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Valeria MARIGO
Professore Ordinario
Dipartimento di Scienze della Vita sede ex-Scienze Biomediche
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Insegnamento: Biologia molecolare e laboratorio
Biotecnologie (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
L’insegnamento riguarda le strutture, sintesi e funzioni delle macromolecole biologiche: DNA, RNA e proteine. Al termine dell’insegnamento lo studente avrà acquisito le conoscenze sui meccanismi sottesi ai processi di replicazione del DNA, trascrizione del DNA e sintesi delle proteine comprese le capacità pratiche per l’amplificazione e clonaggio di geni.
Prerequisiti
Costituiscono dei prerequisiti per la comprensione degli argomenti trattati nell’insegnamento: conoscenze di chimica organica (gruppi funzionali) e genetica (trasmissione dei caratteri, ricombinazione omologa).
Programma del corso
La divisione dei contenuti per CFU è da intendere come puramente indicativa. Essa può subire modifiche nel corso dell’insegnamento in base all’interazione con gli studenti e le studentesse.
CFU1 (8 ore): Cenni storici. Struttura delle proteine. Struttura dei nucleotidi, del DNA e della cromatina. Topoisomerasi.
CFU2 (8 ore): Replicazione. DNA polimerasi. Primasi. Ligasi. Elicasi. Sliding clamp. Origini di replicazione in procarioti e eucarioti. Telomeri e telomerasi. PCR e sequenziamento. Progettazione di primer. Restrizione del DNA.
CFU3 (8 ore): Clonaggio genico e trasformazione del DNA plasmidico in procarioti. Riparazione dei mismatch del DNA. Danni alle basi e riparazione diretta o mediante escissione di basi o di nucleotidi. Correzione di danni DSB mediante NHEJ o HR.
CFU4 (8 ore): Modificazione genoma mediante HR. Endonucleasi di restrizione, plasmidi di clonaggio. Ricombinasi e integrasi dei fagi, Cre-loxP. Meccanismi di Ser o Tyr ricombinasi. Trasposoni a DNA, retrotrasposoni, LINE e SINE. Meccanismi di trasposizione non replicativa o replicativa. Ricombinazione somatica per immunoglobuline.
CFU5 (8 ore): Promotori procariotici e trascrizione. Trascrizione negli eucarioti: RNA pol II, I e III. Modificazioni del pre-mRNA con CAP e polyA. Meccanismi di splicing, splicing alternativo e RNA editing. Northern blotting, RT-PCR, Real-time e TaqMan PCR, in situ hybridization.
CFU6 (8 ore): Codice genetico, tRNA, aa-tRNA sintetasi. rRNA, struttura del ribosoma. Sintesi proteica. Regolazioni post-traduzionali. Produzione di proteine in batteri o eucarioti. Marcatura genetica di proteine con tag. Two-hybrid system. Pianificazione di clonaggio per espressione di proteine in cellule procariotiche o eucariotiche.
CFU7 (8 ore): La regolazione dell’operone Lac o MerT o con sigma 54. Regolazione espressione genica nel fago lambda. Enhancer e silencer in promotori eucariotici. TF, sequenza consenso per TF e domini di legame al DNA. Analisi promotori, EMSA, chIP. HAT, HDAC, HMT, HDM.
CFU8 (8 ore): Bromodominio e cromodominio. SAGA e CBP/p300. SIN3 e NCor. HP1. SWI/SNF. CpG islands e SP1. Regolazione della trascrizione nei cluster genici. Eterocromatina e lncRNA. Meccanismi epigenetici, imprinting. Inattivazione del crom X.
CFU9 (8 ore): CRISPR, sRNA e riboswitch. Genome editing. miRNA, siRNA. RNA interference. Analisi genomica e banche dati, generazione di genoteche, analisi polimorfismi.
CFU10 (8 ore): Laboratorio: norme di sicurezza (sono richieste le certificazioni SICURMORE), analisi dei protocolli sperimentali, purificazione DNA plasmidico, amplificazione del DNA mediante PCR, digestione con enzimi di restrizione, analisi del DNA su gel di agarosio. Analisi critica dei risultati ottenuti.
Metodi didattici
L’insegnamento viene erogato mediante lezioni frontali in presenza che prevedono l’utilizzo di un approccio interattivo. Le lezioni vengono svolte con l’ausilio di diapositive e video, che permetteranno allo studente di comprendere la struttura del DNA e proteine e i relativi meccanismi molecolari. Durante le lezioni verranno presentate e discusse le molecole biologiche alla base dell’espressione genica nelle cellule con l’ausilio di filmati con la visualizzazione delle molecole e animazioni che ne mostrano la dinamica interazione. L’esperienza pratica di laboratorio o a posto singolo o a gruppi di due studenti, in base alla numerosità della classe, permetterà di acquisire le conoscenze su come si lavora in un laboratorio di biologia molecolare.
L’insegnamento è erogato in lingua italiana. Come definito dal regolamento del CdS, la frequenza alle lezioni non è obbligatoria.
Testi di riferimento
Testo di riferimento:
J.D. Watson, T.A. Baker, S.P. Bell, A. Gann, M. Levine, R. Losick. Biologia Molecolare del gene (8° ed); Zanichelli, 2022
Materiale fornito dal docente, nel rispetto dei diritti d’autore, per l’approfondimento di argomenti specifici.
Testi alternativi:
G. Capranico, E. Martegani, G. Musci, G. Raugei, T. Russo, N. Zambrano, V. Zappavigna. Biologia Molecolare (2° ed); EdiSES, 2021.
B. Lewin, J. E. Krebs, E. S. Goldstein, S. T. Kilpatrick. Il gene X; Zanichelli, 2012
J. Iwasa, W. Marshall. Biologia Cellulare e Molecolare di Karp: concetti ed esperimenti (VI Ed); EdiSES, 2021
Per consultazione ed approfondimenti:
Primrose S., Twyman R., Old B. Ingegneria genetica principi e tecniche. Zanichelli, 2004.
Dale J., von Schantz M., Plant N. Dai geni ai genomi (principi e applicazioni della tecnologia del DNA ricombinante) (III ed) EdiSES, 2013.
Verifica dell'apprendimento
L’apprendimento da parte degli studenti verrà valutato con un esame scritto a risposta multipla della durata di 45 minuti (30 domande, 1 punto per ogni domanda esatta, 0 punti per ogni domanda sbagliata o saltata) seguito da un esame orale, subito a seguire la prova scritta, per coloro che hanno ottenuto almeno 20 punti nell’esame scritto, il cui esito è comunicato al momento dell’orale. Durante l’esame orale (circa 10 minuti), consistente in un colloquio semi-strutturato con una o due domande, lo studente sarà anche valutato sulle sue capacità di esporre i temi della biologia molecolare e applicare le conoscenze acquisite nell’ambito biotecnologico. Gli appelli d’esame si svolgono nell’arco del calendario didattico dell’offerta formativa e per ogni appello lo/a studente/studentessa che intenda sostenerlo dovrà iscriversi utilizzando la piattaforma dedicata su Esse3. Non sono previste valutazioni intermedie. La valutazione è espressa in trentesimi. L’esame si considera superato con un punteggio minimo non inferiore a 18/30. Per superare la prova, lo studente deve dimostrare di avere acquisito capacità critica sugli acidi nucleici e proteine e sui meccanismi molecolari.
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione:
Tramite lezioni in aula, letture guidate, esperienza pratica e discussioni collegiali lo studente acquisirà la capacità di comprendere le basi molecolari della conservazione e dell'espressione dell'informazione genica, ivi comprese le tecniche di analisi.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Lo studente acquisirà la capacità di applicare le conoscenze acquisite per discutere e applicare i principi e le tecniche della biologia molecolare per l'analisi di materiale biologico.
Autonomia di giudizio:
Tramite le lezioni lo studente acquisirà la capacità di analizzare e formulare giudizi autonomi connessi alle applicazioni e allo sfruttamento di prodotti e procedure sviluppati per via biotecnologica basata sulla biologia molecolare.
Capacità comunicative:
Lo studente acquisirà la capacità di comunicare in modo chiaro e privo di ambiguità le proprie valutazioni, osservazioni e conclusioni, nonché le conoscenze e la ratio ad esse sottese a colleghi.
Capacità di apprendimento:
Le attività descritte forniranno allo studente la capacità utilizzare in autonomia e in modo adeguato le conoscenze acquisite per l'aggiornamento continuo delle proprie conoscenze e competenze, compresa una efficace metodologia di studio, tale da consentire l'ulteriore formazione universitaria, avendo peraltro presenti le competenze richieste da un eventuale inserimento in attività professionali al termine del percorso triennale.