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GUÍA DOCENTE
Genética de microorganismos de
interés en la industria alimentaria
Curso 2007-08
I.- DATOS INICIALES DE IDENTIFICACIÓN
Nombre de la asignatura:
Mejora genética de microorganismos de
interés en la industria alimentaria
Carácter:
Optativa
Titulación:
Master en Biología Molecular, Celular y
Genética
Ciclo:
Segundo
Departamento:
Bioquímica y Biología Molecular
Profesores:
Sergi Ferrer
José Vicente Gil
Mª Jesús Yebra
Marga Orejas
Andrew MacCabe
Profesor responsable:
Contacto:
José Vicente Gil
[email protected]
96-3900022 ext. 2120
II.- INTRODUCCIÓN A LA ASIGNATURA
La asignatura “Genética de microorganismos de interés en la industria
alimentaria” es una asignatura optativa ofertada en las especialidades de
Bioquímica y Biología Molecular y de Microbiología del segundo curso del Máster
en Biología Molecular, Celular y Genética incluido en el Programa Oficial de
Postgrado en Biotecnología de la Universitat de València. Consta de 3 créditos en
los que se aborda tanto el estudio de conceptos teóricos básicos sobre la
genética de los tres grandes grupos microbianos de interés en la industria
alimentaria (bacterias ácido lácticas, levaduras y hongos filamentosos) como
ejemplos de las aplicaciones industriales de dichos conocimientos.
III.- VOLUMEN DE TRABAJO
Para el cálculo del mismo se ha tomado como referencia un total de 10 semanas
de clase en el cuatrimestre. La distribución prevista del trabajo es la siguiente.
Asistencia a clases teóricas: 2 horas/semana x 9 semanas = 18 horas/curso.
Estudio y preparación de clases de teoría: 2 hora/semana x 10 semanas = 20
horas/curso.
Preparación de seminarios: 1 seminario/curso = 16 horas/curso.
Estudio para preparación de exámenes: 10 horas/curso.
Realización de exámenes: 4 horas/curso examen teórico = 4 horas/curso.
Asistencia a seminarios y otras actividades: Seminarios de presentación oral de
los artículos seleccionados 10 horas/curso.
ACTIVIDAD
Horas/curso
ASISTENCIA A CLASES TEÓRICAS
18
ESTUDIO PREPARACIÓN CLASES
20
PREPARACIÓN DE TRABAJOS
16
ESTUDIO PREPARACIÓN DE EXÁMENES
10
REALIZACIÓN DE EXÁMENES
4
ASISTENCIA A SEMINARIOS Y ACTIVIDADES
10
TOTAL VOLUMEN DE TRABAJO
78
IV.- OBJETIVOS GENERALES

Enumerar los conceptos básicos de la genética de bacterias ácido lácticas,
levaduras y hongos filamentosos de uso en la industria alimentaria

Describir el empleo de la genética en el diseño de nuevas bacterias
lácticas mejoradas en sus propiedades tecnológicas al generar nuevos
alimentos con mejores propiedades físico-químicas, organolépticas o
nutricionales.

Comentar el uso de técnicas genéticas en la construcción de nuevas
levaduras capaces de generar productos fermentados con mejores
propiedades físico-químicas, organolépticas o nutricionales.

Analizar el empleo de la genética en hongos filamentosos para generar
nuevas cepas capaces de producir específicamente y/o sobreproducir
metabolitos de interés en la industria alimentaria, especialmente enzimas
y vitaminas.

Describir la normativa jurídica aplicable a todos estos desarrollos, así
como las repercusiones éticas y sociales de su empleo.
V.- CONTENIDOS
TEMA 1: Generalidades. La biotecnología de alimentos. Biotecnología de
alimentos y genética. Los alimentos transgénicos. Grupos microbianos de
interés en la industria alimentaria. Visión general del empleo de la genética
clásica y la genética molecular en la microbiología alimentaria. Ejemplos de
ingeniería genética aplicada a los principales grupos microbianos de interés
en alimentación.
TEMA 2: Genética de bacterias ácido-lácticas. El genoma de las bacterias ácido
lácticas. Metabolismo de relevancia industrial en las bacterias ácido lácticas.
Efectos probióticos y sus bases genéticas.
TEMA 3: Manipulación genética de las bacterias ácido lácticas. Elementos
genéticos móviles. Sistemas de transferencia genética. Vectores de clonación.
Aplicaciones.
TEMA 4: Ingeniería metabólica de bacterias ácido lácticas. Las bacterias ácido
lácticas como factorías celulares. Modificación del metabolismo energético:
producción de diacetilo, alanita y bioetanol. Ingeniería de rutas metabólicas
dirigida a la producción de azúcares bajos en calorías. Modificación de rutas
complejas: producción de exopolisacáridos y vitaminas.
TEMA 5: Expresión heteróloga en bacterias ácido lácticas. Sistemas de
expresión heteróloga. Expresión constitutiva e inducible. Expresión en
diferentes
localizaciones
celulares.
Aplicaciones:
petidasa,
lipasas
y
probióticos funcionales.
TEMA 6: Genética de las levaduras de interés alimentario. Las levaduras y su
relación con los alimentos. El genoma de las levaduras industriales. Métodos
moleculares de identificación y caracterización de levaduras industriales.
Aplicaciones de las técnicas moleculares.
TEMA 7: Manipulación genética de la levadura cervecera. La taxonomía y la
genética de la levadura cervecera. Mejora genética clásica. Sistemas de
transformación genética. Mejora de propiedades de interés tecnológico.
Mejora de propiedades de interés organoléptico. Mejora de propiedades de
interés nutricional.
TEMA 8. Manipulación genética de la levadura panadera. Características
genéticas de las levaduras panaderas. Mejora de la capacidad fermentativa.
Estrategias genéticas para la mejora de la osmotolerancia. Estrategias de
mejora de la crioresistencia. Técnicas de análisis global durante la
fermentación de masas panarias. Identificación de genes de relevancia
industrial en levaduras panaderas no convencionales.
TEMA 9: Manipulación genética de la levadura vínica. El genoma de las
levaduras vínicas. Mejora genética por técnicas clásicas: selección clonal,
mutagénesis y selección de mutantes, hibridación y fusión de protoplastos.
Ingeniería genética de las levaduras vínicas.
TEMA 10: Hongos filamentosos de relevancia en la industria alimentaria.
Aplicaciones de los hongos filamentosos en la industria alimentaria. Técnicas
de microbiología y genética clásica aplicadas la mejora de cepas. Aspergillus
nidulans como modelo genético. Sistemas de transformación genética.
TEMA 11: Los hongos filamentosos como factorías celulares. Producción de
proteínas homólogas y heterólogas. Expresión constitutiva e inducible.
Mecanismos de regulación de la expresión génica y su manipulación: represión
por glucosa, regulación por el pH ambiental, genes reguladores específicos.
Aplicaciones: producción de xilanasas, quimosina, proteasas, lipasas y
metabolitos secundarios.
TEMA 12: El empleo de las “ómicas” en la mejora racional de cepas.
Genómica, transcriptómica y proteómica aplicadas a los hongos filamentosos.
Estrategias post-genómicas aplicadas a la mejora de.
TEMA 13: Ingeniería molecular de enzimas de origen microbiano. Estructura y
función proteica. Enzimas de interés industrial. Familias estructurales.
Procedimientos para modificar la estructura proteica y la función enzimática.
Mutagénesis aleatoria y dirigida. Evolución dirigida. Diseño racional.
TEMA 14: Legislación y percepción social. El Reglamento de nuevos alimentos.
Otros Reglamentos y Directivas europeas. La situación en otros países.
Protección jurídica: usos y abusos. La percepción social en torno al empleo de
la genética en la alimentación.
VI.- DESTREZAS A ADQUIRIR

Búsqueda y manejo de bibliografía científica como fuente de información
principal de la asignatura.

Capacidad
de
interrelacionar
conceptos
metabólicos,
genéticos
y
tecnológicos.

Diseño de estrategias genéticas y bioquímicas para la aplicación de
ingeniería metabólica.
VII.- HABILIDADES SOCIALES

Búsqueda de fuentes de información.

Utilización de nuevas tecnologías de la comunicación.

Destreza en la presentación oral y gráfica de trabajos.

Capacidad de discusión y crítica constructiva del trabajo propio y ajeno.
VIII.- TEMARIO Y PLANIFICACIÓN TEMPORAL
Tema
Título y contenido
Horas
Generalidades
1
2
Genética de bacterias ácido-lácticas
2
1
Manipulación genética de las bacterias ácido lácticas
3
1
Ingeniería
metabólica
de
bacterias
ácido
lácticas
4
2
Expresión heteróloga en bacterias ácido lácticas
5
1
Genética
de
las
levaduras
de
interés
alimentario
6
1
Manipulación genética de la levadura cervecera
7
1
Manipulación genética de la levadura panadera
8
1
Manipulación
genética
de
la
levadura
vínica
9
2
10 Genética de los hongos filamentosos de relevancia en la industria alimentaria
2
Los
hongos
filamentosos
como
factorías
celulares
11
2
El
empleo
de
las
“ómicas”
en
la
mejora
racional
de
cepas
12
1
13 Ingeniería molecular de enzimas de origen microbiano
2
Legislación
y
percepción
social
14
1
la
IX.- BIBLIOGRAFÍA DE REFERENCIA
Bibliografía básica.
Gasson, M.J., de Vos, W.M.
(1994). Genetics and biotechnology of lactic acid
bacteria. Blackie Academic & Professional, Glasgow, Escocia.
Hui, Y.H., Khachatourians, G.G. (1995). Food biotechnology: microorganisms. VCH,
California, Estados Unidos.
Shetty K., Paliyath G., Pometto A., Levin R.E. (2005) Food Biotechnology: Second
Edition, Revised and Expanded, CRC, Taylor & Francis Group, Boca Ratón, New
York.
Stephanopoulos, G.N., Aristidou, A.A., Nielsen, J. (1998). Metabolic engineering.
Academic Press, San Diego, Estados Unidos.
de Winde J.H. (2003) Functional Genetics of Industrial Yeasts. Springer-Verlag,
Berlin.
Bibliografía complementaria.
Attfield P.V. (1997) Stress tolerance: the key of effective strains of industrial
baker’s yeast. Nature Biotechnology 15: 1351-1357.
Attfield, P.V., Bell, P.J.L. (2003). Genetics and classical genetic manipulations of
industrial yeasts. In: Functional genetics of industrial yeasts. (Winde, J.H.
ed.) Springer-Verlag. Chapter 2, 17-56. ISBN 3-540-02489-1.
Fernández-Espinar, M.T., Martorell, P., de Llanos, R., Querol, A. (2006).
Molecular methods to identify and characterize yeast in foods and
beverages. In: Yeasts in Food and Beverages. (Querol, A. and Fleet, G.
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to homoalanine fermentation through metabolic engineering. Nat Biotech
17: 588-592.
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Leeuwenhoek. 82: 217-35.
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(2005)
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An
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Current
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Querol, A.; Fernández-Espinar, M.T.; del Olmo, M.; Barrio, E. (2003) Adaptive
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Beverages. (Querol, A. and Fleet, G. eds.) Springer-Verlag. Chapter 2, 1354. ISBN: 3540283889.
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strategies for lactic acid bacteria. Adv Appl Microbiol. 56:331-378.
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superior yeast strains for the food and beverages industries: challenges,
opportunities and potential benefits. In: Querol, a. Fleet, G. (Eds.) The
Yeast
Handbook:
Yeasts in
Food
and Beverages.
Springer-Verlag.
Heidelberg, Germany. 2006.
de Vos W.M. and Jeroen Hugenholtz (2004). Engineering metabolic highways in
Lactococci and other lactic acid bacteria. Trends in Biotechnology. 22: 7279.
X.- METODOLOGÍA
Las clases teóricas se desarrollan mediante exposición de los contenidos del
temario durante 30 horas por los profesores del curso. Se utilizan presentaciones
de apoyo a la explicación, previamente puestas a disposición de los alumnos
mediante la plataforma de apoyo a la docencia virtual de la UVEG.
Los seminarios consistirán en la exposición por cada uno de los alumnos de un
artículo de investigación relacionado con la temática del curso con el apoyo de
medios informáticos. Todos los alumnos deben presentar un resumen por escrito
de los artículos tratados en todos los seminarios.
XI.- EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
Para la valoración precisa del aprendizaje se realizará una prueba escrita
correspondiente a los contenidos teóricos. Además se tendrá en consideración la
participación de los alumnos en las distintas actividades, la presentación de los
resúmenes de los artículos, el nivel y calidad de la presentación del seminario de
cada alumno y la participación en las discusiones de los seminarios presentados
por otros.