BMB838: Introduktion til avanceret DNA-sekventeringsteknologi – metoder og anvendelse

Kurset har deltagerbegrænsning. Der lægges vægt på følgende kriterier i nedenstående rækkefølge ved tildelingen af pladser:

1. Studerende, der har optjent flest ECTS på kandidatuddannelsen har første prioritet
2. Studerende, der er optaget betinget på kandidatuddannelsen har hernæst prioritet
3. Studerende, der følger kandidatkurser samtidig med deres bacheloruddannelse (dispensation til 30 ECTS kandidatkurser) har herefter prioritet

Hvis der er pointmæssigt ligestillede blandt studerende i gruppe 1 til 3, trækkes der lod. Fagmiljøerne på Det Naturvidenskabelige Fakultet forestår prioriteringen, og der oprettes en venteliste. Studerende, der ikke optages på kurset, men kommer på venteliste, får besked fra fakultetet. Ventelisten overføres ikke til det efterfølgende år. Det er væsentligt at møde op til første kursusdag eller underrette underviseren, da der er venteliste på kurset.

Studerende, der følger kurset, forventes at:

• Have kendskab til biokemiske og molekylær biologiske mekanismer, der regulerer basale biologiske processer såsom DNA replikation og transkription.
• Have kendskab til hvordan genomet i prokaryote og eukaryote celler er organiseret og forstå basale epigenetiske mekanismer, der regulerer genom organisering.
• Have kendskab til teknologier som anvendes til DNA sekventering.  
• Have erfaring med at anvende basalt laboratorie udstyr som for eksempel mikropipetter, centrifuger og lignende.
• Have kendskab til brug simple bash scripts og anvendelse af R

• Give kompetence til anvendelse af NGS-baseret teknologi indenfor en bred vifte af områder indenfor life science lige fra mikrobiologi til humanbiologi.
• Give en grundig introduktion til de mest anvendte NGS teknologier og en opdateret viden om de nyeste tendenser indenfor NGS. 
• Give viden om biokemiske strategier til at berige områder af genomet og transkriptomet inden sekventering. 
• Give færdigheder i at sekventere DNA ved hjælp af Illumina baseret teknologi. 
• Give viden om hvilke fordele og ulemper forskellige NGS teknologier har i forbindelse med genom sekventering og studier af epigenomet, cistromet og transkriptomet. 

For at opnå kursets formål er det læringsmålet for kurset, at den studerende demonstrerer evnen til at:

• Beskrive de basale principper bag de mest gængse kommercielle NGS platforme som for eksempel Illumina, Iontorrent, Roche 454 og Pacific biosciences. 
• Redegøre for fordele og ulemper ved de forskellige NGS platforme og beskrive hvilke platforme der er bedst egnet til at studere forskellige aspekter genomet, transcriptomet og epigenomet.
• Redegøre for de enkelte delelementer for Illumina baseret sekventering (DNA bibliotek syntese, DNA sekventering og dataanalyse).  
• Beskrive forskellige typer af biokemiske metoder til at berige specifikke områder af genomet og transkriptomet inden sekventering.
• Syntetisere og kvalitetssikre DNA biblioteker til Illumina sekeventering – syntese, oprensning og multiplexing.
• Forstå og anvende forskellige aspekter af kvalitetskontrol af Illumina DNA biblioteker før, under og efter syntese.  
• Forstå typen af datafiler fra Illimuna sekventering og være i stand til at udføre de mest basale NGS dataanalyser såsom demultiplexing, genome alignment og kvantificering af sekventeret DNA.
• Anvende forskellige typer af bioinformatiske værktøjer til NGS analyse.

Kurset indeholder følgende faglige hovedområder:

• Kurset vil tage udgangspunkt i primær litteratur (review-artikler og forsknings-artikler) indenfor teknologisk udvikling af NGS og forskellige anvendelsesområder af NGS, heriblandt epigenetik, celle differentiering, cancer biologi, microbiomics. Ydermere vil kurset give indblik i diverse protokoller som anvendes til syntese af DNA-biblioteker til Illumina baseret sekventering. 
• I kursets teoretiske del vil den studerende opnå en generel forståelse af de forskellige NGS baserede platforme og biokemiske teknologier til berigelse af genomet og transcriptomet inden sekventering (f.eks. exomer, genom-interaktioner og enhancer/promoter regioner).
• I kursets praktiske del vil den studerende opnå praktisk kendskab med syntese af cDNA biblioteker fra eukaryot RNA og Illimuna sekventering af cDNA biblioteker (RNA-seq). Dette vil blandt omhandle RNA oprensning, cDNA syntese, adaptor ligering, oprensning af cDNA biblioteker til Illumina sekventering og løbende kvalitetskontrol af disse biblioteker.
• Efter Illumina sekventering vil den studerende opnå praktisk kendskab med analyse af Illumina sekventeringsdata heriblandt, demultiplexing, genom alignment, UCSC genome browser visualisering af sekventeringsdata og kvantificering af sekventerede DNA-fragmenter.

På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.

• Introfase (forelæsning) - Antal timer: 10
• træningsfase: Antal timer: 60, som består af 20 timer eksaminatorie og 40 timer laboratorie

Undervisningen er delt op i forelæsninger, præsentationer af primær litteratur og en laboratorieøvelse/dataanalyse. Forelæsningerne tager udgangspunkt i primære oversigtsartikler (Reviews) og forelæseren gennemgår NGS teknologi og anvendelse af NGS i forskning, klinikken og industrien. Efter rækken af forelæsninger gennemgår den studerende (sammen med forelæseren) en række primære artikler (fortrinsvist indenfor regulering af genexpression) og den studerende præsenterer artiklerne for medstuderende (eksaminatorietimer). En laboratorieøvelse giver efterfølgende den studerende praktisk erfaring med anvendelse af biokemiske metoder og avanceret NGS teknologi. I laboratorieøvelsen arbejder den studerende selvstændigt i grupper af 2-3 personer under supervision af en instruktor. Den studerende starter med at designe et forsøg og isolere RNA fra mammale celler. Dette efterfølges af DNA bibliotek syntese og sekventering ved brug af Illumina sekventerings teknologi. Undervejs i øvelsen udfører den studerende en række kvalitetskontroller af RNA, cDNA og DNA bibliotekerne. Øvelsen bliver afsluttet med analyse af RNA-seq data ved brug af offentlig tilgængelig software (simple bash scripts og R). Den studerende skriver herefter en rapport omhandlende RNA-seq (fra design af eksperiment til kvantificering af RNA). Rapporten vil blive bedømt med intern censur (bestået/ikke bestået).

Studiefaseaktiviteter:

• Præsentation af forskningsartikler
• Analysere kvalitetskontrol af NGS biblioteker
• Analyse af NGS data
• Udarbejdelse af rapport omhandlede RNA-seq