mbb lec1 qb

43
MODERN BIOTECHNOLOGY: What am I supposed to know… MBB1 (1stAY20132014) MMP Balolong

Upload: marilen-parungao

Post on 28-Oct-2014

1.016 views

Category:

Technology


3 download

DESCRIPTION

 

TRANSCRIPT

Page 1: Mbb lec1 qb

MODERN  BIOTECHNOLOGY:  What  am  I  supposed  to  know…  

MBB1  (1stAY2013-­‐2014)  MMP  Balolong  

Page 2: Mbb lec1 qb

LECTURE  CONTENT:  PART  1  

Ê DNA:  the  genetic  material  (ONE  GENE-­‐ONE  PROTEIN)  Ê Prokaryotic  system  Ê Eukaryotic  system  

Ê INHERITANCE:  the  information  connection,  how  genes  are  passed  and  their  consequence  Ê Prokaryotic  system  Ê Eukaryotic  system  

 

Page 3: Mbb lec1 qb

LECTURE  CONTENT:  PART  2  

Ê MODERN  BIOTECHNOLOGY  Ê The  GMO  concept  Ê How  to  design/develop  a  GMO  Ê Tool/Methods:  Gene  Cloning,  Genetic  Engineering,  Recombinant  DNA  technology  

Ê Equipment  and  Facilities  for  GMO  development  

Ê Skills  and  Credentials    

Page 4: Mbb lec1 qb

LECTURE  CONTENT:  PART  3  

Ê MODERN  BIOTECHNOLOGY  :  advances  in  gene-­‐based  applications  Ê The  GMO  in  Health  and  Medicine  Ê The  GMO  in  Industry  Ê The  GMO  in  Food  and  Agriculture  Ê The  GMO  in  Environment  

Page 5: Mbb lec1 qb

TARGET  ACTIVITIES  

Ê WHO  KILLED  THE  VICTIM?  And  WHO’S  YOUR  PAPA?                                                                                                                                                                                (An  activity  on  Forensics)  

Ê EXPOSURE  TRIP  (July  24,  2013)  Ê BIOTECH,  UPLB  Ê IRRI  Ê IPB  Ê PHIL  CARABAO  CENTER  

Page 6: Mbb lec1 qb

www.crystalgraphics.com  

Page 7: Mbb lec1 qb

THE  3  DOMAINS  OF  LIFE  

bio1151b.nicerweb.net    

gcps.desire2learn.com  

Page 8: Mbb lec1 qb

BACTERIA  &  ARCHAEA  

https://ib-­‐biology2010-­‐12.wikispaces.com  

Page 9: Mbb lec1 qb

PROKARYOTES  VERSUS  EUKARYOTES  

Page 10: Mbb lec1 qb

CHROMOSOME  &  DNA  

Page 11: Mbb lec1 qb

DNA    &  THE  CENTRAL  DOGMA  

www.labgrab.com  

Page 12: Mbb lec1 qb

DNA:  THE  GENETIC  MATERIAL  

Ê WHY  DNA?  Ê The  Griffith  Experiment  

Ê Concept  of  a  transforming  principle  

Ê The  Avery,  McLeod  and  McCarty  Experiment  Ê  That  DNA  is  the  transforming  principle  

Ê The  Hershey  and  Chase  Experiment  Ê  Transduction  (via  phage)    

Page 13: Mbb lec1 qb

GRIFFITH’S  EXPERIMENT:BACTERIAL  TRANSFORMATION  

Page 14: Mbb lec1 qb

AVERY,  MCLEOD  &  MCCARTY:  DNA  AS  TRANSFORMING  PRINCIPLE  

ap-­‐biology-­‐lab.wikispaces.com  

Page 15: Mbb lec1 qb

HERSHEY  &  CHASE  EXPERIMENT:  TRANSDUCTION  

Page 16: Mbb lec1 qb

SO  HOW  IS  DNA,  THE  GENETIC  MATERIAL,    USED  FOR  BIOTECHNOLOGY?  

Page 17: Mbb lec1 qb

THE  SHIFT:  TRADITIONAL  TO  MODERN  

Ê Nature’s  variation  Ê  Color,  Size  

Ê  Traditional  breeding  can  give  us  additional  colors  and  sizes  

Ê Modern  Biotechnology  can  give  you  MORE…  Ê Resistance  to  environmental  

stress  Ê  Taste  Ê Nutrition  

kendralindell.wordpress.com  

Page 18: Mbb lec1 qb

WHAT  WE  CAN  DO  WITH  BIOTECHNOLOGY…  

nakedmaninthetree.wordpress.com  

www.ent.iastate.edu  

www.flickr.com  

www.ishs.org  

Page 19: Mbb lec1 qb

GROUP  WORK…  

Ê  One  GMO  per  group  

Ê  Research  on:  Ê  What  problem  want  to  be  addressed  by  the  GMO  

Ê  How  was  it  developed  

Ê  What  were  the  problems  encountered  

Ê  How  were  they  resolved  (problems)?  

Ê  ISSUES….  

Ê  Open  Discussion  next  meeting…  

Page 20: Mbb lec1 qb

LAST  MEETING…  DNA  and  its  importance  in  BIOTECHNOLOGY  

 1.  Golden  Rice;  2.  BT  Corn;  3.  Edible  Vaccine  in  Potato;    

4.  GMO  Soya;  5.  Recombinant  Hepatitis  B  vaccine      

Page 21: Mbb lec1 qb

RECALL…IN  MODERN  BIOTECHNOLOGY…WE  CAN  CONTROL  THE  VARIATION  

Ê NOTE:  

Ê Allelic  differences  at  genes  control  a  specific  trait  Ê GENE:  a  piece  of  DNA  that  controls  the  expression  of  a  trait  

Ê ALLELE:  alterative  form  of  the  gene  (they  can  segregate  to  form  the  variation  naturally)  

 

Page 22: Mbb lec1 qb

DNA  (gene)  

RNA  

Protein   Trait  (or  phenotype)  

Transcription  

Translation  

Plant  height  

Seed  shape  

Traditional  Breeding    Biotechnology  a.  Gene  manipulation  b.  Gene  Introduction  

Page 23: Mbb lec1 qb

Ê GMO  or  Genetically-­‐Modified  Organisms  

Ê Organisms  with  ARTIFICIALLY-­‐ALTERED  DNA  Ê  Foreign  gene  is  inserted  from  another  species:    

(enables  GMO  to  express  the  trait  coded  by  the  new  gene)  =  TRANSGENICS  

Ê An  existing  gene  is  altered:  to  make  it  express  at  a  higher  level  or  in  a  different  way  =  FOR  GENE  THERAPY  

Ê Gene  is  deleted  or  deactivated:  to  prevent  the  expression  of  a  trait  (e.g.  delayed  ripening)  

Page 24: Mbb lec1 qb
Page 25: Mbb lec1 qb

THE  GOLDEN  RICE  

Ê WHY:  to  address  Vitamin  A  deficiency  problem  Ê Linked  to  blindness  Ê Influences  Diarrhea  and  Measles  Ê >100M  children  affected  

Ê Vitamin  Delivery  as  PILLS  =  most  countries  no  access  

Ê Alternative  =  vitamin  into  CROPS  

www.goldenrice.org  

Page 26: Mbb lec1 qb

β-­‐Carotene  Pathway  in  Plants  

IPP  

Geranylgeranyl  diphosphate  

Phytoene  

Lycopene  

β  -­‐carotene  (vitamin  A  precursor)  

Phytoene  synthase  

Phytoene  desaturase  

Lycopene-­‐beta-­‐cyclase  

ξ-­‐carotene  desaturase    

Problem:  Rice  lacks  

these  enzymes  

Normal  Vitamin  A  “Deficient”  

Rice  

(Isopentenyl  diphosphate)  

Page 27: Mbb lec1 qb

The  Golden  Rice  Solution  

IPP  

Geranylgeranyl  diphosphate  

Phytoene  

Lycopene  

β  -­‐carotene  (vitamin  A  precursor)  

Phytoene  synthase  

Phytoene  desaturase  

Lycopene-­‐beta-­‐cyclase  

ξ-­‐carotene  desaturase    

Daffodil  gene  

Single  bacterial  gene;  performs  both  functions  

Daffodil  gene  

β-­‐Carotene  Pathway  Genes  Added  

Vitamin  A  Pathway  

is  complete  and  functional  

Golden  Rice  

Page 28: Mbb lec1 qb

THOUGH  METABOLIC  PATHWAYS  ARE  COMPLEX……THEY  ARE  INTERRELATED  

Understanding  pathways      is  critical  to  developing  new  

products  

Page 29: Mbb lec1 qb

Modifying  Pathway  Components  Can  Produce  New  Products  

Modified  Lipids  =  New  Industrial  Oils  

Turn  On  Vitamin  Genes  =  Relieve  Deficiency  

Increase  amino  acids  =    Improved  Nutrition  

Page 30: Mbb lec1 qb

DEVELOPING  OUR  GMOs:    Tools  that  you  can  USE  

Ê Genetic  Manipulation  or  Genetic  Engineering  Ê GOAL:  introduce,  alter,  delete  

Ê Cloning  and  Cell  Culture  Ê What  to  manipulate:  Genes,  Cells,  Tissue  

Ê GENOMICS,  PROTEOMICS,  METABOLOMICS  

Page 31: Mbb lec1 qb
Page 32: Mbb lec1 qb

www.earthtimes.org  

Page 33: Mbb lec1 qb

METHODS  IN  GENETIC  ENGINEERING  

Ê GENE  ISOLATION  

Ê TRANSFORMATION  

Ê SELECTION  

Ê REGENERATION  

Ê CONFIRMATION  OF  EXPRESSION  

Page 34: Mbb lec1 qb

EXAMPLE:  INSULIN  BY  BIOTECHNOLOGY  

muirbiology.wordpress.com  

Page 35: Mbb lec1 qb

EXAMPLE:  BT  CORN  

www.scq.ubc.ca  

www.scq.ubc.ca    

Page 36: Mbb lec1 qb

GENE  ISOLATION  

globalgenes.org    

www.bluesci.org    

www.cvillepodcast.com  

hms.harvard.edu    

Page 37: Mbb lec1 qb

THE  PRINCIPLE  TO  ISOLATE  THE  GENE:  Complementary  Genetics  1.  Protein  sequence  is  related  to  gene  sequence    

NH3+-Met-Asp-Gly--------------Trp-Ser-Lys-COO-

ATG GAT-GCT TGG-AGT-AAA C C C G A TCT G C A G

2.  The  genetic  code  information  is  used  to  design  PCR  primers  

Forward  primer:  5ʼ’-­‐ATGGAT/CGCN-­‐3ʼ’  Reverse  primer:    5ʼ’-­‐T/CTTNC/GT/ACCA-­‐3ʼ’  

Notes:  T/C  =  a  mixture  of  T  and  C  at  this  position;                          N  =  a  mixture  of  all  four  nucleotides                          Reverse  primer  is  the  reverse  complement  of  the  gene  sequence  

Page 38: Mbb lec1 qb

THE  GENETIC  CODE  

plato.stanford.edu  

Page 39: Mbb lec1 qb

3.  Use  PCR  to  amplify  gene  fragment  a.  template  DNA  is  melted  (94C)  

3ʼ’                                                                                                                                                                                  5ʼ’  5ʼ’                                                                                                                                                                                  3ʼ’  

3ʼ’                                                                                                                                                                                  5ʼ’    5ʼ’                                                                                                                                                                                  3ʼ’  

b.  primers  anneal  to  complementary  site  in  melted  DNA  (55C)  

3ʼ’                                                                                                                                                                                  5ʼ’    5ʼ’                                                                                                                                                                                  3ʼ’  

3ʼ’                                                                                                                                                                                  5ʼ’    5ʼ’                                                                                                                                                                                  3ʼ’  

c.  two  copies  of  the  template  DNA  made  (72C)  

Page 40: Mbb lec1 qb

Denaturation:  DNA  melts  Annealing:  Primers  bind  Extension:  DNA  is  replicated  

PCR  Animation  

Page 41: Mbb lec1 qb

Human  clone  library  

Clones  transferred  to  filter  

PCR  fragment  probe  added  to  filter  

Hot-­‐spots  are  human  gene  of  interest  

4.  Gene  fragment  used  to  screen  library  

Page 42: Mbb lec1 qb

HOW  WERE  YOUR  GENES  ISOLATED?  

Ê Golden  Rice  

Ê BT  Corn  

Ê Edible  Vaccine  in  Potato  

Ê GMO  Soya  

Ê Recombinant  Hepatitis  B  vaccine  

Page 43: Mbb lec1 qb

www.designingdigitally.com