INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

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1 PROGRAMA SINTÉTICO UNIDAD ACADÉMICA: UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA PROGRAMA ACADÉMICO: Ingeniería Ambiental UNIDAD DE APRENDIZAJE: Ingeniería Molecular NIVEL: VI OBJETIVO GENERAL: El alumno aplicará tecnologías de ADN recombinante para la obtención de bienes o servicios destinados a la biorremediación del medio ambiente empleando los aspectos fundamentales de la información y manipulación genética de procariotes y eucariotes. DESCRIPCIÓN GENERAL DE CONTENIDOS: I. Bases de la información genética II. Regulación metabólica III. Técnicas de la ingeniería genética IV. Aplicaciones de la ingeniería genética V. Genómica, proteómica y metabolómica VI. Nanotecnología. ORIENTACIÓN DIDÁCTICA: Se aplicarán estrategias de aprendizaje colaborativo mediante el uso de las siguientes técnicas y actividades. El profesor aplicará un examen diagnóstico para detallar las estrategias de aprendizaje. Búsqueda bibliográfica, seleccionar la bibliografía de su interés, proponer algunos artículos para su discusión en clase y completar con otras referencias bibliográficas (diferentes a las asignadas) la información proporcionada en las clases, con las cuales puede participar activamente durante el desarrollo del curso así como realización de tareas complementarias (elaborar resúmenes, con apoyo del profesor en temas complejos, mapas conceptuales, cuadros sinópticos, preparación y presentación de algunos temas selectos del curso (en Power point) y solución de problemas. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Se aplicará la metodología de evaluación continua a través de alas siguientes actividades: Aplicación de exámenes ordinarios departamentales y un extraordinario: La evaluación total de la unidad de aprendizaje estará conformada por la teoría y el laboratorio. La evaluación de la teoría será formativa por medio de participaciones en clase, exposiciones, tareas extraclase y por la actitud crítica e interés mostrado. La evaluación será sumativa ya que se integrarán los exámenes ordinarios y la evaluación formativa. El laboratorio se evaluará de la siguiente manera: Se realizará a partir del desempeño en el laboratorio, la bitácora y finalmente la entrega del reporte correspondiente a la práctica realizada. El alumno deberá cubrir con un mínimo de 80% de asistencias al curso. El alumno que desee mejorar su calificación puede presentar el examen extraordinario, que incluye todos los temas impartidos en el curso; en caso de no obtener la calificación mínima aprobatoria, reprobará la unidad de aprendizaje. El alumno que no alcance la calificación mínima aprobatoria resultante de los 3 exámenes ordinarios y la evaluación continua, podrá realizar el examen extraordinario; de no hacerlo, deberá presentar el examen a título de suficiencia. Al principio del curso, se aplicará un examen inicial de conocimientos, que comprende todo el programa y permitirá al alumno demostrar saber hacer, por lo que será escrito y práctico en el Laboratorio de Biotecnología; aquel alumno que lo apruebe con una calificación mínima de 6.0, podrá exentar el curso. BIBLIOGRAFÍA: Alberts, B., Jonson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. y Walter, P. Molecular biology of the cell. 4a. ed. Ed. Garland Science. Nueva York. EUA págs. ISBN: Lewin, B. Genes VII. Ed. Oxford University Press. Nueva York. EUA págs. ISBN-10: Mathews, C. K., van Holde, K. E. y Ahern, K. G. Bioquímica. 3a. ed. Ed. Pearson-Addison Wesley. Madrid. España págs. ISBN

2 UNIDAD ACADÉMICA: Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología PROGRAMA ACADÉMICO: Ingeniería Ambiental OPCIÓN: PROFESIONAL ASOCIADO: ÁREA FORMATIVA: Formación Profesional UNIDAD DE APRENDIZAJE: Ingeniería Molecular TIPO DE UNIDAD DE APRENDIZAJE: Teórico/práctica obligatoria VIGENCIA: Enero CRÉDITOS: 6.0 MODALIDAD: Presencial. PROPÓSITO GENERAL En esta unidad de aprendizaje el alumno adquiere conocimiento sobre la manipulación de la información genética tanto de organismos procariotes como de eucariotes y su relación con la Ingeniería Ambiental. Obtiene conjuntamente con los cursos precedentes, Biología de Eucariotes, y Microbiología Ambiental una visión completa del uso de la información genética y su aplicación en la Biotecnología Ambiental. OBJETIVO GENERAL El alumno aplicará tecnologías de ADN recombinante para la obtención de bienes o servicios destinados a la biorremediación del medio ambiente empleando los aspectos fundamentales de la información y manipulación genética de procariotes y eucariotes. TIEMPOS ASIGNADOS HORAS TEORÍA/SEMANA: 3.0 HORAS PRÁCTICA/SEMANA: 3.0 HORAS TEORÍA/NIVEL: 54.0 HORAS PRÁCTICA/NIVEL: 3.0 HORAS TOTALES/NIVEL: UNIDAD DE APRENDIZAJE DISEÑADA POR: Academia de Biotecnología REVISADA POR: Subdirección Académica APROBADA POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar el 13 de noviembre de AUTORIZADO POR: Comisión de Programas Académicos del Consejo General Consultivo del IPN Dr. Enrique Durán Páramo Presidente del CTCE. Dr. David Jaramillo Vigueras. Secretario Técnico de la Comisión de Programas Académicos

3 UNIDAD DE APRENDIZAJE: Ingeniería Molecular HOJA: 2 DE 9 N UNIDAD TEMÁTICA: I NOMBRE: Bases de la información genética El alumno identificará los procesos de replicación, transcripción y traducción de ácidos nucléicos tanto en organismos procariontes como eucariontes mediante la investigación y exposición de los mecanismos de replicación, transcripción y traducción. 1.1 Generalidades: Estructura general de ácidos nucleícos B, 4B, 5C Replicación de ADN Moléculas importantes en el proceso de replicación Corrección de mutaciones durante la replicación 1. Replicación de ARN 1.2 Transcripción de ADN Transcripción de ADN en procariotes y eucariotes Moléculas importantes en el proceso de transcripción Maduración del marn en eucariotes 1.3 Traducción del marn y síntesis de proteínas El código genético Moléculas participantes en el proceso de traducción Síntesis de proteínas Subtotal de horas El profesor realizará la presentación y el encuadre del curso. El profesor aplicará un examen diagnóstico para estimar el nivel académico previo de los estudiantes y establecerá las estrategias de aprendizaje. Búsqueda bibliográfica por los alumnos sobre los mecanismos de replicación, transcripción y traducción, bajo la supervisión del profesor. El profesor integrará equipos de trabajo para la exposición de los datos obtenidos. El alumno realizará la resolución de problemas que involucren la transcripción y traducción del ARN. El alumno realizará la práctica correspondiente El profesor evaluará de manera continua de la siguiente manera: Resolución de problemario: 10 % Exposición de los mecanismos de replicación, transcripción y traducción: 20%

4 UNIDAD DE APRENDIZAJE: Ingeniería Molecular HOJA: 3 DE 9 N UNIDAD TEMÁTICA: II NOMBRE: Regulación metabólica El alumno describirá y explicará los mecanismos más representativos de la regulación metabólica de organismos procariotes y eucariotes. 2.1 Regulación en la expresión de genes en procariontes B, 3B, 7C, 13 C Metabolismo de lactosa en procariotes regulada por un sistema inducible Metabolismo de triptófano en procariontes controlado por un sistema de genes represibles 2.2 Regulación de la expresión de genes en eucariotes Operones de eucariotes Control y niveles de expresión génica en eucariotes Control postranscripcional Aplicación en la biorremediación: Genes de quelantes de metales: metalotioneínas (MTs) o fitoquelatinas (PCs) Plásmido TOL (remoción de tolueno) Subtotal de horas El alumno realizará en grupos de trabajo: la investigación de las aplicaciones de la ingeniería genética en la bioremediación y realizará una presentación sobre la información recabada en coordinación con el profesor. El alumno reportará ejemplos de diferentes tipos de microorganismos y sus genes involucrados, en la remoción de contaminantes. El alumno realizará la práctica correspondiente. El profesor evaluará de manera continua de la siguiente manera: Exposición sobre las aplicaciones de la ingeniería genética en la bioremediación: 10%

5 UNIDAD DE APRENDIZAJE: Ingeniería Molecular HOJA: 4 DE 9 N UNIDAD TEMÁTICA: III NOMBRE: Técnicas de la ingeniería genética El alumno identificará las técnicas utilizadas en el campo de la ingeniería genética para su aplicación en la resolución de problemáticas ambientales al proponer un proceso de aislamiento de una proteína representativa que participa en la remoción de algún contaminante. 3.1 Enzimas de restricción B, 3B, 6C, 7C 3.2 Estrategias de clonación de ADN Técnicas de transformación celular Tipos de vectores Técnicas de electroforesis: Electroforesis de gradiente desnaturalizante (DGGE) Electroforesis de doble dimensión Otras variantes de electroforesis. 3.4 Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) Análisis de los productos de la PCR Secuenciación del ADN Purificación de proteínas: Extracción, Precipitación y solubilización diferencial Ultracentrifugación Cromatografía: exclusión, intercambio iónico, afinidad, inmunoafinidad, HPLC (líquida de alta resolución). 3.0 Subtotal de horas El alumno realizará en grupos de trabajo: Propondrá la purificación de una proteína involucrada en la bioremediación de algún contaminante y realizará la presentación correspondiente sobre la información recabada en coordinación con el profesor. El alumno realizará la práctica correspondiente. El profesor evaluará de manera continua de la siguiente forma: Exposición del reporte: 10%

6 UNIDAD DE APRENDIZAJE: Ingeniería Molecular HOJA: 5 DE 9 N UNIDAD TEMÁTICA: IV NOMBRE: Aplicaciones de la ingeniería genética El alumno evaluará la importancia de las aplicaciones de la ingeniería genética, en especial, las orientadas a situaciones ambientales. Bibliotecas de ADN Uso de vectores para la propagación de fragmentos de ADN RT-PCR: Reacción de Polimerasa Reversa Hibridación de oligonucleótidos y clonación. Técnicas de screening o identificación de fragmentos específicos de ADN Mutagénesis dirigida B, 3B, 6C, 7C y 13C Análisis de polimorfismos SCCP polimorfismo conformacional de cadena simple o SCCP RFLP: Polimorfismo en la longitud de los fragmentos de restricción. VNTR. Número variable de tendems repetidos o minisatélites Pruebas moleculares Tipificación del ADN: Aislamiento e identificación de microorganismos y consorcios de ambientes contaminados. Métodos bioquímicos, PCR colony, secuenciación directa 0.5 Subtotal de horas El alumno, en coordinación con el profesor, realizará una búsqueda bibliográfica sobre las pruebas bioquímicas o de tipificación de ADN que se deben de hacer a especies de organismos involucrados en la bioremediación. El profesor planteará la resolución de un problemario que involucre los conceptos y diseño de oligonucleótidos para la aplicación en las diversas técnicas señaladas en la unidad. El profesor evaluará de manera continua de la siguiente forma: Entrega del Problemario: 10%

7 UNIDAD DE APRENDIZAJE: Ingeniería Molecular HOJA: 6 DE 9 N UNIDAD TEMÁTICA: V NOMBRE: Genómica, proteómica y metabolómica El alumno identificará las herramientas moleculares utilizadas en las áreas de genómica, proteómica y metabolónica 5.1 Genómica: identificación de todos los genes secuenciados de un B, 2B, 3B, genoma. 6C 5.2 Ejemplos de genomas: procariótico y eucariótico 1.0 1B, 2B, 3B, Identificación de organismos que se utilizan en la bioremediación. 6C 5.3 Clasificación de genes por genómica funcional 0.5 1B, 2B, 3B, 6C 5.4 Proteómica: identificación y análisis de proteínas en una célula 0.5 1B, 2B, 3B, 6C, 7C, 5.5 Generalidades de metabolómica 0.5 1B, 2B, 3B, 6C, 7C, Subtotal de horas Exposiciones acerca de metabolómica y proteómica por parte de los alumnos. Búsqueda de artículos relacionados con la genómica por parte de los alumnos. Discusión de conceptos fundamentales de la genómica en seminarios supervisados por el profesor. El profesor evaluará de manera continua de la siguiente forma: Exposición y discusión de los conceptos: 10%

8 UNIDAD DE APRENDIZAJE: Ingeniería Molecular HOJA: 7 DE 9 N UNIDAD TEMÁTICA: VI NOMBRE: Nanotecnología y sus aplicaciones El alumno investigará y planteará un proyecto de aplicación de la nanotecnología en la biorremediación ambiental Nanotecnología. Definición. Ventajas y desventajas de la nanotecnología. Tamaño de partículas C, 12C y 13C Soporte y requerimientos de esta tecnología. Clasificación de las formas de obtención de micro y nanopartículas. Equipos Aplicaciones de la nanotecnología: introducción Aplicaciones en ingeniería ambiental Aplicaciones en Biorremediación Diseño de la aplicación de la nanotecnología para la bioremediación de suelos o agua Perspectivas de la nanotecnología. 2.0 Subtotal de horas Formación de equipos para la investigación de los criterios de preparación de nanopartículas y su uso en la investigación de biorremediación. Exposición por equipo de sobre la investigación realizada bajo la supervisión del profesor. El alumno diseñará un proyecto para el uso de nanotecnología aplicado a la ingeniería ambiental. El profesor evaluará de manera continua de la siguiente forma: Reporte de investigación y entrega del proyecto: 30 %

9 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD DE APRENDIZAJE: Ingeniería Molecular HOJA: 8 DE 10 RELACIÓN DE PRÁCTICAS PRÁC- TICA No. 1 2 NOMBRE DE LA PRÁCTICA Técnicas básicas de ingeniería molecular: transformación de bacterias, extracción de ADN y digestión enzimática. Extracción de ADN en muestras de sitios contaminados I II UNIDADES TEMÁTICAS DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN Laboratorio Laboratorio 3 Extracción de Proteínas en muestras de sitios contaminados III 9.0 Laboratorio 4 Detección de microorganismos degradadores de contaminantes en muestras de sitios contaminados IV 9.0 Laboratorio 5 Diseño de un proceso utilizando productos nanotecnológicos para la degradación de un contaminante en un sitio contaminado V 9.0 Laboratorio 54.0 TOTAL EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN La evaluación de las prácticas se realizará a partir del desempeño en el laboratorio (40%), bitácora (10%) y finalmente la entrega del reporte correspondiente a la práctica realizada (50%). El alumno deberá cubrir con un mínimo de 80% de asistencias al curso. La calificación del laboratorio corresponde al 30% de la calificación total de la unidad de aprendizaje.

10 UNIDAD DE APRENDIZAJE: Ingeniería Molecular HOJA: 9 DE 9 PERÍODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 1 I, y II El profesor evaluará de manera continua de la siguiente manera: Resolución de problemario: 10 % Exposición de los mecanismos de replicación, transcripción y traducción o reporte de investigación: 20% Realización de la(s) práctica(s) correspondientes corresponde al 30%. 2 III y IV El profesor evaluará de manera continua de la siguiente forma: Exposición del reporte o problemario: 10% Realización de la(s) práctica(s) correspondientes corresponde al 30%. 3 IV, V y VI El profesor evaluará de manera continua de la siguiente forma: Entrega del Problemario: 10% ó Reporte de investigación y entrega del proyecto: 30 % Realización de la(s) práctica(s) correspondientes corresponde al 30%. Examen extraordinario, que incluye todos los temas impartidos en el curso, será para lograr obtener una mayor calificación global; en caso de que el alumno no alcance la calificación mínima aprobatoria, reprobará la unidad de aprendizaje. La calificación final del curso, será el promedio de la calificación obtenida en los tres exámenes ordinarios que incluirá el porcentaje de calificación de la evaluación continua. B C BIBLIOGRAFÍA 1 X Alberts, B., Jonson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. y Walter, P. Molecular biology of the cell. 4a. ed. Ed. Garland Science. Nueva York. EUA págs. ISBN X Cibelli, J., Lanza. R. P., Campbell, K. H. S. y West M. D. Principles of Cloning. Ed. Academic Press. Nueva York. EUA págs. ISBN X 3 X Lewin, B. Genes VII. Ed. Oxford University Press. Nueva York. EUA págs. ISBN-10: X Mathews, C. K., van Holde, K. E. y Ahern, K. G. Bioquímica. 3a. ed. Ed. Pearson- Addison Wesley. Madrid. España págs. ISBN X Nelson, D. L. y Cox, M. M. Lehninger Principios de Bioquímica, 3a. ed., Ed. Omega, Barcelona. España págs. ISBN X Sambrook, J. y Russell, D. W. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 3ª ed. Ed Cold Spring Harbor Laboratories. Nueva York. USA págs. ISBN X Voet, D. y Voet, J. G., Biochemistry, 3a. ed., Ed. John Wiley and Sons, Nueva York. EUA págs. ISBN x 8 X Zubler R. H. (2006) Ex vivo expansion of haematopoietic stem cells and gene therapy development. Swiss Med. Wkly.136: X Gwinn M. R. y Vallyathan V. (2006) Nanoparticles: health effects-pros and cons. Environ. Health Perspectives. 114(12): X Gao X, Kim K. S. y Liu D. (2007) Nonviral gene delivery: what we know and what is next. The AAPS Journal. 9(1:)9 11 X Chen, H., Y. Gu y Cols. (2007). Characterization of ph- and temperature-sensitive hydrogel nanoparticles for controlled drug release. PDA J.Pharm. Sci Technol. 61(4): X X Swidwinska-Gajewska, A. M. (2007). Nanoparticles (part 1)--the product of modern technology and new hazards in the work environment. Med. Pr. 58(3): De Lorenzo, Víctor. (2008). Systems biology approaches to bioremeditation. Current Opinion in Biotechnology. 19 (6):

11 1. DATOS GENERALES INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL PERFIL DOCENTE POR UNIDAD DE APRENDIZAJE ESCUELA: Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología PROGRAMA ACADÉMICO: Ingeniería Ambiental NIVEL VI ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM. ACADEMIA: Biotecnología UNIDAD DE APRENDIZAJE: Ingeniería Molecular ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Licenciatura y/o posgrado en ciencias biológicas 2. OBJETIVOS DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE: El alumno aplicará tecnologías de ADN recombinante para la obtención de bienes o servicios destinados a la biorremediación del medio ambiente empleando los aspectos fundamentales de la información y manipulación genética de procariotes y eucariotes. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS Biología celular Biología Molecular. Ingeniería Genética. EXPERIENCIA PROFESIONAL Experiencia docente a nivel superior y/o posgrado en las áreas de genética y biología molecular. Diseño didáctico. Manejo de TICs HABILIDADES Transmitir los conocimientos y su aplicación a situaciones prácticas. Manejar tecnologías informáticas Acción tutorial. ACTITUDES Reflexión y análisis Innovación Proactividad Valores compartidos Comunicación abierta y fluida Intercambio de información Visión global Trabajo en equipo Compromiso social ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ Dra. Ma. del Carmen Oliver Salvador Ing. Yesica Ma. Domínguez Dr. Enrique Durán Páramo Galicia PRESIDENTE DE ACADEMIA SUBDIRECTORA ACADÉMICA DIRECTOR FECHA: NOVIEMBRE 2008