на главную

ПРОГРАММА КУРСА «БИОЛОГИЯ РАЗВИТИЯ»

(3-й курс дневного отделения биолого-почвенного факультета СПбГУ)

54 часа (34 часа лекции и 20 часов практических занятий),16 лекций

1-я лекция (2 час)

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ БИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ

ПРЕДМЕТ, ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ БИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ

Предметом изучения биологии развития являются: 1) развитие многоклеточных организмов, произошедших половым или бесполым путём; 2) физиологическая и репаративная регенерации

Основными изучаемыми проблемами биологии развития являются: а) формирование паттернов, модулей составляющих формирующийся организм, б) регуляция пролиферации, дифференцировки и гибели клеток в ходе развития: в) морфогенез - образование надклеточных структур, включая избирательные межклеточные взаимодействия и миграцию клеток, образование тканей и надтканевых систем организма; г) эволюционные преобразования развивающихся форм и структур; д) влияние факторов внешней среды на развитие.

Основные концептуальные понятия: дифференциальная активность генов и избирательные взаимодействия клеток

Биология развития является интегральной наукой о развитии многоклеточных организмов, включающей в качестве составных частей описательную, экспериментальную и сравнительную эмбриологию, молекулярную биологию и генетику развития, а также вопросы эволюции геномов и отдельных генов многоклеточных в связи с преобразованиями развивающихся форм и структур. Биология развития изучает не только ранние этапы развития из яйца, но также формирование личинок с прямым развитием или метаморфозом, постнатальное развитие, а также болезни развития.

Гомология эмбриональных структур (К. Э. фон Бэр), рассматривается с позиций гомологичных макромолекул и сигнальных каскадов в эволюционном ряду организмов. Ортологичность и паралогичность генетических молекул. Пересмотр филогенетических связей у первичноротых. Происхождение Bilateria. Новый синтез идей эволюции и развития - EvoDevo.

Основные методологические подходы в биологии развития - это

1. «утрата функции»

2. «приобретение функции»

Эти подходы достигается благодаря широкому и комплексному применению методов исследования: 1) экспериментальной эмбриологии (умерщвление, удаление, трансплантация частей зародыша, зачатков тканей или отдельных клеток); 2) культивирования эмбриональных стволовых клеток и клеточных линий (их маркировка) зачатков тканей и органов с целью прослеживания их судьбы при дальнейшем развитии; 3) генетических, молекулярно-генетических и молекулярно-биологических методов, включая методы переноса генов, их частей, получения трансгенных и нокаутированных животных; 4) компьютерные методы (in silico) моделирования развития.

Экспериментальная эмбриология XIX-XX веков как провозвестник современной биологии развития. От наблюдения к эксперименту, от экспериментов с бластомерами, тканями и органами к экспериментам со специализированными клетками и макромолекулами. От клонирования генов к клонированию животных. Генотерапия и клонирование эмбиональных стволовых клеток на службе у медицины будущего.

Морфогенетические поля и паттерны развития

Коммитирование клеток ( спецификация и детерминация). Три типа спецификации (автономная, зависимая и синцитиальная). Мозаический и регулятивный типы развития. Опыты А. Вейсмана и Ру. Опыты Г. Дриша, Г. Шпемана и С. Гёрстадиуса.

Клеточные линии у червей, моллюсков. Проспективные карты зачатков (карты клеточных судеб), методы их построения.

Морфогенетическое поле – группа клеток, чья позиция и назначение определены в пределах одних и тех же границ (морфогенетические поля зачатков глаза, сердца и конечностей у высших позвоночных). Задание морфогенетических полей зачатков в полярных координатах.

Позиционная информация. Морфогенетические детерминанты и морфогены. Градиенты морфогенов и модель «французского флага» Вольперта.

Реакционно-диффузионная модель Тьюринга образования градиентов концентраций.

2-я лекция (2 час)

МЕХАНИЗМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ КЛЕТОЧНОЙ ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ И МОРФОГЕНЕЗА