BIOCHIMICA APPLICATA
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2017/2018
- Docente
- ROBERTO GAMBARI
- Crediti formativi
- 9
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- BIO/10
Obiettivi formativi
- L'obiettivo del corso è di trasmettere agli studenti le conoscenze (il sapere) sulle tecnologie biomolecolari alla base dell'ingegneria genetica e della produzione di DNA ricombinante. Un secondo obiettivo formativo è descrivere tecniche biochimiche e biologico-molecolari per lo studio dell'espressione genica. Un terzo obiettivo è descrivere il meccanismo d'azione di farmaci di tipo biotecnologico basati su molecole di DNA.
Le abilità (il saper fare) che saranno trasmesse allo studente riguardano la capacità di eseguire esperimenti di base di biologia cellulare applicata, di biochimica e biologia molecolare degli acidi nucleici e di macromolecole di interesse biotecnologico. Capacità di coltivare l'aggiornamento sullo sviluppo di nuovi approcci terapeutici.
METODOLOGIE PER L’INSEGNAMENTO DELLA BIOCHIMICA E BIOCHIMICA APPLICATA
A. Discussione critica delle principali metodologie per la costruzione di percorsi didattici in campo biochimico basati su un approccio sperimentale di laboratorio e/o sull'osservazione dei fenomeni naturali e non sull'apprendimento mnemonico e passivo dei concetti base.
B. Le scoperte fondamentali nel campo della biochimica, genetica applicata, ingegneria genetica e biologia molecolare.
C. Metodologie e tecnologie didattiche per lo studio della biochimica e biochimica applicata in rapporto con la società attuale, con particolare riferimento all’ambiente, alla salute e alle biotecnologie.
D. Studio dei processi di insegnamento e apprendimento della biochimica applicata mediante strumenti e tecnologie digitali, anche basate sull’e-learning e sulla condivisione di piattaforme multimediali.
D. I livelli di disseminazione e divulgazione degli argomenti attinenti alla biochimica applicata.
E. Metodologie didattiche per il potenziamento del linguaggio e il consolidamento delle competenze lessicali specifiche. Prerequisiti
- Argomenti propedeutici: struttura e funzione delle proteine, del DNA e dell'RNA; replicazione del DNA; trascrizione; splicing; traduzione, sintesi proteica.
Contenuti del corso
- 1. TECNOLOGIE BIOCHIMICHE APPLICATE ALLO STUDIO DELL'ESPRESSIONE GENICA (12 ore)
A. Isolamento ed analisi di acidi nucleici; tecniche elettroforetiche (gel di poliacrilamide; gel di agarosio).
B. Isolamento di mRNA: centrifugazione su gradiente di saccarosio e cromatografia su oligo-dT cellulosa.
C. Sistemi acellulari di sintesi proteica.
D. Produzione di sonde molecolari radiomarcate
2. DNA RICOMBINANTE E INGEGNERIA GENETICA (12 ore)
A. Il fenomeno restrizione
B. Gli enzimi di restrizione
C. Riassociazione intramolecolare e intermolecolare
D. Vettori del DNA ricombinante
E. Produzione di genoteche e cDNA teche.
F. Screening di genoteche o cDNA teche
G. Sequenziamento del DNA ricombinante clonato
3. TECNOLOGIE BIOMOLECOLARI APPLICATE ALLO STUDIO DELLA STRUTTURA DEL GENOMA E DELL'ESPRESSIONE GENICA (10 ore)
A. Southern blotting
B. Northern blotting
C. Le basi molecolari della reazione PCR
D. Caratterizzazione dell'amplificato
E. Applicazioni della PCR alla diagnostica molecolare
F. RT-PCR
4. TECNOLOGIE BIOMOLECOLARI APPLICATE ALLO STUDIO DELLA REGOLAZIONE TRASCRIZIONALE DELL'ESPRESSIONE GENICA (8 ore)
A. Caratterizzazione di interazioni DNA-proteine (EMSA)
B. La tecnica di "DNasi-footprinting"
C. Il saggio CAT
5. APPLICAZIONI BIOTECNOLOGICHE DEGLI OLIGONUCLEOTIDI SINTETICI (6 ore)
A. RNA antisenso
B. Oligodesossiribonucleotidi antisenso
C. DNA decoy e oligonucleotidi dumbell.
D. Oligonucleotidi formanti tripla elica (TFO)
E. Terapia antitumorale e antivirale con oligonucleotide sintetici.
F. Terapia genica.
6. DIAGNOSTICA MOLECOLARE E TERAPIA SPERIMENTALE: PATOLOGIE NEOPLASTICHE ED INFEZIONI VIRALI (6 ore)
A. Il fenomeno cancro: la trasformazione neoplastica.
B. Oncogeni virali e oncogeni cellulari
C. Localizzazione cromosomica degli oncogeni (proto-oncogeni).
D. Isolamento di sequenze trasformanti: la tecnica di Weinberg.
E. La cellula neoplastica come cellula autocrina; funzione delle oncoproteine: fattori di crescita, recettori per fattori di crescita, protein-kinasi, proteine G, fattori di trascrizione.
F. Attivazione degli oncogeni
G. Basi biochimiche del processo metastatico: adesione, proteolisi locale, fattori di motilità, invasione. Effetto di anticorpi monoclonali contro proteine coinvolte nel processo metastatico.
7. DIAGNOSTICA MOLECOLARE E TERAPIA SPERIMENTALE: LA TALASSEMIA (6 ore)
A. Le emoglobine umane: controllo dell'espressione durante lo sviluppo embrionale e fetale. I geni per le globine umane: localizzazione cromosomica e struttura.
B. Le basi molecolari delle talassemie
C. La talassemia di tipo beta e di tipo alfa
D. L'esperimento di Kan.
8. GLI ORGANISMI TRANSGENICI (4 ore)
A. Gli animali transgenici: tecniche per la produzione di topi transgenici
B. Animali transgenici nella produzione di farmaci
C. Animali trasgenici come modelli sperimentali di patologie: l'onco-mouse
D. Animali transgenici per lo studio della talassemia
9. ESPRESSIONE DELLE MOLECOLE DI DNA CLONATE IN BATTERI (4 ore)
A. Parametri molecolari che condizionano l'espressione di sequenze di DNA clonate in batteri
B. Promotore e RBS (ribosome binding site). Utilità dell'enzima Bal31
C. Vettori ATG
10. CELLULE STAMINALI EMBRIONALI IN TERAPIA RIGENERATIVA (4 ore)
A. Caratteristiche biologiche delle cellule staminali; isolamento delle cellule staminali; utilizzo delle cellule staminali.
B. Cellule staminali embrionali
C. La clonazione di mammiferi
Laboratorio (12 ore):
Gli studenti impareranno ad usare le pipette quali strumento di laboratorio, ed affronteranno i diversi step sperimentali volti all'analisi dell'espressione di un gene specifico, attraverso le tecniche di estrazione dell'RNA, la sua quantificazione (spettrofotometro e strumento DeNovix), l'analisi qualitativa dell'RNA mediante elettroforesi su gel d'agarosio; la produzione di cDNA mediante retro-trascrizione ed, infine, la quantificazione di uno specifico trascritto di mRNA per PCR quantitativa. Metodi didattici
- Il corso è organizzato con lezioni in aula (64 ore) sugli argomenti del programma e con esercitazioni guidate in laboratorio (12 ore). L’obiettivo del corso non è solo insegnare allo studente le basi culturali del corso, ma anche insegnare il “saper fare” attraverso lezioni di laboratorio e lezioni frontali che, utilizzando anche video come materiale didattico, consentono di avere la percezione visiva degli esperimenti che vengono eseguiti in studi di biochimica e biologia molecolare applicate allo sviluppo di nuovi farmaci e approcci terapeutici.
Parte di laboratorio:
Per i laboratori gli studenti vengono divisi in turni (circa 24 studenti per turno), lavoreranno singolarmente, mentre per l’analisi dei dati il confronto potrà avvenire a coppie. Le lezioni pratiche di laboratorio saranno svolte in 3 giorni ed avranno una durata di 4 ore ciascuna, durante le quali gli studenti avranno la possibilità di lavorare da soli o in coppia sulle seguenti metodiche: estrazione di RNA, quantificazione, analisi su gel d’agarosio, reazione di retro-trascrizione, reazione di PCR quantitativa ed elaborazione dei dati.
Parte riguardante il progetto FIT:
La discussione critica delle principali metodologie per la costruzione di percorsi didattici in campo biochimico sarà basata su un approccio sperimentale di laboratorio e/o sull'osservazione dei fenomeni naturali e non sull'apprendimento mnemonico e passivo dei concetti base. Questa parte sarà svolta in presenza con l’ausilio di piattaforme multimediali. Modalità di verifica dell'apprendimento
- Esame orale. L’obiettivo della prova d’esame orale consiste nel verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma del corso e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente nell’affrontare tematiche relative alla biochimica e biologia molecolare applicate. Generalmente allo studente vengono presentate dai docenti tre domande; per ottenere la sufficienza è necessario rispondere in maniera esauriente a tutte le domande. Per ogni domanda vengono attribuiti 10/30. La prova orale si potrebbe anche concludere alla prima domanda, nel caso la commissione verifichi una grave carenza su argomenti fondamentali del corso. La valutazione complessiva viene espressa in trentesimi (voto minimo 18).
Testi di riferimento
- Watson J, Gilman M, Witkowski J e Zoller M., DNA RICOMBINANTE, Zanichelli
Gibson G. e Muse SV, INTRODUZIONE ALLA GENOMICA, Zanichelli
Cooper GM e Hausman RE, LA CELLULA, BIOLOGIA MOLECOLARE, PICCIN
