Insegnamento BIOLOGIA MOLECOLARE

Nome del corso di laurea	Scienze agrarie e ambientali
Codice insegnamento	80504006
Curriculum	Biotecnologie
Docente responsabile	Alessandro Datti
Docenti	Alessandro Datti
Ore	54 Ore - Alessandro Datti
CFU	6
Regolamento	Coorte 2024
Erogato	Erogato nel 2025/26
Erogato altro regolamento	Informazioni sull'attività didattica Coorte 2023 - Erogato nell'anno 2024
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 i) integra rilevanti aspetti di Genetica e Biochimica nell’ambito dei meccanismi molecolari associati a funzioni essenziali della cellula e a specifici aspetti dell’espressione fenotipica di un organismo; ii) introduce le discipline omiche evidenziandone obiettivi ed applicazioni; iii) prende in esame metodi e tecnologie del DNA ricombinante; e iv) fa riferimenti a problematiche, obiettivi, e strategie della ricerca scientifica applicata a scienze e biotecnologie agrarie. Il flusso e la dinamica dell'informazione genetica, e il relativo significato biologico, vengono presentati mettendo in risalto relazioni strutturali e funzionali, e la varietà dei sistemi di controllo. Il corso è rivolto a studenti con buone conoscenze di Biochimica Generale e Genetica, e viene proposto al fine di accrescere e perfezionare capacità di analisi e valutazioni critiche che si renderanno necessarie per studi più avanzati nel campo delle biotecnologie.
Testi di riferimento	BIOLOGIA MOLECOLARE (G. Capranico, E. Martegani, G. Musci, G. Raugei, T. Russo, N. Zambrano, V. Zappavigna) – EdiSES (2021) BIOLOGIA MOLECOLARE (Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani) - Zanichelli (2018). Altro materiale didattico (articoli scientifici, immagini, e video disponibili in rete) verranno via via suggeriti dal docente durante il programma di studio. Le illustrazioni presentate in classe verranno inserite sulla piattaforma Unistudium subito dopo le lezioni. Il docente si impegna altresì ad assistere studenti lavoratori, non frequentanti, disabili, e con disturbi specifici dell'apprendimento (DSA) sulla base di specifiche richieste e situazioni.
Obiettivi formativi	i) Acquisizione di conoscenze che possano consentire allo studente di comprendere, integrare, e valutare con capacità critica argomenti, questioni, e problematiche biomolecolari di base. ii) Acquisizione dei principi teorici, inclusi vantaggi e limiti, dei principali metodi analitici e tecnologie più comunemente utilizzate per la ricerca scientifica di base e per rilevanti applicazioni biotecnologiche nel campo delle scienze agrarie. iii) Competenze elaborative e critiche, e un’adeguata proprietà di linguaggio.
Prerequisiti	Per una corretta e adeguata comprensione del programma di studio, è necessario che lo studente abbia acquisito con sufficiente chiarezza principi essenziali di Biochimica e Genetica tra cui, in particolare, i) organizzazione strutturale e funzionale della cellula; ii) struttura di acidi nucleici e proteine; iii) cinetica enzimatica; e iv) principali meccanismi molecolari concernenti bioenergetica, replicazione del DNA, divisione cellulare, trascrizione, e traduzione. Per soddisfare questi requisiti, e sostenere le prove di valutazione, è necessario il superamento degli esami di Botanica, Genetica Agraria, e Biochimica.
Metodi didattici	Lezioni frontali (52 ore) sugli argomenti del programma di studio, con frequenti discussioni interattive su argomenti specifici per chiarimenti ed approfondimenti. Esercitazioni (2-4 ore): generalmente condotte subito dopo la conclusione delle lezioni frontali, consistono in prove scritte di valutazione (quiz a risposta multipla) seguite da opportune spiegazioni e chiarimenti.
Altre informazioni	La frequenza delle lezioni non è obbligatoria, ma viene fortemente consigliata.
Modalità di verifica dell'apprendimento	Esame orale che, a seconda dei casi, potrebbe essere preceduto da una prova scritta di valutazione (15-20 domande a risposta multipla). La prova orale consiste in un colloquio di 45-60 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 a 4-6 domande associabili a risposte brevi e dirette. Le valutazioni terranno conto delle conoscenze acquisite (60%), della capacità di elaborare e integrare argomenti complementari in opportune situazioni contestuali (20%), e della proprietà di linguaggio riferita a criteri di correttezza, chiarezza, adeguatezza, e sintesi (20%).
Programma esteso	Discipline omiche (Genomica, Trascrittomica e Proteomica): concetti essenziali, metodologie e finalità di studio, e applicazioni biotecnologiche nelle Scienze Agrarie. Replicazione del DNA. DNA polimerasi di E.coli e dei mammiferi. Meccanismi di riparazione del DNA. Sequenziamento del DNA: motivazioni e obiettivi scientifici. Metodo di Sanger, e cenni su altre tecnologie di seconda generazione (Pirosequenziamento e tecnologia Illumina). Significato funzionale e diagnostico delle mutazioni puntiformi (SNP). Aplotipi. Generalità su Metagenomica, Genomica comparativa, e Genomica funzionale. Epigenetica. Metilazione del DNA. Caratteristiche strutturali degli acidi nucleici. Amplificazione del DNA: PCR e corrispondenti varianti metodologiche ed applicative (RAPD, RT-PCR, e Mutagenesi sito-diretta). I promotori dei geni. Struttura dei geni nei Procarioti. L’operone del lattosio. Proteine regolatrici. Struttura dei geni negli Eucarioti. Enhancer. Isolatori. Fattori di trascrizione. Organizzazione dei genomi nei Procarioti ed Eucarioti. Sequenze ripetute, DNA satellite, mini- e micro-satelliti, VNTR. DNA non codificante. Pseudogeni. Elementi trasponibili. Superavvolgimento del DNA. Compattamento del DNA batterico. Compattamento del DNA negli Eucarioti: istoni, nucleosomi, e rimodellamento della cromatina. Mutazioni. Proteine: struttura, funzioni, modificazioni post-traduzionali, e degradazione. Elementi essenziali di cinetica enzimatica. Analisi delle proteine: metodi cromatografici, SDS-PAGE, focalizzazione isoelettrica, ed elettroforesi bidimensionale. Metodi immunologici: uso di anticorpi monoclonali e policlonali. ELISA e Western blotting. Cenni sulla Spettrometria di massa. Meccanismo della trascrizione dei geni e della sintesi proteica. Regolazione della trascrizione. Analisi dell'espressione genica: Northern blotting, RT-PCR a tempo reale, DNA microarrays, ed RNA-Seq. Meccanismi di regolazione a livello post-trascrizionale: degradazione e modificazioni dell’mRNA, proteine regolatrici, RNA antisenso, alterazioni del ribosoma, e Riboswitches. RNA di interferenza e impiego degli siRNA in Genomica Funzionale. Sintesi e funzione dei microRNA. Manipolazione del DNA. Enzimi di restrizione. Mappe di restrizione. Vettori di clonaggio (plasmidi, fago lambda, e cromosomi artificiali YAC e BAC). Librerie genomiche e di cDNA. 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. Studio dei promotori dei geni tramite geni reporter. Tecnologia CRISPR-Cas9 e relative applicazioni nelle biotecnologie agrarie.