CULTIVOS CELULARES Y TRANSGÉNESIS

Competencias genéricas:

CG1. Reconocer y valorar los mecanismos y estructuras de funcionamiento, los organismos y sistemas biológicos.

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, o explicación por parte del docente de algún tema novedoso de interés relacionado con el temario, con posibilidad de realización de prueba escrita (15%).

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

- Actitud y participación pertinente del estudiante en todas las actividades formativas (5%).

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

Será imprescindible obtener al menos un 4 en el examen de teoría y en el de prácticas. Una nota inferior no se podrá compensar con las obtenidas en otras actividades.

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. 

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

Blázquez Ortiz C., Navarro Llorens J.M. & Rodríguez Crespo J.I. 142 problemas de Ingeniería Genética resueltos paso a paso (1ª ed). Editorial Síntesis, 2021. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Capel C., Castañeda L., Fonseca R., Yuste-Lisbona F., Lozano R., Capel J. Manual de prácticas de ingeniería genética. Editorial Universidad de Almería, 2020. (RECURSO ELECTRÓNICO UCM)

Carson S., Miller H., Srougi M., Witherow D.S. Molecular Biology Techniques: A Classroom Laboratory Manual. 4th edition. Academic Press, 2019. (RECURSO ELECTRÓNICO UCM)

Izquierdo Rojo M. Curso de genética molecular e ingeniería genética. Editorial Pirámide, 2014. (EN FAC. CC. QUÍMICAS)

Lee S.Y., Nielsen J., Stephanopoulos G. Metabolic Engineering: Concepts and Applications (Advanced Biotechnology). Blackwell Verlag GmbH, 2021. (RECURSO ELECTRÓNICO UCM)

Glick B.R., Pasternak J.J. Molecular biotechnology: principles and applications of recombinant DNA. 6ª Edición. Editorial ASM Press, 2022. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Perera J., Tormo A., García J.L. Ingeniería Genética. Volumen 2: Expresión de DNA en sistemas heterólogos. Editorial Síntesis, 2002. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Parte 2

Angstrom J. Plant biotechnology. Editorial Larsen & Keller Education, 2018.

Bhatia S., Sharma K., Dahiya R., Bera T. Modern applications of plant biotechnology in pharmaceutical sciences. Editorial Academic Press, 2015. (RECURSO ELECTRÓNICO UCM)

Chawla H.S. Introduction to Plant Biotechnology. 3ª Edición. Editorial CRC Press, 2017. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

García del Moral Garrido L.F. Biotecnología vegetal. Fundamentos y aplicaciones. Editorial Universidad de Granada, 2021. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Ricroch A., Chopra S., Kuntz M. Plant biotechnology experience and future prospect. Editorial Springer, 2021.

Rueda Muñoz de San Pedro J., Linacero de la Fuente R., Toro Ibánez M.A. Genética y Biotecnología de Plantas y Animales. 1ª Edición. Editorial Síntesis, 2021. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

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”) Editorial Elsevier Masson, 2009. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

GENERAL DE CULTIVOS CELULARES.

Bucio Ortiz L., Souza Arroyo V., Gómez Quiroz L.E., Gutiérrez Ruiz M.C. Cultivo de células animales. Editorial Universidad Autónoma Metropolitana, Iztapalapa, 2015. (LIBRE ACCESO PDF)

Davis J.M. Basic cell culture: a practical approach. Editorial Oxford University Press, 2006. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Doyle A., Griffiths J.B. Cell and tissue culture for medical research. 2ª Edición. Editorial Wiley, 2000. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Gil-Loyzaga, P.E. Cultivo de Células Animales y Humanas. Editorial Visión Libros Grupo Visión Net, 2011. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Freshney R. I., Capes-Davis A. Culture of animal cells: a manual of basic technique and specialized applications. 8ª Edición. Editorial Wiley-Blackwell, 2021. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

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

Ma Y., Hu L., Tang J., Guo W., Feng Y., Liu Y., Tang F (2023). Three-Dimensional cell co-culture liver models and their applications in pharmaceutical research. Int. J. Mol. Sci. 24(7):6248. (LIBRE ACCESO PDF).

Vargas B., Elsy N. Técnicas de cultivos celulares e ingeniería de tejidos. Editorial Universidad Autónoma Metropolitana, Cuajimalpa, 2016. (LIBRE ACCESO PDF)

CULTIVOS ESPECÍFICOS

Banker G., Goslin K. Culturing nerve cells. 2ª Edición. Editorial The MIT Press, 1998. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Fedoroff S., Richardson A. Protocols for neural cell culture. 4ª Edición. Editorial Humana Press, 2010. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Klimanskaya I., Lanza R. Embryonic stem cells. Methods in Enzymology Vol. 418. Editorial Elsevier Academic Press, 2006. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Liu P., An Y., Zhu T., Tang S., Huang X., Li S., Fu F. Chen J., Xuan K (2023). Mesenchymal stem cells: Emerging concepts and recent advances in their roles in organismal homeostasis and therapy. Front. Cell Infect. Microbiol. 13:1131218. (LIBRE ACCESO PDF)

Pease S., Saunders T.L. Advanced Protocols for Animal transgenesis. Editorial Springer Protocols Handbooks, 2011. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Wise C. Ephitelial cell culture protocols. Methods in Molecular Biology vol. 188. Editorial Humana Press, 2010. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Prakash N. Kim J. Jeon J. Kim S., Arai Y., Barcero Bello A., Park H., Lee S.H. (2023). Progress and emerging techniques for biomaterial-based derivation of mesenchymal stem cells (MSCs) from pluripotent stem cells (PSCs). Biomater. Res. 27(1):31. (LIBRE ACCESO PDF)

TRANSGÉNESIS ANIMAL

Alberts B., Heald R., Johnson A., Morgan D., Raff M. Molecular Biology of the Cell. 7ª Edición. Editorial Norton & Company, 2022. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Alberts B., Johnson A., Lewis J., Morgan D., Raff M., Roberts K., Walter P. Biología Molecular de la Célula. 6ª Edición. Editorial Omega, 2016. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Lodish H., Berk A., Kaiser C.A., Krieger M., Bretscher A., Ploegh H., Amon A., Scott M.P. Biología Celular y Molecular. 7ª Edición. Editorial Médica Panamericana, 2019. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

Lodish H., Berk A., Kaiser C.A., Krieger M., Bretscher A., Ploegh H., Martin K.C., Yaffe M., Amon A., Freeman A. Molecular Cell Biology. 9ª Edición. Editorial WH Freeman & Co, 2021. (EN FAC. CC. BIOLÓGICAS)

TERAPIAS AVANZADAS Y BIOTECNOLOGÍA

Ondarza R.N. Biotecnología Básica. Editorial Trillas Sa De Cv, 2002. (LIBRE ACCESO PDF)

Renneberg R. Biotecnología para Principiantes. Editorial Reverté, 2008. (LIBRE ACCESO PDF)

Salmikangas P., Carlsson B., Klumb C., Reimer T., Thirstrup S (2023). Potency testing of cell and gene therapy products. Front. Med. 10:1190016. (LIBRE ACCESO PDF)