Genetica de bacterias

Universidad de Puerto Rico

Recinto Universitario de Mayagüez

Colegio de Artes y Ciencias

Departamento de Biología

Dr. Carlos Ríos Velázquez

Primer semestre 2005

Información general:

Número de curso: BIOL 5758

Título del curso: Genética de bacterias

Horas crédito: dos horas crédito. Dos horas de clase por semana

lunes, miércoles y jueves de 7:30 – 8:30 am; lunes y

miércoles de 10:30 am a 12:00md. B-182.

Horas de oficina: lunes y miércoles de 9:30 – 12:30am.

B-267 (X-2874 y 3944).

Página de internet: http://www.uprm.edu/biology/profs/rios/index.htm

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2. Descripción del curso:

En el curso de BIOL 5758 se discutirán conceptos básicos de genética de bacterias con énfasis en la replicación y expresión del DNA en células procariotes desde una perspectiva de enzimología, regulación y comportamiento a nivel molecular. Mecanismos de transferencia de material genético tales como transformación, transducción y conjugación y su impacto fisiológico también serán discutidos.

3. Pre/Co –requisitos: BIOL 3300 y BIOL 3770

4. Requisitos:

Se espera que el estudiante:

(1) Asista a todas las secciones de clases de manera puntual. De ausentarse, traer la justificación pertinente y excusa médica si así aplica el caso.

(2) Realice todas las lecturas asignadas y trabajos relacionados como lo es el

portafolio.

(3) Apruebe satisfactoriamente los exámenes y pruebas cortas para obtener así crédito por el curso.

5. Propósito y metas del curso:

Al final del semestre se espera que el estudiante:

a. Describa los componentes moleculares del DNA, RNA.

b. Identifique y Compare la geometría, el mecanismo de replicación de DNA y la regulación del proceso.

c. Describa la enzimología del proceso de replicación de DNA.

d. Identifique los pasos involucrados en el proceso de replicación de DNA.

e. Explique la enzimología y regulación de la expresión del DNA.

f. Reconocer los mecanismos de expresión y regulación genética.

g. Describa y comparar los operones de lactosa, triptófano, arabinosa y maltosa entre otros.

h. Defina y contraste entre los mecanismos de intercambio genético en bacterias y su aplicación.

i. Mencione los elementos básicos en el desarrollo de la ingeniería genética.

j. Determine los tipos de mutaciones y los mecanismos de reparación.

k. Desarrolle destrezas para la lectura de artículos científicos.

6. Políticas Universitarias, Departamentales y recursos

Asistencia a clase, ausencia a exámenes, bajas, ética etc. seguirá lo descrito y aprobado en la Política Universitaria y Departamental (véase Http://www.uprm.edu/biology/cursos/BIOL%205758.html).

7. Bosquejo de contenido y distribución sugerida del tiempo

Temas Tiempo (hrs)

A. DNA, RNA 2

Estructura básica de ribo y deoxyribonucleótidos
El concepto de antiparalelismo y complementaridad
Cadenas de nucleótidos, estructura del DNA y RNA: hélices
Super-enrollamiento

B. Mecanismos de replicación de DNA 2

El tenedor de replicación:

1. Primordios y proteínas accesorias

2. Polimerasas, helicasas y “clamps”

3. Fragmentos de Okasaki y las cadenas “leading” y “lagging”

4. Orígenes de replicación.

C. Mecanismos de transcripción 4

a. La maquinaria para hacer mRNA: polimerasa de RNA

Componentes y función

Factores sigma: clases y función

b. Promotores

c. Iniciación, elongación y terminación de transcripción

d. Ejemplos de regulación de trancripción

D. Mecanismo de traducción 2

a. Estructura del ribosoma bacteriano, tRNA’s

b. Código genético, “codon usage”(codones raros)

c. Iniciación, elongación y terminación de traducción

5. Componentes y su función

E. Bioinformática 2

a. Definición y usos

b. Análisis de ácidos nucleicos y proteínas: bases de datos

c. Genomas y proteomas

Ejercicio de práctica usando bases de datos para análisis de DNA y proteínas.

F. Mutaciones 4

a. Términos en genética clásica

1. Fenotipo, genotipo,

2. Cepas mutantes, cepas “salvajes”

3. Auxótrofos vs

4. Mutaciones cis vs trans

5. Selecciones vs “screens”

6. Polaridad

7. Merodiploides

b. Tipos de mutaciones

1. Mutaciones espontáneas

2. Cambio en pares de bases

3. Cambio en marco de lectura

4. Inserción, deleción, inversión, duplicación

5. Mutaciones “nonsense”, “missense”

6. Químicas

&n bsp; ; i. Oxidación

&n bsp; ii. Luz ultravioleta

&n bsp; iii. Deaminación

&n bsp; iv. Agentes alquilantes

&n bsp; v. Rayos-X

&n bsp; vi. Agents entrecruzantes

c. Tipos de mutantes

1. Condicionales

2. “Leaky”

3. “Null”

4. Ganadores o perdedores de función

d. Reversión y supresores

1. Intra e intergénicos

e. Numerología

G. Mecanismos de reparación de DNA 2

a. Reparación directa de bases

b. Reparación por excisión de bases

c. Reparación por excisión de nucleótidos

d. Reparación por recombinación

e. Respuesta SOS

H. Plásmidos 2

a. Estructura y propiedades básicas

b. Función asociada con plásmidos

c. Replicación

d. Especificidad

e. Compatibilidad

f. Partición

g. Número de copias

h. Métodos de purificación

i. Plásmidos como herramientas en genética molecular

j. Vectores “suicidas”

I. Genomas, megaplásmidos 1

a. Genomas vs megaplásmidos en bacterias: Rhodobacter sphaeroides

b. “Pulse field electroforesis”

c. “Microarrays” de DNA y genes

J. Mecanismos de transferencia de genes en bacterias 6

a. Conjugación

1. Donante vs recipiente (F vs F’ vs Hfr)

2. Mecanismo, estructuras necesarias, pilo sexual

3. Mecanismo, genes involucrados (tra, fin, mob)

4. Conjugación entre distintas especies

b. Transformación

1. Definición y principios básicos

2. Transformación natural: Bacillus subtilis

3. Mecanismo y genes involucrados

4. Competencia inducida:

i. Uso de calcio

ii. Electroporación

c. Transducción

1. Biología molecular de los bacteriófagos

2. Transducción generalizada

i. Bacteriófago P1

ii. Bacteriófago P22

3. Transducción especializada

K. Elementos de transposición 2

a. Conceptos básicos

b. Secuencias de inserción y transposones (Tn5, Tn10)

c. Estructuras de transposición, genes y secuencias blanco

d. Mecanismos de transposición

e. Regulación en transposición

f. Usos

L. Recombinación 2

d. Tipos de recombinación

e. Genes involucrados

f. Integrasas, resolvasas e invertasas

g. Modelos y mecanismos de recombinación

M. Regulacion genética 4

h. Operones y regulones: definición y estructura

i. Regulación positiva y negativa

j. El operón de lactosa (regulación negativa)

1. Genes, enzimas y mecanismo involucrado

k. El operón de L-arabinosa (regulación positiva)

1. Genes, enzimas y mecanismo involucrado

l. Atenuación

1. El operón de triptófano

2. Regulación negativa vs atenuación

m. Repressión por catabolito: cya, crp and camp

N. Biotecnología e Ingeniería genética 4

n. Enzimas de restricción

o. Uso de plásmidos, transposones y bacteriófagos como herramientas

p. Genética inversa

q. Fusiones transcripcionales y traduccionales: reporteros

r. PCR: amplificación y mutagenesis

s. “Phage display”

t. “Signature tagged mutagenesis”

8. Estrategias instruccionales

Se utilizarán una variedad de estrategias instruccionales entre las cuales se encuentran:

a. Uso de mapas conceptuales

b. Análisis de situaciones

c. Trabajo en equipo

d. Conferencia y demostraciones

e. Paneles de discusión y conversatorio

f. Presentaciones orales

9. Recursos de aprendizaje

El curso Biol 5758 será uno que estará complementado con recursos de aprendizaje en línea. Entre los recursos de aprendizaje se encuentran:

a. Centro de cómputos con acceso a internet

b. “hands out” de las conferencias del curso.

c. Problemas de práctica

10. Estrategias de evaluación:

La clase de genética de bacterias se evaluará basada en un total de 400pts:

1. 100 pts. Un examen de contestar en casa (“take home test”).

2. 100 pts. Examen parcial-grupal (50% se contestará en clase, 50% se contestará en casa).

3. 50 pts. Una presentación oral de 15 – 20 minutos de algún tema, o artículo científico que describa experimentación o involucre técnicas en genética de bacterias (40 pts), acompañado de un trabajo escrito de dos a cuatro páginas (10 pts).

4. 50 pts de trabajos especiales y/o pruebas cortas.

5. 100 pts. Un examen final.

11. Sistema de calificación:

100 - 90 A (400 – 360 pts)

89 - 89 B (359 - 320 pts)

79 –70 C (319 - 280 pts)

69 - 60 D (279 - 240 pts)

59 - 0 F (239 - 0 pts)

12. Bibliografía: Libros de texto y otros recursos:

Maloy R.S., J.E. Cronan, and D. Freifelder. 1994. Microbial Genetics.

Jones and bartlett Publishers. (disponible como referencia en oficina del profesor).

Beckwith J. and Sihavy T.J. 1992. The power of Bacterial Genetics. Cold Spring Harbur. (disponible como referencia en oficina del profesor).

Benfell P.N. 2001. Gene discovery lab. Thomson Learning. USA. (disponible como referencia en oficina del profesor).

Miller J.H. 1992. A short course in Bacterial Genetics: A laboratory Manual and Handbook for Escherichia coli and Related Bacteria. Cold Spring Harbor. (disponible como referencia en oficina del professor).

Sambrook, J., and D.W. Russel. 2001. Molecular cloning: A Laboratory Manual 3^rd Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York. (disponible como referencia en oficina del professor).

Snyder L. and Champness W. 1998. Molecular genetics of Bacteria. ASM Press. Molecular genetics of bacteria. 3rd ed. John Wiley and Son, New York. Dale, J.W. (disponible como referencia en oficina del profesor).

Tren N, and J. Trempy. 2004. Fundamental Bacterial Genetics. Blackwell Publishing. MA, USA. (disponible como referencia en oficina del profesor).

Watson, J.D., T.A. BAker, S.P. Bell, A. Gann, M. Levine, and R. Losick. 2004. Molecular Biology of the gene. 5th ed. Benjamín Cummins. (disponible como referencia en oficina del profesor).

Utilizaremos bases de datos para análisis de secuencia tales como: GenScan, ScanProsite, BLAST, COG’s, MulAlin, CDD y otros. (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/).

Artículos científicos de referencia y para presentaciones orales:

1. Schneider D., E. Duperchy, E. Coursange, R.E. Lenski, and M. Blot. 2000. Long-Term Experimental Evolution in Escherichia coli. IX. Characterization of Insertion Sequence-Mediated mutations and rearrangements. Genetics 156:477-488.

2. Reyrat J.M., V. Pelicic, B. Gicquel, and R. Rappuoli. 1998. Counterselectable Markers: Untapped Tools for bacterial Genetics and Pathogenesis. Infection and immunity, 66:4011-4017.

3. Rondon M.R., P.R. August, A. D. Bettermann, S.F. Brady, T.H. Grossman, M.R. liles, K.A. Loiacono, B.A. Lynch, I.A. Macneil, C.Minor, C.L. Tiong, M. Gilman, M.S. Osburne, J. Clardy, J. Handelsman, and R.M. Goodman. 2000. Cloning the Soil Metagenome: a Strategy for Accessing the Genetic and Functional Diversity of Uncultured Microorganism. Applied and Environmental Microbiology. 66:2541-2547.

4. Suwanto, A., and S. Kaplan. 1989. Physical and genetic mapping of the Rhodobacter sphaeroides 2.4.1 genome. Presence of two unique circular chromosomes. Journal of Bacteriology. 171: 5850-5859.

5. Trucksis et al. 1998. The Vibrio cholerae genome contains two unique circular chromosomes. Procedures of the National Academy of Sciences. 95:144464-144469.

6. Battista J.R. 1997. Against all odds: The Survival Strategies of Deinococcus radiodurans. Annu. Rev. Microbiol. 51: 203-224.

7. Volff, J.-N., and Altembuchner. 2000. A new beginning with new ends: linearisation of circular chromosomes during bacterial evolution. FEMS Microbiol. Lett. 186: 143-150.

8. Actis, L.A., M.E. Tolmasky, and J.H. Crosa. 1999. Bacterial Plamids: Replication of Extrachromosomal Genetic Elements Encoding Resistance to Antimicrobial Compounds. Frontiers in Bioscience. 3:43-62.

9. Dubnau D., and R. Provvedi. 2000. Internalizing DNA. Res. Microbiol. 151: 475-480.

10. Benkovic S.J., A.M. Valentine, and Frank Salinas. 2001. Replisome-Mediated DNA replication. Annu. Rev. Biochem. 70:181-208.

11. Murray, N. 2000. Type I restriction systems: sophisticated molecular machines (a legacy of bertani and weigle). Microbiol. Biol. Rev. 64:412-434.

12. Tan, H. 1999. Bacterial catabolic transposons. Appl. Microbiol. Biotechnol. 51: 1-12.

13. Derechos de estudiantes con impedimentos

Después de identificarse con el profesor y la institución, los estudiantes con impedimento recibirán acomodo razonable en sus cursos y evaluaciones. Para más información comuníquese con Servicios a Estudiantes con Impedimentos en la Oficina del Decano de Estudiantes (Q-019), 787-265-3862 ó 787-832-4040 x 3250 ó 3258.