CULTIVOS CELULARES Y TRANSGÉNESIS

Competencias genéricas:

CG2. Reconocer la importancia de la Biología en diversos contextos y relacionarla con otras áreas de conocimiento.

CG3. Continuar estudios de postgrado en áreas especializadas en áreas de Biología o multidisciplinares

CG4. Expresar rigurosamente los conocimientos biológicos adquiridos de modo que sean bien comprendidos en el ámbito docente y/o especializado.

CG6. Analizar y resolver problemas cualitativos y cuantitativos en el área de la Biología.

CG7. Reconocer y analizar nuevos problemas y planear estrategias para solucionarlos.

CG8. Evaluar, interpretar y sintetizar datos e información biológica.

CG11. Manejar instrumentación básica para análisis biológico.

CG12. Interpretar datos procedentes de observaciones y medidas en términos de su significación y de los modelos explicativos que las apoyan.

CG13. Desarrollar buenas prácticas científicas de observación, medida y experimentación.

CG14. Poseer un alto nivel de compromiso y discernimiento ético para el ejercicio profesional y sus consecuencias.

CG15. Valorar la importancia de la Biología en el contexto industrial, económico, medio ambiental, social y cultural.

CG16. Capacidad de desenvolverse con seguridad en un laboratorio.

Competencias específicas:

CE2. Capacidad para planificar, desarrollar y controlar procesos biológicos industriales, agropecuarios y biotecnológicos.

CE3. Capacidad para producir, transformar, manipular, conservar, identificar y controlar la calidad de los organismos y materiales de origen biológico, incluidos los alimentos.

CE5. Capacidad para desarrollar estudios biológicos y control de la acción de productos químicos y biológicos de utilización en la sanidad, agricultura, industria y servicios.

CE6. Capacidad para identificar y evaluar los agentes biológicos patógenos y sus productos tóxicos. Controlar infecciones y plagas.

El objetivo general de esta asignatura es que el alumno adquiera nociones básicas en dos aspectos fundamentales de la biotecnología

1.- El cultivo in vitro de diferentes células, tejidos u órganos procedentes de animales y vegetales.

2.- Los procedimientos para la transferencia de genes y la obtención de organismos genéticamente modificados.

Los objetivos específicos:

· Entender cómo se diseña la construcción de un DNA recombinante que pueda dirigir la transferencia y la expresión de un gen en un sistema celular nuevo.

· Conocer las bases y fundamentos de las técnicas de cultivo in vitro de células animales y vegetales.

· Conocer las aplicaciones actuales y emergentes de los cultivos celulares.

· Aplicar el cultivo in vitro de tejidos vegetales a la obtención y multiplicación de plantas por organogénesis y embriogénesis somática.

· Comprender qué es un organismo transgénico y sus aplicaciones actuales y potenciales.

· Aplicaciones de los OGM en la agricultura, medicina e industria.

· Comprender las implicaciones sociales (salud y medio ambiente) de los organismos genéticamente modificados.

· Permitir al alumno interpretar con espíritu crítico la información aparecida en los medios de comunicación en relación con la transgénesis.

- Clases teóricas, prácticas, seminarios y tutorías para el seguimiento continuado del programa.

- Los profesores proporcionarán el material docente a través del campus virtual y de las herramientas que éste proporciona a sus usuarios.

- Se proporcionarán cuestionarios, bibliografía y todos los materiales necesarios para la realización de trabajos y exposiciones.

- Las prácticas de laboratorio aportarán al estudiante el conocimiento de distintos métodos de cultivo in vitro y de las herramientas que permiten obtener y analizar organismos transgénicos .

- La evaluación continua y secuencial permitirá conocer las destrezas, habilidades y conocimientos adquiridos en cada uno de los modos organizativos de la asignatura.

PARTE 1.- Transferencia y expresión génica en procariotas

PARTE 2.- Cultivos celulares y transgénesis en plantas

PARTE 3.- Cultivos celulares y transgénesis animal

La calificación final del alumno será el compendio de la labor realizada durante el curso en las actividades programadas.

Se atenderá a los siguientes criterios:

- Examen escrito para evaluar los conocimientos de los contenidos teóricos (50%).

- Seminarios: Presentación o entrega por parte del alumno de seminarios o trabajos, con posibilidad de realización de prueba escrita (20%).

- Examen escrito para evaluar los conocimientos adquiridos en las clases prácticas (30%).

La realización de las prácticas es necesaria para superar la asignatura.

Será imprescindible obtener al menos un 4 en el examen de teoría para considerar los otros criterios de evaluación, y poder aprobar la asignatura.

PARTE 1.- Transferencia y expresión génica en procariotas.

Tema 1.-El clonaje de expresión. Elementos de la expresión génica: moldes, señales y maquinaria enzimática. Aplicaciones generales. Transcripción y traducción in vitro de secuencias clonadas. Expresión en sistemas celulares.

Tema 2.-Expresión de genes clonados en células bacterianas. Señales de expresión: promotores, terminadores, RBSs. Vectores para la expresión de secuencias clonadas en E. coli. Vectores para otras bacterias Gram-negativas y Gram-positivas. Expresión de genes reporter: Biosensores.

Tema 3.-Expresión y aislamiento de proteínas de fusión. Sistemas vectores. Métodos de purificación de la proteína. Aplicaciones.

Tema 4.-Producción de proteínas “recombinantes” en cultivos bacterianos. Factores a tener en cuenta para el diseño de la construcción. Clonaje en monocopia. El RNA y el uso de codones. Modificación post sintética de la proteína. Ejemplos.

Tema 5.-Diseño de proteínas nuevas. Mutagénesis dirigida. PCR mutagénica. Ingeniería de proteínas. Ejemplos.

Tema 6.-Transgénesis y modificación genética. Creación de organismos modificados genéticamente (GMO’s). Modificación genética de bacterias. Aplicaciones a la síntesis de productos. Producción de biomasa. Biodegradación.

Tema 7.-Ingeniería genética en levaduras. Vectores de clonaje y sistemas de selección. Clonaje de expresión. Aplicaciones.

PARTE 2.- Cultivos celulares y transgénesis en plantas

Tema 8.-Cultivo in vitro de tejidos vegetales: principios y metodología. Fundamentos del cultivo in vitro de células, tejidos y órganos de plantas. Totipotencia y pluripotencia. Tipos de cultivos y de respuestas. Modificación de la actividad génica. Organogénesis y embriogénesis somática. Variación somaclonal.

Tema 9.-Aplicaciones del cultivo in vitro: regeneración de plantas. Micropropagación. Obtención de plantas libres de virus. Obtención de semillas sintéticas.

Tema 10.-Aplicaciones del cultivo in vitro. Conservación de germoplasma. Obtención de haploides. Obtención de híbridos somáticos.

Tema 11.-Obtención de plantas transgénicas. Fundamentos de la transgénesis en plantas. Métodos rutinarios de transformación: electroporación, biolística y transformación mediante Agrobacterium. Construcciones y vectores de transformación. Otros métodos de transformación.

Tema 12.-Caracterización de las plantas transgénicas. Número de copias y estado en el genoma receptor. Transmisión. Análisis de expresión. Silenciamiento de los transgenes. Análisis del carácter adquirido por transgénesis.

Tema 13.-Aplicaciones de las plantas transgénicas en agricultura. Caracteres de producción. Caracteres de calidad. Caracteres post-cosecha y tecnológicos. Otros caracteres.

Tema 14.-Aplicaciones de las plantas transgénicas en otros sectores. Investigación científica. Plantas ornamentales. Biorremediación con plantas transgénicas. Las plantas transgénicas como biofactorías: producción de compuestos de interés industrial o farmacéutico.

Tema 15.-Bioseguridad. Evaluación de riesgos de las plantas transgénicas: riesgos sanitarios y riesgos ambientales. Mecanismos genéticos de contención. Percepción social.

PARTE 3.- Cultivos celulares y transgénesis animal

Tema 16.-Aislamiento y preparación de las células o tejidos a cultivar. Sistemas de cultivos celulares, tisulares y organotípicos.

Tema 17.-Aplicaciones fisiológicas: cultivos estáticos y en superfusión. Aplicaciones farmacológicas: baño de órganos con transductores isométricos y electroestimulación.

Tema 18.-Animales transgénicos. Vectores derivados de virus DNA y de retrovirus. Métodos de obtención: transformación de ESC e implantación de blastocistos y transferencia de vectores en pronùcleos de huevos fertilizados e implantación. Transferencia nuclear.

Tema 19.-Inserción dirigida e inserción al azar. Knockout y knockin. Expresión de transgenes en tipos celulares específicos.

Tema 20.-Animales transgenicos como herramientas de investigación y bioproductores de proteínas de interés. Terapia génica en animales y humanos. Xenotransplantes.

Práctica 1. (6 horas) - Clonaje de un transgén en E. coli. Transferencia del recombinante a A. tumefaciens.

Práctica 2. (15 horas) - Cultivo in vitro de tejidos vegetales. Propagación clonal. Obtención de plantas regeneradas. Transformación de células vegetales por Agrobacterium tumefaciens. Caracterización de plantas transgénicas. Integración estable: Análisis de la segregación del transgén en la descendencia. Detección por PCR. Expresión del gen GUS.

Práctica 3. (3 horas) - Cultivos de tejidos animales, baño de órganos.

El contenido de los seminarios dependerá de los temas más actuales en cada parte de la asignatura y se anunciará anticipadamente a los alumnos.

Seminarios 1-3: Seminarios y/o problemas de la parte 1.

Seminarios 4-5: Seminarios y/o problemas de la parte 2.

Seminarios 6-9: Seminarios y/o problemas de la parte 3.

Parte 1

Perera J., Tormo A., García J.L. Ingeniería Genética. Volumen 2: Expresión de DNA en sistemas heterólogos. Editorial Síntesis. 2002.

Watson J.D., Caudy A.A., Myers R.M., Witkowski J.A. Recombinant DNA: Genes and Genomes. A Short Course. 3rd ed. CSHL Press / W. H. Freeman. 2007.

Primrose S.B., Twyman R.M. Principles of Gene Manipulation and Genomics. 8th ed. Blackwell Publishing, Oxford. 2009.

Friedmann T., Rossi J., eds. Gene Transfer: Delivery and Expression of DNA and RNA, A Laboratory Manual. CSHL Press. 2007.

Glick B.R., Pasternak J.J. Patten C.L. Molecular Biotechnology: Principles and Applications of Recombinant DNA. 4th ed. ASM Press. 2010.

Green M.R., Sambrook J. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 4th ed. CSHL Press. 2012.

Parte 2

Chawla H.S. Introduction to Plant Biotechnology Science Publishers Inc., USA, 2002 (2ª edición).

Chrispeels M.J. & Sadava D.E. Plants, Genes, and Crop Biotechnology. Jones and Bartlett Publishers, USA, 2003

Deberg P.C. & Zimmerman R.H.(Eds.). Micropropagation: Technology and Application. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1991.

García Olmedo F. La tercera revolución verde. Editorial Debate, Madrid, 1998.

Pierik R.L.M. In Vitro Culture of Higher Plants. Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, 1987.

Traducción al Castellano: Cultivo in vitro de las plantas superiores. Ediciones Mundi-Prensa, Madrid, 1990.

Serrano García M. & Piñol Serra M.T. Biotecnología vegetal. Editorial Síntesis, Madrid, 2001.

Parte 3

GENERAL CITOLOGIA E HISTOLOGÍA (CONTIENE CAPÍTULOS DE CULTIVOS)

Monguenga L., Esteban F.J., Calvo A. “Técnicas en histología y biología celular”. (Cap. 11: Burrell Bustos, M. Á. Esteban Ruiz F.J. “Técnicas de cultivos celulares”) Publicación: Elsevier Masson (2009). (EN FAC. BIOLOGÍA)

GENERAL DE CULTIVOS CELULARES.

Hu, W.-S. “Cell Culture Engineering” Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology Vol. 101. Publicación: Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2006) (RECURSO ELECTRÓNICO UCM)

Davis J.M. “Basic cell culture: a practical approach”. Publicación: Oxford University Press (2003) (EN FAC. FARMACIA)

Mather J.P., Barnes D. “Animal cell culture methods”. Methods in Cell Biology. Vol. 57 Publicación: Academic Press (1998) (EN FAC. VETERINARIA)

Doyle A., Griffiths J.B. “Mammalian cell culture: essential techniques” / Publicación: John Wiley & sons, (1997) (EN FAC. BIOLOGÍA)

Morgan S.J., Darling D.C. “Animal cell culture” Publicación: Bios Scientific Publishers, (1993) (EN FAC. VETERINARIA)

Doyle A., Griffiths J.B. “Cell and tissue culture for medical research” (2ª Ed). Publicación: Wiley, (2000). (EN FAC. MEDICINA)

Freshney, R. I.”Culture of animal cells: a manual of basic technique” (6ª Ed.). Publicación: Wiley-Liss (2010)

CULTIVOS ESPECÍFICOS

Wise C. “Ephitelial cell culture protocols” Methods in Molecular Biology vol. 188. Publicación: Humana Press (2002) (MANUAL DE LABORATORIO) (EN ÓPTICA)

Fedoroff S., Richardson A.“Protocols for neural cell culture” (3ª Ed.) Publicación: Humana Press (2001) (EN ÓPTICA)

Banker G., Goslin K. “Culturing nerve cells” Publicación: The MIT Press (1996). (EN FAC. MEDICINA)

Klimanskaya I., Lanza R.“Embryonic stem cells” Methods in Enzymology Vol. 418. Publicación: Elsevier Academic Press (2006) (EN FAC. VETERINARIA)

Pease S., Saunders T.L. “Advanced Protocols for Animal transgenesis.” Publicación Springer Protocols Handbooks (2011).

Lodish H. “Molecular Cell Biology” (7ª Ed). Publicación: WH Freeman and Company (2013).