Biología (plan 1997) 2023-2

Optativas, Temas Selectos de Biología I

El curso se impartirá en el Instituto de Investigaciones Biomédicas, Nueva Sede, ubicado cerca del Jardín Botánico.

Inicio de clases: Lunes 30 de enero de 2023, 8:00 am, aula A005.

Modalidad presencial.

INTRODUCCIÓN

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. Esta concepción ha evolucionado gracias a los avances tecnológicos en microscopía electrónica y de fluorescencia, que hacen posible la comprensión de su estructura y dinámica intracelular. Esta organización espacio-temporal le permite a las bacterias desarrollar eventos celulares complejos, como la polaridad, el crecimiento, la división, la diferenciación y la multicelularidad.

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 relacionados con el tema, con la guía de los profesores.

EVALUACIÓN

30% participación

50% trabajo final

20% exámenes (3)

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 3 cuartillas y se expondrá en una sesión de 15 minutos.

TEMARIO

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

1.1 Panorama general sobre la organización y dinámica de las células bacterianas.

1.2 Métodos de estudio en biología celular de bacterias. Búsqueda de información en bases de datos, análisis in silico de DNA y proteínas, técnicas básicas de biología molecular.

1.3 ¿Cómo plantear y desarrollar un anteproyecto de investigación? Ejemplos.

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 bacterias Gram-positivas y Gram-negativas

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

3.3 Síntesis del PG.

3.4 Modelos de inserción de nuevo material y distintos modos de crecimiento.

3.5 Roles funcionales de la pared celular.

3.6 Comunicación de la ME y el PG. Estabilidad de la envoltura celular.

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

6.2 Sistemas de secreción: Generalidades, sistemas de secreción como una estructura celular; casos particulares: sistema de secreción tipo III. El flagelo bacteriano y su relación con los sistemas de secreción.

6.3 Comunicación celular. Quórum sensing y biofilm.

6.4 Bases celulares de la interacción bacteria-eucarionte.

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.