Corso di Laurea in Biotecnologie

La comprensione dei contenuti del modulo richiede di aver acquisito solide basi relativamente a tutti gli insegnamenti previsti per i primi due anni del Corso di Studi, in particolare l’insegnamento di Biologia Molecolare e Bioinformatica. Specificamente, è richiesta una buona comprensione delle seguenti metodiche:
- Ibridazione degli acidi nucleici
- Polymerase Chain Reaction
- Analisi del DNA mediante Southern blot
- Sequenziamento del DNA con metodo di Sanger
- Clonaggio dei geni in vettori plasmidici
- Costruzione di vettori di espressione procariotici ed eucariotici
- Costruzione di library in vettori di espressione
- Metodi per la ricostruzione di geni e trascritti completi.
- Northern e Western blotting
- Reverse-transcription-(RT)-PCR
- Real time PCR
- Ibridizzazione in situ
- Microarrays
- RNA sequencing
- Saggi reporter
- Analisi dei promotori per delezione
- Saggio EMSA
- Saggio di immunoprecipitazione della cromatina (ChIP)

Il modulo si propone di fornire un'ampia ed aggiornata panoramica sulle metodiche di Biologia Molecolare usate correntemente a scopi di ricerca e sviluppo, con particolare enfasi sulle tecniche più moderne. In particolare, il modulo fornirà le nozioni teorico/pratiche necessarie alla comprensione delle moderne tecnologie di sequenziamento degli acidi nucleici, delle loro applicazioni genomiche, trascrittomiche ed epigenomiche e della loro integrazione con altre metodiche. Verranno fornite inoltre nozioni avanzate sulle tecnologie più moderne per l’ingegnerizzazione degli acidi nucleici, con particolare riguardo a quelle necessarie per lo sviluppo di complessi modelli cellulari e animali. Un aspetto fondamentale dell'insegnamento sarà di mettere in evidenza come le diverse tecnologie affrontate possono essere integrate per rispondere a specifici quesiti biologici. A questo scopo verranno analizzati diversi casi di studio tratti dalla letteratura scientifica recente.

Al termine dell'insegnamento, gli studenti dovranno dimostrare di:

- Conoscenza e capacità di comprensione 

Aver acquisito un'approfondita conoscenza delle basi teoriche su cui si fondano le metodiche sperimentali analizzate durante le lezioni frontali e le esercitazioni.

- Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Saper scegliere in modo appropriato le tecnologie necessarie alla soluzione di specifici quesiti biologici.

- Autonomia di giudizio 

Essere in grado di integrare correttamente le diverse metodologie sperimentali per analizzare e interpretare dati biologici complessi.

- Abilità comunicative 

Saper comunicare in modo chiaro e rigoroso i concetti e i risultati appresi, utilizzando il linguaggio tecnico appropriato.

- Capacità di apprendimento 

Dimostrare un’autonomia nell’approfondire le tematiche trattate e nell’aggiornarsi sulle metodologie emergenti nel campo della biologia cellulare.

• Tecnologie di sequenziamento di seconda generazione.
• Cenni sulle tecnologie di sequenziamento di terza generazione.
• Applicazione delle tecnologie di sequenziamento all'analisi del genoma.
• Applicazione delle tecnologie di sequenziamento all'analisi del trascrittoma.
• Tecnologie tradizionali per l'analisi della regolazione di singoli geni, a livello di interazione tra DNA e proteine.
• Applicazione delle tecnologie di sequenziamento all'analisi dell'epigenoma.
• Progetto Encode: integrazione bioinformatica tra dati genomici, trascrittomici ed epigenomici.
• Metodi di clonaggio del DNA basati sulla ricombinazione generalizzata e sito-specifica: concetto di “ORFeoma”.
• Assemblaggio di frammenti di DNA di diverse grandezze: cenni di biologia sintetica.
• Alleli ricombinanti per la ricerca sperimentale in vivo.
• Modelli inducibili mediante i sistemi Cre-loxp e Flp-frt
• Applicazioni sperimentali con organoidi e PDX: vantaggi e limitazioni.
• Identificazione di geni drivers e geni passengers.
• Principi ed applicazioni di CRISPR/Cas9 e shRNA.
• Geni reporter: design e applicazioni
• Analisi single-cell comparate ad analisi bulk-population.
• Smart drug design: small molecules, peptidi e degradatori.
• Esercitazioni: Elaborazione di un progetto di ricerca integrato, sviluppato criticamente con il supporto dell'intelligenza artificiale e delle principali risorse bioinformatiche.

I tre quarti delle lezioni verranno svolte in forma frontale in presenza. Un quarto delle lezioni verrà svolta sotto forma di esercitazioni, aventi per oggetto l'analisi dettagliata di articoli scientifici e l'elaborazione di un progetto di ricerca integrato, sviluppato criticamente con il supporto dell'intelligenza artificiale e delle principali risorse bioinformatiche.

I concetti e le nozioni appresi dallo studente verranno verificati utilizzando un test scritto. La verifica riguarderà sia la competenza acquisita sugli argomenti teorici trattati nel corso e sui loro presupposti, sia la capacità di affrontare problemi a carattere applicativo integrando le diverse conoscenze. Il test prevede 31 domande, con 4 risposte, su ciascuna delle quali lo studente dovrà esprimere un giudizio vero/falso (fornendo un totale di 124 risposte). Ad ogni risposta corretta verrà attribuito un punteggio di 0,25 e non sono previste penalizzazioni per le risposte errate. A seguito della comunicazione del voto dello scritto, gli studenti potranno decidere di sostenere una prova orale facoltativa, che potrà determinare variazioni di punteggio in positivo o negativo non superiori a 3 punti.

Esercitazioni in aula focalizzate sull'applicazione pratica delle metodiche trattate in questo corso e nei precedenti corsi di biologia molecolare, per la soluzione di specifici problemi biologici, con il supporto di programmi di intelligenza artificiale e di strumenti bioinformatici di comune utilizzo.

In alternativa al testo consigliato, potrà essere usato come riferimento il testo utilizzato nei corsi di Biologia Molecolare degli anni precedenti.

Verranno inoltre fornite reviews volte ad illustrare le tecniche più recenti trattate nel corso e la loro integrazione. Infine verranno forniti articoli da riviste scientifiche, la cui analisi potrà integrare le esercitazioni.