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Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Fakultät für Biowissenschaften Kommentiertes Lehrverzeichnis Molekulare Biotechnologie (Stand August 2010) - 1 -

MSc Molekulare Biotechnologie Wintersemester: Bioanalytik und Molekulare Zellbiologie (Forschungspraktika) Wie können zelluläre Veränderungen auf unterschiedlichen molekularen Ebenen, z.B. mRNA, Proteine und Protein-Modifikation, und zellulären Stoffwechselprozessen schnell und einfach erfasst werden? Neben etablierten molekularbiologischen Methoden für Untersuchungen der Genexpression und Proteinanalytik, werden auch verschiedene Methoden zur Analyse biochemischer Prozesse in der Zelle erlernt und insbesondere für die detaillierte Untersuchung der biologischen Wirkung von Arzneistoffen in verschiedenen zellulären Modelsystemen genutzt. Praktikum Bioorganische Chemie Dauer 6-8 Wochen nach Vereinbarung. Inhalte: Moderne Methoden der Bioorganischen Chemie und Chemischen Biologie, mit besonderem Fokus auf Nukleinsäuren. Im Zentrum stehen katalytische und regulatorische Eigenschaften von Nukleinsäuren, schaltbare Systeme sowie neue biologische Funktionen von RNA. Zur Anwendung kommt eine breite Palette molekularbiologischer, chemisch-synthetischer sowie instrumentell-analytischer Techniken. Die Praktikumsprojekte haben direkten Bezug zu aktuellen Forschungsvorhaben. Neben der praktischen Laborarbeit ist die Teilnahme am Gruppenseminar verpflichtend. Der Abschlussbericht ist im Gruppenseminar vorzustellen. Praktikum Molekulare Wirkmechanismen In diesem Kurs werden Naturstoffe hinsichtlich molekularer Wirkmechanismen untersucht. Dies umfasst das Erlernen analytischer Grundlagen, den Aufbau und die Validierung von Bioassays, den Einsatz geeigneter Positiv- und Negativ-Kontrollen und die IC50-Bestimmung. Als in vivo Testsysteme stehen diverse Krebszelllinien, Trypanosoma brucei, Caenorhabditis elegans und Wanzen (Oncopeltus fasciatus) zur Verfügung. Dabei


wird die Wirkung der Naturstoffe auf verschiedene molekulare Zielstrukturen untersucht, u.a. die Hemmung von Enzymen (z.B. Lipoxygenase), die Hemmung von ABC-Transportern, die Resorption von Naturstoffen in Caco-Zellen, die Bestimmung antioxidativer Eigenschaften, die Modulation von Genaktivitäten mit Hilfe von real time PCR. Ebenfalls werden Naturstoffe auf antibakterielle, antifungale bzw. herbizide Wirkung getestet. Praktikum Pharmazeutische Biologie und Biotechnologie In diesem Kurs werden Arzneipflanzen und Giftpflanzen charakterisiert. Dies umfasst die Identifikation der Pflanzen an Hand von DNA-Barcoding, das Herstellen und Fraktionieren von pflanzlichen Extrakten und deren Testung auf biologische Wirksamkeit (bio guided fractionation). Reinstoffe werden isoliert und identifiziert mit Hilfe von Massenspektrometrie, NMR, UV-Absorbtion); Gemische werden isoliert und analysiert mittels GCMS und LCMS. Praktikum Zellkulturtechniken In diesem Kurs wird der Umgang mit tierischen und pflanzlichen Zellkulturen erlernt. Dies umfasst steriles Arbeiten, die Medienzubereitung sowie das Erfassen von Wachstumsparametern (Zellzahl, MTT-assay) und Medienparametern (Aktivitätsbestimmung verschiedener Enzyme). Ebenfalls wird die Wirkung von Substanzen auf die Zellkulturen hinsichtlich Cytotxizität, Apopotose und Seneszenz untersucht, z.T. auch an Hand von GFP-Modellen. Biomolecular Engineering (Seminar) In this seminar latest developments in biomedical engineering are discussed, looking at a wide range of topics from new bio-molecules, gene technology for medical application including gene therapy, stem cell research, but also the development of new methods and technical solutions for diagnostic and therapeutic applications. The topics are discussed based on most recent publications, which also leads to a slight shift in the focus of the seminar depending on the present research


Gene regulation and signal transduction in development and disease (Seminar) Cellular differentiation is not only the key mechanism underlying the development of organism from the fertilized egg to the adult, but also is a key element in the genesis of various diseases, with cancer development and progression being the most prominent example. The focus of this seminar is the integration of signaling networks in the control of cellular differentiation and the change and maintenance of gene expression states important for disease development and progression. The topics are discussed on the basis of recent publications in the field. Seminar Transgene Tiermodelle Neurodegenerativer Erkrankungen Innerhalb des Seminars wird anhand von aktuellen Reviews und Orginalartikeln die Generierung und Analyse von transgenen Mausmodellen verschiedener neurodegenerativer Erkrankungen wie Morbus Alzheimer, Parkinson, Huntington und Prionen-Erkrankungen diskutiert. Ziel ist es eine solide Grundlage (state of the art) des modernen experimentellen Methodenspektrums zu erarbeiten (klonierte Organismen Transgenese, Konstitutive und induzierbare Knockoutmodelle, ES Zellen, iPS Zellen, ES-Differenzierung und Zellersatztherapien, Imaging Techniken). Lernziel ist daneben ein Verständnis der grundlegenden Pathomechanismen ausgewählter neurodegenerativer Erkrankungen. An Hand von Originalarbeiten wird diskutiert welchen Beitrag transgene Tiermodelle zum Verständnis dieser Pathomechanismen und zur Entwicklung therapeutischer Ansätze leisten können. Praktikum Funktionelle Genomik Dieses Praktikums ermöglicht die Mitarbeit der Studierenden an aktuellen Forschungsprojekten der Abteilung Funktionelle Genomik. Dies beinhaltet sowohl zellbiologisch/biochemische Techniken (Expressionsklonierung, Proteinreinigung, Interaktionsscreens, diverse Zellkulturen u.a. ES-Zellen, primäre Neuronen, organotypische Hippocampuskulturen, konfokale Mikroskopie) als auch genetische Ansätze, wie die Generierung und Analyse von transgenen und Knockoutmausmodellen verschiedener neuronaler, z. B. Alzheimer relevanter Proteine.


Methodenseminar des IPMB Im Rahmen des Methodenseminars präsentieren die Doktoranden des Institutes für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie Methoden, die sie im Rahmen ihrer Doktorarbeit verwenden (Programm siehe http://www.uni-heidelberg.de/fakultaeten/biowissenschaften/ipmb/methodenseminar.html). Seminar: Aktuelle Probleme der Medizinischen Chemie In dem Seminar werden aktuelle Fragestellungen und Ergebnisse aus den Forschungsprojekten der Gruppe besprochen. Dies geschieht durch Präsentationen und Diskussionen zu den folgenden Themen: Suche nach neuen antibakteriell wirksamen Hemmstoffen der cytoplasmatischen

Peptidoglykan-Biosynthese Therapie von Infektionen mit Flaviviren, insbes. Dengue und West-Nil-Virus Methionin-Aminopeptidasen als Targets in der Tumortherapie Synthetische und analytische Methoden

Darüber hinaus werden von den Seminarteilnehmern Publikationen zu methodischen Aspekten (neue Verfahren, Software) und aktuellen Trends und Problemen der Medizinischen Chemie aufbereitet und im Seminar vorgestellt. Praktikum Bioinformatik Inhalt: In diesem Praktikum werden vertiefende praktische Kenntnisse von Computermethoden in der biowissenschaftlichen Forschung und Bioinformatik vermittelt. Der Schwerpunkt liegt auf ausgewählten fortgeschrittenen Themen der funktionellen Genomanalyse (z.B. Auswertung von Genexpressionsdaten) und der biologischen Bildanalyse (z.B. Segmentierung und Bewegungsverfolgung von zellulären sowie subzellulären Strukturen in Mikroskopiebildern). Dabei kommen existierende Softwareprogramme der Bioinformatik zur Anwendung. Vermittelte Kompetenzen: Vertiefende praktische Kenntnisse von Methoden und Algorithmen der Bioinformatik mit Fokus auf funktioneller Genomanalyse und der automatischen Auswertung von Zellmikroskopiebildern.

http://www.uni-heidelberg.de/fakultaeten/biowissenschaften/ipmb/methodenseminar.html



- 5 - Studien- und Prüfungssekretariat für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie

Im Neuenheimer Feld 234, D-69120 Heidelberg E-Mail [email protected]

Seminar Bioinformatik: Current Topics in Bioinformatics and Computational Cell Biology Inhalt: In diesem Seminar werden aktuelle fortgeschrittene Themen der funktionellen Genomanalyse und der biologischen Bildanalyse an die Teilnehmenden vergeben und von ihnen vorgetragen. Die Themen der funktionellen Genomanalyse beinhalten Netzwerkanalyse der Signaltransduktion und des Metabolismus, Netzwerktopologien, Proteininteraktionsstudien, Analyse von Genexpressionsdaten und Gensequenzierung, Komparative Genomanalyse, Einzel-Nukleotid Polymorphismen, Gewebe-Microarrays und Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung. Die Themen der biologischen Bildverarbeitung befassen sich mit der automatischen Auswertung von Zellmikroskopiebildern mit Fokus auf der Segmentierung von Zellen, dem Verfolgen (Tracking) von zellulären Strukturen, der Registrierung von Mikroskopiebildern, und der Auswertung von Hochdurchsatz-Screens. Vermittelte Kompetenzen: Vertiefende Kenntnisse von Methoden der Bioinformatik mit Fokus auf funktioneller Genomanalyse und der automatischen Auswertung von Zellmikroskopiebildern. Forschungspraktikum Biophysikalische Chemie Dieses Praktikum führt die Studenten in den Stand der Technik ein auf dem Gebiet der biophysikalischen Forschung. Es werden Teilprojekte innerhalb von bestehenden Forschungsprojekten am Lehrstuhl über einer Zeitspanne von 6 Wochen bearbeitet. Anschließend folgen die Verfassung eines wissenschaftlichen Berichtes sowie das mündliche Vortragen der erreichten Resultate. IPMB Seminar Im Rahmen des IPMB Seminars präsentieren die Professoren und Nachwuchswissenschaftler des Institutes für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie ihre aktuellen Forschungsergebnisse (Programm siehe http://www.ipmb.uni-heidelberg.de/studium.html).

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Praktikum Biochemie Wahlpflicht II: Proteine, Protein-RNA-Komplexe und Biokatalyse Enzymkatalyse, RNA-Katalyse, GTPasen Literaturseminar Biochemie W II: Regulation und Interaktion in Biologischen Enzymkomplexen

• Reaktionsmechanismen der RNA Moleküle • Protein-RNA Interaktionen • Enzymaktivierung in Protein/RNA Komplexen • Allosterische Enzyme • Substrat-Transfer zwischen katalytischen Zentren • Enzymregulation durch Protein-Protein Interaktion

Biophysikalische Chemie und Biophysik III (Vorlesung und Seminar) Die Vorlesung gibt einen umfassenden Überblick über die physikalische Chemie biologischer Systeme. Behandelte Themen sind: die Physik von Biomembranen, die Photosynthese, Charakterisierungsmethoden über die optische Auflösung hinaus, Zusammensetzung und Eigenschaften der Extrazellulären Matrix, Zelladhäsion, Zellmechanik, Bionanotechnologie. Blockpraktikum Biophysikalische Chemie In diesem Praktikum werden ausgewählte Themen aus der Vorlesung Biophysikalische Chemie in praktischen Versuchen veranschaulicht und vertieft. Vor allen Versuchen muss ein mündliches Kolloquium über die Theorie bestanden werden und anschließend jeweils ein Bericht verfasst werden. Computational Biology During this course students will be introduced to recent tools and methods in bioinformatics and computational biology, e.g. recent databases, sequence alignment tools, molecular modeling, biological network assembly, image processing

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and computational biochemistry. The focus is on the very practical use of the respective tools and their limitations. Detailed theory will be covered in a follow-up course in the next semester. Students will learn how to make more of their respective experimental data with the use of modern computational techniques. Moreover, students should get familiar with abstracting biological knowledge to mathematical formulas and simply getting to know different operating systems and computational environments. Advanced Molecular Immunobiology and Immunotechnology Im unserem Praktikumsteil untersuchen die Studenten die T Zell Antworten gegen verschiedene Tumor-assoziierte Antigene mit Hilfe der ELISpot Methode. Dazu wird erklärt, wie aus Blut und Knochenmark von Patienten mit Kolorektalkarzinom, bzw. Pankreaskarzinom T Zellen gewonnen und Dendritische Zellen generiert werden können. Die Studenten reinigten diese Zellpopulationen dann selbständig auf. Dazu werden magnetische Kügelchen (Dynal Beads) mit Antikörpern beschichtet, die eine Spezifität gegen nicht benötigte Zelltypen besitzen. Nach der Inkubation und mit Hilfe eines Magneten, werden diese Zellen dann von den benötigten T Zellen bzw. Dendritischen Zellen getrennt. Im Anschluss daran werden die Dendritischen Zellen in vorbereitete ELISPot Platten gegeben und mit verschiedenen Tumor-assoziierten Antigenen (Mage3, Her2/neu, Survivin, Telomerase) gepulst. Die T Zellen werden in einem Verhältnis von 1:5 zugegeben und die Kokultur für 40 Stunden inkubiert. Danach werden die ELISpot Platten mehrmals gewaschen und durch Sekundärantikörper und die Reaktion einer alkalischen Phosphatase, die Interferon-gamme Spots sichtbar gemacht. Die Auswertung der Reaktivität sowie der Frequenz der Antigen-spezifischen Zellen wwird von den Studierenden ebenfalls erlernt. Zum Abschluss folgt eine kurze Wiederholung von angemessenen statistischen Methoden zur Analyse der Daten. Vorlesung Astrobiologie und Astrobiophysik (Vorlesung 1 WS, Vorlesung 2 SS) In den Vorlesungen „Astrobiologie und Astrobiophysik“ geht es um Prozesse, die zur Entstehung von Leben führen, es unterhalten und erhalten, sowie um deren Einbettung in ihre Umwelt. Es soll hierbei neben der astrophysikalisch geprägten sowie biologisch geprägten Blickrichtung eine zusätzliche Sicht aus dem

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mathematisch – informationstheoretischen Feld mit aufgenommen werden. In „Astrobiologie und Astrobiophysik1“ werden Prozesse von der Biogenese bis zu den Themen Intelligenz und Kommunikation vorgestellt. In „Astrobiologie und Astrobiophysik2“ geht es um Entwicklungen von der Entstehung des Universums, der Entstehung von und Suche nach extrasolaren Planeten bis zur Bildung einer Umwelt, in der Leben entstehen kann. Die Vorlesungen erstrecken sich über zwei Semester und gliedern sich in „Astrobiologie und Astrobiophysik1“ (Wintersemester) und „Astrobiologie und Astrobiophysik2“ (Sommersemester). Beide Vorlesungen können unabhängig von einander und auch in umgekehrter Reihenfolge gehört werden. Ein Einstieg ist somit in jedem Semester möglich. Die Vorlesung wird von Dozenten der Astronomie und Biophysik gemeinsam gehalten und noch durch eine einstündige (freiwillige) Übung ergänzt. Die Vorlesungen werden jeweils durch eine Klausur abgeschlossen. Seminar Astrobiologie/Astrobiophysik In einem begleitenden Seminar zu „Astrobiologie und Astrobiophysik“ sollen zum einen Hintergründe der wissenschaftlichen Forschung zu Themen der Vorlesung in Form von Referaten, zum anderen sollen in Form von kritischen Diskussionen offene Fragen und alternative Ansätze erarbeitet werden. Die Teilnahme ist auch unabhängig vom Besuch der Vorlesung möglich. Biochemie der Tropenkrankheiten Behandelt werden die Erreger der Malaria tropica, der Schlafkrankheit und der südamerikanischen Chagas-Krankheit, insbesondere der Stoffwechsel der Parasiten sowie der menschlichen Wirtszellen, z. B. der Erythrozyten. Möglichkeiten werden aufgezeigt, wie durch Eingreifen in parasitenspezifische Stoffwechselwege es möglich sein sollte, neue, selektivere Medikamente zu entwickeln. Für jeden Erreger gibt es einen einführenden Seminarvortrag über dessen Lebenszyklus und die durch ihn verursachte Krankheit. Es werden aktuelle Originalpublikationen oder Übersichtsarbeiten zu dem jeweiligen Thema zur Verfügung gestellt. Die Referate werden von einem Studenten gehalten und anschließend von allen Teilnehmern zusammen mit den Dozenten eingehend diskutiert. Thematische Schwerpunkte werden u. a. sein: - Glucose-6-phosphatdehydrogenase-Mangel als Selektionsvorteil bei einer Infektion

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mit Malaria tropica. - Mögliche Mechanismen der Chloroquinresistenz von Plasmodium falciparum - Metabolische Funktionen der Glykosomen in Trypanosomatiden - RNA-Interferenz in Trypanosomen. - Antigen-Variation afrikanischer Trypanosomen als Abwehr gegenüber dem Immunsystem Biotech Entrepreneurship Traning Program

• Introduction: Each participant will receive a current research article about an innovation in the field of biotechnology and an introduction on how to develop and present a business idea based on a PowerPoint presentation (2 hours) - 1 hour = 60 minutes

• Research / Self-study and preparation of the presentation

Discussion of the presentation drafts and concepts (3 hours) • 8 sessions (3 hours each)

each with 2 presentations of participants followed by general discussion (30 minutes presentation and 30 minutes discussion per participant

BTS Seminar Das BTS Seminar wird von der biotechnologischen Studenteninitiative organisiert. Es finden Vortragsreihen zu variierenden aktuellen Themen in der industriellen biotechnologischen Forschung statt (Programm siehe http://bts-ev.de/index.php/1385/0/). Enzyme Mechanisms and Protein Folding : approaches to structure and dynamics of biocatalysts and molecular switches The Seminar introduces principles of protein structure, enzyme catalysis and protein folding, exemplified by case studies. The textbook by Alan Fersht will serve as source and guideline for various selected presentations of classical but also current topics with fundamental importance in the field of enzyme and protein folding mechanism with particular emphasis on molecular

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http://bts-ev.de/index.php/1385/0/

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machines/motors and novel areas connected to biocatalysts. Selected publications will also be presented by the participants and discussed. Experimentelle biomolekulare Strukturanalyse - ein praxisbezogener Ansatz Structural Biology develops towards an increasingly interdisciplinary research field. This concerns typically the interaction between methods, that give three-dimensional information about bio-macromolecules and those that deal with biochemical/biological data such as binding constants or turnover rates. In addition, an increasing interaction between these experimental methods themselves, contributes to research results that far exceed the potential of the individual approaches. In this lecture/seminar series we want to give an introduction to the principles and concepts of three widely used and highly complementary methods in structural biology: nuclear magnetic resonance, x-ray crystallography and electron microscopy. Electron Microscopy (EM) uses the wave properties of electrons to image biological specimens. The electron microscope has similar elements like a light microscope but achieves much higher resolution, usually in the nanometer range. The method is particularly useful for the investigation of large biomolecular assemblies such as microtubules or cytoskeletal polymers that in many cases cannot be crystallized. Employing techniques of image analysis on stained or frozen samples along with single particle reconstructions has improved the resolution to 3-4 Å. Of particular impact is the development of electron tomography that can provide three-dimensional images of unique objects like single organelles or whole cells. By combining this type of data with structural models of individual proteins and protein complexes (derived from x-ray or NMR studies), researchers envision to create a model of a whole cell at 4 Å resolution. X-ray crystallography allows the structural analysis of molecules, often close to atomic detail. The interaction between x-ray waves and a crystal results in what is called a diffraction pattern, which in principle provides the information required to draw a picture of the molecule. The method requires the molecule under investigation in crystalline form, which becomes rate limiting with biological macromolecules. Starting with the first DNA- and protein structures, assemblies as large as ribosomal or viral particles contribute to the success story of the method. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) combines static and oscillating magnetic fields to probe the magnetic properties of the atomic nuclei in (macro)molecules. The magnetic response of the sample (usually a concentrated solution) is characteristic of

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the 3-dimensional arrangement of the atoms. NMR is routinely used for structure determination of proteins in the range of 10-30 kDa. The high sensitivity of the nuclear signals to atomic environment and molecular motions provide additional powerful tools to characterize binding interfaces and dynamic/kinetic properties of molecules in solution, thus providing direct links to molecular function. We will emphasize the complementary aspects or common concepts wherever possible. A single lecture will be dedicated to the more specialized application of neutron scattering. The lectures are supplemented by short seminar presentations of participants. Interaktionen von Proteinen und Nukleinsäuren - biophysikalische Konzepte und theoretische Beschreibungen

1. Analyse von Protein-DNA und Protein-RNA Wechselwirkungen mit molekularbiologischen Techniken

2. Theorie und experimentelle Duchführung der DNA Gelelektropherese 3. Spektroskopie I: Absorption, Übergangs-Dipole, Hyperchromizität 4. Spektroskopie II: Zirkulardichroismus von Protein und Nukleinsäuren 5. Spektroskopie III: Fluoreszenz 6. Hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie 7. Rastersondenmikroskopie 8. Detektion und Manipulation einzelner Moleküle 9. Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierungstechniken 10. Genomweite Analyse von Protein-DNA Interaktionen 11. Analyse der räumlichen Genomorganisation durch Chromatin Cross-linking Inhalt: In der Vorlesung sollen Methoden und Anwendungen der Biophysik/quantitativen Biologie dargestellt werden, mit denen Protein-Nukleinsäure-Wechselwirkungen quantitativ charakterisiert werden. Nach einer Darstellung molekularbiologischen Techniken werden die Theorie und Durchführung von Gelelektrophorese behandelt. Dann werden Absorptions- und Fluoreszenzspektroskopie, hochauflösende Fluoreszenz-mikroskopietechniken sowie Methoden zur Analyse und Manipulation einzelner Makromolekül-Komplexe dargestellt. Die Vorlesung endet mit Hochdurchsatzmethoden zur genomweiten Analyse von Interaktionen von Protein mit DNA und RNA. Begleitend zu der Vorlesung werden Übungsaufgaben gestellt.

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Neurophysik Lernziel: Acquiring a quantitative view on cellular and systems neuroscience Inhalt: Biophysics of single neurons (Membrane biophysics, Hodgkin-Huxley description of action potentials, active membrane properties, synapses, multi-compartment models of neurons) Neural Encoding and Decoding (Sensory systems, Coding, decoding, information theory) Network models (neural networks, plasticity, learning, conditioning, oscillations)

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Sommersemester Bioanalytik und Molekulare Zellbiologie (Forschungspraktika) Wie können zelluläre Veränderungen auf unterschiedlichen molekularen Ebenen, z.B. mRNA, Proteine und Protein-Modifikation, und zellulären Stoffwechselprozessen schnell und einfach erfasst werden? Neben etablierten molekularbiologischen Methoden für Untersuchungen der Genexpression und Proteinanalytik, werden auch verschiedene Methoden zur Analyse biochemischer Prozesse in der Zelle erlernt und insbesondere für die detaillierte Untersuchung der biologischen Wirkung von Arzneistoffen in verschiedenen zellulären Modelsystemen genutzt. Praktikum Bioorganische Chemie Dauer 6-8 Wochen nach Vereinbarung. Inhalte: Moderne Methoden der Bioorganischen Chemie und Chemischen Biologie, mit besonderem Fokus auf Nukleinsäuren. Im Zentrum stehen katalytische und regulatorische Eigenschaften von Nukleinsäuren, schaltbare Systeme sowie neue biologische Funktionen von RNA. Zur Anwendung kommt eine breite Palette molekularbiologischer, chemisch-synthetischer sowie instrumentell-analytischer Techniken. Die Praktikumsprojekte haben direkten Bezug zu aktuellen Forschungsvorhaben. Neben der praktischen Laborarbeit ist die Teilnahme am Gruppenseminar verpflichtend. Der Abschlussbericht ist im Gruppenseminar vorzustellen. Praktikum Molekulare Wirkmechanismen In diesem Kurs werden Naturstoffe hinsichtlich molekularer Wirkmechanismen untersucht. Dies umfasst das Erlernen analytischer Grundlagen, den Aufbau und die Validierung von Bioassays, den Einsatz geeigneter Positiv- und Negativ-Kontrollen und die IC50-Bestimmung. Als in vivo Testsysteme stehen diverse Krebszelllinien, Trypanosoma brucei, Caenorhabditis elegans und Wanzen (Oncopeltus fasciatus) zur Verfügung. Dabei wird die Wirkung der Naturstoffe auf verschiedene molekulare Zielstrukturen untersucht, u.a. die Hemmung von Enzymen (z.B. Lipoxygenase), die Hemmung von ABC-Transportern, die Resorption von Naturstoffen in Caco-Zellen, die Bestimmung

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antioxidativer Eigenschaften, die Modulation von Genaktivitäten mit Hilfe von real time PCR. Ebenfalls werden Naturstoffe auf antibakterielle, antifungale bzw. herbizide Wirkung getestet. Praktikum Pharmazeutische Biologie und Biotechnologie In diesem Kurs werden Arzneipflanzen und Giftpflanzen charakterisiert. Dies umfasst die Identifikation der Pflanzen an Hand von DNA-Barcoding, das Herstellen und Fraktionieren von pflanzlichen Extrakten und deren Testung auf biologische Wirksamkeit (bio guided fractionation). Reinstoffe werden isoliert und identifiziert mit Hilfe von Massenspektrometrie, NMR, UV-Absorbtion); Gemische werden isoliert und analysiert mittels GCMS und LCMS. Praktikum Zellkulturtechniken In diesem Kurs wird der Umgang mit tierischen und pflanzlichen Zellkulturen erlernt. Dies umfasst steriles Arbeiten, die Medienzubereitung sowie das Erfassen von Wachstumsparametern (Zellzahl, MTT-assay) und Medienparametern (Aktivitätsbestimmung verschiedener Enzyme). Ebenfalls wird die Wirkung von Substanzen auf die Zellkulturen hinsichtlich Cytotxizität, Apopotose und Seneszenz untersucht, z.T. auch an Hand von GFP-Modellen. Biomolecular Engineering (Seminar) In this seminar latest developments in biomedical engineering are discussed, looking at a wide range of topics from new bio-molecules, gene technology for medical application including gene therapy, stem cell research, but also the development of new methods and technical solutions for diagnostic and therapeutic applications. The topics are discussed based on most recent publications, which also leads to a slight shift in the focus of the seminar depending on the present research

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Gene regulation and signal transduction in development and disease (Seminar) Cellular differentiation is not only the key mechanism underlying the development of organism from the fertilized egg to the adult, but also is a key element in the genesis of various diseases, with cancer development and progression being the most prominent example. The focus of this seminar is the integration of signaling networks in the control of cellular differentiation and the change and maintenance of gene expression states important for disease development and progression. The topics are discussed on the basis of recent publications in the field. Seminar Transgene Tiermodelle Neurodegenerativer Erkrankungen Innerhalb des Seminars wird anhand von aktuellen Reviews und Orginalartikeln die Generierung und Analyse von transgenen Mausmodellen verschiedener neurodegenerativer Erkrankungen wie Morbus Alzheimer, Parkinson, Huntington und Prionen-Erkrankungen diskutiert. Ziel ist es eine solide Grundlage (state of the art) des modernen experimentellen Methodenspektrums zu erarbeiten (klonierte Organismen Transgenese, Konstitutive und induzierbare Knockoutmodelle, ES Zellen, iPS Zellen, ES-Differenzierung und Zellersatztherapien, Imaging Techniken). Lernziel ist daneben ein Verständnis der grundlegenden Pathomechanismen ausgewählter neurodegenerativer Erkrankungen. An Hand von Originalarbeiten wird diskutiert welchen Beitrag transgene Tiermodelle zum Verständnis dieser Pathomechanismen und zur Entwicklung therapeutischer Ansätze leisten können. Praktikum Funktionelle Genomik Dieses Praktikums ermöglicht die Mitarbeit der Studierenden an aktuellen Forschungsprojekten der Abteilung Funktionelle Genomik. Dies beinhaltet sowohl zellbiologisch/biochemische Techniken (Expressionsklonierung, Proteinreinigung, Interaktionsscreens, diverse Zellkulturen u.a. ES-Zellen, primäre Neuronen, organotypische Hippocampuskulturen, konfokale Mikroskopie) als auch genetische Ansätze, wie die Generierung und Analyse von transgenen und Knockoutmausmodellen verschiedener neuronaler, z. B. Alzheimer relevanter Proteine.

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Methodenseminar des IPMB Im Rahmen des Methodenseminars präsentieren die Doktoranden des Institutes für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie Methoden, die sie im Rahmen ihrer Doktorarbeit verwenden (Programm siehe http://www.uni-heidelberg.de/fakultaeten/biowissenschaften/ipmb/methodenseminar.html). Praktikum Bioinformatik Inhalt: In diesem Praktikum werden vertiefende praktische Kenntnisse von Computermethoden in der biowissenschaftlichen Forschung und Bioinformatik vermittelt. Der Schwerpunkt liegt auf ausgewählten fortgeschrittenen Themen der funktionellen Genomanalyse (z.B. Auswertung von Genexpressionsdaten) und der biologischen Bildanalyse (z.B. Segmentierung und Bewegungsverfolgung von zellulären sowie subzellulären Strukturen in Mikroskopiebildern). Dabei kommen existierende Softwareprogramme der Bioinformatik zur Anwendung. Vermittelte Kompetenzen: Vertiefende praktische Kenntnisse von Methoden und Algorithmen der Bioinformatik mit Fokus auf funktioneller Genomanalyse und der automatischen Auswertung von Zellmikroskopiebildern. Seminar Bioinformatik: Current Topics in Bioinformatics and Computational Cell Biology Inhalt: In diesem Seminar werden aktuelle fortgeschrittene Themen der funktionellen Genomanalyse und der biologischen Bildanalyse an die Teilnehmenden vergeben und von ihnen vorgetragen. Die Themen der funktionellen Genomanalyse beinhalten Netzwerkanalyse der Signaltransduktion und des Metabolismus, Netzwerktopologien, Proteininteraktionsstudien, Analyse von Genexpressionsdaten und Gensequenzierung, Komparative Genomanalyse, Einzel-Nukleotid Polymorphismen, Gewebe-Microarrays und Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung. Die Themen der biologischen Bildverarbeitung befassen sich mit der automatischen Auswertung von Zellmikroskopiebildern mit Fokus auf der Segmentierung von Zellen,

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dem Verfolgen (Tracking) von zellulären Strukturen, der Registrierung von Mikroskopiebildern, und der Auswertung von Hochdurchsatz-Screens. Vermittelte Kompetenzen: Vertiefende Kenntnisse von Methoden der Bioinformatik mit Fokus auf funktioneller Genomanalyse und der automatischen Auswertung von Zellmikroskopiebildern. Vom Gen bis zur 3D Struktur des Genproduktes Lernziel der Veranstaltung: praktische Erfahrungen mit dem professionellen Umgang mit Programmen zur Sequenzverarbeitung. Die Übungen haben zum Ziel, Struktur und Funktion eines Proteins auf der Basis seiner Gensequenz vorherzusagen. Es werden auch Programme vorgestellt, die als Klonierungshilfe im täglichen Laborbetrieb sehr hilfreich sind (Restriktionsanalyse, Plasmidkarten, etc.). Ausgangspunkt sind rohe Sequenzdaten (Elektropherogramme). Diese werden nachanalysiert, zusammengefügt, zur Datenbanksuche eingesetzt und die Domänenorganisation des gefundenen Proteins bestimmt. Stammbäume werden erstellt und 3D Vorhersagen ausprobiert. Programme: DNA-Strider, DNASTAR, NCBI-Server, Ensembl-Server (fast, blast Suchen). Es wird auf Macintosh Rechnern mit MacOSX10.3 als Betriebssystem gearbeitet. Forschungspraktikum Biophysikalische Chemie: Dieses Praktikum führt die Studenten in den Stand der Technik ein auf dem Gebiet der biophysikalischen Forschung. Es werden Teilprojekte innerhalb von bestehenden Forschungsprojekten am Lehrstuhl über einer Zeitspanne von 6 Wochen bearbeitet. Anschließend folgen die Verfassung eines wissenschaftlichen Berichtes sowie das mündliche Vortragen der erreichten Resultate. Literaturseminar zum Wahlpflichtmodul WI Vorlesungsteil: Proteine und Enzyme, Co-Faktoren, Reaktionsmechanismen in der Biochemie, Enzymkinetik, Inhibitoren Die StudentInnen halten gegen Ende des Semesters Kurzseminare zu den Themen Vitamine und Co-Faktoren (Literaturseminare).

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IPMB Seminar Im Rahmen des IPMB Seminars präsentieren die Professoren und Nachwuchswissenschaftler des Institutes für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie ihre aktuellen Forschungsergebnisse (Programm siehe http://www.ipmb.uni-heidelberg.de/studium.html). Aims and approaches in Developmental Neurobiology Among others, postdocs, PhD students, and graduates of our department will present their projects with an in-depth discussion (usually more than 2 hours) of aims and approaches as well as progress and problems. This seminar is hold in English and is designed to improve the advanced students capabilities to evaluate, present, and critically discuss new data in the context of relevant published literature. Algorithmische Bioinformatik und Systembiologie Moderne experimentelle Hochdurchsatzverfahren der Genetik und Molekularbiologie liefern massive Datenmengen, deren manuelle Analyse nicht mehr möglich ist. Genomweite highcontent Screens produzieren schnell mehrere Terabyte an Daten; Live Cell Imaging, Genom Sequenzierungsprojekte und zeitaufgelöste Transkriptom- und Proteom-Messungen sind nur einige Beispiele für sehr datenintensive experimentelle Verfahren. Während diese einerseits völlig neue Einsichten in Prozesse in Zellen ermöglicht, stellen sie andererseits eine Vielzahl neuer methodischer und algorithmischer Fragestellungen im Zusammenhang mit der Analyse und Interpretation dieser Daten. Die Systembiologie schliesslich befasst sich mit der quantitativen Modellierung von Prozessen in Zellen, basierend auf solchen experimentellen Messungen. In der Vorlesung werden Computeralgorithmen und mathematische Verfahren für die Prozessierung und Analyse von Hochdurchsatz-Daten vorgestellt, sowie grundlegenede Methoden der Systembiologie eingeführt. Es sind keine speziellen Vorkenntnisse erforderlich, aber ein Interesse an mathematischen Methoden und Computerverfahren aus der Bioinformatik und Systembiologie.

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Vorlesung Astrobiologie und Astrobiophysik (Vorlesung 1 WS, Vorlesung 2 SS) In den Vorlesungen „Astrobiologie und Astrobiophysik“ geht es um Prozesse, die zur Entstehung von Leben führen, es unterhalten und erhalten, sowie um deren Einbettung in ihre Umwelt. Es soll hierbei neben der astrophysikalisch geprägten sowie biologisch geprägten Blickrichtung eine zusätzliche Sicht aus dem mathematisch – informationstheoretischen Feld mit aufgenommen werden. In „Astrobiologie und Astrobiophysik1“ werden Prozesse von der Biogenese bis zu den Themen Intelligenz und Kommunikation vorgestellt. In „Astrobiologie und Astrobiophysik2“ geht es um Entwicklungen von der Entstehung des Universums, der Entstehung von und Suche nach extrasolaren Planeten bis zur Bildung einer Umwelt, in der Leben entstehen kann. Die Vorlesungen erstrecken sich über zwei Semester und gliedern sich in „Astrobiologie und Astrobiophysik1“ (Wintersemester) und „Astrobiologie und Astrobiophysik2“ (Sommersemester). Beide Vorlesungen können unabhängig von einander und auch in umgekehrter Reihenfolge gehört werden. Ein Einstieg ist somit in jedem Semester möglich. Die Vorlesung wird von Dozenten der Astronomie und Biophysik gemeinsam gehalten und noch durch eine einstündige (freiwillige) Übung ergänzt. Die Vorlesungen werden jeweils durch eine Klausur abgeschlossen. Biochemie der Tropenkrankheiten Behandelt werden die Erreger der Malaria tropica, der Schlafkrankheit und der südamerikanischen Chagas-Krankheit, insbesondere der Stoffwechsel der Parasiten sowie der menschlichen Wirtszellen, z. B. der Erythrozyten. Möglichkeiten werden aufgezeigt, wie durch Eingreifen in parasitenspezifische Stoffwechselwege es möglich sein sollte, neue, selektivere Medikamente zu entwickeln. Für jeden Erreger gibt es einen einführenden Seminarvortrag über dessen Lebenszyklus und die durch ihn verursachte Krankheit. Es werden aktuelle Originalpublikationen oder Übersichtsarbeiten zu dem jeweiligen Thema zur Verfügung gestellt. Die Referate werden von einem Studenten gehalten und anschließend von allen Teilnehmern zusammen mit den Dozenten eingehend diskutiert. Thematische Schwerpunkte werden u. a. sein: - Glucose-6-phosphatdehydrogenase-Mangel als Selektionsvorteil bei einer Infektion mit Malaria tropica. - Mögliche Mechanismen der Chloroquinresistenz von Plasmodium falciparum

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- Metabolische Funktionen der Glykosomen in Trypanosomatiden - RNA-Interferenz in Trypanosomen. - Antigen-Variation afrikanischer Trypanosomen als Abwehr gegenüber dem Immunsystem Embryologische Modelle zur Genommanipulation Ihm Rahmen dieses Blockseminares werden spezifische Aspekte in Form von Referaten thematisiert, die von den Teilnehmerinnen und Teilnehmern des Seminars gehalten werden. Folgende Themen werden behandelt:

• Einführung und Grundlagen der Embryologie • Konventionelle Zuchtmethoden bei Labortieren • Entwicklung transgener Tiere mittels Mikroinjektion Entwicklung von Mutanten

mittels Knock-in und Knock-out Technik • Entwicklung transgener Mäuse mittels Retrovirusvektoren, Transgennachweis • Animal Pharming • Xenotransplantation und Tissue-engineering • Animal Cloning • Reproduktionsmedizin beim Menschen • Gentherapie • Ethische Aspekte zur Genmanipulation

Humane Reproduktionsgenetik für Biologen. Human reproduction genetics Kurze Inhaltsbeschreibung: Humane Reproduktionsgenetik Ort: Raum 230 in Gebäude 4210, 2.OG; Thibautstrasse 1, UFK gegenüber Dozenten: PD Dr. rer. nat. P.H. Vogt und PD Dr. med. M. von Wolff Voraussetzung für die erfolgreiche Teilnahme sind fundierte Grundkenntnisse in der molekularen Humangenetik und ein besonderes Interesse für die molekularen Regelkreise in der humanen Reproduktionsbiologie. Die Grundpraktika E1 und E2 und zumindest ein F- oder L-Praktikum im gleichen oder einem verwandten Studiengebiet sollten erfolgreich absolviert sein. Der Fokus dieses Seminars liegt auf dem Studium genetischer Aspekte der

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molekularen Reproduktionsbiologie von Mensch und Primaten. Jedem Studenten wird dabei die Gelegenheit gegeben, durch eine selbständige Literatur-Recherche einen eigenen Report zu einem Teilgebiet dieses in den letzten Jahren rasch expandierenden Forschungsschwerpunkts zu verfassen und den anderen Teilnehmern des Seminars vorzustellen (als z.B. Powerpoint-Präsentation). Als Einstieg in sein Arbeitsthema erhält der Student vom Dozenten ein oder mehrere einschlägige Übersichts-Artikel. Folgende Themen werden behandelt: - Evolution u. Reproduktion der Primaten - Zellbiologie (1 Referat) - Molekulargenetik (1 Referat) - Implantation u. Frühe Embryonalentwicklung - Implantation (1 Referat) - Embryo (1 Referat) -Chromosomale Anomalien und Reproduktionsgenetik (1 Referat) -Molekulare Reproduktionsgenetik a) CBAVD (1 Referat) b) Androgenrezeptor (1 Referat) c) AZF u. Y Chromosom (1 Referat) Keimzell-Diagnostik (KD) und Präimplantationsdiagnostik (PID) - Keimzell-Diagn (1 Referat) - PID (1 Referat) Reproduktion und Polymorphes Humangenom - Genetic Fitness & Load (1 Referat) Stammzellforschung mit humanen Zell-Linien - ES Zell linien und ihre Differenzierungen (1 Referat) - Imprinting: Epigenetik in Keimzellen und Somazellen - DNA methylation (1 Referat) - Histon code (1 Referat)

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Alle Seminarteilnehmern haben auf Wunsch und nach Anmeldung auch die Möglichkeit an einem vereinbarten Tag unser IVF-Labor zu besuchen und die praktische Durchführung eines "in vitro"- Fertilisierungsexperimentes mit menschlichen Keimzellen zu begleiten. Interaktionen von Proteinen und Nukleinsäuren - biophysikalische Konzepte und theoretische Beschreibungen

1. Analyse von Protein-DNA und Protein-RNA Wechselwirkungen mit molekularbiologischen Techniken 2. Theorie und experimentelle Duchführung der DNA Gelelektropherese 3. Spektroskopie I: Absorption, Übergangs-Dipole, Hyperchromizität 4. Spektroskopie II: Zirkulardichroismus von Protein und Nukleinsäuren 5. Spektroskopie III: Fluoreszenz 6. Hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie 7. Rastersondenmikroskopie 8. Detektion und Manipulation einzelner Moleküle 9. Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierungstechniken 10. Genomweite Analyse von Protein-DNA Interaktionen 11. Analyse der räumlichen Genomorganisation durch Chromatin Cross-linking

Inhalt: In der Vorlesung sollen Methoden und Anwendungen der Biophysik/quantitativen Biologie dargestellt werden, mit denen Protein-Nukleinsäure-Wechselwirkungen quantitativ charakterisiert werden. Nach einer Darstellung molekularbiologischen Techniken werden die Theorie und Durchführung von Gelelektrophorese behandelt. Dann werden Absorptions- und Fluoreszenzspektroskopie, hochauflösende Fluoreszenz-mikroskopietechniken sowie Methoden zur Analyse und Manipulation einzelner Makromolekül-Komplexe dargestellt. Die Vorlesung endet mit Hochdurchsatzmethoden zur genomweiten Analyse von Interaktionen von Protein mit DNA und RNA. Begleitend zu der Vorlesung werden Übungsaufgaben gestellt. Praktikum: Medizinische Chemie Das Praktikum "Medizinische Chemie" ermöglicht den Studierenden, zahlreiche experimentelle und theoretische Techniken der Wirkstoffsuche und Wirkstoffentwicklung kennenzulernen.

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Die experimentellen Methoden umfassen insbesondere: Chemische Synthese von Wirkstoffkandidaten, sowie deren Charakterisierung

mittels instrumental-analytischer Verfahren (NMR, MS, HPLC) Klonierung und Mutagenese von Target-Proteinen Heterologe Überexpression von Proteinen, sowie deren Aufreinigung Assays zur Charakterisierung von Wirkstoffkandidaten Charakterisierung von Enzymen Analytik von Enzym-Ligand Komplexen mittels Massenspektrometrie

Die theoretischen Methoden umfassen insbesondere:

Bioinformatische Analyse von Target-Proteinen, z.B. zur Suche nach Ligand-Bindungsstellen oder zur rationalen Mutagenese

Docking-Studien von kleinen Molekülen an den Target-Proteinen In der Lehrveranstaltung wird ein überschaubares Problem mit den o.g. Methoden unter Anleitung durch die wissenschaftlichen Mitarbeiter – aber mit grösstmöglicher Selbständigkeit – von den Praktikanten bearbeitet. Proteinfaltung in der Zelle: vom Mechanismus zur Pathophysiologie (Protein folding in the cell: from mechanism to pathophysiological states) Lernziel der Veranstaltung: Erlernen verschiedenster genetischer, zellbiologischer sowie biochemischer und biophysikalischer Methoden und deren Anwendung im Zusammenhang der Untersuchung von Proteinfaltung und Proteinaggregation, molekularen Chaperonen und Proteasen. Inhaltsangaben: Das Seminar vermittelt neueste Erkenntnisse über Proteinfaltung in der Zelle und ihre Überwachung durch ein Qualitätskontrollnetzwerk bestehend aus Chaperonen und Proteasen. Die Schwerpunkte bilden hierbei a) Studien zu Funktionen und Mechanismen von Chaperonen und Proteasen sowie b) Untersuchungen zu Proteinmissfaltung und Aggregation in Zusammenhang mit Zellalterung und neurodegenerativen Erkrankungen.

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Date post:	14-Apr-2018
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