Biologia Sintètica, de Sistemes i Enginyeria Metabòlica
Codi: 44997 Crèdits: 6| Titulació | Tipus | Curs | Semestre |
|---|---|---|---|
| 4313772 Biotecnologia Avançada | OB | 0 | 2 |
Professor/a de contacte
- Nom:
- Pau Ferrer Alegre
- Correu electrònic:
- pau.ferrer@uab.cat
Idiomes dels grups
Podeu accedir-hi des d'aquest enllaç. Per consultar l'idioma us caldrà introduir el CODI de l'assignatura. Tingueu en compte que la informació és provisional fins a 30 de novembre de 2023.
Equip docent
- Joan Albiol Sala
Prerequisits
Estar en possessió del títol de Graduat o Llicenciat en qualsevol de les disciplines afins com la Biotecnologia, Bioquímica, Microbiologia, Genètica, Enginyeria Química o similars.
Tenir coneixements bàsics, a nivell de comprensió de Català
Objectius
L'objectiu d'aquest mòdul és que l'alumne/a explori, assoleixi un elevat grau de comprensió i pugui avaluar les diferents metodologies emergents en els camps de la Biologia Sintètica, la Biologia de sistemes i l'Enginyeria Metabòlica. Incloent les plataformes '-òmiques' per a l'anàlisi quantitatiu integral i global de la fisiologia cel·lular com a base de coneixement per a l'enginyeria enzimàtica i l'enginyeria metabòlica. És a dir, per al disseny i la millora racional de biocatalitzadors (enzims, microorganismes i línies cel·lulars) amb l'objectiu de la seva aplicació industrial i terapèutica.
Competències
- Capacitat de síntesi, anàlisi d'alternatives i debat crític.
- Que els estudiants sàpiguen aplicar els coneixements adquirits i la seva capacitat de resolució de problemes en entorns nous o poc coneguts dins de contextos més amplis (o multidisciplinaris) relacionats amb la seva àrea d'estudi.
- Que els estudiants tinguin les habilitats d'aprenentatge que els permetin continuar estudiant, en gran manera, amb treball autònom a autodirigit
- Tenir coneixements que aportin la base o l'oportunitat de ser originals en el desenvolupament o l'aplicació d'idees, sovint en un context de recerca
- Treballar en un equip multidisciplinari.
- Utilitzar de manera combinada metodologies i eines analítiques i computacionals per a l'anàlisi quantitativa, el tractament massiu de dades i la modelització (plataformes òmiques i biologia de sistemes) d'organismes o parts d'aquests.
- Utilitzar i gestionar de manera responsable informació bibliogràfica i recursos informàtics relacionats amb la biotecnologia.
- Utilitzar les metodologies pròpies per al disseny i la millora racional (biologia sintètica i enginyeria metabòlica) d'enzims, organismes i línies cel·lulars d'aplicació industrial i terapèutica.
Resultats d'aprenentatge
- Capacitat de síntesi, anàlisi d'alternatives i debat crític.
- Descriure els principis i utilitzar les eines i metodologies de disseny i construcció de nous organismes industrials o parts d'aquests.
- Descriure els principis i utilitzar les eines i metodologies de la biologia sintètica.
- Dissenyar estratègies de millores de factories cel·lulars segons la informació extreta d'anàlisis òmiques.
- Distingir les tècniques com la mutagènesi a l'atzar, l'enginyeria evolutiva i el triatge de biblioteques de cDNA / genòmiques per a l'optimització d'enzims, microorganismes i línies cel·lulars industrials.
- Elaborar criteris per a l'ús combinat de tècniques de millora no dirigides i dirigides (enginyeria metabòlica i biologia sintètica).
- Identificar les característiques bàsiques i la utilitat de les diferents eines computacionals de tractament massiu de dades i modelització cel·lular/metabòlica.
- Identificar les restriccions/limitacions (i els criteris de selecció) de les eines de biologia sintètica per a la seva aplicació en el camp de la biotecnologia industrial.
- Investigar l'aplicabilitat de plataformes òmiques per a l'adquisició de dades fisiològiques dirigida al disseny experimental d'estratègies de millora de factories cel·lulars.
- Investigar l'aplicabilitat de tècniques de seqüenciació massiva, transcriptòmica, proteòmica, fluxòmica i metabolòmica en l'estudi d'organismes industrials.
- Que els estudiants sàpiguen aplicar els coneixements adquirits i la seva capacitat de resolució de problemes en entorns nous o poc coneguts dins de contextos més amplis (o multidisciplinaris) relacionats amb la seva àrea d'estudi.
- Que els estudiants tinguin les habilitats d'aprenentatge que els permetin continuar estudiant, en gran manera, amb treball autònom a autodirigit
- Tenir coneixements que aportin la base o l'oportunitat de ser originals en el desenvolupament o l'aplicació d'idees, sovint en un context de recerca
- Treballar en un equip multidisciplinari.
- Utilitzar diverses eines computacionals (a nivell usuari) per al tractament massiu de dades obtingudes mitjançant plataformes òmiques.
- Utilitzar eines computacionals (a nivell usuari) per a l'anàlisi i la modelització de dades obtingudes mitjançant plataformes òmiques in silico amb l'objectiu d'extreure informació biològica d'utilitat per al disseny, la modelització i la millora de microorganismes industrials.
- Utilitzar i gestionar de manera responsable informació bibliogràfica i recursos informàtics relacionats amb la biotecnologia.
Continguts
Llevat que les restriccions imposades per les autoritats sanitàries obliguin a una priorització o reducció de continguts, aquests inclouran:
1.- Plataformes òmiques: Aplicació d'eines analítiques de la Biologia de Sistemes de tipus 'òmic' - de la genòmica, la transcriptòmica, la metabolòmica i la fluxòmica- a l'enginyeria d'organismes industrials.
2.- Enginyeria Metabòlica i Biologia de Sistemes: Anàlisi 'bottom-up' i modelització de la funció cel·lular/metabolisme. Teoria del control metabòlic. Disseny in-silico de modificacions (millores) genètiques dirigides. Anàlisi 'top-down', a partir de les dades obtingudes de plataformes analítiques 'òmiques, incloent el tractament massiu de dades i l'anàlisi multinivell dels mateixos. Anàlisi global del metabolisme per mitjà de models in-silico a escala genoma. Casos d'estudi: Aplicacions de l'enginyeria metabòlica i la biotecnologia de sistemes per a la millora de soques productores de molècules petites (aminoàcids, antibiòtics, etc.) i/o obtenció de soques robustes adaptades a les condicions de processos industrials (tolerància a compostos tòxics, etc.).
3.- Biologia sintètica Aplicada: Disseny i construcció de nous organismes industrials o parts dels mateixos - per exemple reconstrucció de noves rutes metabòliques- per crear factories cel·lulars i biocatalitzadors per a la producció eficient de components biològics, biocombustibles de nova generació (butanol, etc.), APIs, enzims industrials y proteïnes terapèutiques.
4.- Tècniques de gran rendiment ('high throughput'): Aplicació de tècniques de millora no dirigida (i la combinació amb estratègies d'enginyeria metabòlica) per a la optimització d'enzims, organismes i línies cel·lulars industrials: evolució dirigida, mutagènesi, 'screening' de llibreries, etc.. Casos d'estudi: Obtenció d'enzims tolerants a solvents, pH, temperatures extremes etc. Obtenció de soques robustes i línies cel·lulars per a processos industrials. Casos d'estudi: Tolerancia a l'etanol, compostos fenòlics, elevada osmolaritat, etc.
Metodologia
La metodologia docent que s'emprarà durant tot el procés d'aprenentatge es basa fonamentalment en el treball de l'estudiant i seràn els/les professors/res els/les encarregats/des d'ajudar-lo tant pel que fa a l'adquisició i interpretació de la informació relacionada amb l'assignatura com en la direcció del seu treball. De manera general les activitats formatives es distribuiran en les següents tipologies:
Classes magistrals de teoria: Serviran per a proporcionar a l'alumne/a els elements conceptuals bàsics i la informació mínima necessària per a que pugui després desenvolupar un aprenentatge autònom. S'utilitzaran recursos informàtics (presentacions ppt o pdf) que estaran a disposició de l'alumne/a a la plataforma virtual.
Practiques d'ordinador: Part de les competències de l'assignatura s'adquiriran mitjançant pràctiques a l'ordinador. En aquest cas es farà servir el programari més convenient per tal de d'entendre millor el comportament dels sistemes biològics, fer-ne diverses anàlisis, així com poder dissenyar i assajar in silico diverses metodologies de millora de soques com a pas previ a la seva aplicació al laboratori. Els exercics fets a classe s'entregaran a través del campus virtual. La no entrega d'exercicis penalitzarà la nota d'exercicis avaluables.
Treball en grup: També s'assignarà a grups reduits d'alumnes un treball en grup basat en una publicació científica que es presentarà als/les companys/es de classe.
Tutories: Es podran realitzar tutories individuals a petició dels/les alumnes. L'objectiu d'aquestes serà, per exemple, el de resoldre dubtes i/o orientar sobre les fonts d'informació consultades.
Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, per a la complementació per part de l'alumnat de les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura/mòdul.
Activitats formatives
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Tipus: Dirigides | |||
| Classes magistrals/expositives | 22 | 0,88 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 17 |
| Pràctiques d'aula (ordinador) | 16 | 0,64 | 7, 15, 16 |
| Tipus: Supervisades | |||
| Elaboració de treballs, resolució d'exercicis o casos pràctics | 7 | 0,28 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17 |
| Tipus: Autònomes | |||
| Elaboració de treballs, resolució d'exercicis o casos pràctics | 58 | 2,32 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 |
| Estudi personal | 39 | 1,56 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17 |
Avaluació
Procés i activitats d'avaluació programades:
- Activitat A: Lliurament d'exercicis pràctics amb ordinador avaluables: 30% sobre la qualificació final
- Activitat B: Defensa oral del treball: 30% sobre la qualificació final
- Activitat C: Proves teòric-pràctiques: 30% sobre la qualificació final
- Activitat D: Assistència i participació activa a les classes: 10% sobre la qualificació final
Cal tenir en compte que l’activitat D és no recuperable. Per tant qualsevol activitat de recuperació no permetrà assolir la màxima nota.
Programació d'activitats d'avaluació:
Les dates de les proves escrites i de lliurament i presentació de treballs es publicaran al calendari acadèmic o al campus virtual i poden estar subjectes a possibles canvis de programació per motius d'adaptació a possibles incidències. Sempre s'informarà a la plataforma virtual sobre aquests canvis ja que s'entén que aquesta és la plataforma habitual d'intercanvi d'informació entre professors i estudiants
Per a cada activitat d’avaluació del tipus A o C, s’indicarà un lloc, data i hora de revisió en la que l'estudiant podrà revisar l’activitat amb el/la professor/a. Si l'estudiant no es presenta a aquesta revisió, no es revisarà posteriorment aquesta activitat.
Recuperació: En cas de no superar l’assignatura pel procediment anterior es preveu una prova de síntesi per a poder recuperar l’assignatura. Cal tenir en conte que la nota màxima assolible enaquesta prova és de Notable. Per poder accedir a la prova de recuperació és necessari haver assistit al menys a les dues terceres parts de les activitats avaluables.
No Avaluable: Tot/a alumne/a que no presenti com a mínim a les dues terceres parts de les activitats avaluables descrites prèviament serà qualificat com a No Avaluable.
Matricules d’honor: Atorgar una qualificació de matrícula d’honor (MH) és decisió del professorat responsable de l’assignatura. La normativa de la UAB indica que les MH només es podran concedir a estudiants que hagin obtingut una qualificació final igual o superior a 9.00 però el/la professor/a pot considerar un límit superior si el nombre de candidats es superior al nombre de matricules a atorgar així com demanar activitats complementaries. Es pot atorgar fins a un 5% de MH del total d'estudiants matriculats.
Avaluació dels estudiants repetidors: A partir de la segona matrícula, l’avaluació de l’assignatura consistirà en una prova de síntesi. Alternativament la nota final de l’assignatura podrà calcular-se com la mitjana de les activitats A, B i C. Per poder optar a aquesta avaluació diferenciada, l’estudiant repetidor ho ha de demanar al professor responsable de l'assignatura mitjançant correu electrònic (pau.ferrer@uab.cat) com a molt tard 8 dies després de l’inici de les classes.
Activitats d'avaluació continuada
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| Assistència i participació activa (activitat D) | 10 | 0 | 0 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 |
| Defensa oral del treball en grup (activitat B) | 30 | 5 | 0,2 | 1, 11, 12, 14, 17 |
| Entrega de d'exercicis (activitat A) | 30 | 0 | 0 | 7, 12, 15, 16, 17 |
| Proves teòric-pràctiques (activitat C) | 30 | 3 | 0,12 | 1, 2, 3, 4, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13 |
Bibliografia
Programari
- COPASI (http://copasi.org/)
- Optflux (http://www.optflux.org/)
- Microsoft Excel
- Matlab (https://es.mathworks.com/academia/tah-portal/universitat-autonoma-de-barcelona-40811157.html)