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  • 1. MODERN  BIOTECHNOLOGY:   What  am  I  supposed  to  know…   MBB1  (1stAY2013-­‐2014)   MMP  Balolong  
  • 2. 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    
  • 3. 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    
  • 4. 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  
  • 5. 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  
  • 6. www.crystalgraphics.com  
  • 7. THE  3  DOMAINS  OF  LIFE   bio1151b.nicerweb.net     gcps.desire2learn.com  
  • 8. BACTERIA  &   ARCHAEA   https://ib-­‐biology2010-­‐12.wikispaces.com  
  • 9. PROKARYOTES  VERSUS   EUKARYOTES  
  • 10. CHROMOSOME  &  DNA  
  • 11. DNA    &  THE  CENTRAL  DOGMA   www.labgrab.com  
  • 12. 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)    
  • 13. GRIFFITH’S  EXPERIMENT:BACTERIAL   TRANSFORMATION  
  • 14. AVERY,  MCLEOD  &  MCCARTY:  DNA  AS   TRANSFORMING  PRINCIPLE   ap-­‐biology-­‐lab.wikispaces.com  
  • 15. HERSHEY  &  CHASE  EXPERIMENT:   TRANSDUCTION  
  • 16. SO  HOW  IS  DNA,  THE   GENETIC  MATERIAL,    USED   FOR  BIOTECHNOLOGY?  
  • 17. 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  
  • 18. WHAT  WE  CAN  DO  WITH   BIOTECHNOLOGY…   nakedmaninthetree.wordpress.com   www.ent.iastate.edu   www.flickr.com   www.ishs.org  
  • 19. 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…  
  • 20. 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      
  • 21. 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)    
  • 22. DNA   (gene)   RNA   Protein   Trait   (or  phenotype)   Transcription   Translation   Plant  height   Seed  shape   Traditional  Breeding     Biotechnology   a.  Gene  manipulation   b. Gene  Introduction  
  • 23. 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)  
  • 24. 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  
  • 25. 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)  
  • 26. 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  
  • 27. THOUGH  METABOLIC  PATHWAYS  ARE   COMPLEX……THEY  ARE  INTERRELATED   Understanding  pathways      is   critical  to  developing  new   products  
  • 28. Modifying  Pathway  Components   Can  Produce  New  Products   Modified  Lipids  =   New  Industrial  Oils   Turn  On  Vitamin  Genes  =   Relieve  Deficiency   Increase  amino  acids  =     Improved  Nutrition  
  • 29. 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  
  • 30. www.earthtimes.org  
  • 31. METHODS  IN  GENETIC  ENGINEERING   Ê GENE  ISOLATION   Ê TRANSFORMATION   Ê SELECTION   Ê REGENERATION   Ê CONFIRMATION  OF  EXPRESSION  
  • 32. EXAMPLE:  INSULIN  BY   BIOTECHNOLOGY   muirbiology.wordpress.com  
  • 33. EXAMPLE:  BT  CORN   www.scq.ubc.ca   www.scq.ubc.ca    
  • 34. GENE  ISOLATION   globalgenes.org     www.bluesci.org     www.cvillepodcast.com   hms.harvard.edu    
  • 35. 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  
  • 36. THE  GENETIC  CODE   plato.stanford.edu  
  • 37. 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)  
  • 38. Denaturation:  DNA  melts   Annealing:  Primers  bind   Extension:  DNA  is  replicated   PCR  Animation  
  • 39. 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  
  • 40. HOW  WERE  YOUR  GENES  ISOLATED?   Ê Golden  Rice   Ê BT  Corn   Ê Edible  Vaccine  in  Potato   Ê GMO  Soya   Ê Recombinant  Hepatitis  B  vaccine  
  • 41. www.designingdigitally.com  

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