Základní pojmy, porovnávání sekvencí a struktur, příklady využití databází a softwarových nástrojů. Predikce struktury proteinů. Proteinové rodiny.
• Studium afinitních interakcí biomolekul a vazby ligandů s biomakromolekulami. Rovnovážná dialýza, spektroskopické techniky, titrační kalorimetrie, SPR biosensory, afinitní kapalinová chromatografie a kapilární elektroforéza s MS. Zpracování dat a získání kinetických parametrů.
• Bioanalytické techniky. Enzymová stanovení, enzymové značky, enzymové biosensory. Imunostanovení, ELISA. Stanovení nukleových kyselin, PCR a real-time PCR.

Enzymologie

• Enzymová aktivita a její měření (způsoby vyjadřování enzymové aktivity, standardizace podmínek, příklady měření fotometrických, fluorimetrických, luminometrických, kalorimetrických a měření s použitím pH státu, analýza izoenzymového složení, význam katalytických koncentrací enzymů v klinické biochemii)
• Kinetika jednosubstrátové enzymové reakce (rovnovážné a stacionární přiblížení, rovnice Michaelise a Mentenové v diferenciálním a integrálním tvaru, význam a experimentální stanovení Michaelisovy konstanty a limitní rychlosti, prestacionární kinetika)
• Inhibice enzymových reakcí (typy reversibilní inhibice a jejich diagnostika, inhibice substrátem a produktem, vysokoafinitní reverzibilní inhibitory, ireverzibilní inhibice - afinitní značení, inaktivace závislá na reakčním mechanismu, analoga přechodového stavu.
• Inhibitory enzymů v praxi. Příklady inhibitorů a mechanismu jejich účinku: léčiva, herbicidy, pesticidy, toxiny.
• Kinetika vícesubstrátových enzymových reakcí (klasifikace kinetických mechanismů a jejich znázornění pomocí Clelandovy symboliky, kinetické rovnice, experimentální rozlišení mezi jednotlivými mechanismy, primární a sekundární grafy, inhibice produkty, analogy substrátů, izotopová výměna)
• Regulace enzymové aktivity (regulace na úrovni biosyntézy a odbourávání molekul enzymu, aktivace proenzymů/zymogenů, reverzibilní kovalentní modifikace, protein fosforylasy a protein fosfatasy, alosterické enzymy, regulační místa hlavních metabolických drah)
• Imobilizované enzymy (používané nosiče, chemické metody imobilizace, kinetika imobilizovaných enzymů, vnější a vnitřní difuze substrátu, vliv imobilizace na kinetické parametry, pH optimum a stabilitu enzymu, význam imobilizovaných enzymů pro praxi)
• Enzymy jako činidla, značky a reportéry (stanovení analytů s použitím rozpustných enzymů, rovnovážné a kinetické metody, enzymové biosenzory - rozdělení podle měřené elektrické veličiny, analytické charakteristiky a příklady použití, enzymová imunoanalýza, enzymy jako markery genové exprese)
• Chemické mechanismy enzymové katalýzy (acidobasická katalýza, nukleofilní a elektrofilní katalýza, kovalentní katalýza, příklady účasti konkrétních aminokyselinových zbytků a kofaktorů)

Obecné parametry biotechnologických procesů

• Míchání, laminární a turbulentní tok v bioreaktorech, dopad na vlastnosti produkčních organismů.
• Rozdíly mezi laboratorním, poloprovozním a provozním měřítkem, přenos parametrů bioprocesu do většího měřítka.
• Aerace v bioprocesu, určení objemového koeficientu přestupu kyslíku, biochemické a biotechnologické parametry optimální aerace.
• Kinetika bioprocesů. Kinetika růstu biomasy v jednorázovém procesu. Kinetika spotřeby substrátu a tvorby produktu.
• Základní principy kontinuální kultivace. Rovnovážný stav v chemostatu a vyplavování kultury, odhad zřeďovací rychlosti z údajů jednorázového procesu.
• Imobilizované biokatalyzátory, biotechnologický význam, rozdíly mezi volnými a imobilizovanými enzymy a buňkami. Dopad imobilizace na parametry reakce. Základní typy bioreaktorů s imobilizovanými biokatalyzátory, význam kinetických rovnic popisujících daný reaktor.

Biochemické a biologické principy vybraných biotechnologických procesů

• Sekundární metabolismus a biotechnologie, biochemické principy.
• Výroba piva. Suroviny a hlavní fáze výroby, působení amylas, pivovarské kvasinky, průběh kvašení a dokvašování.
• Výroba vína. Suroviny a hlavní fáze výroby, vinné kvasinky, průběh hlavního kvašení a dokvašování.
• Produkce biomasy jako zdroje bílkovin. Obnovitelné a neobnovitelné suroviny, organismy, základní principy procesů.
• Biotechnologie v ochraně životního prostředí. Bioremediace, biochemické a biologické principy a praktická řešení: biodegradace uhlovodíků, likvidace toxických kovů, důlní odpady. Bioplyn, biopaliva, řasy v biotechnologii. Bioelektřina (princip buněčných palivových článků).

Pokročilá biochemie

Biomolekuly

• Proteiny. Složení, aminokyseliny a prosthetické skupiny, posttranslační modifikace, hierarchie struktury, intramolekulární interakce.
• Enzymy a jejich systematika, aktivita, interakce se substrátem a základy kinetiky a její charakterizace. Inhibice a její rozdělení, příklady léčiv.
• Nukleové kyseliny. Složení DNA a RNA, struktury a zapojené interakce, typy a funkce.

Bioenergetika

• Makroergní sloučeniny. Chemiosmotický mechanismus konzervace energie. Principy organizace elektrontransportních řetězců u mitochondrií, chloroplastů a bakterií. Zapojení mitochondrií a chloroplastů do buněčného metabolismu. Integrace a regulace energetického metabolismu u člověka.
• Energetické zásoby. Zdroje ATP. ADP / adenylátkinasa, fosfokreatin / kreatinkinasa, anaerobní a aerobní metabolismus.

Fyziologická biochemie a biochemické regulace

• Mezibuněčná a vnitrobuněčná signalizace. Signály intrakrinní, autokrinní, juxtakrinní, parakrinní a endokrinní.
• Hormony – eikosanoidy, steroidy, deriváty aminokyselin, peptidové a proteinové.Působení hormonů, kontrolní místa regulace metabolismu sacharidů a lipidů, funkce AMP-dependentní proteinkinázy, orgánová specifita.
• Receptory spojené s iontovými kanály, G-proteiny a tyrosinkinázou; intracelulární receptory. Druzí poslové a jejich funkce – cAMP, cGMP, inositoltrisfosfát, Ca2+, NO, diacylglycerol, fosfoinositidy. Příklady signálních drah.

Biochemické metody

• Izolace proteinů a nukleových kyselin, separace a kvantifikace proteinů a nukleových kyselin. Lýze buněk, frakcionace, filtrace, centrifugace. Chromatografické techniky. Elektroforéza a její varianty. Zhodnocení purifikace.
• Molekulová hmotnost biopolymerů a metody stanovení. SDS PAGE, gelová permeační chromatografie, hmotnostní spektrometrie, rozptyl světla, centrifugační metody.
• Určení prostorové struktury biopolymerů. CD a IR spektrometrie, NMR, rentgenostrukturní analýza, elektronová mikroskopie, analýza in silico.
• Základy genomiky. Metody mapování genů a jejich exprese, sekvenační techniky. Detekce polymorfismů. Klonování, selekce transformovaných buněk.
• Rekombinantní proteiny. Prokaryotní a eukaryotní expresní systémy, vektory, metody indukce, značky, glykosylace. Cílená mutageneze.
• Proteomika. Základní metody a přístupy, využití MS. Identifikace a kvantifikace proteinů ve směsích, analýza protein-proteinových interakcí. Využití databází.
• Bioinformatické techniky. Základní pojmy, porovnávání sekvencí a struktur, příklady využití databází a softwarových nástrojů. Predikce struktury proteinů. Proteinové rodiny.
• Studium afinitních interakcí biomolekul a vazby ligandů s biomakromolekulami. Rovnovážná dialýza, spektroskopické techniky, titrační kalorimetrie, SPR biosensory, afinitní kapalinová chromatografie a kapilární elektroforéza s MS. Zpracování dat a získání kinetických parametrů.
• Bioanalytické techniky. Enzymová stanovení, enzymové značky, enzymové biosensory. Imunostanovení, ELISA. Stanovení nukleových kyselin, PCR a real-time PCR.

Molekulární diagnostika

• Struktura nukleových kyselin, metody izolace z různých materiálů.
• Historie DNA diagnostiky – objevení struktury DNA, rozluštění genetického kódu, sekvenování DNA, objevení principu PCR, výpočetní technika, projekt Lidský genom.
• Polymerázová řetězová reakce (PCR) - složení PCR mixů, DNA polymerázy, templátová DNA, principy návrhu PCR primerů a fluorescenčních sond, nested a seminested PCR.
• Real Time PCR – SYBR green, hydrolyzační (TaqMan) a hybridizační sondy (molecular beacons, FRET, scorpion), relativní a absolutní kvantifikace metodou Real Time PCR, detekce bodových polymorfizmů metodou RealTime PCR, citlivost různých metod PCR.
• Štěpení a elektroforéza DNA – principy, horizontální, vertikální, analýza délkových polymorfizmů, restrikční analýza, restrikční enzymy.
• Metody sekvenování DNA – kapilární sekvenování, principy NGS sekvenování, příprava knihoven, pyrosekvenování, SBS metoda, technologie Ion PGM, nanoball sekvenace, analýza metylace DNA, ChiPSeq metoda.
• DNA čipová technologie – principy a využití DNA čipové technologie, CNV analýza.
• Využití NGS metod v diagnostice – genom, exom, transkriptom, metagenom, rezistom, cílené resekvenace.
• Hybridizace nukleových kyselin, průtoková cytometrie, transkripce a translace in vitro.
• Klonovací strategie – typy a struktura eukaryontních a prokaryontních klonovacích vektorů, přenos DNA do bakteriálních a eukaryotických buněk, metody analýzy přítomnosti produktů klonovaných genů v buňkách.
• Mutageneze a cílená editace gDNA – PCR mutageneze, CRISPR-Cas, TALLENS Příprava a využití monoklonálních a polyklonálních protilátek – sérodiagnostika, ELISA (EIA), RIA, latexaglutinační testy, rychlé imunochromatografické testy, WesternBlot, fluorescenční mikroskopie.
• DNA diagnostika v medicíně – legislativní požadavky na in vitro diagnostické zdravotnické prostředky (IVDR), lékařská virologie: praktické využití DNA diagnostiky v přímé detekci virů (HIV, virové hepatitidy, HPV, respirační viry, herpetické viry atd.)
• Lékařská mikrobiologie a parazitologie – praktické využití DNA diagnostiky v přímé detekci mikroorganizmů (Mycobacterium sp., Borrelia sp., Chlamydia sp., Mycoplasma sp., Ureaplasma sp., atd), kultivační a mikroskopické vyšetření, elektronová mikroskopie.
• Základní statistické pojmy: kvantitativní a kvalitativní proměnné, průměr, modus, medián, průměrná a směrodatná odchylka, rozptyl, četnost (absolutní, relativní, kumulativní), typy rozdělení (Gaussovo, binomické), intervaly spolehlivosti, testování statistických hypotéz, p-hodnota, chí kvadrát, F-test, t-test.

Klinická diagnostika

• Předmět a organizace klinické biochemie. Charakteristiky preanalytické, analytické a postanalytické fáze laboratorního vyšetření. Point-of-care testing (POCT).
• Biologický materiál. Materiál pro klinicko-biochemická vyšetření, zásady správného odběru materiálu, jeho transportu a uchovávání. Mimoanalytické vlivy ovlivňující výsledek vyšetření.
• Analýza moči. Semikvantitativní metody, diagnostické proužky. Základní analyty.
• Základní metody používané v klinické biochemii. Spektroskopické metody (plamenová emisní fotometrie, AAS, absorpční fotometrie - UV-VIS), iontově selektivní elektrody, měření pH, pCO 2 , pO2. Elektroforetické metody, Imunochemické metody.
• Měření enzymové aktivity v klinické diagnostice. Pravidla měření enzymové kinetiky v klinické biochemii. Závislost enzymové aktivity na koncentraci substrátu, rovnice Michaelis-Mentenové. Použití enzymů jako analytických činidel při stanovení nízkomolekulárních látek. Měření aktivity enzymů jako stanovovaných analytů. Možnosti detekce enzymové aktivity
  (chinoniminová reakce, NAD + /NADH, kolorimetrie). Indikátorové (spřažené) reakce, podmínky jejich použití.
• Analýza anorganických látek – iontů. Celková koncentrace a aktivita iontů. Specifika stanovení iontů v plasmě. Základní ionty a jejich význam (sodík, draslík, vápník, hořčík, železo, chloridy). Acidobazická rovnováha.
• Osmolalita. Osmotický tlak. Stanovení osmolality, výpočet, osmolalita séra a moče, poruchy osmolality.
• Analýza nízkomolekulárních organických látek. Jejich význam a principy stanovení (glukosa, orální glukosový toleranční test (oGTT), močovina, kyselina močová, bilirubin (konjugovaný, nekonjugovaný), kreatinin, triacylglyceroly, cholesterol (volný, esterifikovaný, HDL, LDL).
• Analýza vybraných bílkovin v plasmě. Celkové bílkoviny, elektroforéza bílkovin, albumin, hemoglobin a glykované proteiny, troponiny, transferin, ferritin, patologické imunoglobuliny.
• Specifické stanovení bílkovin a nízkomolekulárních látek v plasmě (imunoanalýza). Antigen, protilátky, interakce Ag-Ab, precipitační křivka, křížová reaktivita. Značky používané v imunoanalýze (EIA, RIA, FIA). ELISA – jednoduchá a sendvičová, přímá, nepřímá, kompetitivní. Imunoaglutinační metody. Imunochromatografie.
• Princip stanovení katalytické koncentrace vybraných enzymů v plasmě a jejich diagnostický význam: aspartátaminotransferasa (AST), alaninaminotransferasa (ALT), alkalická fosfatasa (ALP), laktátdehydrogenasa (LD), gamaglutamyltransferasa (GMT), amylasa (AMS), kreatinkinasa (CK), lipasa (LPS). Isoenzymy a jejich odlišení (CK, ALP, LD).
• Statistika a chemometrie v klinické diagnostice. Základní pojmy. Kontrola kvality. Validace, verifikace. Analytickáspecifičnost a citlivost. Preciznost, opakovatelnost, bias. Interval spolehlivosti, nejistota. Klinická (diagnostická) specifičnost a citlivost, skutečná/falešná pozitivita/negativita, ROC křivky (receiver operating characteristic curve). Kontrolní a kalibrační materiál. Referenční materiály, referenční metody.
• Laboratorní diagnostika vybraných onemocnění, orgánová specifita. Diabetes mellitus, akutní infarkt myokardu, poškození kosterního svalstva, jaterní onemocnění, hyperbilirubinémie, metabolický syndrom, poruchy ledvin.

Ústní zkouška sestává ze tří částí:

• Pokročilá biochemie
• Bioinformatika a strukturní bioinformatika
• Chemoinformatika a molekulové modelování

Pokročilá biochemie

Biomolekuly

• Proteiny. Složení, aminokyseliny a prosthetické skupiny, posttranslační modifikace, hierarchie struktury, intramolekulární interakce.
• Enzymy a jejich systematika, aktivita, interakce se substrátem a základy kinetiky a její charakterizace. Inhibice a její rozdělení, příklady léčiv.
• Nukleové kyseliny. Složení DNA a RNA, struktury a zapojené interakce, typy a funkce.

Bioenergetika

• Makroergní sloučeniny. Chemiosmotický mechanismus konzervace energie. Principy organizace elektrontransportních řetězců u mitochondrií, chloroplastů a bakterií. Zapojení mitochondrií a chloroplastů do buněčného metabolismu. Integrace a regulace energetického metabolismu u člověka.
• Energetické zásoby. Zdroje ATP. ADP / adenylátkinasa, fosfokreatin / kreatinkinasa, anaerobní a aerobní metabolismus.

Fyziologická biochemie a biochemické regulace

• Mezibuněčná a vnitrobuněčná signalizace. Signály intrakrinní, autokrinní, juxtakrinní, parakrinní a endokrinní.
• Hormony – eikosanoidy, steroidy, deriváty aminokyselin, peptidové a proteinové.Působení hormonů, kontrolní místa regulace metabolismu sacharidů a lipidů, funkce AMP-dependentní proteinkinázy, orgánová specifita.
• Receptory spojené s iontovými kanály, G-proteiny a tyrosinkinázou; intracelulární receptory. Druzí poslové a jejich funkce – cAMP, cGMP, inositoltrisfosfát, Ca2+, NO, diacylglycerol, fosfoinositidy. Příklady signálních drah.

Biochemické metody

• Izolace proteinů a nukleových kyselin, separace a kvantifikace proteinů a nukleových kyselin. Lýze buněk, frakcionace, filtrace, centrifugace. Chromatografické techniky. Elektroforéza a její varianty. Zhodnocení purifikace.
• Molekulová hmotnost biopolymerů a metody stanovení. SDS PAGE, gelová permeační chromatografie, hmotnostní spektrometrie, rozptyl světla, centrifugační metody.
• Určení prostorové struktury biopolymerů. CD a IR spektrometrie, NMR, rentgenostrukturní analýza, elektronová mikroskopie, analýza in silico.
• Základy genomiky. Metody mapování genů a jejich exprese, sekvenační techniky. Detekce polymorfismů. Klonování, selekce transformovaných buněk.
• Rekombinantní proteiny. Prokaryotní a eukaryotní expresní systémy, vektory, metody indukce, značky, glykosylace. Cílená mutageneze.
• Proteomika. Základní metody a přístupy, využití MS. Identifikace a kvantifikace proteinů ve směsích, analýza protein-proteinových interakcí. Využití databází.
• Bioinformatické techniky. Základní pojmy, porovnávání sekvencí a struktur, příklady využití databází a softwarových nástrojů. Predikce struktury proteinů. Proteinové rodiny.
• Studium afinitních interakcí biomolekul a vazby ligandů s biomakromolekulami. Rovnovážná dialýza, spektroskopické techniky, titrační kalorimetrie, SPR biosensory, afinitní kapalinová chromatografie a kapilární elektroforéza s MS. Zpracování dat a získání kinetických parametrů.
• Bioanalytické techniky. Enzymová stanovení, enzymové značky, enzymové biosensory. Imunostanovení, ELISA. Stanovení nukleových kyselin, PCR a real-time PCR.

Bioinformatika a strukturní bioinformatika

• Úvod do genomiky. Definice a struktura genů, určení sekvence nukleových kyselin (Sanger, NGS).
• Úvod do proteomiky. Definice pojmů protein, proteoforma, proteom, proteotyp. Identifikace proteinu a určení sekvence aminokyselin pomocí hmotnostní spektrometrie.
• Databáze biologických dat. Molekulárně-biologická data. Rozdělení biologických databází (primární, sekundární, strukturní, genomové). Složené databáze. Instituce pro správu bioinformatických dat. Formát a anotace záznamů v databázích. Vyhledávání v databázích (textové vyhledávání, sekvenční přiložení).
• Sekvenční přiložení. Párové a mnohočetné přiložení. Základní algoritmy, matice. Přiložení nukleotidové a aminokyselinové sekvence. Význam a použití přiložení pro analýzu dat.
• Predikce ORF a genů. Čtecí rámce, překlad nukleotidové sekvence do proteinové, genetický kód. Nástroje pro překlad nukleotidových sekvencí. Predikce genů u prokaryot. Predikce genů u eukaryot. Sestřih. Chyby při predikci. Programy a nástroje pro identifikaci genů.
• Fylogenetická analýza.
• Design primerů. Základní charakteristiky primerů a jejich význam. Softwarové nástroje pro design primerů. Použití primerů.
• Predikce vlastností a funkce proteinů. Základní fyzikálně-chemická charakteristika proteinu (izoelektrický bod, extinkční koeficient, molekulová hmotnost). Predikce lokalizace proteinu u prokaryot (Gram pozitivní, Gram negativní bakterie) a eukaryot. Posttranslační modifikace.
• Predikce sekundární a terciární struktury proteinů (algoritmy a nástroje). Vyhledávání funkčních a strukturních motivů v sekvencích, predikce funkce proteinů. Homologní modelování. Threading. Predikce ab initio. Srovnání jednotlivých metod, validace modelů. Databáze struktur, vizualizace struktur.
• Struktura sacharidů a lipidů, oligo- a polysacharidy, zápis sekvence sacharidů, 3D struktura.
• Experimentální metody pro určení struktury, difrakční metody, NMR, elektronová mikroskopie. Strukturní přístupy na bázi MS.
• Validace biomakromolekulárních struktur – validační kritéria a validační reporty Validace ligandů - validační kritéria a validační reporty.
• Interakce proteinů s malými molekulami, molekulární dokování. epitelové tkáně a vazivové tkáně.

Chemoinformatika a molekulové modelování

• Modely pro predikci fyzikálně chemických vlastností molekul na základě jejich struktury (QSPR modely) – teoretický popis modelu, jejich návrhy a výběr deskriptorů Lineární a multilineární regrese v QSPR modelu. Metriky kvality QSPR modelu, nelineární QSPR modely. Aplikace QSPR modelů pro predikci konkrétních veličin (pKa, log P)
• Virtuální screening v chemoinformatice: “drug-likeness”, virtuální screening založený na struktuře ligandu, virtuální screening založený na struktuře receptoru.
• Deskriptory ADMET (adsorbce, distribuce, metabolismus, exkrece a toxicita), využití dokingu ve virtuálním screeningu, skórovací funkce
• Chemoinformatické databáze: Databáze struktur molekul (DTP NCI, Pubchem, Drugbank, Zinc), databáze vlastností molekul a databáze deskriptorů. Vyhledávání v těchto databázích.
• Moderní metodiky zpracování chemoinformatických dat: genetické algoritmy, neuronové sítě, analýza klastrů, support vector machines.
• Experiment versus molekulové modelování (úvod do molekulového modelování, validace a predikce, přehled experimentálních metod s jednomolekulárním rozlišením). Rozlišení a přesnost výpočetních metod. Kartézské a interní souřadnice.
• Kvantově-chemické metody. Semiempirické, ab initio a metody funkcionálu hustoty, Bornova-Oppenheimerova aproximace, koncept hyperploch potenciální energie, stručný přehled metod a programů.
• Hyperplochy potenciální energie (význam, optimalizační metody, hledání lokálních a globálních minim a tranzitních stavů, výpočet termodynamických veličin)
• Molekulová mechanika (silová pole, dalekodosahové interakce, modelování rozpouštědel, periodické okrajové podmínky, přehled silových polí).
• Molekulová dynamika (vývoj systému v čase, pohybové rovnice, kontrola teploty a tlaku, vlastnosti systému, stručný přehled programů pro molekulovou dynamiku)
• Speciální metody (Monte Carlo simulace, hrubozrné modely).
• Molekulární docking. Skórovací metody.

Vysvětlivka: Čísla za otázkou odkazují na kód příslušného předmětu, případně doplněný bodem osnovy. Kódy povinných předmětů jsou vytištěny tučně.

• Pokročilá biochemie
• Molekulové modelování a bioinformatika
• Experimentální metody strukturní biologie

Pokročilá biochemie

Biomolekuly

• Proteiny. Složení, aminokyseliny a prosthetické skupiny, posttranslační modifikace, hierarchie struktury, intramolekulární interakce.
• Enzymy a jejich systematika, aktivita, interakce se substrátem a základy kinetiky a její charakterizace. Inhibice a její rozdělení, příklady léčiv.
• Nukleové kyseliny. Složení DNA a RNA, struktury a zapojené interakce, typy a funkce.

Bioenergetika

• Makroergní sloučeniny. Chemiosmotický mechanismus konzervace energie. Principy organizace elektrontransportních řetězců u mitochondrií, chloroplastů a bakterií. Zapojení mitochondrií a chloroplastů do buněčného metabolismu. Integrace a regulace energetického metabolismu u člověka.
• Energetické zásoby. Zdroje ATP. ADP / adenylátkinasa, fosfokreatin / kreatinkinasa, anaerobní a aerobní metabolismus.

Fyziologická biochemie a biochemické regulace

• Mezibuněčná a vnitrobuněčná signalizace. Signály intrakrinní, autokrinní, juxtakrinní, parakrinní a endokrinní.
• Hormony – eikosanoidy, steroidy, deriváty aminokyselin, peptidové a proteinové.Působení hormonů, kontrolní místa regulace metabolismu sacharidů a lipidů, funkce AMP-dependentní proteinkinázy, orgánová specifita.
• Receptory spojené s iontovými kanály, G-proteiny a tyrosinkinázou; intracelulární receptory. Druzí poslové a jejich funkce – cAMP, cGMP, inositoltrisfosfát, Ca2+, NO, diacylglycerol, fosfoinositidy. Příklady signálních drah.

Biochemické metody

• Izolace proteinů a nukleových kyselin, separace a kvantifikace proteinů a nukleových kyselin. Lýze buněk, frakcionace, filtrace, centrifugace. Chromatografické techniky. Elektroforéza a její varianty. Zhodnocení purifikace.
• Molekulová hmotnost biopolymerů a metody stanovení. SDS PAGE, gelová permeační chromatografie, hmotnostní spektrometrie, rozptyl světla, centrifugační metody.
• Určení prostorové struktury biopolymerů. CD a IR spektrometrie, NMR, rentgenostrukturní analýza, elektronová mikroskopie, analýza in silico.
• Základy genomiky. Metody mapování genů a jejich exprese, sekvenační techniky. Detekce polymorfismů. Klonování, selekce transformovaných buněk.
• Rekombinantní proteiny. Prokaryotní a eukaryotní expresní systémy, vektory, metody indukce, značky, glykosylace. Cílená mutageneze.
• Proteomika. Základní metody a přístupy, využití MS. Identifikace a kvantifikace proteinů ve směsích, analýza protein-proteinových interakcí. Využití databází.
• Bioinformatické techniky. Základní pojmy, porovnávání sekvencí a struktur, příklady využití databází a softwarových nástrojů. Predikce struktury proteinů. Proteinové rodiny.
• Studium afinitních interakcí biomolekul a vazby ligandů s biomakromolekulami. Rovnovážná dialýza, spektroskopické techniky, titrační kalorimetrie, SPR biosensory, afinitní kapalinová chromatografie a kapilární elektroforéza s MS. Zpracování dat a získání kinetických parametrů.
• Bioanalytické techniky. Enzymová stanovení, enzymové značky, enzymové biosensory. Imunostanovení, ELISA. Stanovení nukleových kyselin, PCR a real-time PCR.

Molekulové modelování a bioinformatika

Bioinformatika

• Úvod do genomiky. Definice a struktura genů, určení sekvence nukleových kyselin (Sanger, NGS). C6215.1
• Úvod do proteomiky. Definice pojmů protein, proteoforma, proteom, proteotyp. Identifikace proteinu a určení sekvence aminokyselin pomocí hmotnostní spektrometrie. C6215.2
• Databáze biologických dat. Molekulárně-biologická data. Rozdělení biologických databází (primární, sekundární, strukturní, genomové). Složené databáze. Instituce pro správu bioinformatických dat. Formát a anotace záznamů v databázích. Vyhledávání v databázích (textové vyhledávání, sekvenční přiložení). C2135.1
• Sekvenční přiložení. Párové a mnohočetné přiložení. Základní algoritmy, matice. Přiložení nukleotidové a aminokyselinové sekvence. Význam a použití přiložení pro analýzu dat. C2135.2
• Predikce ORF. Čtecí rámce, překlad nukleotidové sekvence do proteinové, genetický kód. Nástroje pro překlad nukleotidových sekvencí. Predikce genů. Predikce genů u prokaryot. Predikce genů u eukaryot. Chyby při predikci. Programy a nástroje pro identifikaci genů. C2135.3
• Design primerů. Základní charakteristiky primerů a jejich význam. Softwarové nástroje pro design primerů. Použití primerů. C2135.4
• Analýza specifických nukleotidových sekvencí, palindromy. Palindromy a restrikční štěpení. Restrikční analýza in silico. Molekulárně biologické vektory. Tvorba rekombinantních molekul a klonování. C2135.5
• Predikce vlastností a funkce proteinů. Základní fyzikálně-chemická charakteristika proteinu (izoelektrický bod, extinkční koeficient, molekulová hmotnost). Predikce lokalizace proteinu u prokaryot (Gram pozitivní, Gram negativní bakterie) a eukaryot. C2135.6
• Predikce sekundární struktury proteinů (algoritmy a nástroje). Vyhledávání funkčních a strukturních motivů v sekvencích, predikce funkce proteinů. Databáze strukturních a funkčních motivů. C2135.6 10. Predikce terciární struktury proteinů. Homologní modelování. Threading. Predikce ab initio. Srovnání jednotlivých metod, validace modelů. Databáze struktur, vizualizace struktur. C2135.6

Molekulové modelování

• Srovnání experimentálního přístupu a molekulového modelování při studiu struktury, termodynamiky a kinetiky molekulárních systémů. Rozlišení a přesnost výpočetních metod. In silico modely a modely založené na experimentálních metodách s atomovým (X-ray, NMR) a molekulárním (FRET, STM, AFM, CryoEM) rozlišením a jejich validace. C7790
• Kvantově chemické metody: semiempirické, ab initio a metody funkcionálu hustoty. Kvantová podstata mikrosvěta, vlnová funkce, Schrödingerova rovnice. Výpočet interakční energie, Bornova-Oppenheimerova aproximace. C7790, C9920, C9930
• Klasické modely. Modely vazebných a nevazebných interakcí (Pauliho repulze, elektrostatická interakce, indukce, disperze). Atomové náboje a jejich výpočet. Přehled silových polí. Víceúrovňové modelování (QM/MM, hrubozrnné modely). C7790, FB810, C8855
• Vliv rozpouštědla na molekulární interakce. Implicitní a explicitní modely rozpouštědel. Poisson-Boltzmanova teorie. Explicitní modely vody (např. SPC/E, TIP3P). Periodické okrajové podmínky. Metody ořezu interakcí a Ewaldova sumace. C7790
• Kartézské a interní souřadnice. Hyperplochy potenciální energie. Stacionární body, jejich charakterizace a význam. Hledání lokálních minim a tranzitních stavů. Přehled optimalizačních algoritmů (simplexová metoda, metoda největšího spádu, Newtonova - Raphsonova metoda). C7790
• Molekulová dynamika a její srovnání s Monte Carlo simulacemi. Ergodická hypotéza. Pohybové rovnice. Přehled numerických integračních metod. Faktory ovlivňující velikost integračního kroku. Simulace za konstantní teploty a tlaku. C7790, FB810
• Analýza simulací. Výpočet vlastností systému z molekulárně dynamických simulací (např. RDF, RMSD). Korelační a autokorelační funkce. Konvergence, fluktuace, a odhad chyb. C7790
• Molekulární docking. Skórovací metody (zjednodušený popis interakce, vliv rozpouštědla, entropie). Hledání globálních minim pomocí stochastických algoritmů. Virtuální screening a ranking. C7790, C8855
• Přehled metod pro výpočet volných energií. Vzorkovací problém a jeho řešení. Vztah potenciální a volné energie k termodynamickým veličinám. Alchemické přeměny, metody koncových stavů (např. MM/PBSA). Metody pro výpočet profilů volných energií (např. Umbrella sampling, Metadynamika). C7790
• Tranzitní stavy na plochách potenciální a volné energie. Pravá reakční koordináta. Zjednodušený popis pomocí kolektivní proměnných. Hystereze reakčních cest. Charakterizace reakčních mechanismů enzymatických reakcí a konformačních přeměn. C7790

Experimentální metody strukturní biologie

Spektroskopické metody

• Informace o trojrozměrné struktuře nepocházející z interakce se zářením. Chemické síťování (cross-linking) s detekcí hmotnostní spektrometrií, mikroskopie atomárních sil (AFM). C6215.2,5
• Využití optické spektroskopie (v ultrafialové, viditelné, infračervené oblasti) ve strukturní biologii, absorpce, fluorescence. Určování sekundární struktury biomakromolekul, použití cirkulárního dichroismu. C6215.5
• Základní principy NMR. Magnetický dipólový moment jader, jeho precese v homogenním externím magnetickém poli, distribuce orientací magnetických momentů a magnetizace v termodynamické rovnováze, koncept koherence, základní NMR experiment, NMR spektrometr, využití radiových vln, detekce signálu. C6770.1, C5320
• Lokální magnetická pole v molekule (vliv elektronů a ostatních jader), jejich vliv na precesi magnetických momentů jader a vývoj koherence, chemický posun, modulace nosné frekvence, Fourierova transformace, frekvenční spektrum. C6770.2, C5320
• Heteronukleární NMR spektroskopie. Spinová echa, INEPT, HSQC, princip vícerozměrné spektroskopie. C6770.3, C5320
• 3D NMR experimenty pro sekvenční přiřazení frekvencí proteinů. HNCA, HN(CO)CA, HNCACB, CBCA(CO)NH, princip sekvenčního přiřazení. C6770.5
• Principy homonukleární 2D NMR spektroskopie, NOESY experiment jako příklad. Isotropní směšování, TOCSY. Isotopově editované homonukleární experimenty, řiřazení postranních řetězců pomocí TOCSY-HSQC. C6770.6, C5320
• Získávání strukturních parametrů: měření vzdáleností vodíkových atomů, určování dihedrálních úhlů, zbytkové dipólové interakce v částečně orientovaných mediích, rekonstrukce prostorové struktury makromolekul, vázaná molekulová dynamika pro výpočet struktury. C6770.7
• NMR spektroskopie nukleových kyselin. Korelace v bazích a v cukrfosfátové páteři, sekvenční přiřazení, metody založené na NOE a heteronukleární korelaci. C6770.8–9
• Molekulové pohyby a NMR relaxace, časové škály, interakce způsobující relaxaci, korelační funkce, funkce spektrální hustoty, vztah funkce spektrální hustoty a relaxační rychlosti, vliv pomalé výměny na relaxační rychlosti a na tvar čáry. C6770.10–12, C5320

Difrakční metody

• Rozptyl elektromagnetického záření na makromolekulách, anizotropie, hydrodynamický poloměr. Dynamický rozptyl světla (DLS, dynamic light scattering), monodisperzita, polydisperzita. Rozptyl rentgenového záření (SAXS). C6215.5
• Krystalizace proteinů, termodynamický (entalpie, entropie) a kinetický pohled (nukleace a růst krystalu) na krystalizaci, popis fázoveho diagramu krystalizace. Symetrie molekul a krystalů, operace symetrie, bodové grupy. Popis základních krystalografických buněk (translace, centrosymetrie). C7270.1
• Teorie difrakce, rozptyl rentgenového záření (elektrony, atomy, elementární buňkou, krystalem), difrakční podmínka. C7270.2
• Fourierova transformace, rozptylový faktor, strukturní faktor, symetrie difrakčních dat, zpracování difrakčních snímků, indexace difrakčních skvrn, integrace signálu. C7270.2
• Fázový problém v rentgenové krystalografii. Isomorfní nahrazení (Isomorphous Replacement), využití anomálního rozptylu (SAD, MAD) a molekulové přemístění (Molecular Replacement), rotační a translační funkce. C7270.3–5
• Struktura elektronového mikroskopu a teorie elektronové mikroskopie. Interakce elektronu s hmotou, slabý fázový object – zdroje kontrastu v elektronové mikroskopii, filtrování obrazu. Contrast Transfer Function. C7270.6–8
• Fourierova transformace a jeji základní vlastnosti, konvoluce, korelace, rozptylová funkce (point spread function) při zobrazování v transmisním elektronovém mikroskopu.
• Analýza snímků makromolekul z transmisního elektronového mikroskopu – klasifikace 2D obrazů. Principal component analysis. 3D klasifikace. C7270.9–10
• Výpočet struktur makromolekul z dat získaných pomocí transmisní elektronové mikroskopie. Metody 3D rekonstrukce: single particle reconstruction a tomografie. C7270.11
• Tvorba a zpřesňování modelů makromolekul postavených na základě krystalových map elektronové hustoty, nebo cryo-EM rekonstrukcí, (refinement), R-faktory, Ramachandranův diagram, validace a odhalení chyb, určení chyby souřadnic finálního modelu. C7270.5

Biotechnologické procesy

• Předpo​klady pro rostlinné biotechnologie.
• Kultivace rostlin/tkáňových a buněčných kultur in-vitro.
• Explantátové ozdravování, množení šlechtění transgenní rostliny.
• Způsoby přípravy GMO plodin jejich využití a rizika.
• Rostlinná produkce biotechnologicky zajímavých látek.
• Biochemie a biologie řas.
• Využití řas a sinic v biotechnologii. Produkce biotechnologicky významných látek pomocí řas a sinic.
• Biopaliva, potravní doplňky atd.
• Fotobioreaktory.
• Biologie a fyziologie kmenových buněk, progenitorů a specializovaných živočišných buněk.
• Způsoby získávání kmenových buněk a jejich využití v klinické medicíně a farmaceutickém průmyslu.
• Řízená kultivace primárních živočišných tkáňových kultur, imortalizovaných linií a živočišných kmenových buněk.
• Produkce kmenových buněk a jejich derivátů v GMP kvalitě pro klinické použití.
• Diferenciace kmenových buněk do specializovaných buněk, tvorba buněčných struktur, tkání a biotechnologie vedoucí k produkci celých orgánů.
• Farmaceutická biotechnologie v produkci významných léčiv.
• Základní schéma biotechnologické produkce léčiv, typické etapy a jejich zvláštnosti.
• Příklady biotechnologické produkce léčiv, klasické způsoby a rekombinantní technologie-antibiotika, hormony, vakcíny, potravinové doplňky.

Genové technologie

• Regulace transkripce a translace u prokaryot a eukaryot (zesilovače transkripce, epigenetika
• Modelové organismy využívané v biotechnologii – bakterie (E. coli), kvasinky (Pichia, Saccharomyces) a houby (Penicillium), Caenorhabditis elegans (háďátko), Drosophila melanogaster, Danio rerio (Dánio pruhované), myš domácí, živočišné buněčné kultury, Arabidopsis thaliana (Huseníček rolní), viry (bakteriofágy, retroviry).
• Replikace DNA u eukaryot a prokaryot, opravné procesy, in-vitro syntéza DNA (PCR a její modifikace).
• Základní technologie rekombinantní DNA – enzymy, vektory, metody transformace, konstrukce genových knihoven. Techniky pro editaci genomu (ZFNs, TALENs, CRISPR).
• Rekombinantní proteiny – exprese proteinů v bakteriích (klonovací strategie, použití kodónů, omezení toxických efektů v důsledku nadprodukce, zvýšení stability a sekrece, glykosylace), exprese proteinů v eukaryontníc buňkách (kvasinky, hmyzí buňky, savčí buňky).
• Genomika a genová exprese – techniky mapování genů, nekódující části genomu, bioinformatické nástroje, farmakogenetika, DNA mikroarrays, RNA-seq techniky, metagenomika, epigenetika.
• Genové technologie založené na RNA – rozdělení RNA, význam ne-kódujících RNA, antisense RNA a umlčování genů, ribozymy
• Genové technologie v imunologii – cílený návrh protilátek, monoklonální protilátky, ELISA, vakcíny (tvorba a výroba, identifikace potenciálních nových antigen, DNA/RNA vakcíny)
• Transgenní rostliny – genetické úpravy rostlin (Ti plasmid), funkční genomika, biotechnologické aplikace.
• Transgenní zvířata – techniky tvorby, metody kontroly exprese transgenu, aplikace RNA-technologií, příklady transgenních zířat.
• Genová terapie – vrozené defekty u vyšších organismů, identifikace vadných genů, obecný princip genové terapie, genová terapie pomocí retrovirů a adenovirů, využití RNA v rámci terapie, cílená editace genů.

 

Klinická biochemie

Bioanalytické metody

• Dusíkaté látky nebílkovinného charakteru; močovina, kreatinin, kys, močová, NH₃. Principy stanovení, chemické a enzymové metody, referenční meze, POCT metody.
• Na, K, Cl, Ca, Mg, P, Fe. Principy metod, plamenová fotometrie, ISE.
• Žlučová barviva; hemoglobin, interference. Principy metod, celkový a přímý bilirubin, novorozenecký bilirubin, žlučová barviva v moči, celkový hemoglobin, volný hemoglobin v plazmě, formy hemoglobinu.
• Celková bílkovina – sérum, moč, mozkomíšní mok, Specifické plazmatické bílkoviny. Metody stanovení v séru,moči,mozkomíšním moku, referenční meze, neanalytická fáze, plazma/sérum, albumin v moči, specifické proteiny, monoklonální gamapatie, Reibrova rovnice, intrathekální systéza imunoglobulinů, oligoklonální pásy.
• Glukóza, glykovaný hemoglobin. Principy stanovení, referenční meze, preanalytická fáze, POCT-glukometry principy.
• Cholesterol, triacylglyceroly, lipoproteiny. Principy stanovení, referenční meze, preanalytická fáze, celkový cholesterol, HDL, LDL stanovení/výpočet, lipoproteiny, Lpa, ELFO, ultracentrifugace, lipnické sérum.
• Enzymy; transaminázy, cholestatické enzymy, pankreatické enzymy. Obecná enzymologie, působení enzymů,ovlivnění enzymové reakce, reakce nultého a prvního řádu, K_m,, popis enzymových reakcí, end-point metoda, kinetické stanovení, linearita, projev vyčerpání substrátu.
• Kardiomarkery. Markery srdeční ischemie, markery srdečního selhání.
• Chemické vyšetření moče, Morfologické vyšetření moče. Diagnostické proužky, principy měřených parametrů, močový sediment-manuální provedení, barvení; automatizované mikroskopické metody, nativní moč, digitální fotografie, flow-cytometrie, mikroskopie po sedimentaci/centrifugaci.
• Homogenní a heterogenní imunoanalýza, ELISA. Principy imunoanalýzy, antigen,protilátka polyklonální, monoklonální,kompetitivní a nekompetitivní imunoanalýza, homogenní, nehomogenní, značky, mikročástice, příklady řešení v automatických imunochemických analyzátorech.
• Interní kontrola kvality, externí kontrola kvality. Chyby náhodné a systematické, kontrolní materiály, opakovatelnost, reprodukovatelnost, přesnost, správnost, bias., mez detekce, mez stanovitelnosti, validace, verifikace metod, lékařská kontrola, delta check, Westgardova pravidla.

Laboratorní diagnostika – klinika

• Ledviny a močové cesty. Funkce, nefron, glomerulární funkce (MDRD, CKD EPI, Cystatin C), tubulární funkce (adiuretinový test), význam stanovení močoviny a kreatininu v séru a v moči, dusíková bilance, renální a prerenální selhání, uroinfekce, chemické a morfologické vyš. moče, proteinurie
• Játra, žlučový trakt, žaludek a střevo. Anatomie jater a žlučových cest, funkce, diferenciální diagnostiky ikteru (prehepatální, hepatální, posthepatální), akutní a chronická hepatitida, jaterní cirhóza, jaterní enzymy indikátorové a cholestatické, intrahepatální a extrahepatální cholestáza, funkce žaludku, žaludeční sekrece, Helicobacter pylori, střevní propustnost, tlusté střevo-kolorektální karcinom, okultní krvácení.
• Pankreas -zevní sekrece, -vnitřní sekrece. zevní sekrece-funkce, složení pankreatické šťávy, akutní a chronická pankreatitida, insuficience zevní sekrece pankreatu, klin. a laboratorní projevy.
• Vnitřní sekrece-regulace metabolismu glukózy. inzulin, glukagon, diabetes melitus, o-GTT, glykemický profil, glykovaný hemoglobin, hypoglykémie, diabetická ketoacidóza.
• Srdce, Plíce. srdce a krevní oběh, ischemická choroba srdeční, akutní koronární syndrom (IM), srdeční selhání, kardiomarkery.. Anatomie a funkce plic a dýchacích cest, metabolismus kyslíku, pO2 , příčiny hypoxie, ventilace, mrtvý prostor, perfuze, alveolokapilární difuze pO2 , pCO2 , plicní zkraty, hemoglobin, saturační/disociační křivka, p50 , efektivní hemoglobin, minutový srdeční výdej, centralizace oběhu, šokový stav.
• Vnitřní prostředí-voda, ionty, osmolalita, acidobazický metabolismus. Definice vnitřního prostředí, otevřený systém, tělesná voda a její regulace, klin. a laboratorní příznaky dehydratace a hyperhydratace, úloha osmolality a její regulace, změny koncentrace Na, K, Cl. Regulace acidobazické rovnováhy, Henderson-Hasselbachova rovnice, nárazníkové systémy, metabolické a respirační poruchy ABR a jejich kompenzace.
• Hypotalamus, hypofýza, nadledviny a regulace endokrinního sytému. Endokrinní regulace, zpětné vazby na ose hypotalamus-hypofýza-žláza s vnitřní sekrecí, releasing hormony,hormony neurohypofýzy a adenohypofýzy, nadledviny kůra-dřeň, fysiologické funkce hormonů, laboratorní a klinické projevy hypo- a hyperfunkce.
• Štítná žláza a příštitná tělíska. Tyroxin, trijodtyronin –syntéza, regulace, funkce. Klinické a laboratorní projevy hypotyreózy, hypertyreózy, diagnostika. Parathormon, hypoparathreóza, hypoparathyreóza.
• CNS. anatomické poměry, mozkomíšní mok, hematoencefalická bariéra, meningitida, encefalitida, mozkové krvácení, degenerativní onemocnění CNS (roztroušená skleróza), intrathekální syntéza. Biochemické vyšetření (glukóza, bílkovina, laktát…albumin, imunoglobuliny, oligoklonální pásy, spektrofotometrická křivka); kvantitativní cytologie, oligocytóza, pleocytóza.
• Kosti. Funkce, stavba, osteoklasty, osteoblasty, osteocyty, biochemické ukazatele novotvorby a resorpce, osteoporóza, křivice, parathormon, vit. D.
• Plazmatické bílkoviny. Funkce, diagnostický význam plazmatických proteinů, albumin, prealbumin,transferin, ceruloplasmin, haptoglobulin, bílkoviny akutní fáze pozitivní/negativní, CRP, prokalcitonin, imunoglobuliny, monoklonální gamapatie, CDT.
• Ateroskleróza, rizikové faktory. Klinické projevy AS, cholesterol celk., HDL-, LDL-, lipoproteiny-třídy, apolipoproteiny.
• Biochemický screening; novorozenecký screening, vrozené vývojové vady (vvv). 1. a 2. trimestr obecné zásady pro aplikaci screeningu, kongenitální hypotyreóza, fenylketonurie, kongenitální adrenální hyperplazie, cystická fibróza pankreatu.

Laboratorní instrumentální a analytická technika

• Spektrofotometrie; turbidimetrie, nefelometrie. Lambertův-Beerův zákon, platnost zákona, zdroje světelného záření, monochromátory, absorbční prostředí, inkubační lázně, detektory, dvoupaprskové spektrofotometry, kalibrační graf, mez detekce, mez stanovitelnosti. Princip turbidimetrie a nefelometrie, konstrukce přístrojů.
• ELISA. Protilátky, antigeny, enzymové konjugáty, používané enzymy, kompetitivní/nekompetitivní, homogenní/heterogenní imunoanalýza, ELISA-reader.
• Fluorimetrie; chemiluminiscence. Druhy luminiscence, fotoluminiscence (fluorescence, fosforesecence), chemiluminiscence, luminofory, imunochemické analyzátory, elektrochemiluminiscence, MEIA, FPIA, DELFIA, Stokesův posun.
• Atomová emisní spektrofotometrie (AES), Atomová absorpční spektrofotometrie(AAS)-plamenová atomizace; elektrotermická atomizace. Princip AES, konstrukce plamenového fotometru, použité plyny, vnitřní standard, pseudohyponatrémie. Princip AAS, Kirchhofův zákon, způsob atomizace, zdroje záření, výbojka s dutou katodou, plamenová technika, nebulizér, hořák, stechiometrie plamene. Elektrotermická atomizace, dávkovač, grafitová kyveta, teplotní režim, kontrola teploty, izotermická atomizace, korekce pozadí (deuteriová výbojka, Zeemanova korekce, Smith-Hievtje).
• Reflexní fotometrie; denzitometrie. Princip, popis měřícího zařízení, aplikace v rámci suché chemie. Konstrukce denzitometru, výstupy denzitometrie elektroforeogramu.
• Hmotnostní spektrometrie. Hmotnostní spektrometr, iontový zdroj, elektronová/chemická ionizace, ESI, MALDI, TOF, kvadrupól, iontové pasti, detektor
• Osmometrie. Princip osmotického tlaku, koligativní vlastnosti roztoku, osmolarita, osmolalita, kryoskopie, ebulioskopie, konstrukce osmometru, kalibrace, ideální roztok, osmolální okno
• Elektroforéza. Princip dělení sérových bílkovin, elektrický zdroj, elektroforetická vana, dělící média, elektroendoosmóza, pH a iontová síla pufru, agaroforéza, PAGE, nativní/denaturační elektroforéza, frakce sérových bílkovin, isoelektrická fokusace, M-gradient, monoklonální gamapatie, imunofixace, kapilární elektroforéza, 2-DE, elektroforeogra-vyhodnocení, elektroforéza bílkovin moče, mozkomíšního moku.
• TLC, LC, HPLC, GC. Principy chromatografického dělení, zařízení pro tenkovrstevnou chromatografii, provedení a vyhodnocení TLC, konstrukce chromatografu pro HPLC, technické řešení a funkce jednotlivých částí, isokratický a gradientový systém, reverzní fáze.
• Plynový chromatograf konstrukce a funkce jednotlivých částí.
• Automatické biochemické analyzátory. Historie, analyzátory kontinuální a diskrétní, random Access analyzátory, hlavní součásti a jejich technická řešení, modulární systém.
• Analyzátory ABR a krevních plynů, Iontově selektivní elektrody. Anaerobní odběr, bilogický materiál,měřené parametry: pH-potenciometrie, pO2 –ampérometrie-Clarkova el., pCO2 –modif.potenciometrie-Severinghausova el. , dopočítávané parametry, další měřené analyty.
• Iontově selektivní elektrody Na, K, Cl, Ca.
• Elektrochemické metody - Coulometrie, Polarografie, Konduktometrie. Elektrická vodivost, jednotky, konstrukce, využití. Princip polarografie, konstrukce polarografu, polarografická křivka, aplikace. II.Faradayův zákon, aplikace coulometrie v KB.
• Preanalytická laboratorní fáze-manuální; robotizovaná. Automatizované a robotizované procesy, perianalytická automatizace a robotizace.

Klinická hematologie

Bioanalytické metody

• Krvetvorba a její vývojová stádia jednotlivých leukocytárních, erytrocytárních a trombocytárních buněčných elementů.
• Vyšetření krevního obrazu včetně diferenciálního počtu leukocytů na hematologických analyzátorech. Jednotlivé klinické i laboratorní parametry krevního obrazu, používané jednotky, souvislost měřených a počítaných parametrů erytrocytů a trombocytů s morfologií buněk
• Morfologické hodnocení panopticky obarvených nátěrů periferní krve a kostní dřeně. Principy barvení a způsob hodnocení jednotlivých preparátů.
• Morfologické abnormality červené krevní řady.
• Morfologické abnormity leukocytů včetně prekurzorů.
• Morfologické abnormity trombocytů a jejich prekurzorů.
• Principy cytochemických vyšetření a vyhodnocování nálezů u jednotlivých hematopoetických buněčných elementů v souvislosti s diagnostikou hematologických malignit.
• Vyšetření anémií. Retikulocyty stanovené mikroskopicky a na analyzátoru, morfologické změny v nátěrech periferní krve, cytochemické vyšetření zásobního železa.
• Vyšetření hemolytických anémií. Obecné testy, testy na průkaz abnormálních hemoglobinů, testy na průkaz nedostatku enzymů.
• Základní hemokoagulační vyšetření, principy, vyhodnocení výsledků a klinický význam.
• Diferenciální diagnostika prodlouženého aPTT, principy vyšetření koagulačních faktorů a patologických inhibitorů.
• Diferenciální diagnostika prodlouženého PT, principy vyšetření koagulačních faktorů a specifických inhibitorů.
• Diagnostika poruch primární hemostázy, testy screeningové a speciální.
• Vyšetření u von Willebrandovy choroby, testy screeningové, speciální a diskriminační.
• Diagnostika vrozených a získaných rizikových faktorů trombózy.
• Fibrinolýza a metody jejího vyšetřování.
• Antitrombotická léčba a metody jejího sledování, komplikace a jejich diagnostika.

Laboratorní diagnostika – klinika

• Erytrocyty, patologie. Anémie, polyglobulie - definice, klasifikace, diferenciální diagnostika.
• Hemoglobin, anémie z poruchy tvorby hemoglobinu
• Metabolizmus železa, anémie spojené s poruchami železa. Sideropenie, sideropenická anémie, anémie chronických chorob.
• Membrána erytrocytů, hemolýza, vrozené hemolytické anémie
• Přežívání a rozpad erytrocytu intravaskulárně a extravaskulárně, získané hemolytické stavy, trombotické mikroangiopatie
• Poruchy metabolizmu nukleových kyselin, megaloblastová přestavba, metabolizmus vitamínu B12, kyseliny listové
• Syndromy dřeňového selhání. Vývoj krvetvorby z kmenové buňky a její řízení; vrozené a získané poruchy krvetvorby.
• Leukocyty, kvantitativní a kvalitativní abnormality bílých krvinek, příčiny a chorobné stavy
• Primární hemostáza, poruchy cévní stěny, trombocytopathie, Morbus von Willebrand
• Plazmatická koagulace, vrozené krvácivé stavy plazmatických faktorů
• Stavy spojené s náchylností k trombóze, definice trombofilie
• Diseminovaná intravaskulární koagulopatie
• Imunopatie spojené s poruchou krevního srážení
• Neimunitně podmíněné získané poruchy krevního srážení choroby jater, hypovitaminóza K, nádorová onemocnění, urémie, sepse
• Akutní leukémie
• Myeloproliferativní neoplázie, WHO klasifikace
• Myelodysplastický syndrom, neklonání příčiny myelodysplázie
• Lymfoproliferativní onemocnění, WHO klasifikace
• Vyzrálé neoplazie z B-řady

Laboratorní instrumentální a analytická technika

• Principy impedanční a optické analýzy na hematologických analyzátorech
• Systém kontrol kvality a preventivní činnost při vyšetřování krevních obrazů na hematologických analyzátorech.
• Principy mikroskopie. Světelná, elektronová, digitální zobrazovací technika.
• Principy detekce abnormálních hemoglobinů. Izoelektrická fokusace, HPLC, elfo hemu, elfo globinových řetězců.
• Základní principy testů hemostázy. Metody detekce koagula, metody fotometrické (end point a kinetické), metody imunochemické (aglutinace, LIA, ELISA, EID) a jejich vyhodnocení.
• Principy vyšetřování primární hemostázy. Agregometrie, PFA ev. jiné.
• Nové globální metody popisující krevní srážení. TEG, Rotem, TGA.
• Preanalytická fáze pro hemokoagulační vyšetření. Příprava pacienta, odběr, transport, zpracování biologického materiálu, skladování, zásady zamrazování a rozmrazování.
• Kalibrace v koagulační laboratoři. Kalibrační materiály, provedení kalibrace u rutinních a speciálních vyšetření.
• Interní kontroly kvality v koagulační laboratoři. Kontrolní materiály, typy kontrol (preciznost v čase a v sérii, pravdivost, porovnatelnost a jejich vyhodnocení.
• Molekulárně genetická diagnostika v hematologii, PCR
• Kultivace hematopoetických kmenových buněk.

Klinická mikrobiologie

Bioanalytické metody

• Diagnostika stafylokoků a streptokoků. Kultivace na půdách, identifikace rychlými metodami (latexová aglutinace, hmotnostní spektrometrie), případně biochemickými metodami.
• Diagnostika enterokoků a grampozitivních tyčinek. Kultivace na půdách, identifikace hmotnostní spektrometrií, případně biochemickými metodami
• Diagnostika enterobakterií. Kultivace na selektivně diagnostických půdách, identifikace, případná antigenní analýza.
• Diagnostika gramnegativních tyčinek kromě enterobakterií. Využití selektivních kultivačních půd, identifikace
• Diagnostika gramnegativních koků. Specifické podmínky kultivace, biochemická identifikace, hmotnostní spektrometrie, případně antigenní analýza
• Diagnostika anaerobních bakterií. Specifické podmínky kultivace, nejčastější klinicky významné anaerobní baktérie a jimi vyvolané infekce
• Diagnostika acidorezistentních bakterií. Specifické barvení preparátů, selektivní kultivační média, specifické podmínky kultivace, využití automatických systému, využítí PCR metod.
• Diagnostika spirochet Borrelie, treponema, leptospira. Metody přímého a nepřímého průkazu, screeningové a konfirmační testy, treponemové a netreponemové reakce.
• Diagnostika mykoplasmat, chlamydií a rickettsií. Metody přímého a nepřímého průkazu, kultivace, biochemická aktivita, serologické a molekulárně biologické metody.
• Diagnostika virů. Mikroskopie, izolace virů, průkaz virových antigenů, průkaz virových nukleových kyselin, serologický průkaz virových infekcí.
• Diagnostika parazitů. Rozdělení parazitů podle buněčné stavby, nejčastější zástupci, nejčastější parazitární onemocnění v našich podmínkách, tropická parazitární onemocnění.
• Diagnostika kvasinek a plísní. Metody identifikace, nejčastější klinicky významné kvasinky a vláknité houby, oportunní infekce

Laboratorní diagnostika – klinika

• Bakteriální a virové infekce HCD. Infekce nosu a nosohltanu, infekce orofaryngu včetně tonzil, záněty zevního a středního ucha, záněty vedlejších nosních dutin. Nejčastější etiologická agens.
• Bakteriální, virové infekce DCD. Infekce bronchů a bronchiolů, komunitní a nozokomiální záněty plic, aspirační pneumonie, plicní abscesy, plicní tuberkulóza a mykobakteriózy.
• Infekce trávicího traktu. Infekce jícnu a žaludku. Bakteriální, viroví a parazitární původci průjmů. Otravy z potravin. Infekce Clostridium difficile.
• Infekce močových cest a sexuálně přenosné infekce. Patogeneze močových infekcí, cystitidy, pyelonefritidy, bakteriologická diagnostika a interpretace nálezu. Klasické sexuálně přenosné choroby (gonorrhoea, syphilis, ulcus molle, lymphogranuloma venereum, granuloma inguinale). Gardnerella vaginalis, mykotické a parazitární STD. Chlamydia trachomatis a viroví původci STD (lidské papillomavory, HSV, HIV).
• Infekce CNS. Akutní a chronické meningitidy, purulentní a aseptické meningitidy, nejčastější etiologická agens, encefalitidy, mozkové abscesy.
• Infekce plodu a novorozence. Bakteriální, parazitární a virové kongenitální infekce. Perinatální a postnatální infekce novorozence. Nejčastější etiologická agens.
• Infekce ran, měkkých tkání, kostí a kloubů. Ranné infekce, infekce svalů – myositidy, infekce kloubů – artritidy, infekce kostí – osteomyelitidy, nejčastější etiologická agens.
• Oční infekce. Bakteriální, virové, mykotické a parazitární záněty spojivek a rohovky. Infekce očního víčka, infekce slzního ústrojí, infekce očnice, nitrooční infekce – endophtalmitida.
• Infekce krevního řečiště. Definice sepse, druhy bakteriémie a jejich příčiny. Katetrové sepse, endokarditidy. Odběr krve na hemokulturu a interpretace hemokultivačních nálezů.
• Infekce spojené se zdravotní péčí (ISZP), dříve nozokomiální infekce, jejich definice. Hlavní druhy infekcí: močové, ranné, respirační, gastrointestinální, katetrové sepse.

Laboratorní instrumentální a analytická technika

• Mikroskopické techniky v mikrobiologii. Optický mikroskop. Imunofluorescenční mikroskop. Nativní preparát. Barvený preparát, jeho fixace. Nejčastější diagnostická barvení v mikrobiologii.
• Příprava mikrobiologických kultivačních půd. Půdy základní, obohacené, selektivní, diagnostické, selektivně diagnostické. Půdy ke stanovení citlivosti na antibiotika, transportní půdy. Kontrola sterility a kvality půdy.
• Zpracování mikrobiologických vzorků z dýchacích cest. Nejčastější druhy materiálů: výtěry, sputa, odsátý materiál, bronchoalveolární laváž a jejich zpracování. Zhodnocení mikroskopických a kultivačních nálezů.
• Zpracování mikrobiologických vzorků z trávicích cest. Metody mikroskopické, kultivační, imunochromatické, serologické a jejich využití při detekci etiologických agens.
• Semikvantitativní kultivační zpracování močí a interpretace nálezů. Zpracování vzorků z genitálií na mikrobiologické vyšetření. Druhy materiálu, mikroskopické, kultivační vyšetření, vyšetření PCR.
• Zpracování vzorků z ran, aerobní a anaerobní kultivační vyšetření, význam mikroskopie. Zpracování hemokultur na bakteriologické vyšetření, využití automatických systémů. Zpracování likvoru na bakteriologické vyšetření. Serologické metody ve zpracování likvoru.
• Metody identifikace kmene v mikrobiologii. Mikroskopie, selektivně diagnostické kultivační půdy, biochemické identifikační testy, antigenní analýza kmene, identifikace pomocí MALDI TOF.
• Testování citlivosti k antimikrobiálním látkám. Disková difuzní metoda, metody stanovení minimální inhibiční koncentrace (MIC), nejčastější mechanismy rezistence a jejich průkaz.
• Metody průkazu antigenu a protilátky v mikrobiologii. Vyšetřovací metody v serologii – precipitace, aglutinace, KFR, neutralizační reakce, reakce se značenými složkami. Průkaz bakteriálních antigenů.
• Preanalytická fáze u mikrobiologických vzorků. Specifika odběru jednotlivých druhů materiálu. Podmínky a doba transportu klinického materiálu.

Klinická imunologie

Bioanalytické metody

• Alergie a atopie, alergeny. Fáze alergické reakce, druhy alergických chorob, možnosti vyšetření pacienta s alergií.
• Systémová autoimunitní onemocnění. Příklady onemocnění, metody vyšetření, vyšetřované autoprotilátky.
• Orgánově specifické autoimunitní onemocnění. Příklady onemocnění, metody vyšetření, vyšetřované autoprotilátky.
• Protinádorová imunita. Možnosti laboratorní imunologie při léčbě a diagnostice nádorů, imunologická léčba nádorů.
• Imunodeficience buněčné. Laboratorní vyšetření při podezření na buněčný imunodeficit.
• Imunodeficience. Protilátkové, laboratorní vyšetření při podezření na protilátkový imunodeficit.
• Poruchy fagocytózy. Laboratorní vyšetření při podezření na poruchy fagocytózy.
• Imunodeficience komplementu. Laboratorní vyšetření při podezření na deficit komplementu.
• Sekundární imunodeficience. Laboratorní vyšetření při podezření na sekundární imunodeficit.

Laboratorní diagnostika – klinika

• Antigeny, antigenní specifičnost a imunogennost. Antigen prezentující buňky, HLA- systém, zpracování a předkládání antigenu, imunologická paměť, vakcinace, druhy vakcín, laboratorní vyšetření odpovědi na vakcinaci.
• Regionalizace imunitní odpovědi. Lymfatický systém, primární a sekundární lymfatické orgány, slizniční a kožní imunitní systém, funkce mikrobioty, možnosti vyšetření
• Buněčná nespecifická imunita. Příklady buněk a jejich funkcí, PRP receptory buněčné nespecifické imunity a odpovídající PAMP motivy, fagocyty, fagocytóza, vyšetřovací algoritmus, funkční testy, onemocnění spojená s fagocytózou
• Humorální nespecifická imunita spojená s komplementovým systém. PRP receptory humorální nespecifické imunity a odpovídající PAMP motivy, cesty aktivace komplementu, regulace komplementu, vyšetřovací algoritmus, funkční testy, onemocnění spojená s poruchami komplementu
• Zánět, jako součást vrozené i specifické imunitní reakce. Cytokiny a zánět, sepse, laboratorní monitorování zánětu, proteiny akutní fáze
• T-lymfocyty. Druhy, vývoj, TCR receptor - molekulárně-genetická podstata specifičnosti, funkce – Th1,Th2, Th17, T-reg, cytotoxické T-lymfocyty, homing lymfocytů v tkáních, druhy vyšetření, funkční testy
• B-lymfocyty. Vývoj, BCR receptor - molekulárně-genetická podstata specifičnosti, imunoglobuliny struktura, funkce imunitní reakce založená na protilátkách, druhy vyšetření, funkční testy
• Regulace imunitních reakcí. Funkce receptorů, cytokinů, regulačních buněk, regulace protilátkami, poruchy regulace a jejich vyšetření
• Antiinfekční imunita. Obrana proti bakteriím, virům, parazitům, mechanismy úniku mikroorganismů před imunitním systémem, buňky NK a NKT, interferon, sepse
• Protinádorová imunita. Imunitní systém a nádory, Nádorové antigeny, možnosti laboratorní imunologie při léčbě a diagnostice nádorů, imunologická léčba nádorů
• Transplantace. Základní pojmy, alogenní reakce, orgánové transplantace, rejekce, transplantace hematopoetických kmenových buněk, reakce štěpu proti hostiteli, reakce proti leukemickým buňkám, využití transplantací, laboratorní vyšetření v souvislosti s transplantacemi
• Imunopatologická reakce I. – IV. typu. příklady onemocnění
• Autoimunitní onemocnění. Princip autoimunitní reakce, centrální a periferní tolerance, příčiny onemocnění a fáze vzniku autoimunitních onemocnění, možnosti laboratorního vyšetření autoimunitních onemocnění.

Laboratorní instrumentální a analytická technika

• Monoklonální protilátky. Příprava a využití v léčbě a laboratorní diagnostice, polyklonální protilátky - příprava a využití v laboratorní diagnostice; Imunofixace
• Využití průtokové cytometrie v imunologických vyšetřeních. Princip, grafické znázornění – histogram, dotplot, stanovení základních lymfocytárních subpopulací, funkční testy.
• Separační metody v buněčné imunologie a jejich využití. Hustotní centrifugace, magnetická separace, sortry, počítání buněk.
• Imunofluorescence. Princip, reagencie, metodika přímé a nepřímé imunofluorescence, fluorescenční mikroskop. Využití imunofluorescence v imunologických vyšetřeních, používané substráty pro stanovení ANA, ANCA, RET, ASMA, GPC, AMA EMA, výstupy vyšetření; Westernblot a jeho využití v diagnostice autoprotilátek.

Transfuzní lékařství

Bioanalytické metody

• Předtransfuzní vyšetření
• Laboratorní vyšetření antierytrocytárních protilátek
• Laboratorní vyšetření krevní skupiny - AB0, Rh(D)
• Laboratorní vyšetření u dárců krve
• Imunohematologické vyšetření AIHA
• Imunohematologické vyšetření v těhotenství

Laboratorní diagnostika – klinika

• Dárcovství krve. Základní principy, posouzení způsobilosti dárce.
• Typy odběrů, nežádoucí reakce na odběr
• Zásady hemoterapie
• Rizika hemoterapie
• Typy transfuzních přípravků
• Krevní skupiny - AB0 a Rh systém
• Ostatní krevní skupiny
• Hemolytické onemocnění novorozence
• HLA systém
• Autotransfuze

Laboratorní instrumentální a analytická technika

• Zpracování plné krve v zařízení transfuzní služby
• Odběry plazmy k frakcionaci, výroba krevních derivátů
• Kontroly kvality v zařízení transfuzní služby
• Přístroje v zařízení transfuzní služby
• Deleukotizace, ozařování, promývání a dělení transfuzních přípravků

Patologie

Bioanalytické metody

• Význam histologického vyšetření tkání, Cytologie plic
• Gynekolologická cytologie (zpracování, barvení, Bethesda klasifikace)
• Význam imunohistochemie u diagnostiky tkání a buněk, prediktivní markery
• Význam a typy „in situ“ hybridizace u diagnostiky tkání a buněk
• Peroperační biopsie (princip, využití, možnosti)
• Metody průkazu svalových dystrofii v patologii
• Interní a externí kontrola kvality v patologii
• Průkaz enzymů
• Anorganické látky + pigmenty

Laboratorní diagnostika – klinika

• Epitelová tkáň. Stavba a dělení epitelů, intermediální filamenta), epitelové nádory.
• Mesenchymální tkáně
• Svalová a nervová tkáň
• Progresivní změny ve tkáních. Regenerace, reparace, hypertrofie, metaplazie, dysplazie.
• Regresivní a metabolické změny ve tkáních. Nekróza, apoptóza, atrofie, dystrofie, pigmentace.
• Nespecifické záněty. Definice, projevy, formy, záněty alterativní, exudativní, proliferativní.
  
• Prekancerózy děložního hrdla
• Hormonální poruchy. Štítné žlázy, příštítných tělísek, nadledvin, Langerhansových ostrůvků.
• Gastritidy, nefritidy
• Cytodiagnostika

Laboratorní instrumentální a analytická technika

• Barvení pojivové tkáně
• Histologická barviva a principy barvení
• Imunohistochemie – metody průkazu
• Metody molekulární patologie
• Průkaz mikroorganismů
• Průkaz mikroorganismů
• Využití a typy mikroskopů
• Znázornění amyloidu
• Zpracování tkání – preanalytická + analytická část
• Zpracování tvrdých tkání