Biología (plan 1997) 2022-2

Optativas, Biología Molecular

BIOLOGIA MOLECULAR (OPTATIVA)

Objetivos:

El objetivo del curso es que los alumnos comprendan el flujo de la información genética (Dogma Central de la Biología Molecular). Comenzaremos a revisar desde los conceptos más básicos y conforme avancemos en el temario, integraremos los conceptos adquiridos.

Al finalizar el curso, el alumno habrá aprendido e integrado aspectos relacionados con la Biología Molecular (Genómica Estructural, Evolutiva, Funcional y Epigenética), y tendrá la habilidad para manejar herramientas básicas de Bioinformática.

Finalmente, los profesores que tenemos el honor de impartir esta materia, deseamos alentar a nuestros estudiantes a interesarse en proyectos relacionados a la investigación científica, lo cual será estimulado durante todo el curso, mediante las clases, ejercicios, discusión de artículos de investigación y exámenes.

Metodología de enseñanza:

El curso está organizado en 4 grandes unidades y 20 temas. Durante el curso los profesores expondremos los temas teóricos (temas con número) y para reforzar la teoría, desarrollaremos actividades prácticas personalizadas durante la clase (temas con viñetas).
Posterior a la actividad práctica, se les dejarán algunos ejercicios sencillos, que deberán entregarse a la siguiente semana.

Evaluación del curso:

• 40% exámenes teóricos (3 exámenes)
• 30% actividades prácticas
• 30% discusión de artículos/tareas

TEMARIO (2022-2)

I-EL DNA Y LA GENÓMICA
I.1.-Perspectiva histórica de la Biología Molecular.
I.2.-Componentes fundamentales de los ácidos nucleicos (DNA y RNA).
I.3.-Estructura primaria/secundaria de los ácidos nucleicos.
I.3.1-Las interacciones débiles.
I.3.2-Los enlaces de alta energía.
I.3.3-La estructura del DNA, determinada por los enlaces débiles y fuertes.
I.4.-Estructuras de orden superior del DNA y RNA.
I.5.-El DNA como la molécula que almacena la información genética.
I.6.-Genómica Estructural I: Organización del genoma (genes y genomas).
I.6.1-El tamaño del genoma, el número y la distribución de los genes en el genoma.
I.7.-Genómica Comparada/Evolutiva (semejanzas y diferencias entre los genomas de diferentes organismos).
I.7.1-Las tasas genómicas de sustitución neutral y el reloj molecular.
• Tiempo de divergencia entre los grupos de primates.
I.7.2-El origen genómico de la novedad funcional.
I.7.3-La duplicación genómica.
• Los receptores olfatorios en vertebrados.
I.7.4-Las familias génicas (ortologías y paralogías).
• Blast (programa utilizado para encontrar similitud entre una determinada secuencia vs una base de datos).
• Conociendo las Bases de datos genómicas.
• Uso de Genebank (obtención de secuencias genómicas de referencia) y su manipulación mediante los programas de EMBOSS.
• Clustal Omega (programa de alineamiento múltiple de secuencias) y obtención de porcentajes de identidad entre secuencias.
• Reconstrucción filogenética basados en distancias: Neighbor-joining y UPGMA (hipótesis de relación entre secuencias).
I.7.5-Los problemas contemporáneos en la genómica evolutiva.

II-TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA.
II.1.-El Dogma Central de la Biología Molecular (DNA→RNA→Proteína).
II.2.-Replicación del DNA (DNA→DNA).
II.2.1-Componentes de la maquinaria de replicación del DNA.
II.2.2-Iniciación/elongación/terminación de la replicación.
II.3.-El comportamiento dinámico del DNA.
II.3.1-El DNA puede ser modificado por agentes físicos, químicos y biológicos.
II.3.2-El DNA es sujeto a reparación.
II.3.3-El proceso de recombinación.
II.3.4-La alteración en el DNA, pueda dar lugar a la variación, perdida (Pseudogenes) o ganancia (diversificación) de función.
• Aplicaciones de genómica comparativa intraespecie: perfiles de polimorfismos (SNPs) y estudios de asociación (GWAS).
II.4.-Aspectos prácticos de la replicación del DNA.
II.4.1-Preparación de las muestras biológicas.
II.4.2-Extracción de los ácidos nucleicos.
• Selección de una región deseada en el DNA para ser amplificada y el diseño de primers.
• Reacción en cadena de la polimerasa (PCR in silico).
• Electroforesis de ácidos nucleicos in silico.
II.4.3-Generación de Librerías.
II.4.4-Secuenciación de siguiente generación (NGS).
• Análisis bioinformático de datos provenientes de secuenciación masiva*(Usearch y SeqinR 2.0-1).
II.5.-Tecnologías que nos permiten manipular/alterar el DNA (clonación y vectores de expresión, mutagénesis sitio dirigida, producción de Knock-outs, Knock-ins y la edición genética mediante CRISPR-Cas9).
• Edición del receptor CCR5 y la búsqueda de resistencia a la infección por VIH-1.

III-EXPRESIÓN GENÉTICA
III.1.-El cromosoma único procariota.
III.1.1-Organización.
III.1.2-Reguladores en cis y trans.
III.1.3-Regulación de la transcripción en bacterias (Modelo del operón).
III.2.-La cromatina eucariota.
III.2.1-Promotores, enhancers, silencers, insulators y factores de transcripción.
III.2.2-Regulación epigenética de la transcripción (metilación del DNA, complejos remodeladores ATP dependientes y modificaciones de histonas).
III.2.2.1-Mecanismos epigenéticos que permitieron “la explosión cámbrica”(surgimiento de filos de animales).
• Análisis de la metilación en el DNA.*
III.3.-Transcripción (DNA→mRNA).
III.3.1- Componentes de la maquinaria de transcripción.
III.3.1.1-Tipos de RNA polimerasas (RNA pol II).
III.3.2- Iniciación/elongación/terminación de la transcripción.
III.3.3-El procesamiento del mRNA (splicing).
III.3.4-La modificación del mRNA.
• Extracción de regiones promotoras de genes y la localización de los sitios de unión para factores de transcripción.
• Anotación de intrones/exones en secuencias de DNA.
III.4.-Genómica Funcional: El transcriptoma como medida de la expresión dinámica del genoma.
III.4.1-Técnicas para analizar la expresión genética (microarreglos y RNAseq).
III.4.2-Análisis global de la expresión génica.
III.4.3-Relación entre el transcriptoma y el fenotipo celular.
III.4.4-Análisis global de la expresión diferencial (comparación entre dos muestras).
III.5.-Traducción o síntesis de proteínas (mRNA→proteína).
III.5.1-Componentes de la maquinaria de traducción (ribosoma) y RNAs.
III.5.2-El código genético.
III.5.3- El uso preferencial de codones.
• Que tan “perfecto” es el código genético (en la amortiguación de cambios).
III.5.4-Iniciación/elongación/terminación de la traducción.
III.5.5-Regulación de la traducción.
III.5.6- Modificación postraduccional de proteínas.
III.6.-Genómica Estructural II: Estructura, función e interacción de las proteínas.
III.6.1-Estructura primaria.
III.6.2-Plegamiento de la proteína (estructura secundaria y terciaria).
• Visualización de la estructura secundaria y terciaria de una proteína mediante UCSF Chimera.
III.6.3-Funciones de las proteínas: Estructural y enzimática.
• Interacción proteína-proteína (interactoma).


IV-LA BIOLOGÍA SINTÉTICA COMO FUENTE DE VIDA.
IV.1.-La Biología sintética.
IV.1.1-La célula mínima, el genoma mínimo y la vida sintética.
IV.1.2-La Ingeniería recombinante múltiple (TRMR) y las tecnologías para el diseño y la edición de genomas.
IV.1.3-Los ladrillos proteicos y el ensamblaje de los polipéptidos.
IV.1.4-El diseño espacial para biología sintética: compartimentos, andamiajes y comunidades.
• Ejercicio de Biología sintética.
IV.2.-Perspectivas futuras en el campo de la Biología Molecular.
IV.2.1-Perspectivas bioéticas.



Bibliografía básica

-Alberts B., et al (2015). Molecular Biology of the Cell. Sixth edition. Garland Science. USA.
-Berg J., et al (2015). Biochemistry. Eighth edition. W. H. Freeman & Company. USA.
-Herraéz A. (2012). Texto ilustrado e Interactivo de Biología Molecular e Ingeniería Genética. Segunda edición. Elsevier. España.
-Herron J., and Freeman S. (2014). Evolutionary Analysis. Fifth edition. Pearson. USA.
-Krebs J., et al (2014). Lewin´s Genes XI. Jones & Bartlett learning. Eleventh edition. USA.
-Nelson, D. et al (2019). Lehninger: princípios de Bioquímica. Séptima edición. Omega. España.

Bibliografía complementaria:

-Cabej N., (2020). Epigenetic mechanisms of the cambrian explosion. Elselvier. Academic Press. United Kingdom.
-Crick, F. (1966).Codon—anticodon pairing: The wobble hypothesis. Journal of Molecular Biology. 19(2); 548–555.
-Crick F. (1966).The genetic code–yesterday, today, and tomorrow. Cold Spring Harbor Symposia Quantitative Biology. 31; 1–9.
-Crick, F. (1970).Central Dogma of Molecular Biology. Nature. 227(5258); 561–563.
-Crick F., (2008). Qué loco propósito. Metatemas Tusquets editores. Segunda edición. España.
-Jinek, M.; Chylinski, K.; Fonfara, I.; Hauer, M.; Doudna, J.A.; Charpentier, E. (2012). A Programmable Dual-RNA–Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity. Science, 337 (6096); 816–821.
-Lander E, et al (2001). Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature. 409(6822); 860-921.
-Margulis, L., & Sagan, D. (2008). Acquiring genomes: A theory of the origins of species. Basic Books.
-Mukherjee S., (2017). El Gen. Una historia personal. Debate. México.
-Pieczynski J., et al (2021). ̈Designer babies?! ̈A CRISPR based learning module for undergraduates built around the CCR5 gene. Biochemistry and Molecular Biology Education. 49; 80-93.
-Pluta, A.; Jaworski, J.P.; Cortés-Rubio, C.N. (2021). Balance between Retroviral Latency and Transcription: Based on HIV Model. Pathogens. 10(1): 16; 1-26.
-The ENCODE Project Consortium (2012). An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome. Nature. 489(7414); 57-74.
-Watson, J. D., & Crick, F. H. (1953). Molecular structure of nucleic acids; a structure for deoxyribose nucleic acid. Nature, 171(4356); 737-738.
-Watson J., (1981). La doble hélice. Ciencia y desarrollo. Conacyt Editor. México.