Genética Ambiental

GENETICA
AMBIENTAL
PROGRAMA DE LA ASIGNATURA
CURSO 2009 / 2010
LICENCIATURA DE CIENCIAS
AMBIENTALES
Asignatura Optativa Cuatrimestral
6 créditos (4T+2P)
DEPARTAMENTO: BIOLOGÍA MOLECULAR E INGENIERÍA
BIOQUÍMICA
ÁREA ACADÉMICA: GENETICA
PROFESORES RESP.: DR. ANDRES GARZON VILLAR
DR. JOSÉ ANTONIO GODOY LÓPEZ
ORGANIZACION DEL CURSO
TEORIA Y PROBLEMAS
El curso de Genética Ambiental estará dividido en dos partes:
I.-MUTACIONES. MUTAGENOS AMBIENTALES. EVALUACION DE IMPACTO GENETICO.
II.- CONSERVACION Y EXPLOTACIÓN DE LOS RECURSOS GENETICOS Y LA BIODIVERSIDAD.
El curso consta de un solo parcial que se calificará sobre 10 puntos: El método de evaluación será evaluación
continua. Durante el curso se podrán realizar series de problemas, casos prácticos, ejercicios de prácticas,
trabajos escritos, etc que se corregirán y puntuarán. Al final del curso habrá un único examen en el que cada
estudiante se examinará de los puntos que le resten hasta 10 puntos. El examen constará de problemas y/o
preguntas cortas de teoría relacionadas con lo explicado en clase y las prácticas impartidas. Los problemas de
las series se entregan al alumno durante las clases de la sección correspondiente. Las soluciones de cada serie
de problemas las entrega el alumno al profesor el día que se acuerde resolverlos y antes de la sesión de
corrección. Los problemas se resolverán por alumnos escogidos al azar entre los que entregaron la solución del
problema en cuestión. Si el alumno que ha presentado una solución correcta a un problema es incapaz de
razonarla no se le contabilizará ningún problema de la serie. Si el alumno elegido no está presente perderá
todos los puntos acumulados hasta la fecha sin perjuicio de posteriores acciones.
En el examen de Septiembre no se tendrán en cuenta las notas de Junio de exámenes ni de problemas, de modo
que se calificará sobre 10 ptos.
Es necesario realizar todas las clases prácticas para aprobar la asignatura.
PRACTICAS
A lo largo del curso se podrán organizar hasta 4 prácticas (según disponibilidad de tiempo y material)
relacionadas con el temario del curso y cuyo contenido se considera materia de examen.
1ª) Test de Ames para detección de mutágenos.
2ª) Estimación dosis-respuesta para un mutágeno físico.
3ª) Modelado de dinámica de la genética poblaciones pequeñas.
4ª) Inferencia e interpretación de árboles filogenéticos
TRABAJOS ESCRITOS
Trabajos Bloque I
Cada alumno podrá presentar a lo largo del curso un único trabajo escrito sobre algún artículo previamente
seleccionado por el profesor de la asignatura. El trabajo no debe reducirse a la traducción del artículo sino que
debe comentarse y ampliarse con, al menos, un documento adicional. Para ello podrá usarse la bibliografía
específica del curso así como las revistas a las que tenga acceso (por ejemplo, Investigación y Ciencia, Mundo
Científico, y preferentemente, revistas científicas originales, como Cell, Nature, Science, Bioessays, Trends in
Genetics, Trends in Ecology and Evolution, PNAS, Molecular Ecology, Conservation Genetics, Mutation
Research etc.). La bibliografía será buscada por el propio alumno y las referencias empleadas deberán
ser citadas al final del trabajo. En la biblioteca se encuentran números recientes de estas revistas, además a
muchas de ellas se puede acceder “on line” y permiten la descarga de artículos completos. Cada revista posee
en su página web una máquina de búsqueda de artículos por palabras clave. También se puede realizar una
búsqueda en muchas revistas a la vez usando una base de datos como medline
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi). La extensión recomendada para el trabajo es de cinco a diez
páginas mecanografiadas a doble espacio (referencias aparte). No se considerarán los trabajos que no cumplan
estas características.
Trabajos Bloque II
Los trabajos se podrán realizar individualmente o en grupos pequeño de no más de tres personas.
El trabajo consistirá en revisar la información disponible sobre la genética de una especie amenazada y discutir
sus implicaciones en los riesgos de extinción y en su conservación.
Se seleccionarán casos de estudios con suficiente literatura genética que cubra idealmente varios aspectos de la
genética aplicada a la conservación: diversidad genética, estructura genética, flujo génico, filogeografía,
filogenia, etc. o medidas de conservación que impliquen identificación de unidades de conservación y manejo
genético de poblaciones silvestres o cautivas.
El trabajo podrá recibir un máximo de 2 puntos.
Los trabajos escritos se entregarán a los profesores de la asignatura; la fecha límite de entrega será el 13 de
ENERO.
CONSULTAS
Consulta sobre teoría y problemas (series):
Sección I: Lunes de 10,30-13,30 y de 16,30-19,30. Despacho nº17 2ªplanta Edif. 24B. Previa cita
telefónica (tel: Andrés: 95434 9378/9940) o por e-mail a través del aula virtual.
Sección II: Miercoles y Jueves de 16,30-19,30 . Despacho n17 2ªplanta Edif. 24B. Previa cita
telefónica (tel: José A.: 95 423 23 40 Ext. 194) o por e-mail ([email protected])
También se podrá usar el aula virtual para consultar dudas.
Consulta sobre exámenes: Una vez realizado el examen y hayan salido las notas, se convocará en el tablón de
anuncios una cita para su corrección. Los alumnos que no estén de acuerdo con su nota, deben acudir a la
sesión de corrección para cualquier rectificación. No se admitirán reclamaciones sobre las notas después del
día de corrección.
AYUDA “ON LINE”
Durante el presente curso existirá un aula virtual con material suplementario de consulta y vínculos a otras
páginas web con información sobre los contenidos de la asignatura. La dirección de esta página es
http://aulavirtual.upo.es:8900
BIBLIOGRAFIA
No existe un único texto recomendable que cubra todo el programa con la extensión y detalle que requieren
algunos temas. La bibliografía especializada está escrita casi exclusivamente en inglés. En la biblioteca existen
los siguientes libros para consultar distintos aspectos del temario:
Bibliografía Básica (Manuales del curso)
I.-MUTACIONES. MUTAGENOS AMBIENTALES. EVALUACION DE IMPACTO GENETICO.
David J. Brusick. Methods for genetic risk assessment Lewis Publishers, cop. 1994.
David H. Phillips and Stanley Venitt.Environmental mutagenesis. Bios Scientific Publishers, 1995.
II.- CONSERVACION Y EXPLOTACIÓN DE LOS RECURSOS GENETICOS Y LA BIODIVERSIDAD.
R. Frankham D. Ballou D. A. Briscoe. Introduction to conservation genetics. Cambridge University Press,
2002
Allendorf FW, Luikart G (2007) Conservation and the genetics of populations Blackwell, Malden, MA.
Bibliografía complementaria
I.-MUTACIONES. MUTAGENOS AMBIENTALES. EVALUACION DE IMPACTO GENETICO.
Burdon, R. H.. Genes and the environment . Taylor & Francis, 1999.
Simic, M.G., L. Grossman & A.C. Upton (eds.) 1986. Mechanisms of DNA Damage and Repair: Implications
for Carcinogenesis and Risk Assessment. Plenum Press, New York.
David J. Kirkland United Kingdom Environmental Mutagen Society. Sub-Committee on Guidelines for
Mutagenicity Testing. Basic mutagenicity tests : UKEMS recommended procedures: UKEMS Sub-Committee
on Guidelines for Mutagenicity Testing. Cambridge University Press, 1990.
Friedberg, Errol C.. DNA repair and mutagenesis . ASM Press,.1995.
Albert P. Li, Robert H. Heflich. Genetic toxicology . CRC Press, cop. 1991.
Brusick, David. Principles of genetic toxicology . Plenum Press, cop. 1987.
John K. Cowell Molecular genetics of cancer. Bios, 1995.
N. Ragsdale R. Menzer Carcinogenicity and pesticides : principles, issues and relationship. American
Chemical Society 1989.
II.- CONSERVACION Y EXPLOTACIÓN DE LOS RECURSOS GENETICOS Y LA BIODIVERSIDAD.
Delibes, M. (2005): "La naturaleza en peligro. Causas y consecuencias de la extinción de especies". Booket.
Grupo Planeta, Barcelona.
Avise JC, Molecular Markers, Natural History and Evolution, 2nd ed. Sinauer Associates, 2004.
Beebee TJ, Rowe G, An introduction to Molecular Ecology Oxford University Press, 2004.
Freeland JR (2005) Molecular Ecology John Wiley & Sons, Ltd, West Sussex, UK.
Lowe, A., S. Harris, and P. Ashton. Ecological Genetics: Design, Analysis, and Application. Blackwell
Publishers, 2004.
L. F. Landweber A. P. Dobson. Genetics and the extinction of species: DNA and the conservation of
biodiversity. Princeton University Press, cop. 1999
Avise, J. C., and J. L. Hamrick, editors. 1996. Conservation Genetics: Case Histories from Nature. Chapman &
Hall, New York.
Thomas B. Smith and Robert K. Wayne (eds.) Molecular genetic approaches in conservation New York;
Oxford : Oxford University Press, cop. 1996
Beissinger, S. R. and D. R. McCullough. Population Viability Análisis 2002
Falk and Holsinger Genetics and conservation of rare plants Oxford University Press, 1992
Forest conservation genetics : principles and practice / A. Young, D. Boshier and T. Boyle (editors)
Collingwood (Vic) : CSIRO, cop. 2000
British Ecological Society. Special Symposium (15th. 2001. St. Catherine's College, Oxford) Genes in the
environment Blackwell Pub., 2003
Scragg, A. H. Environmental biotechnology.. Longman, 1999
Ramón, Daniel.. Los genes que comemos : la manipulación genética de los alimentos. Alzira : Algar,. 1999.
J. Tomiuk, K. Wohrmann, A. Sentker (eds.): Transgenic organisms : biological and social implications:
Birkhauser, cop. 1996.
JR Lacadena: Genética y ética. 2002
RB Primack: Introducción a la Biología de la conservación 2ªedic (hay una 3ª edic. en inglés)
Bibliografía Genética General
Griffiths y col. “Modern Genetic Analysis” Freeman 1999.
Klug y Cummings. “Conceptos de Genética”. Prentice Hall 1999.
Gardner, Simmons y Snustad. "Principios de Genética". Limusa Wiley 1998.
Tamarin, R.H. "Principios de Genética". Reverté. 1996.
Jiménez y Jiménez. “Genética Microbiana”. Síntesis 1998.
Lewin “Genes” VII. Reverté, 2000.
Fontdevila y Moya. "Introducción a la genética de poblaciones". Síntesis, D.L. 1999
Hedrick, P. W. “Genetics of Populations, 3rd edition”. Jones & Bartlett Publishers, 2005
J. Etienne. “Biología Genética Biología Molecular”. Masson. 2001
Sydney Brenner, Jeffrey H. Miller. ”Encyclopaedia of Genetics”. Academic Press, cop. 2002.
Todas las actividades del curso, convocatorias de exámenes, calificaciones, prácticas, relación de ayudantes de
prácticas, etc, se realizan por escrito en el Tablón de anuncios y en la página web de la asignatura.
PROGRAMA DE CLASES TEORICAS
I.-MUTACIONES. MUTAGENOS AMBIENTALES. EVALUACION DE IMPACTO GENETICO.
Introducción. Los genes y el ambiente.
Tema 1.- La mutación y sus consecuencias. Diversidad y origen de la diversidad. Función evolutiva de la
diversidad. Origen de las mutaciones. Competencia mutación-reparación. La herencia de la diversidad, visión
histórica. Línea germinal y línea somática. Mutaciones pre y postadaptativas. Test de fluctuación. Mutaciones
espontáneas e inducidas. Mutaciones somáticas y germinales. Consecuencias sobre el fenotipo. Mutaciones
favorables neutras, deletéreas y letales. Enfermedades hereditarias y teratogénesis..
Tema 2.- Cáncer. Mitosis. Ciclo celular. Fases. Regulación. Checkpoints. Apoptosis. Protooncogenes,
oncogenes y antioncogenes o supresores de tumores. Carcinogénesis. Metástasis. Factores de riesgo genéticos.
Tema 3.- Mutágenos ambientales. Mutágenos químicos. Mecanismo molecular de algunos mutágenos.
Mutágenos físicos. Radiación UV. Radiactividad. Efecto molecular de las radiaciones. Radiactividad.
Exposición a las radiaciones electromagnéticas. Mutágenos en los alimentos, fármacos, patógenos, tabaco,
materiales artificiales. Riesgos laborales. Antimutágenos. Mutagenicidad de mezclas complejas
Tema 4.- Evaluación de riesgo. Identificación de mutágenos y otros tipos de riesgo genético.
Identificación del riesgo. Test de mutagenicidad. Test de Ames y otros test de mutagenicidad. Bases de datos
de compuestos genotóxicos. Biomarcadores de riesgo genético. Chips de DNA. Riesgos de exposición.
Accesibilidad y estimas de exposición a genotóxicos. Absorción, estabilidad y efectos acumulativos
Estimación de la relación dosis-respuesta. Estimación experimental. Consideraciones farmacocinéticas.
Estrategias de evaluación, cualitativas y cuantitativas. Estrategias de extrapolación. Estimación de la
exposición. Factores que influyen en la cuantificación del riesgo. Factores exógenos y endógenos.
ifero
II.- CONSERVACION Y EXPLOTACIÓN DE LOS RECURSOS GENETICOS Y LA BIODIVERSIDAD.
Tema 5.- Impacto ambiental de Organismos transgénicos. Control del impacto genético de organismos
transgénicos en el Medio Ambiente. Implicaciones sociales de la modificación del DNA.
Tema 6. - Detección y análisis de la variación genética: marcadores moleculares. ¿Qué es un marcador
molecular? Características de los marcadores: genoma (citoplásmico, nuclear), modo de herencia (autosómicos
vs. ligados al sexo; dominantes vs. codominantes). Alozimas, RFLPs, secuencias, microsatélites, SNPs.
RAPDs, AFLPs. Perspectiva histórica. Nivel de variación y escala de aplicación (temporal/espacial).
Tema 7. - Aplicaciones a nivel de individuo: Género e identidad. Marcadores de sexo en mamíferos y aves.
Estrategia diagnóstica: amplificación específica, RFLP, diferencias de tamaño en intrones. Aplicaciones.
Identificación individual: fingerprinting y microsatélites. Probabilidad de identidad. Uso de muestreos no
invasivas. Aplicaciones: uso del espacio, estimas de tamaños poblacionales, clonalidad.
Tema 8. Aplicaciones a nivel de individuo: Paternidad y parentesco. Herencia mendeliana y exclusión
categórica de parentales. Probabilidad de exclusión: primer y segundo parental. Candidatos no muestreados y
errores de genotipado: asignación probabilística. Identificación de la pareja parental. Reconstrucción de
genotipos parentales. Paternidad múltiple. Aplicaciones: sistemas reproductivos y comportamiento altruista.
Estimas de parentesco. Identidad por descendencia. Exclusión de relaciones. Aplicaciones: estructura espacial
y social, comportamiento altruista, manejo de poblaciones cautivas.
Tema 9.- Aplicaciones a nivel de poblaciones: diversidad genética. Frecuencias alélicas y genotípicas: el
equilibrio de Hardy-Weinberg. Como se mide la diversidad. Fuerzas que modelan la diversidad genética y sus
interacciones. Deriva y tamaño efectivo poblacional. Diversidad neutral vs. adaptativa. Importancia en
conservación: Potencial evolutivo. Pérdida de diversidad, endogamia y depresión endogámica.
Tema 10.- Aplicaciones a nivel de poblaciones: Estructura poblacional y flujo génico. Panmixia y
estructura genética. Medida de la estructura genética: FIS, FST, FIT. Interpretación del FST: deriva pura,
equilibrio migración-deriva y las situaciones intermedias. Estimas de flujo génico: equilibrio migración-deriva.
Estimas contemporáneas directas. Aislamiento por distancia. Fragmentación e influencia del paisaje.
Tema 11.- Variación intraespecífica y filogeografía. Genealogías mitocondriales: árboles y redes. Polifilia,
parafilia y monofilia. Aislamiento y divergencia molecular.. Demografía histórica. Filogeografía. Filogeografía
de Europa y las glaciaciones. Filogeografía de islas. Otros ejemplos.
Tema 12.- Especiación, delimitación de especies e hibridación. Conceptos de especies: morfológico, BSC,
PSC. Criterios asociados: aislamiento reproductivo; monofilia recíproca y divergencias moleculares. Monofilia
y concordancia genealógica. Divergencias moleculares y sus limitaciones. Zonas híbridas: hibridación e
introgresión. Identificación molecular de especies: aplicaciones en conservación. Código de barras de ADN.
Tema 13.- Manejo genético de poblaciones silvestres y cautivas. Genética como factor de extinción. El
vortex de la extinción. Pérdida de diversidad y potencial adaptativo. Endogamia. Depresión endogámica.
Depresión exogámica. Identificación de unidades de conservación: ESUs, MUs. ESUs: criterios genéticos y
ecológicos. MUs: criterios de independencia demográfica. Translocaciones: rescate genético vs. demográfico.
Reintroducciones: criterios genéticos. Cría en cautividad: principios, objetivos y estrategias de manejo.
PROGRAMA DE CLASES PRACTICAS
1ª) Test de Ames para detección de mutágenos.
El test de Ames es un ensayo mundialmente establecido como primera aproximación a la determinación de si
un producto es mutagénico y por tanto un posible cancerígeno. Este test utiliza cepas de la bacteria Salmonella
typhimurium incapaces de sintetizar el aminoácido histidina y por tanto incapaces de crecer en un medio de
cultivo que no esté suplementado con dicho aminoácido. Esta incapacidad es debida a que las cepas portan
mutaciones en los genes que codifican enzimas para la fabricación de histidina. Estas mutaciones revierten con
baja frecuencia dando lugar a clones his+ que ya saben fabricar histidina y por tanto son capaces de crecer en
medio sin suplementar. Cualquier compuesto capaz de hacer aumentar la frecuencia con que alguna de estas
mutaciones revierte será considerado mutagénico.
Es esta práctica se utilizarán algunas de estas cepas para determinar la capacidad mutagénica de algunos
compuestos.
2ª) Estimación dosis-respuesta para un mutágeno físico.
Un daño excesivo en el DNA produce a veces la parada de la replicación y otras veces la rotura de ambas
cadenas del DNA. En ambos casos un sistema de reparación fundamental utiliza la información de otra
cromátida con la misma secuencia de DNA (homóloga o hermana) para reparar la hebra dañada. Con el
sistema genético adecuado se puede detectar cuando este tipo de reparación ha tenido lugar siendo un
estimador del daño que el DNA ha sufrido. En nuestro sistema esta reparación se detecta por un cambio de
color de la colonia de la levadura Saccharomyces cerevisiae. En esta práctica se irradiarán cultivos de nuestra
estirpe indicadora con distintas intensidades de luz UV y se observará la correlación con la mortalidad celular y
con la frecuencia de cambio de color en las colonias.
3ª) Modelado de dinámica de los genes en las poblaciones.
Se utilizarán programas informáticos para estudiar por simulación el efecto de cruzamientos no aleatorios, la
mutación, la selección, la migración y la deriva genética sobre la composición genética de las poblaciones. .
4ª) Inferencia e interpretación de árboles filogenéticos.
Se usarán simulaciones para comprender el significado y la interpretación evolutiva de los árboles
filogenéticos..