Expediente Nº 6075/393 Rosario, 21 de Abril de 2016
VISTO el presente expediente, mediante el cual el Director Académico del Departamento de Ciencias Biológicas, Dr. Eduardo A. Ceccarelli eleva el programa ana-lítico de la Asignatura “Biología Molecular”, correspondiente a la Carrera de Licenciatura en Biotecnología y
CONSIDERANDO:
El Análisis realizado por el Consejo Académico de la Escuela Universi-taria de Biotecnología.
Lo aconsejado por la Comisión de Asuntos Académicos.
Que el presente expediente es tratado en Sesión del día de la fecha. Por ello,
EL CONSEJO DIRECTIVO DE LA FACULTAD DE CIENCIAS BIOQUIMICAS Y FARMACEUTICAS
RESUELVE:
ARTICULO 1º.- Aprobar el programa analítico de la Asignatura “Biología Molecular”, co-rrespondiente a la Carrera de Licenciatura en Biotecnología, según se detalla en el ANEXO UNICO de la presente Resolución.
ARTICULO 2º.- Regístrese, comuníquese y archívese.- RESOLUCION C.D. Nº 159/2016
-Fdo.:) Dr. Esteban C. Serra - Presidente de la Sesión
ES COPIA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO
Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas
Departamento de Ciencias Biológicas
Área Biología Molecular
Asignatura: Biología Molecular
Carrera: Licenciatura en Biotecnología
Docente Responsable: Prof. Asoc. Dra. Elena G. Orellano
Requisitos para el cursado:
Tener aprobada o regularizada la asignatura de 3 año Biología Especial
Correlatividades para rendir:
inglés
Biología Especial Química Biológica
FUNDAMENTACIÓN
La temática molecular en Biología es muy amplia y variada ya que incluye a la totalidad de los sistemas vivientes y trata el estudio de los mecanismos moleculares que gobiernan los procesos bioló-gicos. La asignatura Biología Molecular se basa en un tema central dentro de la Biología y accesible a la descripción molecular, como es la regulación de la expresión génica en eucariotas. La inclusión de Biología Molecular en el Plan de Estudios vigente brinda un espacio curricular donde la/el alumna/o se enfrenta a conceptos y desafíos nuevos así como a metodologías específicas y especializadas que le permitirán operar en este campo de la ciencia.
La asignatura Biología Molecular aborda el estudio de los conceptos teóricos centrales que rigen los mecanismos generales de regulación de la expresión génica en eucariotas y los complementa con el análisis de varios procesos como ejemplos en los que la regulación de la expresión génica de-termina los patrones de la vida. Estos ejemplos describen la Biología Molecular del desarrollo normal y del desarrollo patológico, la señalización intracelular y la regulación del ciclo celular eucariota. Asi-mismo, esta asignatura aporta conocimientos profundos y entrenamiento en técnicas y procedimientos experimentales propios de la disciplina que fomentan el desempeño de la/del alumna/o en aspectos prácticos. Se brinda entrenamiento en las tecnologías de ADN recombinante incluyendo herramientas para la manipulación génica y metodologías para el clonado y la expresión heteróloga de genes.
Con-juntamente, se enfatiza en las técnicas de amplificación de ácidos nucleicos en diversos tipos de dise-ños para diferentes aplicaciones, hibridación molecular, marcadores moleculares y análisis genético. Además, se ofrecen herramientas de bioinformática y ómicas.
De esta manera, la asignatura Biología Molecular aporta una formación sólida y una visión amplia e integradora de conceptos fundamentales para la vida y de metodologías modernas e innova-doras con el fin de estimular la curiosidad, creatividad y capacidad crítica de la/del alumna/o de Li-cenciatura en Biotecnología.
UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA EN EL PLAN DE ESTUDIOS
Biología Molecular es una asignatura curricular obligatoria correspondiente al cuarto año de la carrera Licenciatura en Biotecnología y enmarcada en el Ciclo de Formación Superior del Plan de Estudios 2007 vigente. Su régimen de cursado es cuatrimestral y presencial, y se ubica en el segundo cuatrimestre.
Para cursar esta asignatura se requiere que la/el alumna/o posea conocimientos sólidos de las moléculas orgánicas y biológicas más importantes como los ácidos nucleicos y las proteínas así como de las reacciones bioquímicas y químicas posibles entre ellas. Además, se requieren conceptos básicos sobre los mecanismos moleculares y celulares que gobiernan la vida celular. Por esta razón, Biología Molecular necesita los conocimientos adquiridos en las asignaturas del Ciclo de Formación Básica para poder profundizar contenidos especializados y entrenar a la/al alumna/o en metodologías y tec-nologías específicas.
Para cursar Biología Molecular se requiere haber cumplimentado los requisitos académicos del plan de estudios vigente. Biología Molecular necesita especialmente los conocimientos adquiridos en las asignaturas Biología, Química Orgánica II, Química Biológica y Biología Especial para poder pro-fundizar contenidos especializados y entrenar a la/al alumna/o en metodologías y tecnologías especí-ficas. Las asignaturas del Ciclo de Formación Superior del Plan de Estudios 2007 permiten abordar temáticas complementarias para brindar a la/al alumna/o una visión y formación globales propias del alcance de una/un Licenciada/o en Biotecnología.
OBJETIVOS
La asignatura Biología Molecular espera que las/los alumnas/os logren objetivos de
conoci-miento, de adquisición de habilidades y actitudinales.
Como objetivos de conocimiento se pretende introducir y discutir críticamente la perspectiva molecular en Biología, analizar los mecanismos que permiten y controlan la expresión génica en eu-cariotas, y su relación con procesos biológicos que por su complejidad y relevancia científica y social tienen especial importancia en Biología. Además, se espera familiarizar a la/al alumna/o con la meto-dología propia de la disciplina. La modalidad de enseñanza se basará en el empleo de métodos de enseñanza-aprendizaje interactivos que permitan el diálogo fluido y la discusión crítica de los temas entre alumnos y docentes, se tendrá acceso a fuentes primarias de información y al manejo de proto-colos. Asimismo, se discutirán los problemas sugeridos en clase y en clases de consulta.
Como objetivos de adquisición de habilidades se pretende entrenar a la/al alumna/o en métodos moleculares de última generación. Este aspecto del proceso enseñanza-aprendizaje concibe la parte práctica como la adquisición de habilidades técnicas que le permitan a la/al alumna/o trabajar en el laboratorio de manera eficiente y rigurosa y no una simple ilustración de los contenidos teóricos. In-cluye la participación y/o entrenamiento de la/del alumna/o en todas las etapas de la actividad experi-mental desde el diseño del experimento, la confección de protocolos, la realización de los experimen-tos, la obtención de resultados y la confección de informes. Para ello, la/el alumna/o contará con el asesoramiento permanente de las/los docentes.
Además, se espera desarrollar en la/el alumna/o actitudes que le permitan desenvolverse en una disciplina como la estudiada en esta asignatura que se encuentra en permanente evolución y desarrollo. Estos objetivos actitudinales incluyen estimular la capacidad de la/del alumna/o de aprender por sí misma/o, la capacidad de manejar protocolos y de adaptarlos a las posibilidades técnicas y económicas existentes en el entorno laboral, la capacidad de trabajar en grupo así como de comunicar los resultados de modo riguroso y conciso. Además, se espera desarrollar en la/el alumna/o una actitud crítica que en el futuro le posibilite tomar decisiones de manera autónoma.
PRESUPUESTO DE TIEMPO Y MODALIDAD DE CURSADO
La asignatura Biología Molecular tiene una carga horaria total de 100 horas. Ha sido diagra-mada en cinco módulos: Los módulos 1, 2 y 3 incluyen contenidos teóricos. El módulo 1 comprende los temas 1 a 4 en los que se tratan las bases moleculares de la Biología. El módulo 2 comprende los temas 5 a 7 en los que se discuten los mecanismos de regulación de la expresión génica en eucariotas. El módulo 3 incluye los temas 8 a 11 en los que se abordan tópicos especiales sobre regulación de la expresión génica en eucariotas. El módulo 4 comprende diversas técnicas y metodologías de uso ha-bitual en Biología Molecular y proporciona el fundamento experimental de la Biología Molecular. El módulo 5 presenta a la/al alumna/o el desafío del trabajo en el laboratorio de Biología Molecular.
Los contenidos teóricos se desarrollan en aproximadamente 18 sesiones de 1,5 horas cada una a lo largo del cuatrimestre cuya asistencia no es obligatoria (24 horas). Los contenidos teórico-prácti-cos se desarrollan en aproximadamente 20 clases de 1,5 horas de asistencia sugerida, aunque no obli-gatoria (30 horas). Los conceptos allí desarrollados se refuerzan en las clases obliobli-gatorias. Al comienzo del cursado se presenta la bibliografía general básica de referencia como material de estudio en forma de textos accesibles y separatas de artículos originales y revisiones. En cada clase se indica la biblio-grafía específica del tema en estudio. La/El docente actúa de modo interactivo, proponiendo la refle-xión, discusión crítica e integración de los contenidos tratados. El trabajo experimental requiere 10 sesiones de 4 horas a lo largo del cuatrimestre de asistencia obligatoria (40 horas). Para organizar el trabajo se proporciona la guía de trabajos prácticos de laboratorio al comienzo del cursado. En estas sesiones se introduce a la/al alumna/o en el trabajo en el laboratorio de Biología Molecular, se discuten los protocolos y el diseño de los experimentos. La/El docente a cargo y los auxiliares guían a las/los alumnas/os en el trabajo y análisis de resultados. Finalmente las/los alumnas/os deben discutir los re-sultados obtenidos y confeccionar un informe de laboratorio. El trabajo experimental se realiza en grupos de no más de 12 alumnas/os. Además, se entrena a las/los alumnas/os en aspectos teórico-prácticos y teórico-prácticos mediante la resolución de problemas. Para ello se utiliza una guía de problemas elaborada por docentes de nuestra Área que se revisa anualmente y se pone a disposición de las/los
alumnas/os. Esta modalidad de cursado permite el seguimiento y la evaluación constantes del progreso del aprendizaje.
La carga horaria total de la asignatura está distribuida en 14 semanas. La carga horaria semanal máxima es de 10 horas. La distribución aproximada de la carga horaria es la siguiente:
- Clases teóricas: 24 horas
- Clases Teórico-Prácticas: 30 horas
- Trabajos Prácticos de Laboratorio: 40 horas - Parcial y Recuperatorio: 6 horas
PROGRAMA ANALÍTICO – CONTENIDOS
Módulo 1 – El paradigma molecular en Biología Tema 1: Introducción
El Mecanicismo Biológico. Perspectiva histórica. La visión molecular de la Biología. El argumento de la eficiencia. Modelos. Métodos y sistemas de estudio en Biología Molecular e Ingeniería Genética. Introducción a la tecnología del ADN recombinante.
Tema 2: El ADN nuclear
Estructura de los ácidos nucleicos: B, A y Z. Topología del ADN. Topoisomerasas. Estructura de los cromosomas eucariotas. Morfología y elementos funcionales. Estructuras de la cromatina. Función estructural de las topoisomerasas. Sitios SAR. Unidad replicativa. Anatomía molecular de los cromo-somas eucariotas. Clases principales de ADN. ADN altamente repetitivo o satélite. Familias Génicas. Introducción a métodos de identificación de fragmentos específicos de ADN e hibridación molecular. Replicación del ADN. Mecánica y enzimología de la replicación en eucariotas. ADN polimerasas y ligasas. Replicación de telómeros.
Tema 3: Mutaciones y reparación del ADN
Tipos y clasificación de las mutaciones. Causas de mutaciones en el ADN. Lesiones en el ADN. Agen-tes mutagénicos. Mecanismos de eliminación de mutágenos. Reversión directa. Mecanismos de repa-ración del ADN: reparepa-ración de apareamientos incorrectos, reparepa-ración por escisión de nucleótidos, re-paración por escisión de bases, rere-paración de rupturas de la doble hebra.
Tema 4: Recombinación homóloga
Recombinación homóloga en eucariotas. Modelos de recombinación homóloga. Recombinación ho-móloga durante la meiosis. Funciones, modelo y descripción de la maquinaria proteica involucrada. Conversión génica. Cambio del tipo de apareamiento en Saccharomyces cerevisiae. Reparación de rupturas de la doble hebra por recombinación homóloga.
Módulo 2 – El control de la expresión génica en eucariotas Tema 5: Biosíntesis de ARN
Síntesis y Procesamiento de distintos tipos de ARN. ARN Polimerasas. Concepto de transcripto pri-mario. Promotores. Enhancers. Factores de transcripción. Maduración de los transcriptos. Intrones.
Splicing. Autosplicing. Estabilidad de los transcriptos. Edición del ARN. Direccionalidad
citoplásma-tica de los ARN. Métodos de determinación e identificación de transcriptos. Transcripción in vitro. Transcripción reversa. Métodos para estudiar la transcripción: Run-on, Run-off, G-less cassette, méto-dos para el mapeo del sitio de inicio de la transcripción.
Tema 6: Regulación de la expresión génica en eucariotas
Niveles de regulación de la expresión génica. Regulación transcripcional, post-transcripcional y tra-duccional. Señales y mecanismos. Factores de transcripción en eucariotas. Proteínas que remodelan la cromatina. Regulación epigenética de la expresión génica en eucariotas. MicroARNs. Regulación de la expresión mediada por microARNs. Silenciamiento génico. Otros ARNs pequeños. Métodos para estudiar la regulación de la expresión génica: Métodos de identificación de factores de transcripción y secuencias reguladoras. Geles de retardo. Métodos de protección ante la ADNasa. Uso de sistemas reporteros. Sistema de dos híbridos. Inmunoprecipitación de la cromatina.
Tema 7: Biogénesis de organelas
Biogénesis de mitocondrias. Herencia. Estructura del genoma mitocondrial humano. Transcripción mitocondrial: iniciación y terminación, procesamiento de los transcriptos. Replicación del ADN mito-condrial. Código genético mitomito-condrial. Estructura del genoma cloroplástico. Importación de proteínas a mitocondrias y cloroplastos: maquinarias proteicas y métodos de estudio.
Módulo 3 – Tópicos especiales Tema 8: Biología Molecular del desarrollo normal
Determinación del plan corporal en los animales. Morfogénesis en artrópodos. Control Génico de la Morfogénesis. Morfógenos. Propagación de la información morfogenética. Definición del eje antero-posterior y dorso-ventral. Genes maternos, gap, de la regla de pares y de polaridad de segmento. Defi-nición del plan corporal. Genes homeóticos. Organogénesis. Morfogénesis en vertebrados.
Tema 9: Señalización intracelular
Receptores. Segundos mensajeros. Vías de señalización. MAP Kinasas.
Tema 10: Regulación del ciclo celular eucariota y crecimiento
El ciclo celular en eucariotas. Métodos bioquímicos y genéticos de estudio. Puntos de control en la regulación del ciclo celular. Métodos para estudiar la regulación del ciclo celular
Tema 11: Biología Molecular del desarrollo patológico
El origen del cáncer humano: bases genéticas y epigenéticas. Oncogenes. Supresores y genes de esta-bilidad. Rol en la carcinogénesis. Clasificación, mecanismos de acción y ejemplos. Uso de cultivo de tejidos en el estudio del cáncer.
Tema 12: La metodología del ADN recombinante: herramientas para la manipulación gé-nica
Enzimas modificadoras: endonucleasas de restricción, ADN polimerasas y ligasas, transcriptasa re-versa, otras enzimas. Vectores: plásmidos, fagos, fásmidos, cósmidos, vectores virales, el sistema Ti, cromosomas artificiales, vectores de expresión.
Tema 13: La metodología del ADN recombinante: Clonado molecular
Estrategias de clonado molecular. Transformación bacteriana. Métodos y selección de transformantes. Transformación de células y tejidos eucariotas. Métodos y selección de transformantes. Genética re-versa. Clonado posicional de genes.
Tema 14: Purificación e identificación de ácidos nucleicos
Purificación de ADN genómico. Aislamiento y purificación de plásmidos. Purificación de ARN. Elec-troforesis de ADN en geles de agarosa. ElecElec-troforesis de ARN. Sistemas desnaturalizantes. Electrofo-resis en geles de poliacrilamida. Geles de secuencia. Determinación de la secuencia de nucleótidos en los ácidos nucleicos. Métodos Sintéticos. Métodos para la cuantificación de ácidos nucleicos.
Tema 15: Hibridación molecular
Técnicas de hibridación molecular. Aplicaciones al estudio de interacciones entre ácidos nucleicos y entre ácidos nucleicos y proteínas. Soportes y métodos. Generación y marcación de sondas. Sistemas y elección de condiciones. Southern blot. Northern blot. Southwestern. Distintos métodos de revelado. Geles de retardo. Mapeo de sitios de interacción ADN-proteína por protección a la ADNasa y a la ruptura química. Ensayos de doble híbrido. Hibridación in situ. Tecnología de chips basados en ADN.
Tema 16: Amplificación de ácidos nucleicos
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR): Principios y equipamiento. Diseño de cebadores y selección de condiciones de reacción. Aplicaciones y tipos de PCR. Estrategias de clonado por PCR. Introducción de mutaciones por PCR. Diseños especiales. PCR "anidada" (nested). PCR multiplex. Detección de mutaciones puntuales: amplificación específica para alelos (ASA). RT-PCR. Sistemas de detección de productos amplificados. Introducción a la PCR en tiempo real. PCR cuantitativa y semicuantitativa.
Tema 17: Preparación y mantenimiento de bibliotecas
Tipos de bibliotecas: Bibliotecas genómicas, bibliotecas de expresión, bibliotecas diferenciales. Selec-ción de vectores. Bibliotecas de contigs. Caminata cromosómica y salto cromosómico. Bibliotecas en cromosomas artificiales. Chips génicos.
Tema 18: Expresión génica recombinante
Sistemas de expresión génica en la bacteria Escherichia coli. Promotores. Señales de iniciación y ter-minación. Métodos de inducción de la expresión génica. Preparación y caracterización de extractos proteicos. Electroforesis de proteínas en condiciones nativas y desnaturalizantes. Isoelectroenfoque. Geles y revelado. Western-Blot. Descripción del equipamiento requerido. Expresión en eucariotas:
expresión en otros microorganismos (levaduras), en células en cultivo, en plantas y animales. Animales transgénicos.
Tema 19: Marcadores moleculares y análisis genético
Marcadores genéticos, bioquímicos y moleculares. Mapas de restricción. Marcadores basados en hi-bridación molecular: polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción (RFLP). Marcadores ba-sados en amplificación: polimorfismos de fragmentos cebados al azar (RAPD), VNTRs, STRs. Heren-cia, ligamiento. Mapeo genético y físico. Identificación de individuos. Identificación de Mutantes. Mapeo de mutaciones. Análisis de enfermedades genéticas.
Tema 20: Bioinformática y ÓMICAS
Técnicas de análisis de secuencias in silico. Búsqueda de secuencias. Programa BLAST. Análisis es-tructural. Apilamiento y comparación de secuencias. Nociones de filogenia molecular. Introducción a los métodos de secuenciación genómica. Proteómica y genómica: bases, tecnología y aplicaciones. Nociones de transcriptómica y metabolómica.
Módulo 5 – Módulo Práctico Experimental Tema 21: Expresión recombinante en E. coli
Actualmente, el trabajo práctico de laboratorio que se propone a las/los alumnas/os consiste en el clonado y expresión del gen que codifica para la enzima ferredoxina NADP+ reductasa (FNR) de la bacteria Leptospira interrogans en células de E. coli. Sin embargo, el tema del trabajo práctico podrá variar pero manteniendo o mejorando el nivel de formación y de entrenamiento que ofrecemos en la actualidad.
En las sesiones de laboratorio las/los alumnas/os llevan a cabo las siguientes actividades gene-rales:
- Preparación y esterilización de medios de cultivo
- Ligación del inserto de interés al vector de clonado pGEM T-Easy - Transformación de E. coli con la mezcla de ligación
- Selección por resistencia a antibióticos y complementación-α de las bacterias transformadas - Minipreparación de ADN plasmídico por el método de lisis alcalina
- Digestión de los plásmidos con enzimas de restricción - Cuantificación del ADN obtenido
- Amplificación mediante PCR del gen de FNR clonado
- Inducción de la expresión del gen de interés subclonado en un vector de expresión
- Análisis de los extractos proteicos obtenidos mediante electroforesis en geles de poliacrila-mida desnaturalizantes
METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN - CONDICIONES DE
REGULARIZA-CIÓN Y APROBAREGULARIZA-CIÓN DE LA ASIGNATURA
La regularización de la asignatura se obtiene con el 85 % de asistencia a las actividades obli-gatorias, la aprobación de una evaluación de suficiencia de contenidos parciales y la aprobación del trabajo práctico de laboratorio. Para aprobar dicho práctico se requiere la aprobación de una evaluación corta previa al desarrollo de cada sesión práctica y la presentación y aprobación de un informe de los resultados obtenidos. Ambas instancias de evaluación tienden a ponderar el rendimiento de la/del alumna/o de manera continua. El parcial consiste en un examen escrito e individual de contenidos teóricos, teórico-prácticos y de laboratorio que se aprueba con seis (6, Aprobado). La evaluación de contenidos parciales implica la resolución de problemas concretos e interpretación de resultados de artículos científicos. En general, los problemas presentados son de resolución abierta ya que admiten múltiples soluciones. Aquellos alumnos que no aprobaran el examen podrán presentarse a una instan-cia recuperatoria con las mismas características que el examen parinstan-cial.
Aquellos alumnos que no aprobaran el parcial ni su recuperatorio pero hubieran aprobado los laboratorios y cumplieran con el requisito de asistencia podrán optar por la modalidad de regulariza-ción en mesa en el turno de exámenes inmediatamente posterior a la finalizaregulariza-ción del cursado de la asignatura.
La aprobación de esta asignatura queda sujeta a la aprobación de un examen final oral.
METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN - ALUMNO LIBRE
Aquel alumno que no logre alcanzar la condición de alumno regular de la asignatura quedará como alumno libre.
El examen de aprobación de los alumnos libres consistirá en las siguientes etapas:
Etapa 1: resolución de preguntas escritas directamente relacionadas con el trabajo práctico vigente en
la asignatura. Se aplica a los alumnos que nunca cursaron la asignatura
Etapa 2: el alumno libre rendirá un examen escrito que consistirá en la resolución de problemas de la
parte teórico práctica de la asignatura. Este examen es equivalente a un examen parcial.
Etapa 3: una vez aprobado el examen escrito el alumno rendirá un examen oral con las mismas
carac-terísticas que la de los alumnos regulares.
BIBLIOGRAFÍA
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• Maniatis T., Fritsch E. F., Sambrook J. Molecular Cloning. A Laboratory Manual (2º Edición). Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, New York. (1989).
• Artículos de revisión especializados. • Guía de trabajos prácticos.
