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. 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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.