Programa BIOTECNOLOGÍA MICROBIANA
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BIOTECNOLOGÍA MICROBIANA LICENCIATURA EN BIOTECNOLOGÍA 4º CURSO. Asignatura Cuatrimestral. PROGRAMA DE LA ASIGNATURA 6 créditos: 4.5 Teóricos+1.5 Prácticos CURSO 2006 / 2007 DEPARTAMENTO: BIOLOGÍA MOLECULAR E INGENIERÍA BIOQUÍMICA ÁREA ACADÉMICA: MICROBIOLOGÍA PROFESORES: Teoría: Dr. Eduardo Santero Santurino ([email protected]; extensión 49386) Prácticas: Dr. Francisca Reyes Ramírez ([email protected]; extensión 48644) UNIVERSIDAD PABLO DE OLAVIDE Facultad de Ciencias Experimentales Licenciatura en Biotecnología BIOTECNOLOGÍA MICROBIANA. CURSO 2009-2010. OBJETIVOS Los microorganismos tienen una extraordinaria importancia en Biotecnología. En primer lugar, muchas enzimas y productos microbianos son de interés en la industria. En segundo lugar, los microorganismos son utilizados muy abundantemente como agentes productores, tanto de productos de origen microbiano como de otros orígenes. Por último, la extraordinaria diversidad de actividades microbianas que puede ser utilizada en procesos biotecnológicos de interés con distintas finalidades. Con esta asignatura se pretende que el alumno se familiarice con la importancia real de los microorganismos en los procesos biotecnológicos, así como el extraordinario potencial que aún queda por desarrollar. Se presentan las herramientas básicas que posibilitan la manipulación genética de microorganismos enfocadas hacia su utilización en la producción de sustancias de interés biotecnológico, así como los diferentes sistemas de expresión génica, tanto en procariotas como en eucariotas, su potencialidad y limitaciones, y los productos o actividades microbianas de interés en procesos biotecnológicos. Estos conocimientos se desarrollarán desde un punto de vista aplicado concretándose en procesos de interés actual que tengan utilidad biomédica, interés industrial o para la agricultura o el medio ambiente. ORGANIZACIÓN DEL CURSO El curso está basado fundamentalmente en la impartición de clases teóricas, la realización de prácticas y actividades complementarias. Las actividades complementarias incluyen la presentación oral en forma de seminario de una parte del temario de la asignatura por parte de los estudiantes, la realización de un trabajo escrito y la elaboración y resolución de cuestiones y problemas, que tendrán carácter voluntario. CLASES TEÓRICAS La asignatura Biotecnología Microbiana presenta inicialmente a los microorganismos como seres vivos enormemente diversos y peculiares desde todos los puntos de vista en comparación con los seres macroscópicos. El primer bloque temático, Principios de Biotecnología Microbiana, utiliza la diversidad y peculiaridad de los microorganismos como hilo conductor para presentar los diversos aspectos de interés biotecnológico en bloques temáticos posteriores. A su vez, en este primer bloque se presentan otras características de interés de los microorganismos como la facilidad de su cultivo y manipulación, que los hace agentes de producción biotecnológica ejemplares. Las aplicaciones biotecnológicas concretas tanto de los productos como de las actividades de los microorganismos, son el objeto de estudio de los siguientes bloques temáticos. En el segundo bloque, Productos microbianos de interés industrial, se presentan una selección de estos productos, empezando por la propia biomasa microbiana en sí y pasando por varios polímeros bacterianos, diversos metabolitos primarios, y finalizando con la producción de energía por parte de los microorganismos. El tercer bloque se centra en la Biotecnología de los alimentos, de importancia vital en el desarrollo histórico de la humanidad, en el que se incluyen también las bebidas fermentadas como el vino o la cerveza, así como el control microbiológico de los alimentos. En el cuarto bloque, Agrobiotecnología, se tratan los aspectos beneficiosos que pueden tener tanto las bacterias como los hongos, particularmente las micorrizas, en el crecimiento y producción de cultivos comerciales, así como la utilización de bacterias como vector en ingeniería genética de plantas y diversos microorganismos o sus productos en el control microbiológico de plagas en cultivos comerciales. En el quinto bloque, denominado Biotecnología Ambiental se tratan temas de depuración biológica de aguas residuales urbanas y el potencial de los microorganismos en la eliminación de contaminantes y en biominería. El sexto bloque denominado Biocatálisis, se dedica a describir los procesos de biotransformación industriales en los que bien los microorganismos completos o algunas de sus enzimas como biocatalizadores, poniendo de manifiesto el interés industrial por actividades enzimáticas con características particulares, y la importancia de la regio- o enantio- selectividad de las enzimas en la síntesis de determinados compuestos orgánicos. Finalmente, el bloque temático denominado Biotecnología microbiana en medicina, se centra en la utilización de microorganismos para la formulación de distintos tipos de vacunas, así como la producción de otros medicamentos como los antibióticos. 2 PRÁCTICAS Las clases prácticas están pensadas como complemento a la docencia teórica. Las prácticas se centrarán en un aspecto concreto: la producción heteróloga por parte de bacterias. Los estudiantes utilizarán estirpes de E. coli para producir un colorante textil, el índigo, y en la práctica se enfrentarán con uno de los problemas más frecuentes en la producción heteróloga de proteínas: la estabilidad del fenotipo productor. ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS SEMINARIOS Los alumnos/as participarán de forma voluntaria en la presentación de algunos de los temas del temario teórico al resto de sus compañeros/as. Ello incluye la búsqueda bibliográfica orientada por el profesor, la lectura de ella, la discusión de las cuestiones que surjan, aclaración de dudas con el profesor, etc. Finalmente, cada alumno/a realizará una presentación oral en formato seminario de un aspecto concreto de uno de los temas del bloque temático correspondiente. Los seminarios estarán apoyados por una presentación en formato PowerPoint o similar, compatible con los ordenadores disponibles. La duración de esta presentación será de 20 minutos máximo y se realizarán dos seminarios en una misma hora de clase teórica. En la misma semana que imparta un seminario el estudiante ha de facilitar al profesor un extracto del seminario que va a impartir en formato electrónico (3 páginas máximo a espacio y medio en letra Times o Times New Roman 12 y con márgenes de 2,5 cm), en el que incluya los libros y referencias adicionales, así como el documento de presentación de las figuras utilizadas durante la exposición. El profesor será absolutamente estricto con el formato y con la fecha de entrega de los documentos. El profesor hará este material accesible al resto de los compañeros/as. Tras la presentación oral, los estudiantes puntuarán de forma anónima la actividad complementaria de cada uno de sus compañeros/as en función de la organización del seminario, adecuación de la cantidad de información al tiempo de exposición disponible, claridad en la exposición de los aspectos importantes, etc. TRABAJOS ESCRITOS Los estudiantes podrán realizar de forma voluntaria un trabajo escrito sobre algún tema concreto de interés relacionado con los contenidos de la asignatura. Tanto la elección del tema como la bibliografía seleccionada por el propio estudiante deberán estar supervisados por el profesor antes de realizar el trabajo. Las referencias empleadas deberán ser citadas al final del trabajo. La extensión máxima del trabajo será de 7 páginas mecanografiadas a espacio y medio con letra tipo Times o Times New Roman, tamaño 12 y con márgenes de 2,5 cm (referencias aparte). Cualquier intento de plagio detectado en dichos trabajos significará el suspenso inmediato en la asignatura. Los trabajos escritos se entregarán por correo electrónico a través de la WebCT al profesor de teoría de la asignatura antes de la fecha del examen. CUESTIONES Cada estudiante podrá redactar de forma voluntaria el enunciado de hasta 4 cuestiones/problemas, a los que debe acompañar la respuesta que considere correcta de forma argumentada y la razón por la que considera de interés esa cuestión que ha enunciado. En su caso, dicha cuestión/ problema NO PUEDE ESTAR RELACIONADA con el seminario o con el trabajo que haya realizado o vaya a realizar. Las cuestiones se presentarán por correo electrónico a través de la WebCT al menos dos semanas antes de la fecha del examen teórico. El profesor se compromete a hacer estas cuestiones accesibles al resto de los estudiantes y a incluir en el examen de teoría algunas de estas cuestiones que considere particularmente relevantes. Esta actividad también es puntuable en función del interés de la cuestión presentada. EVALUACIÓN Evaluación de los exámenes de teoría, prácticas y actividades complementarias. La evaluación de los competencias y conocimientos teóricos adquiridos por el alumno se llevará a cabo mediante un examen final, calificado de 0 a 8, un seminario calificado de 0 a 2 puntos, un trabajo escrito voluntario, calificado de 0 a 1 punto, y la presentación de cuestiones/problemas resueltos, calificada de 0 a 1 punto. Se considerarán aprobados los contenidos teóricos cuando la calificación del examen teórico correspondiente sea mayor o igual a 4 y la suma de todas las calificaciones sea mayor o igual que 5. La asistencia a las clases prácticas es obligatoria, y las faltas de asistencia no justificadas se penalizarán en la calificación, pudiendo conllevar incluso el suspenso en la asignatura. La evaluación de los conocimientos prácticos adquiridos se llevará a cabo por medio de 1 cuestionario, calificados de 0 a 10, que el alumno contestará junto con el examen de teoría. 3 La calificación numérica de la asignatura (CN) será: CN = (CP+3CT)/4, siempre que CT sea ≥ 5 y CP sea ≥ 3,5. En caso contrario, la calificación global será Suspenso. Las calificaciones de Aprobado, Notable y Sobresaliente se asignarán de acuerdo con la normativa vigente. Se adjudicará la calificación de Matrículas de honor a aquellos alumnos que, habiendo obtenido Sobresaliente, presenten la mayor calificación numérica. Convocatorias de septiembre y diciembre. Aquellos alumnos que no hayan aprobado la teoría o la práctica en la primera convocatoria podrán presentarse en las convocatorias de septiembre o diciembre, con las limitaciones que recoge la normativa universitaria. Las calificaciones de teoría y de las actividades complementarias se mantendrán hasta la convocatoria de diciembre (inclusive). Una vez aprobadas, las calificaciones de las prácticas se mantendrán de forma indefinida. Aquellos alumnos que no hayan aprobado las prácticas en la convocatoria de diciembre tendrán que repetir las sesiones para poderse examinar de nuevo. PROGRAMA DE CLASES TEÓRICAS Bloque I.- Principios de Biotecnología Microbiana. 1. Diversidad Microbiana. 2. Metagenómica. 3. Microorganismos de interés industrial. 4. Producción heteróloga de proteínas. Bloque II.- Productos microbianos de interés industrial: 5. Biomasa. 6. Polímeros. 7. Metabolitos primarios 8. Energía. Bloque III.- Biotecnología de los alimentos. 9. Bebidas 10. Productos lácteos 11. Otros alimentos fermentados. 12. Control microbiológico de los alimentos Bloque IV.- Agrobiotecnología. 13. Rhizobium y PGPRs. 14. Agrobacterium. 15. Micorrhizas. 16. Plaguicidas naturales. Bloque V.- Biotecnología Ambiental. 17. Depuración de residuos urbanos. 18. Biodegradación de contaminantes orgánicos. 19. Biorremediación. 20. Biominería Bloque VI.- Biocatálisis. 21. Enzimas microbianas de interés. 22. Optimización del biocatalizador y del proceso. Bloque VII.- Biotecnología Microbiana en Medicina. 23. Fundamentos de inmunología. 24. Vacunas. 25. Antibióticos. 4 PROGRAMA DE PRÁCTICAS: PRODUCCIÓN DE METABOLITOS POR MICROORGANISMOS MODIFICADOS GENÉTICAMENTE OBJETIVOS Iniciar al alumno en el manejo y modificación genética de microorganismos para la producción de metabolitos con un posible uso industrial. CONTENIDOS 1. Adquisición de nuevos fenotipos mediante transferencia de información genética por transformación. 2. Análisis de los microorganismos modificados mediante técnicas de biología molecular 3. Comparación de la eficiencia de distintas opciones para la superproducción de proteínas con actividades enzimáticas de interés 4. Aislamiento y cuantificación del metabolito producido BIBLIOGRAFÍA Y PÁGINAS WEB DE INTERÉS. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA - Fermentation, Microbiology and Biotechnology. 2007. El-Mansi et al. 2ª Edición.CRC Taylor & Francis. ISBN-10: 0-8493-5334-3. ISBN-13: 978-0-8493-5334-5. - Microbial Biotechnology: Fundamentals of Applied Microbiology. 2007. A. Glazer & H. Nikaido. ISBN-10: 0521842107. ISBN-13: 978-0521842105 - Microbial Biotechnology. 2006. A. R. Alagawadi, P. U. Krishnaraj, K. S. Jagadeesh, S. Kannaiyan. Alpha Science Intl Ltd; 1 edition. ISBN-10: 8173197253. ISBN-13: 978-8173197253 - Microbial Biotechnology: Principles and Applications. 2006. Lee Yuan Kun. World Scientific Publishing Company; 2ª edición. ISBN-10: 9812566767. ISBN-13: 978-9812566768 - Microbiología. 2005. L. Prescott, J. Harley, D. Klein. ISBN: 844860525XX. McGraw-Hill Interamericana - Industrial Microbiology. An introduction. 2001. M.J. Waites, N.L. Morgan, J.S. Rockey, G. Hington. Blackwell Science, Oxford. ISBN: 0-632-05307-0 - Brock Biología de los Microorganismos, 10ª Edición. 2003. M. Madigan, J. Martinko, J. Parker ISBN: 8420536792. Prentice-Hall. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA - Production of Recombinant Proteins-Novel Microbial and Eukaryotic Expression Systems. 2004. G. Gellissen.Wiley-VCH. ISBN 3527310363 - Agrobacterium tumefaciens: From Plant Pathology to Biotechnology. 2004. E. Nester, M. P. Gordon & A. Kerr. APS Press. ISBN 0890543224 Este es antiguo. Pedir en biblioteca: Tzfira, T. Y Citovsky, V. Agrobacterium: from biology to biotechnology. 2008. Springer. ISBN: 978-0-387-72289-4 5 - Mycorrhizal Technology in Agriculture - From Genes to Bioproducts. 2002. S Gianinazzi, H Schuepp, K Haselwandter and J M Barea. Springer. ISBN 3764364858 - Industrial Biotransformations. 2006. A. Liese, K. Seelbach & C Wandrey. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. ISBN: 9783527310012 - Pharmaceutical Biotechnology. 2004. O. Kayser & R. H. Müller. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. ISBN: 9783527305544 - Biocatalysis. 2004. A.S. Bommarius& B.R. Riebel. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. ISBN: 9783527303441 - Physiology and Biochemistry of Prokaryotes. 2000. D. White. ISBN: 0195125797. Oxford University Press. - Microbial Physiology and Metabolism. 2000. D. R. Caldwell. ISBN: 0898632080. Star Pub. Co.. - Foundations in Microbiology, 5th Ed. 2005. K. P. Talaro. ISBN: 0072552980. McGraw-Hill. - Molecular Biotechnology: Principles and Applications of Recombinant DNA. 2003. B R. Glick & J. Pasternak. ASM Press. ISBN: 1555812244 - Microbiología industrial: Los microorganismos de interés industrial. 2000. J. Y. Leveau & M. Bouix. Acribia. ISBN: 84-200-0920-2 - Metabolic engineering in the post genomic era. 2004. B. N. Kholodenko and H. V. Westerhoff (Editores). Horizon Bioscience, cop. ISBN-10: 0-9545232-2-9. ISBN-13: 978-0-9545232-2-0 - Environmental Microbiology. 2000. Raina M. Maier, C. P. Gerba, I. L. Pepper. ISBN: 0124975704. Academic Press, Inc. - Ecología microbiana y microbiología ambiental. 2001. R. M. Atlas, R. Bartha. ISBN: 84-7829-039-7. Addison Wesley Longman, Inc. - Modern Food Microbiology. 2005. J.M. Jay y otros. Springer Science+Business Media. ISBN: 0-387-23180-3 - Microbiology and Technology of fermented food. 2006. R. H. Hutkins. Blackwell Publishing. ISBN:0-81380018-8. - Introducción a la Inmunología Humana. 2005. L. Fainboin y J. Geffner. Editorial Médica Panamericana. ISBN: 950-06-0797-2. - Biotecnología Ambiental. 2005. F. Castillo y otros. ISBN: 8473602110. Editorial Tébar. - Biology of wastewater treatment. 2004. N F Gray. Imperial College Press. ISBN 1860943322 - Introduction to biocatalysis using enzymes and micro-organisms. 1995. Stanley M.Roberts y otros. Cambridge University Press DIRECCIONES DE INTERÉS EN INTERNET (son direcciones generales desde las cuales se puede seguir buscando. Si te interesa navega desde ellas) http://www.asm.org/ La página de la Sociedad Americana de Microbiología (ASM). Se puede encontrar información interesante y buenas fotos y videos sobre temas de microbiología. http://www.sfam.org.uk/resources.php Lista de enlaces a fuentes de información de microbiología de la página de la Sociedad de Microbiología aplicada del Reino Unido. Desde aquí se puede llegar a muchísima información de microbiología en internet. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ La página principal del National Centre for Biotecnology Information. Desde aquí se puede llegar a mucha información e incluye enlaces a búsquedas bibliográficas y otras bases de datos. 6 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed/ Lugar de acceso gratuito a Medline, la mayor base de datos de trabajos científicos de contenido biológico o biomédico. El primer lugar donde uno debe acudir si quiere buscar bibliografía científica sobre cualquier tema. http://umbbd.msi.umn.edu/ La base de datos sobre rutas de biodegradación de distintos compuestos xenobióticos de la Universidad de Minnesota (UM-BBD). 100 rutas de degradación de compuestos. Estupendos enlaces con bases de datos de gran interés en biodegradación y metabolismo global: microorganismos degradadores, rutas metabólicas generales, compuestos químicos, etc. Pulsa “Useful Internet Resources”. http://metacyc.org/ Base de datos no redundante de rutas metabólicas caracterizadas experimentalmente. 900 rutas metabólicas de otros tantos organismos, junto con información de los compuestos asociados, enzimas y sus genes. http://www.semicro.es/ Página de la Sociedad Española de Microbiología. Tiene enlaces con otros muchos sitios con información interesante de temas microbiológicos. RECURSOS EN EL SERVIDOR DE LA UPO Toda la información relativa a la asignatura se publicará en el servidor WebCT de la UPO, incluyendo las presentaciones Powerpoint de los temas, bibliografía adicional, los protocolos y calendarios de las prácticas, las convocatorias de examen y las calificaciones obtenidas. TUTORÍAS Las tutorías se llevarán a cabo a demanda, sin horario preestablecido y previa cita. El profesorado de la asignatura entiende que las tutorías son una herramienta fundamental de aprendizaje y de comunicación y recomienda a los alumnos que no se cohíban a la hora de hacer uso de las mismas. No se darán cita para tutorías en las 24 horas anteriores a la realización de ningún examen de la asignatura. Los teléfonos y correos electrónicos de contacto de los profesores se indican en la primera página, aunque se recomienda utilizar el servicio de correo electrónico de la plataforma WebCT. 7
