TIPO: O SEMESTRE: 2º CRÉDITOS: 3 (2 horas/semana) PROFESOR: Dra. Sophia Derdak, Dr. Francesc Canals, Dra. Eva Méndez

Transcripción

1 80117 APLICACIONES DE LA GENÓMICA, PROTEÓMICA Y HTS Pág 1 de 6 ASIGNATURA: APLICACIONES DE LA GENÓMICA, PROTEÓMICA Y HTS ESTUDIOS: MÁSTER EN BIOINGENIERÍA CÓDIGO: TIPO: O SEMESTRE: 2º CRÉDITOS: 3 (2 horas/semana) PROFESOR: Dra. Sophia Derdak, Dr. Francesc Canals, Dra. Eva Méndez PREREQUISITOS: Biología Molecular de la Célula, Biomoléculas: estructura, función y propiedades, Fisiología y Metabolismo Microbiano, Técnicas Experimentales en Biociencias, Laboratorio de Técnicas Bioquímicas, Bioinformática y Tecnologías de la Información, Tecnología de DNA Recombinante e Ingeniería Metabólica, Tecnología de Bioreactores y Bioprocesos, Bioética, Diseño de Experiencias y Laboratorio en Biotecnologías. CONOCIMIENTOS PREVIOS: Conocimientos generales de Biología y Bioquímica. Conocimiento de las técnicas básicas de experimentación en Biociencias. ASIGNATURAS QUE SE HAN DE CURSAR SIMULTANEAMENTE: Biocatálisis e Ingeniería Enzimática, Modelización de Biomoléculas, Biomateriales, Ingeniería de Tejidos, Diseño y Simulación de Bioprocesos, Gestión de Proyectos, Calidad y Propiedad Intelectual, Laboratorio de Biotecnologías. DESCRIPCIÓN ASIGNATURA*: En la primera parte de la asignatura se introduce el concepto de genómica funcional como la rama de la genómica orientada al estudio de la función de los genes y de elementos no codificantes en la secuencia genómica con la finalidad de entender el funcionamiento de los sistemas biológicos. Se presenta el conjunto de técnicas experimentales empleadas en esta disciplina. Se profundiza en el estudio de la técnica de ultrasecuenciación de DNA y sus aplicaciones biotecnológicas. Así mismo, se introducen la técnica de micromatrices de DNA (microarrays) y los últimos avances en nuevas tecnologías en el ámbito de la genómica. En la segunda parte de la asignatura se describen las diferentes técnicas y estrategias utilizadas en el análisis proteómico. Se introducen los conceptos básicos de espectrometría de masas y las técnicas proteómicas basadas en ésta, así como las técnicas utilizadas en proteómica dirigida, como los arrays de proteínas. Se proporcionará asimismo una visión del campo de aplicación de éstas técnicas en las diversas áreas de la biotecnología. En la tercera parte (HTS) se introduce el concepto de High Throughput Screening o Cribado de Alto Rendimiento. Esta disciplina tiene un papel central en el proceso de Drug Discoovery, ya que comprende la fase que va desde la identificación de la diana a la selección del Lead o Cabeza de Serie. En esta parte del curso se describe cómo se selecciona una diana, cómo se diseña e implementa un ensayo en formato HTS y cómo se explotan los datos obtenidos, haciendo un especial énfasis en el análisis estadístico y la calidad de los ensayos y resultados obtenidos.

2 80117 APLICACIONES DE LA GENÓMICA, PROTEÓMICA Y HTS Pág 2 de 6 CONTENIDOS*: Genómica funcional. Diseño y análisis de microarrays. Aplicaciones en expresión diferencial, maduración diferencial, CNV, mirnas. Nuevas técnicas de espectrometría de masas en proteómica. Comparación de métodos de análisis proteómico y sus aplicaciones. Arrays de proteínas. Metabolómica. Consideraciones técnicas y de druggability en la selección e implementación de métodos de HTS. Validación de librerias y ensayos HTS. Análisis de casos de aplicaciones de la genómica, proteómica y HTS en biotecnología. OBJETIVOS ASIGNATURA: 1. Proporcionar el conocimiento de las principales técnicas y estrategias experimentales utilizadas en Genómica, Proteómica, Metabolómica, bioensayos y High throughput screening. 2. Proporcionar al alumno una visión de las posibles aplicaciones de las técnicas ómicas en diferentes áreas de la biotecnología, y criterios para la elección de las estrategias experimentales adecuadas en cada caso. COMPETENCIAS*: BÁSICAS: CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación. CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio. CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios. CB9 - Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades. TRANSVERSALES: T1 - Capacidad de comunicarse eficazmente tanto de forma oral como escrita con interlocutores especializados y públicos no especializados. T5 - Capacidad para valorar el impacto del uso de las biotecnologías en el desarrollo sostenible de la sociedad. ESPECÍFICAS: E1 - Capacidad para comprender y aplicar los conocimientos de las disciplinas en biociencias a las aplicaciones biotecnológicas y a la resolución de problemas en contextos multidisciplinares. E2 - Capacidad para comprender y aplicar las metodologías y herramientas biotecnológicas para la investigación, desarrollo y producción de productos y servicios. E5 - Capacidad para aplicar e integrar los conocimientos y herramientas de la bioingeniería a los distintos sectores industriales que utilizan, desarrollan o producen productos o procesos biotecnológicos.

3 80117 APLICACIONES DE LA GENÓMICA, PROTEÓMICA Y HTS Pág 3 de 6 TEMARIO: 1- GENÓMICA (Dra SOPHIA DERDAK) PART I INTRODUCTION TO GENOMICS 1. From classical genetics to functional genomics. 2. Functional genomics tools and applications. PART II INTRODUCTION TO MICROARRAYS TECHNOLOGY 3. Microarrays: General description and types. 4. DNA-Microarrays: Technology concept and applications. 5. Workflow of a reference DNA-microarray experiment. PART III MICROARRAY EXPERIMENTS 6. Probe Design and generation of microarrays: Sequences, spotting, in-situ synthesis. 7. DNA/RNA Samples quality control. Nano-Drop and Bioanlayzer systems. 8. Hybridisation and detection. 9. Data, results and interpretation. PART IV INTRODUCTION TO ULTRASEQUENCING TECHNOLOGY 10. Ultrasequencing: General description and principles. 11. Platforms and instrument providers. 12. Large scale sequencing projects. PART V DNA ULTRASEQUENCING EXPERIMENTS 13. DNA sample requirements: fresh or fixated biological material. 14. Target capture kits. 15. Raw sequence data generation and quality control. 16. De novo genome sequence assemblies. PART VI GENOMIC VARIANT DETECTION FROM ULTRASEQUENCING DATA 17. Resequencing of samples from a species with reference genome 18. Alignment of reads to a reference sequence. 19. Variant calling. PART VII ULTRASEQUENCING APPLICATIONS: VARIANT DISCOVERY AND HUMAN DISEASE 20. Population databases. 21. Variant effect predictors. 22. Rare hereditary diseases. 23. Pharmacogenomics. PART VIII ULTRASEQUENCING APPLICATIONS: GENOTYPING-BY-SEQUENCING FOR AGRO-BIOTECHNOLOGY. 24. A technology for large genomes and large sample cohorts. 25. A technology for species without a reference genome sequence. 26. Applications in the crop industry. PART IX ULTRASEQUENCING APPLICATIONS: METAGENOMICS. 27. Pooled samples of the same species. 28. Metagenomics: soil, gut, marine. 29. Metagenomics - a challenge for bioinformatics.

4 80117 APLICACIONES DE LA GENÓMICA, PROTEÓMICA Y HTS Pág 4 de 6 PART X DNA-MICROARRAYS, ULTRASEQUENCING AND BEYOND. EMERGING TECHNOLOGIES AND APPLICATIONS. 30. Single cell/single molecule sequencing. 31. Genomic services. 32. Public data ressources. 2- PROTEÓMICA Y METABOLÓMICA (DR. FRANCESC CANALS) 2.1- INTRODUCCIÓN 2.2- ESPECTROMETRÍA DE MASAS 2.3- IDENTIFICACION Y CARACTERIZACION DE PROTEÍNAS POR EM 2.4- ANÁLISIS PROTEÓMICO POR ELECTROFORÉSIS BIDIMENSIONAL 2.5- ANÁLISIS PROTEÓMICO POR CROMATOGRAFÍA LÍQUIDA ACOPLADA A EM ANALISIS BASADOS EN SUBFRACCIONAMIENTO DE PEPTIDOS METODOS DE CUANTIFICACIÓN ABSOLUTA OTROS MÉTODOS EN PROTEÓMICA METABOLOMICA ARRAYS DE PROTEÍNAS BIOINFORMATICA EN PROTEÓMICA PROYECTOS GLOBALES EN PROTEOMICA. 3- BIOENSAYOS Y HIGH THROUGHPUT SCREENING (Dra. Eva Méndez) 1.- Introducción al HTS. Definiciones, fundamentos y objetivo principal del HTS. 2.- Selección de una diana. Consideraciones técnicas y de druggability 3.- Tipos de ensayos de HTS: a. Bioquímicos vs. Basados en células b. Homogéneos vs. Heterogéneos 4.- Sistemas de detección utilizados en HTS. Descripción y aplicación a los diferentes tipos de ensayo: a. Radiactivas: SPA (Scintillation Proximity Assay) b. No radiactivas: i. Absorbancia ii. Fluorescencia: FI, TRF, FP, FRET, TR-FRET iii. Luminiscencia: Glow y Flash, BRET iv. EFC (Enzyme Fragment Complementation) v. Nuevas tecnologías de detección 5.- Desarrollo y validación de un ensayo en formato de HTS: a. Parámetros críticos en el desarrollo de un ensayo de HTS b. Optimización de un ensayo de HTS c. Parámetros estadísticos para evaluar la calidad de un ensayo de HTS. Cálculo del Factor Z` 6.- Selección y validación de la librería de compuestos a cribar. Cálculo de la concentración de compuestos a cribar, hit-rate y Factor Z 7.- Implementación de un ensayo de HTS. Identificación de hits 8.- Proceso del Hit al Lead. Confirmación de los hits y optimización de los mismos para obtener un cabeza de serie 9.- Case study PRÁCTICAS DE LABORATORIO No. En la asignatura Laboratorio de Biotecnologías se incluirán prácticas de identificación y caracterización de proteínas por espectrometría de masas MALDI-TOF, como ejemplo de las técnicas utilizadas en proteómica.

5 80117 APLICACIONES DE LA GENÓMICA, PROTEÓMICA Y HTS Pág 5 de 6 METODOLOGÍA*: - Exposición de contenidos mediante presentación o explicación (posiblemente incluyendo demostraciones) por parte de un profesor. - Resolución de ejercicios, planteamiento/resolución de problemas y exposición/discusión de casos por parte de un profesor con la participación activa de los estudiantes. - Trabajo personal del estudiante necesario para adquirir las competencias de cada Materia y asimilar los conocimientos expuestos en las sesiones de exposición de conceptos y sesiones de resolución de ejercicios, problemas y casos, utilizando, cuando sea necesario, el material recomendado de consulta. - Pruebas orales y / o escritas realizadas durante el periodo lectivo de una asignatura o una vez finalizada la misma. Metodología del curso: 1. Clases teóricas expositivas con soporte informático. 2. Discusión de los artículos y materiales complementarios proporcionados por el profesor y trabajados por el alumno en casa. 3. Corrección de problemas y casos planteados por el profesor, resueltos por el alumno en casa. 4. Tutoría personalizada. 5. Evaluación continuada. EVALUACIÓN*: 1) Examenfinal. Ponderación mínima: 60.0, Ponderación máxima: ) Actividades de seguimiento del aprendizaje.- Ponderación mínima: 20.0, Ponderación máxima: ) Trabajos y presentaciones.- Ponderación mínima: 0, Ponderación máxima: 0 3) Participación.- Ponderación mínima: 10.0, Ponderación máxima: 10.0 CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE RESULTADOS*: Objetivo 1: El estudiante debe demostrar los conocimientos sobre las diferentes técnicas y estrategias experimentales utilizadas en genómica, proteómica y cribado de alto rendimiento. (HTS). Objetivo 2: El estudiante debe demostrar haber adquirido el criterio para ser capaz de seleccionar las técnicas adecuadas a una aplicación determinada. Objetivo 3: El estudiante debe demostrar su conocimiento de las herramientas bioinformáticas para el análisis de datos en genómica, proteómica y HTS. Objetivo 4: El estudiante debe demostrar criterio en valorar los resultados en función del problema planteado y las técnicas utilizadas.

6 80117 APLICACIONES DE LA GENÓMICA, PROTEÓMICA Y HTS Pág 6 de 6 BIBLIOGRAFÍA BÁSICA: Genómica: Diagnostic Clinical Genome and Exome Sequencing Biesecker, LG and Green, RC N Engl J Med 2014 June 19; 370:2418. Genotyping-by-sequencing (GBS), an ultimate marker-assisted selection (MAS) tool to accelerate plant breeding. He J, Zhao X, Laroche A, Lu ZX, Liu H, Li Z. Front Plant Sci Sep 30; 5:484. Metagenomic analyses: past and future trends. Simon C, Daniel R. Appl Environ Microbiol Feb; 77(4):1153. Proteómica: Nature Insight. Proteomics. Vol 422, (2003) Bioensayos y High throughput screening: High Throughput Screening: Methods and Protocols. Edited by William P. Janzen. Methods in Molecular Biology. Vol 190, Handbook of Drug screening. Edited by Ramakrishna Seethala, P.B. Fernandes. Drugs and Pharmaceutical Sciences, Volume 114, Assay Guidance Manual Version 5.0, 2008, Eli Lilly and Company and NIH Chemical. Genomics Center. Available online at: A Simple Statistical Parameter for Use in Evaluation and Validation of High Throughput Screening Assays. Ji-Hu Zhang et al.,1999. Journal of Biomolecular Screening, Volume 4, Number 2, BIBLIOGRAFíA o MATERIAL COMPLEMENTARIO: Genómica: unos artículos seleccionados de actualidad para las clases VII-X que se proporcionarán a los estudiantes más adelante. Proteómica: D. O Connor, Proteomics Methods Express. Ed. Scion G. Rédei, Encyclopedia of Genetics, Genomics, Proteomics and Informatics, Ed. Springer, 2008 T. Veenstra, J.R. Yates, Proteomics for Biological Discovery, Ed. Wiley, 2006 Se proporcionarán artículos específicos de cada tema a través de la web. PREPARADO POR: Dra. Sophia Derdak, Dr. Francesc Canals, Dra. Eva Méndez FECHA ÚLTIMA REVISIÓN: Enero 2015