Departamento de Genética, Universidad de Sevilla
Licenciatura en Bioquímica
Genética Microbiana
Curso 2008-09
Profesor: Sebastián Chávez de Diego
schavez@us.es Teléfono: 9545 50920
Teoría
Las clases de teoría de teoría tendrán lugar todos los miércoles y jueves,
desde el 24 de Septiembre hasta el 15 de Enero, de 12:30 a 14:00, en el
aula B.03.
La asignatura se estructura en tres bloque temáticos:
I.
Introducción a la genética microbiana
II.
Genética bacteriana
III. Genética de microbios eucarióticos
Los materiales didácticos utilizados en las clases estarán disponibles en la
página de la asignatura, dentro de la plataforma de enseñanza virtual de la
Universidad de Sevilla.
A partir del mes de Noviembre, todos los jueves se dedicarán a seminarios
de discusión.
Los seminarios de discusión constarán de dos partes: una exposición del
tema, seguida de una discusión en la que deberán tomar parte todos los
estudiantes de la clase. El estudiante que imparte el seminario facilitará por
escrito un guion y la relación de la bibliografía consultada. Dos estudiantes
pueden ponerse de acuerdo para impartir de manera conjunta sus
seminarios.
Prácticas
Las prácticas se desarrollarán la segunda quincena de noviembre y constarán
de una serie de ejercicios de laboratorio que permitirán poner en evidencia
diversos tipos de interacciones genéticas, utilizando la levadura
Saccharomyces cerevisiae. Los resultados de los experimentos realizados
permitirán a los estudiantes responder a una serie de preguntas que se
formularán al inicio de las prácticas. Al finalizar las prácticas los estudiantes
elaborarán una breve memoria que incluya las respuestas a las preguntas
formuladas, argumentadas de acuerdo a los resultados obtenidos. Esta
memoria servirá para evaluar el trabajo realizado.
Evaluación
Se evaluarán los siguientes aspectos:
-La asimilación de contenidos teóricos, mediante un examen escrito, que se
realizará el 5 de Febrero y, en su caso, el 19 de Junio. Está prueba se
calificará con un máximo de 25 puntos.
-La preparación y exposición de los seminarios, así como la participación en
las discusiones generadas. En la evaluación de esta parte de la asignatura
participarán los propios estudiantes. En conjunto, esta actividad se calificará
con un máximo de 15 puntos.
-La aptitud demostrada en la realización de los ejercicios prácticos y en la
resolución de las cuestiones planteadas, según se plasme en la memoria de
prácticas. Estos aspectos se calificarán con un máximo de 10 puntos.
Para superar la asignatura será necesario un mínimo de 20 puntos, de los
que al menos 12 deben provenir del examen escrito. Quienes alcancen los 30
puntos recibirán un notable y quienes logren 38 puntos obtendrán el
sobresaliente.
Textos generales recomendados
(existentes en la biblioteca de Biología)
SNYDER, L., CHAMPNESS, W. Molecular genetics of bacteria. ASM
Press 2006
STREIPS, U.N., YASBIN, R.E. Modern microbial genetics. Wiley-Liss,
2002
MILLER, R.V., DAY, M.J. Microbial Evolution: gene establishment,
survival and exchange. ASM Press, 2004.
JIMENEZ SANCHEZ, A., JIMENEZ MARTINEZ, J. Genética
microbiana. Síntesis, 1998
STENT, G. S., CALENDAR, R. Genética molecular. Omega, 1981
HAYES, W. The genetics of bacteria and their viruses. Blackwell, 1968
Temario
1
Genética microbiana: introducción
Ecología de microorganismos: simbiosis, comensalismo y patogénesis
La Genética como ciencia de la herencia. Los hallazgos de Mendel.
Herencias mendeliana y no mendeliana en los microorganismos.
Impacto de la genética microbiana en el desarrollo de la genética molecular
Experimentos de Griffith: transformación del neumococo
Descubrimiento del DNA
Max Delbrück y el "grupo del fago"
Restricción y modificación controlada por el hospedador: los orígenes de la
ingeniería genética
2
Genética de microbios: conceptos y métodos
Rasgos importantes para hacer genética
Haploidía en bacterias / haplo-diploidía en levaduras
Tiempo de generación
Reproducción asexual
Aislamiento, cultivo y conservación de estirpes.
Intercambio genético en microorganismos
Ciclo de vida de los virus bacterianos
Intercambio genético entre fagos
Transferencia de DNA bacteriano por fagos
3
Mutación en microbios
Terminología: mutante, genotipo, fenotipo, mutación, alelo
Reglas de nomenclatura
Fenotipos útiles en genética microbiana
Auxotrofía
Mutantes letales condicionales
Mutaciones de resistencia
Origen de las mutaciones espontáneas
Experimento de Luria y Delbrück
Experimento de Lederberg y Lederberg
Frecuencias de mutación
Tipos de mutaciones a nivel molecular
Reversión versus supresión
Otras interacciones genéticas
4
Mutagénesis y reparación
Mutágenos
Radiaciones
Análogos de bases
Agentes alquilantes
Agentes oxidantes
Agentes intercalantes
Reparación de DNA
Reparación propensa a error
Estirpes mutadoras
Protocolos de mutagénesis
Detección de auxótrofos
Enriquecimiento con penicilina
Identificación de auxótrofos
Medios indicadores
Fenotipos seleccionables
Ensayo de Ames para la detección de mutágenos
Mutagénesis ambiental
5
Genomas bacterianos
Estructura del genoma bacteriano.
Estudios microscópicos.
Haploidía: experimentos de Witkin.
Experimentos de Cairns.
Estructura del nucleoide.
Cromosomas circulares y lineales.
Tamaños de cromosomas.
Número de nucleoides por célula
Plásmidos.
Detección de plásmidos: métodos genéticos y físicos.
Purificación de plásmidos: fundamentos teóricos.
Lisis celular.
Extracción alcalina
Electroforesis en gel de agarosa
Número de copias
Amplificación con cloramfenicol
Evolución del genoma bacteriano
Duplicación y diversificación de genes
6
Transformación bacteriana
Descubrimiento de la transformación: experimentos de Griffith.
Especies bacterianas con transformación.
Competencia.
Captación de DNA transformante
Transformación artificial de plásmidos
Competencia inducida
Electrotransformación
7
Conjugación bacteriana
Historia de la conjugación: experimentos de Lederberg y Tatum
Segregación de caracteres no seleccionados
Mapas de ligamiento
Transferencia unidireccional (Hayes).
Propiedades del factor F.
Descubrimiento de estirpes Hfr (Cavalli, Hayes)
Cinética de la transferencia Hfr (Jacob, Vollman).
Integración de F (modelo de Campbell).
Funcionamiento del pelo F.
Procesamiento del DNA de F.
Separación de cadenas.
Regulación de los genes tra.
Formación de estirpes Hfr.
F-primas.
Movilización de plásmidos.
8
Resistencia a agentes antimicrobianos
Tipos de agentes antimicrobianos
Antibióticos
Quimioterápicos
Metales pesados
Resistencia transmisible en Shigella (Akiba et al. 1959)
Plásmidos R
Resistencia múltiple
Mecanismos de resistencia a antimicrobianos
Origen de los genes de resistencia a antibióticos
9
DNA móvil
DNA transponible: descubrimiento y redescubrimiento
Secuencias de inserción y transposones
Transposición conservativa y replicativa
Transposasa
Reacciones catalizadas por la transposasa
Funciones celulares auxiliares de la transposasa
Control de la transposición
Reorganizaciones genómicas mediadas por los elementos móviles
Utilidad experimental de los elementos móviles
10
Transducción
Ciclo lítico. Lisogenia. Inducción.
Propiedades de los cultivos infectados
Producción de lisados
Especificidad de infección
Restricción y modificación
Bacteriófago P22
Bacteriófago P1
Transducción generalizada
Mecanismo de transducción
Eficacia de transducción
Mutaciones que afectan a la frecuencia de transducción
Técnicas de transducción
Metodología para el uso de bacteriófagos
Preparación de suspensiones de fago
Lisis confluente
Lisis en medio líquido
Inducción de lisógenos
Purificación rápida de fagos
Conservación de fagos
Recuento de fagos
11
Genética del fago lambda
Mapa físico y genético del DNA de lambda
Regiones no esenciales
Ciclo de lambda
Lisogenia
Inducción del profago
Ciclo lítico
La decisión lisis-lisogenia
Replicación de lambda
Montaje de la cabeza de lambda
Organización y expresión de los genes de la cola
Ensamblaje de cabezas y colas
Recombinación específica de sitio
Integración y escisión
Transducción "especializada"
12
Mecanismos moleculares de patogénesis bacteriana
Defensas del hospedador frente a los patógenos bacterianos
Defensas de superficie: piel y mucosas
Defensas tisulares y sanguíneas
Defensas constitutivas
Defensas inducidas:anticuerpos, activación de macrófagos,
citotoxicicidad
Factores de virulencia
Factores de colonización
Toxinas
Factores de respuesta autoinmune
Genes de virulencia
Regulación de los genes de virulencia
Paradigmas de interacción huésped-patógeno
Cólera
Fiebre tifoidea
Infecciones urinarias por E. coli
Infección por Helicobacter pylori
13
Genética de microorganismos eucarióticos: Neurospora crassa
Ciclo de vida de Neurospora crassa
Reproducción asexual por conidios
Reproducción sexual
Análisis de productos meióticos
Escrutinios genéticos en Neurospora
Un experimento clásico: hipótesis un gen-una enzima (Beadle y Tatum)
14
Genética de levaduras
Ciclos de vida de los hongos levaduriformes
Genoma de Saccharomyces cerevisiae
Análisis genético en Saccharomyces cerevisiae
Análisis de tétradas
Escrutinios genéticos
Análisis genético del homotalismo
Análisis genético del control del ciclo celular
15
Genómica microbiana
Secuenciación de genomas microbianos completos
Anotación
Asignación de función
Análisis en serie ("DNA arrays")
Genómica comparada: implicaciones evolutivas
Análisis del transcriptoma
Proteómica
Modelos celulares
16
Biotecnología microbiana
Diagnóstico molecular de enfermedades infecciosas
Producción microbiana de agentes terapéuticos
Vacunas
Síntesis de productos comerciales por microorganismos modificados
genéticamente
Biorremediación y utilización de biomasa
Bacterias promotoras del crecimiento de plantas
Insecticidas microbianos
Producción de proteínas a gran escala mediante microorganismos modificados
genéticamente
Temas a desarrollar en seminarios de discusión
6 de Noviembre: Mutaciones adaptativas
13 de Noviembre: Origen y función biológica de la transformación
bacteriana
20 de Noviembre: Origen y evolución del DNA móvil
27 de Noviembre: Transferencia horizontal de genes en
microorganismos
4 de Diciembre: Enfermedades virales emergentes
10 de Diciembre: Coevolución hombre-patógenos
11 de Diciembre: Origen evolutivo de la célula eucariótica
17 de Diciembre: Origen de la reproducción sexual eucariótica
18 de Diciembre: Muerte celular programada en microrganismos
8 de Enero: Mejora genética de microorganismos
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