BIOLOGIA MOLECOLARE E BIOINFORMATICA

Oggetto:

BIOLOGIA MOLECOLARE E BIOINFORMATICA

Oggetto:

Anno accademico 2011/2012

Codice dell'attività didattica

INT0648

Docenti

Lorenzo Silengo (Titolare del corso)
Ferdinando Di Cunto (Titolare del corso)
Mario Giacobini (Titolare del corso)
Paolo Provero (Titolare del corso)

Corso di studi

laurea i^ liv. in biotecnologie - a torino

Anno

2° anno

Periodo didattico

Primo semestre

Tipologia

Di base

Crediti/Valenza

SSD dell'attività didattica

BIO/11 - biologia molecolare

Oggetto:

Il corso si propone di trasmettere le conoscenze necessarie alla comprensione della struttura e della funzione del materiale genetico, sia nei loro aspetti generali sia nella loro applicazione a problematiche biotecnologiche. Inoltre si intende fornire agli studenti le conoscenze utili allo sviluppo della soluzione a problemi biologici mediante l’applicazione di tecniche di programmazione e l’utilizzo di tecniche classiche della bioinformatica. Lo scopo principale di questo modulo è di rendere lo studente capace di studiare soluzioni informatiche a problemi di ambito biologico e di capire la complessità di queste.

The goal of this course is to give the basic notions necessary to the comprehension of the structure and function of the genetic material, both in their general aspects, and in their application to biotechnological problems. Moreover students are provided with the necessary knowledge and skills to solve biological problems by means of computer programming and the basic techniques of bioinformatics. At the and of the module the students will be able to devise computational solutions to biological problems and to understand their complexity.

Oggetto:

Programma

Italiano
English

BIOLOGIA MOLECOLARE

1. Controllo dell'espressione genica
- Controllo dell'espressione genica nei procarioti
- Controllo dell'espressione genica negli eucarioti
- Controllo post-trascrizionale
- Controllo dell'espressione genica e differenziamento cellulare

2. Analisi della struttura dei geni
- Ibridazione degli acidi nucleici
- Enzimi di restrizione e DNA ligasi
- Oligonucleotidi sintetici
- Polymarase Chain Reaction
- Produzione di sonde marcate
- Analisi del DNA mediante Southern blot
- Sequenziamento del DNA; sequenziamento genomico
- Polimorfismi del DNA

3. Il clonaggio dei geni
- Vettori plasmidici e fagici, clonaggio di frammenti di DNA
- Costruzione di library genomiche e di cDNA
- Screening di DNA libraries mediante ibridazione
- Rapid amplification of cDNA ends (RACE)
- Il progetto Genoma Umano e gli altri progetti genoma

4. Analisi dell’espressione genica
- Northern e western blotting
- Reverse-transcription- (RT)-PCR
- Real time PCR
- Ribonuclease protection assay
- Ibridizzazione in situ
- Microarrays

5. Produzione di proteine ricombinanti
- Sistemi di espressione procariotici
- Espressione in lieviti
- Espressione in cellule di mammifero: vettori non virali e virali
- Animali e piante transgenici
- Sistemi di espressione eucariotici inducibili e reprimibili
- Concetti generali sugli organismi geneticamente modificati
- Metodi di mutagenesi

6. Uso di vettori di espressione per il clonaggio funzionale dei geni
- Produzione e strategie screening di cDNA library di espressione in vettori fagici
- Il sistema del doppio ibrido in lievito
- RNA interference

7. Basi molecolari dell’evoluzione

8. Approcci generali all’analisi della funzione genica

BIOINFORMATICA

Verranno presentati dei concetti di base di algoritmica e programmazione. Tali concetti verranno applicati in laboratorio informatico, dove, utilizzando il sistema operativo Linux, i concetti base di algoritmica verranno affrontati utilizzando la programmazione in Perl, con particolare attenzione alla gestione e manipolazione di file di interesse biologico.

Infine verranno presentati alcuni problemi e metodi in bioinformatica: il sistema Entrez, gli algoritmi di allineamento di sequenze aminoacidiche e nucleotidiche, l'allineamento globale e locale, il Basic Local Alignment Search Tool (BLAST), l'allinamento multiplo e l'analisi di sequenze conservate. Infine verranno presentati i concetti fondamentali dell'analisi di dati di espressione genica su scala genomica.

MOLECULAR BIOLOGY

1. Introduction
- Recall of the molecular mechanisms implicated in the duplication, repair and recombination of DNA

2. Control of gene expression
- Control of gene expression in the prokaryotes
- Control of gene expression in the eukaryotes
- Post-transcriptional control of gene expression
- Control of gene expression and cellular differentiation

3. Analysis of gene structure
- Nucleic acid hybridization
- Restriction enzymes and DNA ligases
- Synthetic oligonucleotides
- Polymarase Chain Reaction
- Production of labeled probes
- DNA analysis by Southern blotting
- DNA and genomic sequencing
- DNA polymorphisms

4. Gene cloning
- Cloning of DNA fragments in plasmid and phage vectors
- Construction of genomic and cDNA libraries
- Screening of DNA libraries by hybridization
- Rapid amplification of cDNA ends (RACE)
- The Human Genome Project and the other genomes

5. Analysis of gene expression
- Northern and western blotting
- Reverse-transcription- (RT)-PCR
- Real time PCR
- Ribonuclease protection assay
- In-situ hybridization
- Microarrays

6. Production of recombinant proteins
- Prokaryotic expression systems
- Yeasts expression systems
- Protein expression in insect cells by Baculoviral vectors
- Expression in mammalian cells: viral and non viral vectors
- Transgenic animal and plants
- Conditional expression systems

7. Use of expression vectors for the functional cloning of genes
- Production of expression cDNA libraries and screening strategies
- The yeast two hybrid system
- RNA interference

8. Molecular basis of the evolution

9. General strategies for studying gene function

BIOINFORMATICS

The course will introduce the students to the basic concepts of algorithms and computer programming. These concepts will be applied in the computer lab, where the basic notions on algorithms will be put into practice using the Perl programming language in a Linux environment. Special consideration will be given to the management and manipulation of data files of biological origin.

The students will also be introduced to the main problems and methods of Bioinformatics: the Entrez system of databases, principles and algorithms for global and local sequence alignment, the Basic Local Alignment Search Tool (BLAST), algorithms for multiple sequence alignments and the analysis of sequence conservation. Finally the students will be introduced to the main aspects of the analysis of gene expression data on a genomic scale.

Descrizione

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Alberts, Biologia Molecolare della callula, quinta edizione, Zanichelli
Weaver, Biologia Molecolare, McGraw Hill
Dale, Dai geni ai genomi (Edises)
James Tisdall, Beginning Perl for Bioinformatics, O'Reilly, 2001
Cynthia Gibas e Per Jambeck, Developing Bioinformatics Computer Skills, O'Reilly, 2001
Robbe Wunschiers, Computational Biology: Unix/Linux, Data Processing and Programming, Springer, 2004
NCBI tutorial to the Entrez system (freely available at the URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query/static/help/entrez_tutorial_BIB.pdf)

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