Departamento de Genética, Universidad de Sevilla
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Departamento de Genética, Universidad de Sevilla Licenciatura en Bioquímica Genética Microbiana Curso 2008-09 Profesor: Sebastián Chávez de Diego [email protected] 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