Insegnamento BIOLOGIA MOLECOLARE
| Nome del corso di laurea | Scienze agrarie e ambientali |
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| Codice insegnamento | 80504006 |
| Curriculum | Biotecnologie |
| Docente responsabile | Alessandro Datti |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 6 |
| Regolamento | Coorte 2021 |
| Erogato | Erogato nel 2022/23 |
| Erogato altro regolamento | Informazioni sull'attività didattica |
| Attività | Affine/integrativa |
| Ambito | Attività formative affini o integrative |
| Settore | BIO/10 |
| Anno | 2 |
| Periodo | Secondo Semestre |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
| Lingua insegnamento | Italiano |
| Contenuti | L'insegnamento di Biologia Molecolare riprende, integra, ed espande argomenti e concetti essenziali di Genetica e Biochimica, esplora i meccanismi alla base di fondamentali processi cellulari, prende in esame i più recenti sviluppi tecnologici e metodologici, ed affronta problematiche, obiettivi e strategie della ricerca scientifica contemporanea nell’ambito delle scienze e biotecnologie agrarie. Il flusso e la dinamica dell'informazione genetica e il relativo significato biologico vengono presentati attraverso un approccio olistico, per cui fondamenti di Genomica, Trascrittomica e Proteomica sono presentati e discussi per metterne in risalto relazioni strutturali e funzionali, e la varietà e complessità dei sistemi di controllo. Il corso è rivolto a studenti con buone conoscenze di Biochimica Generale e Genetica, e viene proposto, oltre ai comuni obiettivi accademici, al fine di accrescere e perfezionare capacità di analisi e valutazioni critiche che saranno necessarie per affrontare insegnamenti più avanzati nel campo delle biotecnologie. |
| Testi di riferimento | Biotecnologie Molecolari - (Terry A. Brown) - seconda edizione italiana condotta sulla settima edizione inglese - Zanichelli (2017) Biologia Molecolare - (Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani) - terza edizione - Zanichelli (2018) Molecular Biology – Third Edition (David P. Clark, Nanette J. Pazdernik, Michelle McGehee) - Elsevier (2018) (testo in Inglese); Biologia Molecolare - principi e tecniche (Michael M Cox, Jennifer A. Doudna, Michael O'Donnell) - Zanichelli (2013) |
| Obiettivi formativi | i) Apprendimento di argomenti, concetti, e nozioni essenziali di Biologia Molecolare, e integrazione di aspetti apparentemente distinti, ma convergenti, riguardanti specifiche tematiche; ii) Acquisizione dei principi teorici, inclusi vantaggi e limiti, delle principali tecnologie, approcci metodologici, e metodi analitici più comunemente utilizzati nella ricerca scientifica di base e applicata; iii) Adeguata proprietà di linguaggio. |
| Prerequisiti | Per una corretta ed opportuna comprensione degli argomenti trattati, è necessario che lo studente abbia acquisito con sufficiente chiarezza i fondamenti di Biochimica e Genetica, soprattutto in relazione ai seguenti argomenti: i) organizzazione strutturale e funzionale della cellula; ii) struttura e funzione di acidi nucleici e proteine; iii) cinetica enzimatica; e iv) meccanismi molecolari fondamentali della cellula, con particolare riferimento a bioenergetica, replicazione del DNA, trascrizione e traduzione. Per soddisfare questi requisiti, è necessario aver superato gli esami di Genetica Agraria e Miglioramento Genetico (I anno, secondo semestre) e Biochimica (II anno, primo semestre). |
| Metodi didattici | Lezioni frontali (52 ore) sugli argomenti del programma di studio, con frequenti discussioni interattive intorno ad argomenti specifici per chiarimenti ed approfondimenti. Esercitazioni (2-4 ore): generalmente svolte 3-4 settimane dopo la conclusione delle lezioni frontali, simulano prove di esame con la partecipazione di studenti volontari capaci di sostenere un colloquio su almeno il 50% del programma d’insegnamento. |
| Altre informazioni | La frequenza delle lezioni non è obbligatoria ma viene fortemente consigliata. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | Esame orale. La prova consiste in un colloquio di circa 60 minuti durante il quale lo studente dovrà inizialmente elaborare uno/due argomenti di carattere generale (es. Genomica, Produzione di proteine ricombinanti, Regolazione dell’espressione genica ecc.), e quindi rispondere succintamente a una serie di domande (4-6) sugli argomenti trattati durante il corso. Le valutazioni terranno conto delle conoscenze acquisite (50%), della capacità di integrare argomenti complementari in opportune situazioni contestuali (30%), e della proprietà di linguaggio in riferimento a criteri di correttezza, chiarezza, adeguatezza, e capacità di sintesi (20%). Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | Discipline omiche (Genomica, Trascrittomica e Proteomica): concetti essenziali, metodologie e finalità di studio, e applicazioni biotecnologiche nelle Scienze Agrarie. Scienza olistica e analisi di tipo high-throughput. Motivazioni alla base del sequenziamento del DNA nelle scienze biomediche e agrarie: significato biologico, funzionale e diagnostico delle mutazioni puntiformi (SNP). Aplotipi. Generalità su Metagenomica, Genomica comparativa, e Genomica funzionale. Epigenetica. Caratteristiche strutturali degli acidi nucleici. Metilazione del DNA. Organizzazione dei genomi nei Procarioti ed Eucarioti. Sequenze ripetute, DNA satellite, minisatelliti, VNTR. DNA non codificante. Pseudogeni. Elementi trasponibili. DNA di mitocondri e cloroplasti. Superavvolgimento e compattazione del DNA batterico. Condensazione del DNA negli Eucarioti: istoni, nucleosomi, e rimodellamento della cromatina. Mutazioni. Classi di RNA e corrispondenti funzioni. Proteine: struttura, funzione, modificazioni post-traduzionali e degradazione. Elementi essenziali di cinetica enzimatica. Meccanismo della trascrizione dei geni e della sintesi proteica. Regolazione della trascrizione. Meccanismi di regolazione a livello post-trascrizionale: degradazione e modificazioni dell’mRNA, proteine regolatrici, RNA antisenso, alterazioni del ribosoma, Riboswitches. RNA di interferenza e impiego degli siRNA in Genomica Funzionale. Sintesi e funzione dei microRNA. Tecnologia CRISPR-Cas9 e relative applicazioni nelle biotecnologie agrarie. Metodologie sperimentali in Biologia Molecolare: enzimi di restrizione e manipolazione degli acidi nucleici. Sequenziamento del DNA: metodo di Sanger, e cenni su altre tecnologie di seconda generazione (Illumina, Ion-Torrent). Vettori di clonaggio (plasmidi, fago lambda, cromosomi artificiali YAC e BAC). Clonaggio dei geni. Clonaggio dei geni per sottrazione. Vettori di espressione, produzione, purificazione e caratterizzazione di proteine ricombinanti. Plasmide Ti di Agrobacterium tumefaciens e produzione di piante transgeniche. PCR e corrispondenti varianti metodologiche ed applicative (PCR inversa, RAPD, RT-PCR, Differential Display, Mutagenesi sito-diretta). Impiego di sonde fluorescenti. Analisi dell'espressione genica: Northern blotting, RT-PCR in tempo reale, DNA microarrays, RNA-Seq. Studio dei promotori tramite geni reporter. Interazioni DNA-proteina (test EMSA, DNA footprinting, e procedura ChIP-on-chip). Analisi delle proteine: tecniche cromatografiche ed elettroforetiche (SDS-PAGE). Elettroforesi bidimensionale. Metodi immunologici: uso di anticorpi monoclonali e policlonali, ELISA e Western blotting. Cenni sulla Spettrometria di massa. Cenni sui dosaggi enzimatici. |