Encabezado Facultad de Ciencias
Presentación

Biología (plan 1997) 2023-1

Optativas, Temas Selectos de Biología I

Grupo 5502, 25 lugares. 11 alumnos.
Biología celular de bacterias
Profesor Luis David Ginez Vázquez ma 8 a 11 Instituto de Investigaciones Biomédicas NUEVA SEDE. Edificio A, en el aula A007
Profesor Thelma Isabel Arenas Rodríguez ju 8 a 11 Instituto de Investigaciones Biomédicas NUEVA SEDE. Edificio A, en el aula A004
 

LAS CLASES SERÁN EN EL INSTITUTO DE INVESTIGACIONES BIOMÉDICAS, NUEVA SEDE, UBICADA CERCA DEL JARDÍN BOTÁNICO.

PUEDEN LLEGAR DE VARIAS FORMAS:

1) TOMANDO LA RUTA 4. LOS DEJA EN LA ENTRADA DEL INSTITUTO.

2) A TRAVÉS DE LA RUTA 9, BAJANDO EN LA ESTACIÓN DEL METROBUS CIUDAD UNIVERSITARIA. CRUZAN LA ESCALERA DE CARACOL Y LLEGAN AL CIRCUITO MARIO DE LA CUEVA. ES EL PRIMER INSTITUTO RUMBO AL JARDÍN BOTÁNICO.

3) POR METROBÚS.

EN LA ENTRADA DEL INSTITUTO HAY UNA ESCULTURA DE UN VIRUS. SOLICITAN ACCESO MEDIANTE EL INTERFÓN DE LA PUERTA. REGISTRAN SU ENTRADA EN LA CASETA DE VIGILANCIA DEL EDIFICIO "A". LAS AULAS ESTÁN EN ESE MISMO EDIFICIO, BAJANDO LA PRIMERA ESCALERA, A MANO IZQUIERDA DEL COMEDOR.

INTRODUCCIÓN

Durante décadas, las bacterias han permitido el estudio de los principios básicos de la biología molecular. Sin embargo, por su tamaño reducido y la carencia de organelos rodeados por membranas, fueron consideradas organismos simples sin alguna organización aparente. Los avances tecnológicos en microscopía electrónica y de fluorescencia han revelado que, al igual que los eucariontes, las bacterias son células con una estructura ordenada y dinámica. Algunas tienen la capacidad de diferenciarse en distintos tipos celulares y comunicarse entre ellas para coordinar acciones multicelulares. Internamente, las bacterias pueden dirigir proteínas, material genético y lípidos a sitios específicos de la célula y además, de forma regulada a través del tiempo. Esta organización le permite a las bacterias regular eventos celulares complejos, como la polaridad, el crecimiento y la división.

Este curso será impartido principalmente por los profesores Luis David Ginez y Thelma Arenas. Adicionalmente, se contará con la presencia de profesores invitados especialistas en temas particulares de la biología celular bacteriana.

OBJETIVO GENERAL

Profundizar en el conocimiento de la estructura y organización de la célula bacteriana.

ORIENTACIÓN DE LA ASIGNATURA

Ciencias básicas

Biología celular y molecular

REQUISITOS

Haber cursado Biología molecular de la célula I y II; comprensión de lectura en inglés.

DURACIÓN

Horas téoricas por semana: 5

Horas teóricas totales por semestre: 80

METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA

Para cada tema habrá una clase introductoria. En las sesiones posteriores los alumnos discutirán artículos relacionadas con el tema, con la guía de los profesores.

EVALUACIÓN

30% participación

50% trabajo final

20% exámenes (4)

En el trabajo final se desarrollará una propuesta para resolver una pregunta de investigación relacionada con la biología celular de bacterias. Esta propuesta se presentará a través de un trabajo escrito de no más de 3 cuartillas y se expondrá en una sesión de 15 minutos. El trabajo escrito deberá contener:

Introducción (antecede a la pregunta de investigación)

Objetivo

Metodología

Resultados esperados

Presupuesto

Bibliografía

Importante: a mitad de semestre se entregará un escrito con la idea general del proyecto (objetivo) y la metodología para resolverlo.

MODALIDAD PRESENCIAL

Inicio de clases: Martes 16 de Agosto de 2022, 8am

Aula por definir

TEMARIO

1. Introducción: ¿Qué estudia la biología celular en bacterias?

Ejemplos sobre la organización interna de las bacterias:

1.1. Estructuras básicas de la célula bacteriana. Elementos del citoesqueleto bacteriano: MreB, FtsZ CresC

1.2 Inclusiones celulares: PHB, Carboxisomas, Magnetosomas, Clorosomas. Nuevos hallazgos.

2. Membranas

2.1 Generalidades de la envoltura celular. Organismos modelo y excepciones.

2.2 Membrana interna (MI). Funciones y componentes. Organización de la MI.

2.3 Membrana externa (ME). Estructura y función como barrera de permeabilidad. El lipopolisacárido (LPS) y su relevancia fisiológica. Proteínas: barriles beta y lipoproteínas. Organización y dinámica de la ME.

2.4 Síntesis y ensamblaje de los componentes de la envoltura celular: sistema de secreción general de proteínas (sistema Sec), sistema de plegamiento de lipoproteínas (sistema Lol), maquinaria de ensamblaje del LPS (complejo Lpt) y de plegamiento e inserción de proteínas integrales en la ME (complejo BAM).


3. Pared celular de peptidoglicano (PG)

3.1.- Estructura de la pared en Gram-positivas y Gram-negativas

3.2 Diversidad en la pared (cambios químicos en la molécula y sus consideraciones fisiológicas)

3.3 Comunicación de la ME y el PG. La importancia de mantener conectadas las capas de la envoltura celular. El modelo clásico del mantenimiento de la estabilidad de la envoltura. Casos especiales en ausencia de Lpp.

3.2 Síntesis del PG.

3.3 Modelos de inserción de nuevo material y distintos modos de crecimiento

3.4 Roles funcionales de la pared celular de peptidoglicano

4. Cromosoma, organización y segregación

4.1 Modelos de empaquetamiento del DNA y de su distribución espacial dentro de la célula.

4.2 Diferentes mecanismos de control sobre el inicio de la replicación para determinar el número de cromosomas por célula y su coordinación con el ciclo celular.

4.3 Segregación del DNA: Mecanismos de segregación de plásmidos y de cromosomas.

4.4 Segregación dependiente de FtsK y de ParA-B

4.5 PHB y segregación

4.6 Mecanismos que coordinan la segregación del cromosoma y la división.

5. División

5.1 Establecimiento del sitio de la división: Proteínas Min y oclusión del nucleoide

5.2 Divisoma: Funciones y ensamblaje

5.3 Constricción: Crecimiento del PG, recambio de los monómeros del PG, Membrana externa

5.4 Regulación: Activación del divisoma.

5.5 Desviaciones en el modelo: Gram + división, División sin FtsZ Arqueas y otros simbiontes.

6. Casos particulares de la biología celular bacteriana

6.1 El flagelo y los sistemas de secreción: Formación del flagelo, relación con los sistemas de secreción, el control del ensamblaje del flagelo.

6.2 Sistema de secreción: Generalidades, sistemas de secreción como una estructura celular; casos particulares: sistema de secreción tipo III.

6.3 Diferenciación celular. Bacterias con división asimétrica: Caulobacter crescentus, Myxococcus xanthus, cianobacterias. Establecimiento de la diferenciación por acción de reguladores maestros.

6.4 Biofilm y quórum sensing. Qué es y cómo se establece. El caso de Rhodobacter/CtrA y el biofilm.

¿Cómo se comunican las bacterias?

6.5 Estructuras de reserva: Las bacterias almacenan energía: el uso de polímeros de reserva, aplicaciones.

6.6 Bases celulares de la interacción planta-bacteria: Generalidades, cambios celulares. El caso de Rhizobium.

6.7 Vesículas de membrana externa: Cómo se forman, usos y aplicaciones. Las vesículas como una plataforma para la producción de vacunas.

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

  1. Shapiro, L., and Losick R. (Ed). 2011. Cell biology of bacteria. Cold Spring Harbor laboratory press.
  2. Shively, J. (Ed.). 2006 . Complex intracelular structures in prokaryotes. Springer.
  3. Kuhn, A. (Ed). 2019 . Bacterial cell walls and membranas. Springer.

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

1. Adams, D. W., and J. Errington. 2009. Bacterial cell division: assembly, maintenance and disassembly of the Z ring. Nat Rev Microbiol 7:642-53.

2. Bigot, S., V. Sivanathan, C. Possoz, F. X. Barre, and F. Cornet. 2007. FtsK, a literate chromosome segregation machine. Mol Microbiol 64:1434-41.

3. Bramkamp, M., and S. van Baarle. 2009. Division site selection in rod-shaped bacteria. Curr Opin Microbiol 12:683-8.

4. Collier, J. 2009. Epigenetic regulation of the bacterial cell cycle. Curr Opin Microbiol 12:722-9.

5. Collier, J., and L. Shapiro. 2007. Spatial complexity and control of a bacterial cell cycle. Curr Opin Biotechnol 18:333-40.

6. Haeusser, D. P., and P. A. Levin. 2008. The great divide: coordinating cell cycle events during bacterial growth and division. Curr Opin Microbiol 11:94-9.

7. Kroos, L. 2007. The Bacillus and Myxococcus developmental networks and their transcriptional regulators. Annu Rev Genet 41:13-39.

8. Leonard, T. A., P. J. Butler, and J. Lowe. 2005. Bacterial chromosome segregation: structure and DNA binding of the Soj dimer--a conserved biological switch. EMBO J 24:270-82.

9. Leonard, T. A., J. Moller-Jensen, and J. Lowe. 2005. Towards understanding the molecular basis of bacterial DNA segregation. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 360:523-35.

10. Moller-Jensen, J., and J. Lowe. 2005. Increasing complexity of the bacterial cytoskeleton. Curr Opin Cell Biol 17:75-81.

11. Rudner, D. Z., and R. Losick. Protein subcellular localization in bacteria. Cold Spring Harb Perspect Biol 2:a000307.

12. Toro, E., and L. Shapiro. Bacterial chromosome organization and segregation. Cold Spring Harb Perspect Biol 2:a000349.

13. Varma, A., M. A. de Pedro, and K. D. Young. 2007. FtsZ directs a second mode of peptidoglycan synthesis in Escherichia coli. J Bacteriol 189:5692-704.

14. Vollmer, W., and U. Bertsche. 2008. Murein (peptidoglycan) structure, architecture and biosynthesis in Escherichia coli. Biochim Biophys Acta 1778:1714-34.

15. Vollmer, W., and U. Bertsche. 2008. Murein (peptidoglycan) structure, architecture and biosynthesis in Escherichia coli. Biochim Biophys Acta 1778:1714-34.

16. Vollmer, W., D. Blanot, and M. A. de Pedro. 2008. Peptidoglycan structure and architecture. FEMS Microbiol Rev 32:149-67.

17. Zakrzewska-Czerwinska, J., D. Jakimowicz, A. Zawilak-Pawlik, and W. Messer. 2007. Regulation of the initiation of chromosomal replication in bacteria. FEMS Microbiol Rev 31:378-87.

 


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