SCIENZE BIOLOGICHE, GEOLOGICHE E AMBIENTALIBiologia Sperimentale e ApplicataAnno accademico 2023/2024

1016131 - BIOLOGIA MOLECOLARE CON ELEMENTI DI BIOINFORMATICA

Docente: FRANCESCA MARIA GUARINO

Risultati di apprendimento attesi

Il laureato in BCM, con l’insegnamento di BIOLOGIA MOLECOLARE CON ELEMENTI DI BIOINFORMATICA utilizza le conoscenze di base in ambito biomolecolare acquisite con la laurea di primo livello, che ne sono un pre-requisito, per stimolare la capacità di comprensione dell'approccio sperimentale. Nella prima parte del corso viene data enfasi, in modo sistematico, alle potenzialità e alle applicazioni della Bioinformatica nello studio delle macromolecole biologiche acidi nucleici e proteine. Nella seconda parte del corso, prendendo spunto da una tematica biologica trattata nel laboratorio del docente, viene mostrato ed insegnato agli studenti la progressione della conoscenza scientifica attraverso gli strumenti e la logica della ricerca biomolecolare sperimentale. Al termine del corso, le capacità di applicare le conoscenze e comprensione degli studenti emergeranno dalla abilità acquisista nell' utilizzo di molti strumenti di analisi bioinformatica presenti sul web in piena autonomia e dalla abilità di progettare e sviluppare un approccio sperimentale nell'ambito della Biologia Molecolare per rispondere alle problematiche della ricerca scientifica. A tal fine gli studenti verranno quindi stimolati nella loro autonomia di giudizio e abilità comunicativa attraverso il confronto con gli altri colleghi ed all'interlocuzione con il docente durante le lezioni, le esercitazioni.

 

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

La modalità di insegnamento consiste in lezioni frontali ed esercitazioni

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Prerequisiti richiesti

Conoscenze di Biologia Molecolare

Frequenza lezioni

Frequenza delle lezioni obbligatoria per almeno il 60%, così come previsto dal Corso di Laurea in cui è inserito l'insegnamento

Contenuti del corso

Prima parte del corso: Bioinformatica Programmi di allineamento di sequenze - programmi di allineamento globale e locale – significato biologico dell’allineamento - i programmi di allineamento nello screening di BD: FASTA e BLAST. Allineamento multiplo di sequenze – programma Clustal W. Ricerca di pattern e motivi funzionali in sequenze nucleotidiche e proteiche. Cenni di evoluzione molecolare – l’orologio molecolare – alberi filogenetici. Progetti Genoma – implicazioni bioinformatiche – strategie di sequenziamento – annotazione – risultati e finalità della genomica Tassonomia e classificazione delle proteine. - Metodi di determinazione della struttura 3D delle proteine - Banche dati PDB e MMDB - Altre Banche dati di rilievo nell'analisi delle proteine quali Expasy e Swiss-Prot - Predizioni di struttura secondaria delle proteine – Predizione di proteine di membrana - Classificazione di motivi e dominii – SCOP e CATH – Predizioni di struttura 3D delle proteine - Homology modeling - Threading - Predizione Ab Initio - Introduzione alla Molecular Dynamics. Seconda parte del corso: Applicazione delle tecniche di Biologia Molecolare nello studio del poro della membrana mitocondriale esterna VDAC: caratterizzazione del ruolo biologico delle isoforme e identificazione di residui amminoacidici e domini proteici coinvolti nella funzione di canale. Tecniche per lo studio della funzione di un gene: produzione di proteine ricombinanti e loro utilizzo nel campo della ricerca e nelle applicazioni industriali; tecniche di mutagenesi (mutagenesi sito-specifica, costruzione di chimere mediante PCR, gene assembly con PCR, mutagenesi per trasposizione); generazione di organismi transgenici (piante transgeniche mediante vettore binario e vettore cointegrato; animali transgenici transgenesi standard, gene targeting, transgenesi condizionale); RNA regolatori e silenziamento genico ( significato biologico e applicazioni); analisi dell’espressione genica (real-time PCR, analisi di sequenze regolatorie, cDNA microarray, oligonucleotidi microarray, array di proteine).

Testi di riferimento

S. Pascarella, A. Paiardini -Bioinformatica; dalla sequenza alla struttura delle proteine- Zanichelli.
J.D.Watson, A.A.Caudy, R.M.Myers, J.A.Witkowski-DNA ricombinante-Geni e Genomi-Zanichelli.
J.W.Dale, M.v.Schantz, N.Plant-Dai Geni ai Genomi-principi e applicazioni della tecnologia del DNA ricombinante-EdiSES.
Materiale didattico aggiuntivo sarà fornito dal docente.

Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Progettazione e produzione di proteine ricombinantiJ.D.Watson et al.-DNA ricombinante-Geni e Genomi-Zanichelli.
2Tecniche di mutagenesi per lo studio della funzione di un gene e/o di una proteinaJ.D.Watson et al.-DNA ricombinante-Geni e Genomi-Zanichelli.
3Caratteristiche strutturali e funzionali della proteina VDAC. Metodi di studio della funzione di canale della proteina mediante l’utilizzo di membrane artificiali materiale didattico fornito dal docente
4Produzione di proteine VDAC ricombinanti wild-type e mutantimateriale didattico fornito dal docente
5Generazione di cellule e organismi transgenici mediante ricombinazione omologa, sito-specifica, trasposizione J.D.Watson et al.-DNA ricombinante-Geni e Genomi-Zanichelli.
6Identificazione del ruolo biologico delle proteine VDACs mediante lo studio in organismi transgenicimateriale didattico fornito dal docente
7RNA regolatori dell’espressione genica: significato biologico, evidenze sperimentali, meccanismi d’azione e applicazioni J.D.Watson et al.-DNA ricombinante-Geni e Genomi-Zanichelli
8Tecniche per lo studio e l'analisi dell'espressione genicaJ.D.Watson et al.-DNA ricombinante-Geni e Genomi-Zanichelli
9Studio dell'espressione delle isoforme VDACs e del loro ruolo biologico in modelli di colture cellulari materiale didattico fornito dal docente
10Banche dati e sistemi di retrievalS. Pascarella et al. -Bioinformatica; dalla sequenza alla struttura delle proteine- Zanichelli
11Matrici per lo studio di sequenze. Allineamenti tra sequenze e programmi usati S. Pascarella et al. -Bioinformatica; dalla sequenza alla struttura delle proteine- Zanichelli
12Metodi e programmi per lo studio e l'analisi della struttura secondaria delle proteineS. Pascarella et al. -Bioinformatica; dalla sequenza alla struttura delle proteine- Zanichelli
13Metodi e programmi per lo studio e l'analisi della struttura tridimensionale delle proteineS. Pascarella et al. -Bioinformatica; dalla sequenza alla struttura delle proteine- Zanichelli

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

La modalità d'esame prevede una prova scritta alla fine del corso che sarà seguita da un esame orale. Tale modalità sarà quindi prevista solo ed esclusivamente per il primo appello disponibile dopo il corso delle lezioni e per gli studenti che avranno frequentato regolarmente raggiungendo la soglia minima di presenze. Per gli appelli successivi l’apprendimento verrà valutato mediante un esame solo ed esclusivamente orale.

La verifica dell'apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

I quesiti verteranno sugli argomenti svolti durante le lezioni.

Esempio: Quali tra queste metodiche NON è usata per generare organismi transgenici?: a) transgenesi standard; b) gene targeting; c) gene targeting condizionale; d) clonazione; e) mutagenesi random


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