Guía docente de Biodiversidad Microbiana (M46/56/1/3)

Curso 2023/2024
Fecha de aprobación por la Comisión Académica 21/06/2023

Máster

Máster Universitario en Investigación y Avances en Microbiología

Módulo

Módulo de Docencia

Rama

Ciencias

Centro Responsable del título

Escuela Internacional de Posgrado

Semestre

Primero

Créditos

6

Tipo

Optativa

Tipo de enseñanza

Presencial

Profesorado

  • Sonia María Rodríguez Ruano
  • Maria Jesus Delgado Igeño
  • Silvia Marques Martin
  • María Socorro Mesa Banqueri
  • Álvaro Peix Geldart
  • Germán Tortosa Muñoz

Horario de Tutorías

Sonia María Rodríguez Ruano

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No hay tutorías asignadas para el curso académico.

Maria Jesus Delgado Igeño

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Silvia Marques Martin

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María Socorro Mesa Banqueri

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Álvaro Peix Geldart

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Germán Tortosa Muñoz

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Breve descripción de contenidos (Según memoria de verificación del Máster)

Clases teóricas: Técnicas moleculares generales y específicas utilizadas en los estudios de diversidad biológica de microorganismos. Metagenomas. Comparación de genomas. Biodiversidad de bacterias en cuanto a su metabolismo: Biodiversidad de microorganismos que intervienen en el ciclo del nitrógeno. Biodiversidad de hongos micorrícicos. Biodiversidad de bacterias endosimbiontes, endófitas y asociativas de plantas.

Clases prácticas: Aislamiento de ADN de muestras medioambientales. Amplificación del gen ARNr 16S a partir de ADN ambiental y de cultivo puro. Electroforesis de amplicones del gen ARNr 16S. Construcción de genotecas ARNr 16S de las muestras ambientales: clonación de los amplicones. Transformación. Análisis de los clones de la genoteca: aislamiento de ADN plasmídico y amplificación del gen ARNr 16S. Electroforesis de los amplicones del gen ARNr 16S. Análisis de la población: “Amplified Ribosomal DNA Restriction Análisis“ (ARDRA). Restricción. Electroforesis. Visualización y análisis de resultados.

Conceptos básicos de Bioinformática. Análisis de secuencias de ADN (Sanger, masiva de nueva generación "NGS") y uso de Bases de Datos para la identificación de microorganismos.

Prerrequisitos y/o Recomendaciones

Los propios del máster

Competencias

Competencias Básicas

  • CB6. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en 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.
  • CB10. Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Competencias Específicas

  • CE01. Reconocer un problema microbiológico que ofrezca interés para la investigación, describirlo apropiadamente en su entorno (antecedentes, estado de la cuestión, hipótesis planteadas por otros autores, etc.) y plantear con claridad los objetivos de la investigación correspondiente. 
  • CE02. Diseñar el proceso de investigación apropiado para resolver el problema planteado, seleccionando las metodologías y técnicas más eficaces y los experimentos oportunos de acuerdo con los objetivos de la investigación propuesta. 
  • CE03. Poner a punto las técnicas necesarias para la resolución del problema planteado, contrastando su corrección y validación. 
  • CE04. Realizar la investigación diseñada, trabajando dentro de un equipo y/o en colaboración con otros investigadores. 
  • CE05. Elaborar los datos de laboratorio y presentar los resultados de forma lógica y funcional. 
  • CE06. Establecer de forma crítica la relevancia y significación de los resultados obtenidos respecto de los objetivos propuestos y elaborar las conclusiones pertinentes, en el marco del conocimiento científico actual sobre el tópico en cuestión. 
  • CE07. Elaborar un ¿reporte¿ científico/técnico o trabajo de investigación que comunique a la comunidad científica la aportación de la investigación realizada, manejando las tecnologías de la información útiles para la adquisición y difusión de resultados en investigación. 
  • CE08. Presentar públicamente ideas, procedimientos o informes de investigación sobre microbiología para asesorar a personas y a organizaciones. 

Resultados de aprendizaje (Objetivos)

El alumnado sabrá/comprenderá: Conocimiento del estado actual de la investigación en biodiversidad microbiana en distintos ecosistemas. Esto incluye los siguientes aspectos generales: las técnicas moleculares generales y específicas utilizadas en los estudios de diversidad biológica de microorganismos, análisis de genotecas de 16S, metagenomas, comparación de genomas. Biodiversidad de bacterias en cuanto a su metabolismo: Biodiversidad de microorganismos que intervienen en el ciclo del nitrógeno. Biodiversidad de hongos micorrícicos. Biodiversidad de endosimbiontes, microorganismos endofíticos y asociativos.

El alumnado será capaz de: Aislar microorganismos procariotas a partir de muestras medioambientales. Manejar las técnicas de manipulación de ADN ambiental y su análisis mediante técnicas dependientes de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR); obtener genotecas para el análisis de la biodiversidad microbiana. Realizar la identificación genotípica de procariotas. Usar “software” bioinformático especializado, bases de datos y “workflows” para el análisis de secuencias de ADN (análisis y filtrado de calidad, alineamiento y comparación, análisis filogenético, etc.) y la identificación de la biodiversidad microbiana a partir de cualquier muestra biológica.

Programa de contenidos Teóricos y Prácticos

Teórico

Módulo 1: Técnicas de análisis de la diversidad microbiana

  • CLASE T1: Técnicas generales para el estudio de la biodiversidad microbiana
  • CLASE T2: Técnicas moleculares específicas I: Secuenciación masiva (NGS): Conceptos y aplicaciones
  • CLASE T3: Técnicas moleculares específicas II: Otras herramientas moleculares para el estudio de la biodiversidad microbiana in situ
  • CLASE T4: Técnicas moleculares específicas III: Transcriptómica, proteómica y metabolómica
  • CLASE T5: Bioinformática aplicada a la Biodiversidad microbiana: conceptos básicos, herramientas y bases de datos
  • CLASE T6: Genómica comparada

Módulo 2: Ejemplos de análisis de la diversidad bacteriana en grupos funcionales específicos

  • CLASE T7: Biodiversidad de microorganismos que intervienen en el ciclo del Nitrógeno
  • CLASE T8: Aplicación de las herramientas de análisis masivo al estudio de la diversidad microbiana en la naturaleza. Metagenómica
  • CLASE T9: Diversidad de hongos micorrícicos
  • CLASE T10: Biodiversidad de bacterias endosimbiontes, endófitas y asociativas de plantas I
  • CLASE T11: Biodiversidad de bacterias endosimbiontes, endófitas y asociativas de plantas II
  • CLASE T12: Biodiversidad de bacterias endosimbiontes, endófitas y asociativas de plantas III

 

Práctico

  • Clase P1: Análisis de secuencias de ADN para la identificación de microorganismos
  • Clase P2: Exploración de la biodiversidad microbiana a partir de datos de secuenciación masiva
  • Clase P3: Exposición de un trabajo bibliográfico por parte de los alumnos

Los alumnos podrán elegir de una lista de trabajos propuestos o un trabajo relacionado con su propio trabajo de investigación. La presentación se llevará a cabo en 20 minutos, distribuidos en 15 de exposición y 5 de preguntas.

Las prácticas de laboratorio consistirán en el desarrollo de un caso práctico que incluye las clases P1 y P2:

  • Clase L1: Aislamiento de ADN de muestras medioambientales obtenidas de diferentes ecosistemas. Comprobación en geles de agarosa
  • Clase L2: Aislamiento de microorganismos del medio ambiente en distintos medios selectivos
  • Clase L3: Amplificación del gen ARNr 16S a partir de colonias y de ADN ambiental. Electroforesis. Control paralelo con ADN genómico de cultivos puros
  • Clase L4: Construcción de una genoteca del gen ARNr 16S de las muestras medioambientales: Transformación y siembra en medio selectivo
  • Clase L5: Preparación de plásmidos de la genoteca para su posterior secuenciación/análisis
  • Clase L6: Análisis de la biodiversidad de las muestras: análisis de la restricción del amplicón del gen ARNr 16S (ARDRA)

Bibliografía

Bibliografía fundamental

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  • Melkonian, R, Moulin, L, Bena, G, Tisseyre, P, Chaintreuil, C., Heulin, K, Rezkallah, N, Klonowska, A, Gonzalez, S, Simon, M, Chen, WM, James, EK, and Laguerre, G. 2014. The geographical patterns of symbiont diversity in the invasive legume Mimosa pudica can be explained by the competitiveness of its symbionts and by the host genotype. Environ. Microbiol. 16:2099-2111.

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  • Ramírez-Bahena MH, Flores-Félix JD, Chahboune R, Toro M, Velázquez E, Peix A. 2016. Bradyrhizobium centrosemae (symbiovar centrosemae) sp. nov., Bradyrhizobium americanum (symbiovar phaseolarum) sp. nov. and a new symbiovar (tropici) of Bradyrhizobium viridifuturi establish symbiosis with Centrosema species native to America. Syst. Appl. Microbiol. 39: 378-383.

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  • See-Too WS, Salazar S, Ee R, Convey P, Chan KG, Peix A. 2017. Pseudomonas versuta sp nov., isolated from Antarctic soil. Syst. Appl. Microbiol. 40: 191-198.

  • Shokralla S, Jennifer L. Spall JL, Gibson JF, Hajibabaei M. 2012. Next-generation sequencing technologies for environmental DNA research. Mol. Ecol. 21, 1794-1805.

  • Talbi C., Delgado MJ, Girard L, Ramírez-Trujillo A, Caballero-Mellado J, Bedmar EJ. 2010. Burkholderia phymatum capable of nodulating Phaseolus vulgaris are present in Moroccan soils. App. Environ. Microbiol., 76: 4587-4591.

  • Zhulin IB. 2015. Databases for microbiologists. J. Bacteriol. 197: 2458-2467. doi:10.1128/JB.00330-15.

Enlaces recomendados

Bases de datos y herramientas de identificación (taxonómica y funcional) de secuencias:

  • NCBI: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/

  • EMBL-EBI: https://www.ebi.ac.uk/

  • IMG: http://img.jgi.doe.gov/

  • KEGG: https://www.kegg.jp/

  • SILVA: https://www.arb-silva.de

Herramientas y “workflows” para el análisis de secuencias y biodiversidad microbiana:

  • Molecular Bioinformatics Tools: http://molbiol-tools.ca/

  • Galaxy: https://usegalaxy.org

  • USEARCH: https://www.drive5.com/usearch/

  • QIIME2: https://qiime2.org/

Metodología docente

  • MD01 Clases magistrales 
  • MD02 Experimentación 
  • MD03 Colección, estudio y análisis bibliográfico 

Evaluación (instrumentos de evaluación, criterios de evaluación y porcentaje sobre la calificación final.)

Evaluación Ordinaria

  • El método de evaluación está basado esencialmente en la evaluación continua de los estudiantes, de forma que la asistencia, obligatoria al 80% como mínimo de las clases, constituirá el 50% de la evaluación

  • La actitud y participación en clase constituirá el 5% de la evaluación

  • Se valorará además la realización de un trabajo complementario con exposición pública del mismo con un 20%

  • Las respuestas al desarrollo de un supuesto práctico con un 25%

Evaluación Extraordinaria

La evaluación se basará en las respuestas al desarrollo de un supuesto práctico con un 100% de la calificación

Evaluación única final

La evaluación en tal caso consistirá en la realización de un supuesto práctico con un 100% de la calificación

Información adicional