Llicenciatura en Biologia (3361)
Genètica(12311)
IDENTIFICACIÓ DE L'ASSIGNATURA
L'assignatura Genètica és una matèria troncal del currículum de la llicenciatura en Biologia (perfil de Biologia Humana). S'impartirà durant el tercer trimestre del segon curs i constarà de 10,5 crèdits (6 de teòrics i 4,5 de pràctics).
COORDINACIÓ I PROFESSORAT
El coordinador de l'assignatura és el Dr. Luis Pérez Jurado. També participen en la docència la Dra. Mònica Bayés i el Dr. Xavier Estivill.
INTRODUCCIÓ: LA CIÈNCIA DE LA GENÈTICA
Tots els éssers vivents copien la informació que hereten dels seus pares i la transfereixen a la seva descendència. La informació genètica està enregistrada en una cadena de molècules que ens connecta amb els primers humans que varen viure fa milions d'anys, i fins i tot amb els primers éssers vivents que varen sorgir a la terra fa milers de milions d'anys. La ciència de la genètica estudia aquest camp fascinant: què són els gens, com es dupliquen i es transfereixen, com canvien per mutació i per selecció durant l'evolució, com s'expressen i es regulen per produir i fer funcionar les cèl·lules i els organismes, quines són les conseqüències de la seva malfunció i com poden ser manipulats per millorar.
Virtualment, la genètica potser un component de totes les àrees de la biologia, és en fase de creixement ràpid, i presenta nombroses implicacions i aplicacions. En ciències de la salut, la genètica és la base per entendre l'herència de determinades malalties, per proporcionar consell a les famílies i per desenvolupar la recerca científica encaminada a entendre els mecanismes moleculars de les malalties que permeti desenvolupar nous mètodes diagnòstics i abordaments terapèutics. A l'agricultura, la genètica s'utilitza amb l'objectiu de generar plantes i llavors millorades. La indústria biotecnològica està creixent molt ràpidament, mitjançant instruments genètics per desenvolupar productes farmacèutics o diagnòstics, entre d'altres. La genètica s'aplica també de manera rutinària a efectes forenses, en la identificació d'individus o per determinar minúscules contaminacions d'organismes. Per últim, la genètica és el fonament de la biologia per a determinar les mol·lècules que actuen en el cicle vital de la cèl·lula i les que controlen tots els processos de desenvolupament, fins a la generació d'un organisme complex des d'una cèl·lula fertilitzada.
En un sondeig realitzat el 1992 per l'Acadèmia Americana per a l'Avenç de la Ciència, l'opinió majoritària va ser la de considerar la genètica com l'àrea de coneixement científic de la qual s'esperen més grans avenços en un futur pròxim.
Aquest curs pretén ser una oportunitat per a la trobada dels estudiants amb l'àrea de la genètica, centrada en la seva aplicació a l'estudi de la fisiologia i de la patologia humanes. Com succeeix en la seva aplicació, l'assignatura estarà integrada i coordinada amb àrees relacionades que cobreixen la biologia molecular, la fisiologia, la biologia cel·lular, l'antropologia i la biologia evolutiva.
OBJECTIUS
El projecte docent de l'assignatura pretén que l'estudiant:
- Entengui els principis bàsics de la genètica: la naturalesa de l'ADN, les lleis de la transmissió de la informació genètica entre generacions, la lògica subjacent a la construcció d'un mapa de recombinació o d'un mapa físic, les forces poblacionals que determinen la destinació de la variació genètica, la cascada jerarquitzada subjacent a la regulació de l'expressió gènica en el desenvolupament, etc.
- Entengui les bases genètiques de la patologia humana.
- Sigui capaç d'integrar tots aquests conceptes bàsics de la genètica amb la resta de matèries.
- Faci servir amb facilitat les diferents fonts d'informació escrita i en xarxes telemàtiques que li permetin obtenir el material addicional necessari per aprofundir sobre aspectes concrets de la genètica.
- Que estigui capacitat per aplicar els coneixements adquirits cap al desenvolupament futur d'activitats professionals en el diagnòstic genètic, la predicció de risc empíric i el consell genètic a les famílies o la recerca biomèdica.
METODOLOGIA DOCENT
El curs consta d'un temari teòric que es desenvolupa a continuació. Setmanalment es plantejaran problemes de genètica relacionats amb la matèria que es tractarà durant la setmana (aproximadament corresponents a cada cinc classes teòriques). Aquests problemes es resoldran individualment o per grups i s'hauran de lliurar les respostes cada divendres. La solució a aquests problemes es realitzarà de manera interactiva durant les classes dedicades a aquest efecte.
A més a més hi ha un programa de pràctiques, el contingut del qual es resumeix al final. Les pràctiques es realitzaran en grups de quinze estudiants, durant dues setmanes consecutives.
AVALUACIÓ DE L'APRENENTATGE
El sistema d'avaluació serà mitjançant la realització d'un examen escrit, que constarà exclusivament de preguntes d'elecció múltiple. Aquest examen suposarà el 70% de la nota. El 30% restant derivarà de la resolució dels problemes plantejats durant el curs, juntament amb l'avaluació de les pràctiques, la qual es realitzarà mitjançant un exercici de preguntes curtes i l'avaluació continuada de les respostes a classe i del quadern de notes.
TEMARI TEÒRIC
Genètica General
Tema 1
Introducció. El context històric de la genètica. Conceptes bàsics de genètica. Importància de la genètica en la medicina, la biologia i en la societat. Fonts d'informació.
Tema 2
L'ADN i l'ARN com a material hereditari. Estructura dels gens en procariotes i eucariotes. Transcripció, processament i traducció. Repàs dels temes tractats en altres matèries.
Tema 3
La base cromosòmica de l'herència. Eucromatina i heterocromatina. Bandeig cromosòmic.
Tema 4
Mitosi i divisió cel·lular. Meiosi. La reproducció com a base de la genètica. Entrecreuament i recombinació. Importància genètica de la meiosi.
Tema 5
L'herència mendeliana. El comportament cromosòmic i les lleis de Mendel. Principis de la segregació. Probabilitat i esdeveniments genètics. Teorema de Bayes.
Tema 6
Resolució de problemes de genètica.
Tema 7
Modificacions de segregació mendeliana. Variacions a la dominància. Lligam amb el sexe. Herència influïda pel sexe. Expressió fenotípica: penetrància, expressivitat, fenocòpies. Efectes epigenètics.
Tema 8
Determinació genètica del sexe. Cromosomes sexuals. Tipus de determinació coromosòmica. Inactivació de la cromatina sexual. El cromosoma Y. Evolució dels cromosomes sexuals.
Tema 9
Lligam genètic. Significat i estimació de la freqüència de recombinació. Additivitat i interferència. Recombinació en cromosomes sexuals. Recombinació mitòtica.
Tema 10
Mutació. Tipus de mutacions. Base molecular de la mutació. Mutuació somàtica i germinal. Mutació espontània. Inestabilitat genòmica i reparació. Taxa mutacional. Mutacions induïdes.
Tema 11
Organització cromosòmica de l'ADN en procariotes. Cromosomes vírics. Cromosomes bacterians. Plàsmids. ADN circular i superenrollaments. ADN de mitocondris i cloroplasts.
Tema 12
Resolució de problemes de genètica.
Tema 13
El llevat com a sistema model. Genètica de llevats.
Tema 14
Elements genètics mòbils. Elements transponibles de procariotes i eucariotes. Característiques generals i tipus. Mecanisme de transposició. Retrotransposons virals i no virals.
Tema 15
Genètica de poblacions. Freqüències gèniques i genotípiques. Llei d'equilibri de Hardy-Weinberg. Factors que modifiquen les freqüències: processos sistemàtics i processos dispersius.
Tema 16
Evolució i especiació. Selecció natural i adaptació. Mecanisme d'aïllament reproductor. Models d'especiació. Concepte genètic d'espècie.
Tema 17
Genètica dels caràcters quantitatius. La variació contínua. Base mendeliana de la variació contínua. Variació genotípica i ambiental. Heretabilitat: concepte i estimació.
Tema 18
Resolució de problemes de genètica.
Tema 19
Tècniques d'anàlisi i de manipulació de l'ADN (I). Eines enzimàtiques i vectors. Construcció de genoteques. Anàlisi de seqüències clonades. PCR. Aplicacions generals.
Tema 20
Tècniques d'anàlisi i de manipulació de l'ADN (II). Seqüenciació. Cartrografiat cromosòmic. Anàlisi d'expressió. Microxips.
Tema 21
El genoma humà i la seva complexitat. Gens i cromosomes. SINES, LINES, VNTR; seqüències codificants; regions itergèniques; centròmers; telòmers; organitzador nucleolar.
Tema 22
Herència mendeliana en l'home i les seves característiques. Herència lligada al cromosoma X. Inactivació del cromosoma X. Construcció de genealogies. Anàlisi de segregació.
Tema 23
Herència no mendeliana. Mosaïcisme somàtic. Mosaïcisme germinal. Herència citoplasmàtica. Empremta gamètica. Anticipació genètica.
Tema 24
Resolució de problemes de genètica.
Tema 25
Els bessons. Biologia de la bessonada. Freqüència, orígen i tipus de bessons. Diagnòstic de zigositat. Estudis de concordància.
Tema 26
Cartrografiat de gens humans. Mètodes físics. Tècniques citogenètiques i moleculars. Mapes de transcripció. El projecte Genoma.
Tema 27
Polimorfisme genètic. Recombinació genètica i anàlisi del lligam. El lod score. Elaboració de mapes genètics. Desequilibri de lligam. El projecte Genoma.
Tema 28
Identificació i aïllament de gens responsables de malalties. Clonació funcional.
Tema 29
Identificació i aïllament de gens responsables de malalties. Clonació posicional. Candidat posicional.
Tema 30
Resolució de problemes de genètica.
Tema 31
Genètica quantitativa. Localització i identificació de loci que controlen els caràcters quantitatius (QTL). Anàlisi de lligam paramètric. Associació. Test de desequilibri de transmissió.
Tema 32
Models animals de malalties genètiques humanes. Mutants naturals. Cartografiat comparatiu. Sintènia.
Tema 33
Cartografiatge genètic en el ratolí. Intercreuaments i retrocreuaments. Soques congèniques.
Tema 34
La Drosophila i el Caernorabhditis com a models de patologia humana.
Genètica mèdica
Tema 35
Morbilitat i mortalitat de les malalties genètiques. Citogenètica I. El cariotip. Mètodes d'identificació cariotípica. Polimorfismes cromosòmics humans. Heterocromatina i eucromatina. Tipus d'alteracions cromosòmiques. Nomenclatura citogenètica.
Tema 36
Resolució de problemes de genètica.
Tema 37
Citogenètica II. Malalties amb base cromosòmica. Aneuploidies. Anomalies en cromosomes sexuals.
Tema 38
Citogenètica III. Alteracions estructurals. Translocacions, insercions, duplicacions, delecions i disomies uniparentals. Canvis robertsonians. Mecanismes de producció i de segregació.
Tema 39
Bases moleculars de malalties hereditàries monogèniques: Fibrosi quística. Errors congènits del metabolisme.
Tema 40
Bases moleculars de malalties heriditàries lligades al cromosoma X: Distròfia muscular de Duchenne. Raquitisme hipofosfatèmic.
Tema 41
Bases moleculars de malalties dominants: colagenopaties; craniosinostosi.
Tema 42
Resolució de problemes de genètica.
Tema 43
Base molecular del fenomen d'anticipació genètica: la síndrome del cromosoma X fràgil. Corea de Huntington.
Tema 44
Mutacions genòmiques. Quadres de gens contigus. Mecanismes mutacionals.
Tema 45
Heterogeneïtat genètica en enfermetats monogèniques. Heterogeneïtat de locus. Heterogeneïtat al·lèlica.
Tema 46
Herència mitocondrial i els seus trastorns. Homoplàsmia i heteroplàsmia. Encefalomiopaties mitocondrials. Envelliment i ADN mitocondrial.
Tema 47
Bases genètiques de la determinació sexual humana i la seva patologia.
Tema 48
Resolució de problemes de genètica.
Tema 49
Bases genètiques de malalties multifactorials: diabetis mellitus tipus II.
Tema 50
Bases moleculars de la resposta a fàrmacs i drogues.
Tema 51
Genètica del càncer I. El càncer com a malaltia genètica somàtica. Citogenètica del càncer. Oncogens.
Tema 52
Genètica del càncer II: gens supressors i gens mutadors. Càncer familiar.
Tema 53
Diagnòstic genètic. Metodologia de genètica molecular. Diagnòstic directe versus diagnòstic indirecte.
Tema 54
Resolució de problemes de genètica.
Tema 55
Diagnòstic genètic presintomàtic. Diagnòstic de predisposició. Rastreig poblacional.
Tema 56
Consell genètic. Diagnòstic prenatal. Diagnòstic de preimplantació amb reproducció assistida.
Tema 57
Manipulació genètica d'animals d'experimentació i el seu ús per modelar malalties humanes.
Tema 58
Possibilitats terapèutiques basades en la genètica molecular. Teràpia gènica. Farmacogenètica.
Tema 59
Aspectes ètics tant de la recerca com de les aplicacions diagnòstiques i terapèutiques de la tecnologia genètica.
Tema 60
Resolució de problemes de genètica.
PROGRAMA DE PRÀCTIQUES
Pràctica 1
Dihibridisme i lligam genètic: Drosophila melanogaster. Observació de Drosophila: Identificació de sexes i mutants. Creuaments experimentals: determinar la naturalesa i el tipus d'herència de diferents mutacions. Determinar si dues mutacions són independents o estan lligades. Càlcul de freqüències de recombinació. Creuaments virtuals: Virtual FlyLab.
Pràctica 2
Diagnòstic indirecte de malalties hereditàries: anàlisi del lligam. Diagnòstic indirecte de l'osteogènesi imperfecta: estudi de la segregació dels al·lels d'un minisatèl·lit i càlcul manual del lod score. Càlcul informatitzat del lod score per ordinador: el programa Linkage.
Pràctica 3
Extracció d'ADN genòmic a partir de sang sencera. Medició de la concentració d'ADN obtingut per espectrofotometria.
Pràctica 4
Cariotip humà. Preparació de metafases per a l'estudi citogenètic des de limfòcits. Observació i estudi de cariotips normals i amb anomalies cromosòmiques diverses.
Pràctica 5
Diagnòstic directe de malalties hereditàries: detecció de mutacions. Disseny de l'experiment mitjançant l'ús de bases de dades i de programes informàtics. Disseny de oligonucleòtids cebadors per a PCR. Detecció d'una mutació per digestió amb un enzim de restricció. Rastreig de mutacions per anàlisi de conformacions de cadena senzilla (SSCP).
BIBLIOGRAFIA RECOMANADA
STRACHAN, T.; READ, A. P. Human Molecular Genetics. 1999. Bios Scientific
Publis JORDE, L.B. i d'altres. Medical Genetics. Segona edició Mosby.
GRIFFITHS, A. J. F i d'altres. Modern genetic analysis. W.H. Freeman and Company. Nova York, 1999.
KLUG, W. S.; CUMMINGS, M. R. Concept of Genetics. Cinquena edició. Macmillan Publishing Company, 1997.
KLUG, W. S.; CUMMINGS, M. R. Essentials of Genetics. Segona edició. Prentice Hall, 1996.
RUSSELL, P. J. Genetics. Cinquena edició. Harper Collins Publishers,1998.
Llibres traduïts al castellà
GRIFFITHS, A. J .F. i d'altres. Análisis genético. Cinquena edició Interamericana-McGraw-Hill. Madrid, 1995.
KLUG, W. S.; CUMMINGS, M. R. Conceptos de genética. Primera edició (traducció de la cinquena edició en anglès). Prentice Hall Iberia S.R.L, 1999.
TAMARIN, R.H. 1996. Principios de genética. Primera edició. Reverté, SA
Llibres de problemes
BENITO, C. 1997. 360 Problemas de genética. Madrid. Ed. Síntesis.
LAVETT, D.K. 1996. Student companions with complete solutions for "An Introduction to Genetic Analysis". Sisena edició. W. H. Freeman & Co., Nova York.
SÁNCHESVISERAS, E. 1998 Cuestiones y problemas resueltos de genética. Granada: Universidad de Granada.
Llibres de citogenètica
HESLOP-HARRISON J.S., FLAVELL RB 1993. The Cromosome. Bios Scientific Publishers.
LACADENA J.R. 1996. Citogenética. Editorial Complutense. Madrid.
WAGNER R.P., MAGUIRE M.P. Stallings RL 1993. Chromosomes. A synthesis. Wiley-Liss.
Pàgines d'Internet
Societat Espanyola de Genètica: http://www.seg.umh.es/
Associación Espanyola de Genètica Humana: http://www.aum.es/AEGH
Societat Americana de Genètica Humana: http://www.faseb.org/genetics/ASHG
Societat Eruopa de Genètica Humana: http://www.eshg.org
MIT Biology Hypertextbook: http://esg-www.mit.edu:8001/esgbio/FlyLab
FlyLab: http://vflylab.casltatela.edu/edesktop/VirtApps/VflyLab/IntroVflyLab.html
OMIM: http://www.ncbi.nih.org/OMIM
Actualització de genètica mèdica: http://medgen.genetics.utah.edu