I.S.P.I. N 9009 San Juan Bautista de La Salle INTRODUCCIÓN A LA BIOTECNOLOGÍA Y TECNOLOGÍAS ESPECÍFICAS

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1 I.S.P.I. N 9009 San Juan Bautista de La Salle INTRODUCCIÓN A LA BIOTECNOLOGÍA Y TECNOLOGÍAS ESPECÍFICAS

2 Asignatura: Frecuencia: Docente a cargo: Destinatarios: Anual 5 horas por semana Lic. César R. Olsina Alumnos de 2 año de la carrera de Técnico Superior en Microbiología y Biotecnología

3 FUNDAMENTOS DE LA MATERIA La materia se dicta en el 2 do año de la Carrera de Técnico Superior en Microbiología y Biotecnología. La misma se cursa bajo una modalidad semipresencial. Su orientación es metodológica y en sus contenidos se establecen las bases sobre las que se podrán adquirir conocimientos específicos o de aplicación más focalizada. Su ubicación en el 2 do año de la Carrera permite que puedan articularse los conocimientos adquiridos en el 1 er año, principalmente en las asignaturas Química General e Inorgánica, Biología General y Celular, Microbiología General y Biofísica, y los de 3 er año, ya que gran parte de la metodología presentada en esta área se desarrollarán con mas profundidad en algunas de las materias del ultimo año, como Bioquímica, Inmunoquímica, Ingeniería Genética y Biotecnología Vegetal. La aplicación de metodologías para el estudio de problemáticas en Biología y Microbiología desde una perspectiva molecular son en la actualidad prácticas habituales en Laboratorios tanto de Investigación como de Desarrollo, donde las técnicas de Biología Molecular presentadas en esta materia juegan un papel predominante. Además, estas técnicas están enriqueciendo significativamente la producción industrial con base Biotecnológica. Esta materia consta de una serie de temas y prácticas que ayudarán a argumentar las habilidades en el Laboratorio Microbiológico y de Biotecnología, permitiendo una integración de conocimientos de diferentes áreas. Se prepara a los alumnos para acceder lógica y experimentalmente al conocimiento de las propiedades de los ácidos nucleicos y proteínas, así como la modificación y producción de éstos para su estudio o con fines industriales. Se orienta al desarrollo y/o adaptación de nuevas metodologías a problemáticas actuales.

4 PLANEAMIENTO Contenidos Conceptuales: OBJETIVOS DE CONTENIDO Información sobre los alcances de la Biotecnología en la actualidad, y su aplicación en campos como la investigación el desarrollo y la producción. Métodos de separación de macromoléculas y su fundamento fisicoquímico. Identificación de las reacciones que involucran ácidos nucleicos y su aplicación en diferentes técnicas de Biología Molecular. Integración de técnicas bioquímicas, enzimáticas, fisicoquímicas y microbiológicas en el diseño, obtención, detección, amplificación y expresión de moléculas recombinantes de ADN. Contenidos Procedimentales: Observar y adquirir experiencia directa en técnicas bioquímicas, microbiológicas y de Biología Molecular generales y en el uso de instrumental específico. Presentar al alumno situaciones normales y de crisis donde deberá optar por caminos experimentales o tomar decisiones procedimentales. Acompañar al alumno en el aprendizaje mediante asesoramiento, detección de errores cometidos y suministro de material que le permita identificar los puntos conflictivos en los sistemas analizados. Permitir que el alumno conozca problemáticas habituales encontradas en laboratorios microbiológicos o de biotecnología. Contenidos Actitudinales: Desarrollar una actitud positiva para el trabajo en equipo interdisciplinario. Formar un técnico crítico con capacidad autónoma para una toma de decisiones, con capacidad de autoaprendizaje y perfeccionamiento en el tema. Esto último es de particular importancia en una disciplina que se encuentra en permanente evolución. Interesar al alumno en la resolución y adaptación de sistemas a la realidad del entorno, como sí también la vinculación del conocimiento específico a la actividad productiva. Las metodologías abarcadas en la materia poseen una capacidad diagnóstica o pronostica y en ese sentido se intenta que el aprendizaje conduzca a la evaluación estricta de resultados y la capacidad de discernir errores de resultados válidos.

5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Presentación de conceptos básicos. Iniciación al área de conocimiento y al papel que tiene en la actualidad la tecnología del ADN recombinante en la Biotecnología. Conocimiento de los mecanismos de replicación, trascripción y traducción en células eucariotas y procariotas. Visión general de estrategias de purificación de macromoléculas, principalmente de los métodos cromatográficos y electroforéticos. Presentación de métodos de amplificación de moléculas de ADN: amplificación in vitro del ADN por PCR; amplificación in vivo de moléculas recombinantes de ADN por clonado molecular. Análisis de los genes clonados: transferencia de macromoléculas a membranas, hibridación con sondas, utilización de anticuerpos modificados, revelado. Conocimiento de los métodos de secuenciación del ADN: método químico, método enzimático, métodos automatizados. Estudio de los métodos de modificación in vitro de ácidos nucleicos, mutagénesis dirigida y obtención de moléculas recombinantes. Visión general de la introducción, amplificación y expresión de fragmentos de ADN en células bacterianas.

6 EXPECTATIVAS DE LOGRO Transmitir los conocimientos básicos sobre las principales técnicas que llevan al diseño y preparación de moléculas recombinantes de ácidos nucleicos, su amplificación detección, separación y expresión, así como el aislamiento y purificación de las proteínas por estas codificadas, con una comprensión general de los procesos que involucran ácidos nucleicos en los sistemas vivientes. Obtener disposiciones básicas para el ejercicio de un pensamiento coherente, criterioso, informado, reflexivo y abierto en el estudio de las técnicas de manipulación de ácidos nucleicos, como así también las actitudes de comportamiento dentro del laboratorio.

7 METODOLOGÍAS El docente deberá ayudar al alumno para que descubra por si mismo los conocimientos teniendo en cuenta los objetivos por satisfacer, tenga participación personal tanto en lo que debe aprender como en su relación con el docente, utilizando técnicas individuales y grupales. Clases teóricas: Se usarán clases de presentación para cada unidad de aprendizaje, donde se indicarán modos de trabajo y en la cual se despertará el interés de los alumnos para hacer frente a los problemas específicos del área y en relación con otros. En estos se profundizarán los propios conceptos mediante un pensamiento lógico inductivodeductivo, el cual ayudará a comprender cada uno de los temas propuestos, a partir del dialogo. Se realizarán técnicas grupales, de discusión y coloquios donde el docente deberá ser tal que promueva el aprendizaje, enseñe a aprender, a tomar decisiones, cree responsabilidad, trabaje, estimule y evalúe junto al grupo. Trabajos Prácticos: Se trabajará con guías que orienten en las técnicas de separación de macromoléculas, obtención de una molécula recombinante de ADN, amplificación y secuenciación de ADN entre otras técnicas. Estas prácticas serán de aplicación de los conocimientos de las diferentes técnicas presentadas a situaciones que se plantean habitualmente en el laboratorio microbiológico y/o biotecnológico. ACTIVIDADES Resolución de situaciones problemáticas. Trabajos prácticos en el laboratorio individual y/o grupal. Discusión de los resultados obtenidos. Elaboración de un informe de cada trabajo práctico realizado. EVALUACIÓN Evaluación formativa y sumativa en forma continua y permanente. Evaluación teórico/práctica con recuperatorios en ambos cuatrimestres. Evaluación de los trabajos prácticos realizados. Nota: Para poder rendir el examen final los alumnos deberán estar en condición regular.

8 PROGRAMA DE CLASES TEÓRICAS UNIDAD TEMÁTICA N 1: Introducción. Biotecnología: Definición. Desarrollo histórico de la Biotecnología. Aplicaciones en medicina, en la industria, en la agricultura y al medio ambiente. Aplicaciones agroalimentarias en la región. Macromoleculas: Revisión de conceptos ácidos nucleicos y proteínas. UNIDAD TEMÁTICA N 2: Química de Ácidos Nucleicos. Fundamentos bioquímicos de la modificación in vitro de ácidos nucleicos. Extracción y purificación de ácidos nucleicos: Fundamentos. Métodos utilizados para cuantificar y determinar la calidad de los ácidos nucleicos. Enzimas que hidrolizan ácidos nucleícos: Nucleasas. Ribonucleasas (ARNasas) y desoxiribonucleasas (ADNasas). Endonucleasas y exonucleasas. Enzimas de restricción (tipo I, II y III). Extremos cohesivos y romos. Isoesquisómeros. Extremos compatibles. Otras enzimas utilizadas en la tecnología del ADN recombinante: ADN ligasas, ADN polimerasas, ARN polimerasas, transcriptasas reversa, polinucleótido quinasas, fosfatasas, transferasa terminal (dtt). Mapas de restricción. UNIDAD TEMÁTICA N 3: Ingeniería Genética I: Clonado de moléculas de ADN recombinante. Obtención del ADN recombinante. Vectores de clonado: Plásmidos, Fagos, Cósmidos, Fagos filamentosos, Fásmidos, YACs. Vectores de expresión. Transformación bacteriana: Transformación por cationes divalentes. Electroporación. Selección de transformantes. Expresión de proteínas recombinantes. Cuerpos de inclusión. UNIDAD TEMÁTICA N 4: Ingeniería Genética II: Análisis de los productos clonados. Transferencia de macromoléculas a membranas: Distintos tipos de membranas. Transferencia por capilaridad. Electrotransferencia. Hibridización molecular: Southern blot, Northern blot, western blot. Revelado: Métodos radioquímicos, inmunoquímicos, fluorescentes y colorimétricos. Nuevos métodos de hibridación: DNA chips. UNIDAD TEMÁTICA N 5: Ingeniería Genética III: Reacción en cadena de la Polimerasa (PCR): Principios, equipamiento, selección de condiciones. Diseño de oligonucleótidos. Tipos de PCR (nested, multiplex, RT-PCR, Real-time PCR, RAPD). Métodos de secuenciación de ácidos nucleicos: Método químico. Método enzimático. Geles utilizados en secuenciación. Proyectos de secuenciación. UNIDAD TEMÁTICA N 6: Métodos de separación de macromoléculas. Estrategias utilizadas para el aislamiento y la purificación de macromoléculas. Electroforesis: electroforesis en geles de agarosa. Electroforesis en geles de poliacrilamida. Sistemas desnaturalizantes. Cromatografía en columna: Fundamentos teóricos. Cromatografía de exclusión molecular, de intercambio iónico, de afinidad y de inmunoafinidad. Cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC). Precipitación: precipitación con sales, efecto de salting in y salting out. UNIDAD TEMÁTICA N 7: Replicación. Estructura de los cromosomas eucariotas y procariotas. Biosíntesis del material genético: Replicación en procariotas: Características del proceso de replicación. Evidencias experimentales. Enzimas que

9 participan durante la replicación. Proceso de replicación en eucariotas. Replicación de telómeros. UNIDAD TEMÁTICA N 8: Transcripción. Biosíntesis de ARN: Diferencias entre procariotas y eucariotas. ARN polimerasas. Promotores y secuencias implicadas. Etapas en el proceso de trascripción. Procesamiento y modificaciones post-trascripcionales del ARN: formación de la cap 5, poliadenilación del marn, splicing del ARN, edición de ARN, autosplicing, splicing alternativo y reacciones de trans-splicing. UNIDAD TEMÁTICA N 9: Traducción. Biosíntesis de proteínas: Características del código genético. El papel de los ribosomas. Activación de los tarn. Fases de la síntesis de proteínas (iniciación, elongación y terminación). Modificaciones post-traduccionales. Papel de los factores proteicos que facilitan la traducción.

10 BIBLIOGRAFÍA Alberts, B. et al. Biología Molecular de la Célula, 3 ra edición. Editorial Omega S.A. Barcelona (1996) Izquierdo Rojo. Ingeniería Genética y Biotecnología, 2da edición. Editorial Pirámide S.A. (1998) Lodish, H. et al. Molecular Cell Biology, 3 rd & 5 th edition. Scientific American Book, Inc. New York (1995 y 2006). Lehninger A.L. et al. Principios de Bioquímica. 2 da edición, Editorial Omega S.A. Barcelona (1995). Stryer, L. Bioquímica, 3 ra edición. Editorial Reverté S.A. Buenos Aires (1995). Artículos seleccionados de revistas científicas.

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