Curs 2010-2011

Llicenciatura en Biologia

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. Victoria Campuzano 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 van viure fa milions d'anys, i fins i tot amb els primers éssers vivents que van 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 que pot ser 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 permetin desenvolupar nous mètodes diagnòstics i tractaments 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 determinar les molècules 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.
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 per 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:
1. 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.
2. Entengui les bases genètiques de la patologia humana.
3. Sigui capaç d'integrar tots aquests conceptes bàsics de la genètica amb la resta de matèries.
4. 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.
5. 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 segons els models estudiats a las classes teòriques. Aquests problemes es resoldran individualment o per grups i s'hauran de lliurar les respostes en terminis predeterminats. La solució a aquests problemes es donarà 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 faran en grups de quinze estudiants; cada grup ocupant una tarda de la setmana i durant vuit setmanes.

AVALUACIÓ DE L'APRENENTATGE
El principal sistema d'avaluació serà mitjançant la realització d'un examen escrit, que constarà exclusivament de preguntes d'elecció múltiple sobre temes teòrics i activitats pràctiques. Aquest examen suposarà el 70% de la nota. El 30% restant derivarà de la resolució dels problemes plantejats durant el curs (10%), juntament amb l'avaluació d'un exercici pràctic individual (20%), modificables en part amb l'avaluació contínua i la valoració del quadern de pràctiques.
Qualsevol tipus de còpia en qualsevol dels apartats d'avaluació implica la no-superació de l'assignatura.

TEMARI TEÒRIC
GENÈTICA GENERAL
Tema 1
Introducció. El context històric de la genètica. Importància de la genètica en la medicina, la biologia i la societat. Fonts d'informació.

Temes 2 i 3
Conceptes bàsics de genètica. L'ADN i l'ARN com a material hereditari. Estructura dels gens. Del gen a la seva funció. La base cromosòmica de l'herència. Eucromatina i heterocromatina. Tipus de cromosomes.

Temes 4 i 5
Mitosi i divisió cel·lular. Meiosi. La reproducció com a base de la genètica. Entrecreuament i recombinació. Importància genètica de la meiosi.

Temes 6 i 7
L'herència mendeliana. El comportament cromosòmic i les lleis de Mendel. Principis de la segregació. Probabilitat i esdeveniments genètics. Modificacions de segregació mendeliana. Variacions a la dominància. Lligam al sexe. Herència influïda pel sexe. Efectes epigenètics. Expressió fenotípica: penetrància, expressivitat, fenocòpies.

Tema 8
Determinació genètica del sexe a diferents espècies. Cromosomes sexuals. Molècules implicades en la diferenciació sexual. Compensació de dosi gènica.

Temes 9 i 10
Lligam genètic. Significat i estimació de la freqüència de recombinació. Additivitat i interferència. Recombinació en cromosomes sexuals. Recombinació mitòtica.

Temes 11 i 12
Mutació. Tipus de mutacions. Base molecular de la mutació. Mutació somàtica i germinal. Mutació espontània. Inestabilitat genòmica i reparació. Taxa mutacional. Nomenclatura de les mutacions. Elements genètics mòbils. Mecanisme de transposició. Retrotransposones virals i no virals.

Tema 13 i 14
Tècniques d'anàlisi i manipulació de l'ADN I (repàs). Eines enzimàtiques i vectors. Tècniques d'hibridació. PCR. Aplicacions generals. Rastreig mutacional. Seqüenciació. Anàlisi d'expressió. Microxips.

Tema 15
El llevat com a sistema model. Genètica de llevats.

Tema 16
Genètica de procariotes. Cartografiat genètic a bactèries. Cromosomes vírics. Cromosomes bacterians. Plàsmids. DNA de mitocòndries i cloroplastes.

Tema 17
Genètica de poblacions. Freqüències gèniques i genotípiques. Llei d'equilibri de Hardy-Weinberg. Aplicació a la genètica humana i consell genètic.

Tema 18
Genètica dels caràcters quantitatius. La variació contínua. Base mendeliana de la variació contínua. Variació genotípica i ambiental. Heretabilitat: concepte i estimació.

GENÈTICA HUMANA I MÈDICA
Tema 19
Herència mendeliana en l'home i les seves característiques. Herència lligada al cromosoma X. Inactivació del cromosoma X. Construcció de genealogies. Anàlisi de segregació. Teorema de Bayes.

Temes 20 i 21
Herència no mendeliana. Mosaïcisme somàtic. Mosaïcisme germinal. Herència citoplasmàtica. Empremta gamètica. Anticipació genètica.

Tema 22
Els bessons. Biologia de la bessonada. Diagnòstic de zigositat. Estudis de concordànça. Introducció a la genètica mèdica. Morbilitat i mortalitat de les enfermetats genètiques.

Tema 23
El genoma humà i la seva complexitat. Gens i cromosomes. Seqüències repetitives, seqüències codificants, regions intergèniques, centròmers, telòmers...

Tema 24
Cartrografiat de gens humans. Mètodes físics. Tècniques citogenètiques i moleculars. Mapes de transcripció. El projecte Genoma.

Temes 25 i 26
Polimorfisme genètic. Recombinació genètica i anàlisi del lligam. El lod score. Elaboració de mapes genètics. Desequilibri de lligam. El projecte Genoma.

Tema 27
Genètica quantitativa. Localització i identificació de loci que controlen els caràcters quantitatius (QTL's). Anàlisi de lligam paramètric. Associació. Test de desequilibri de transmisió.

Tema 28
Citogenètica I. El cariotip. Mètodes d'identificació cariotítipa. Polimorfismes cromosòmics humans. Tipus d'alteracions cromosòmiques. Nomenclatura citogenètica.

Tema 29
Citogenètica II. Malalties amb base cromosòmica. Aneuploïdies. Anomalies en cromosomes sexuals.

Tema 30
Citogenètica III. Alteracions estructurals. Translocacions, insercions, duplicacions, delecions i disomies uniparentals. Canvis robertsonians. Mecanismes de producció i de segregació.

Tema 31
Mutacions genòmiques recurrents. Quadres de gens contigus. Mecanismes mutacionals.

Tema 32
Identificació i aïllament de gens responsables de malalties. Clonació funcional.

Tema 33
Identificació i aïllament de gens responsables de malalties. Clonació posicional. Candidat posicional.

Tema 34
Bases moleculars de malalties dominants. Mecanismes de dominància. Exemples: colagenopaties, alteracions del desenvolupament...

Tema 35
Bases genètiques de la determinació sexual humana i la seva patologia.

Tema 36
Bases moleculars de malalties hereditàries lligades al cromosoma X: distròfia muscular de Duchenne. Raquitisme hipofosfatèmic.

Tema 37
Bases moleculars de malalties hereditàries monogèniques: fibrosi quística. Errors congènits del metabolisme.

Tema 38
Base molecular del fenomen d'anticipació genètica: la síndrome del cromosoma X fràgil. Corea de Huntington.

Tema 39
Heterogeneïtat genètica en enfermetats monogèniques. Heterogeneïtat de locus. Heterogeneïtat al·lèlica.

Tema 40
Herència mitocondrial i els seus trastorns. Homoplàsmia i heteroplàsmia. Encefalomiopaties mitocondrials. Envelliment i ADN mitocondrial.

Tema 41
Bases genètiques de malalties complexes. Malalties multifactorials: malaltia d'Alzheimer.

Tema 42
Bases moleculars de la resposta a fàrmacs i drogues. Farmacogenètica.

Tema 43
Genètica del càncer I. El càncer com a malaltia genètica somàtica. Citogenètica del càncer. Oncogens.

Tema 44
Genètica del càncer II: gens supressors i gens mutadors. Càncer familiar.

Tema 45
Models animals de malalties genètiques humanes. Mutants naturals. Cartografiat comparatiu. Sintènia. Cartografiat genètic al ratolí. Intercreus i retrocreus. Cepes congèniques.

Tema 46
Manipulació genètica d'animals d'experimentació i el seu ús per modelar malalties humanes.

Tema 47
Diagnòstic genètic. Diagnòstic directe versus diagnòstic indirecte. Diagnòstic presimptomàtic i de predisposició. Rastreig poblacional.

Tema 48
Consell genètic. Diagnòstic prenatal. Diagnòstic de preimplantació amb reproducció assistida.

Tema 49
Possibilitats terapèutiques basades en la genètica molecular. Teràpia gènica. Farmacogenètica.

Tema 50 i 51
Aspectes ètics tant de la recerca com de les aplicacions diagnòstiques i terapèutiques de la tecnologia genètica.

PROGRAMA DE PRÀCTIQUES
Pràctica 1
Extracció d'ADN genòmic a partir de sang sencera. Medició de la concentració d'ADN obtingut per espectrofotometria.

Pràctica 2, 4 i 6
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 3
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 i 7
Diagnòstic directe de malalties hereditàries: detecció de mutacions. Disseny de l'experiment mitjançant l'ús de bases de dades i de programes informàtics. Disseny d'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).

Pràctica 8
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 9
Mètodes bioinformàtics per a l'obtenció de dades i disseny experimental. Tutoria per a l'exercici pràctic.

BIBLIOGRAFIA RECOMANADA
No hi ha un únic llibre de text ideal que cobreixi exactament i íntegrament el programa de l'assignatura. Es deixaran resums amb el contingut de cada tema, així com els problemes a realitzar (i posteriorment les seves solucions). De totes maneres, qualsevol dels dos primers llibres recomanats és un bon text de referència per a conceptes generals de genètica, incloent genètica humana; mentre que el tercer i el quart són uns textes excel·lents per aprofundir en els aspectes concrets de la genètica humana i mèdica. El cinquè llibre està més orientat a la genètica mèdica i a la seva aplicació.
GRIFFITHS, A. J. F. i d'altres. Modern genetic analysis. Nova York: W.H. Freeman and Company, 1999.
KLUG, W. S.; CUMMINGS, M. R. Concept of Genetics. 5a. ed. Macmillan Publishing Company, 1997.
STRACHAN, T.; READ, A. P. Human Molecular Genetics. Bios Scientific, 1999.
EMERY; RIMOIN'S. Principles and practice of medical generics. 3 vols. 4a. ed. Churchill Livingstone, 2001
JORDE, L. B. i d'altres. Medical Genetics. 2a. ed. Mosby, 1999.

Llibres traduïts al castellà
GRIFFITHS, A. J. F. i d'altres. Genética moderna. Madrid: Interamericana-McGraw-Hill, 1995.
KLUG, W. S.; CUMMINGS, M. R. Conceptos de genética. 1a. ed. [Traducció de la 5a. ed. en anglès]. Prentice Hall Iberia S.R.L, 1999.

Altres possibles llibres de consulta
Llibres de problemes
BENITO, C. 360 Problemas de genética. Madrid: Síntesis, 1997.
LAVETT, D. K. Student companions with complete solutions for "An Introduction to Genetic Analysis". 6a. ed. Nova York: W. H. Freeman & Co., 1996.
SÁNCHEZ VISERAS, E. Cuestiones y problemas resueltos de genética. Granada: Universidad de Granada, 1998.

Llibres de citogenètica
HESLOP-HARRISON, J. S.; FLAVELL, R. B. The Cromosome. Bios Scientific Publishers, 1993.
LACADENA, J. R. Citogenética. Madrid: Editorial Complutense, 1996.
WAGNER, R. P.; MAGUIRE, M. P.; STALLINGS, R. L. Chromosomes. A synthesis. Wiley-Liss, 1993.

Pàgines web
Compendi de recursos realitzat per la biblioteca: http://www.upf.edu/bib/cont2.htm?b=dalt3.htm&c=esq3.htm&d=/bib/bio/bioene.htm

Recursos docents
Projecte Genoma: http://nhgri.nih.gov/educationskit/
http://www.clunet.edu/BioDev/omm/exhibits.htm#top
FlyLab: http://vflylab.casltatela.edu/edesktop/VirtApps/VflyLab/IntroVflyLab.html
MIT Biology Hypertextbook: http://esg-www.mit.edu:8001/esgbio
http://www.tokyo-med.ac.jp/genet/mfi-e.htm

Registres de malalties genètiques i informació molecular
OMIM: http://www.ncbi.nih.org/OMIM
ORPHANET: http://www.orphanet.org

Actualització de genètica mèdica: http://medgen.genetics.utah.edu

Societats
Societat Espanyola de Genètica: http://www.seg.umh.es/
Associació Espanyola de Genètica Humana: http://www.aum.es/AEGH
Societat Americana de Genètica Humana: http://www.faseb.org/genetics/ASHG
Societat Europea de Genètica Humana: http://www.eshg.org