BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA E MEDICA

Obiettivi formativi

• BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA

  Acquisizione di conoscenze e competenze avanzate di Biologia, Genetica e Genomica Umana nell’ambito della ricerca biotecnologica di base e delle sue applicazioni traslazionali alla Medicina

• GENETICA MEDICA

  Alla fine del corso gli studenti devono essere in grado di:

  Descrivere la struttura del gene e conoscere i principali meccanismi di regolazione dell'espressione genica, i tipi di variazioni genetiche e genomiche del genoma umano e spiegare il loro ruolo nello stato patologico e nella diversità fenotipica. Conoscere i vari metodi d'indagine genetica e genomica sia a livello tecnico che bioinformatico, con particolar riguardo all'analisi delle varianti strutturali genomiche tramite l'uso delle tecniche di microarray a DNA e whole genome sequencing nonché l'uso della whole exome sequencing nell'analisi della parte codificante del genoma. Apprendere l'utilizzo delle tecniche di RNA-seq nello studio dell'espressione genica e la loro utilità nello studio dei modelli complessi. Utilizzare le principali banche dati genomiche, trascrittomiche e di genetica medica. Conoscere le principali applicazioni dell’ingegneria genetica in medicina
  

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

• BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA

  Lezioni frontali tenute dal docente mediante presentazioni in powerpoint.

  Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

• GENETICA MEDICA

  Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche

  Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Prerequisiti richiesti

• BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA

  Pregressa frequenza e superamento degli esami finali di corsi di base di Biologia e Genetica

• GENETICA MEDICA

  Principi di genetica umana e Genetica Medica, basi di statistica e probabilità

Frequenza lezioni

• BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA

  E’ richiesta la frequenza del corso per almeno il 70% delle lezioni per essere ammessi all’esame conclusivo del corso

• GENETICA MEDICA

  almeno il 70% delle lezioni

Contenuti del corso

• BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA

  Il completamento del Progetto Genoma di Homo sapiens e di molti altri organismi e virus ha modificato profondamente le nostre conoscenze sulla loro biologia, nonché l’impostazione e le prospettive degli studi correlati in campo biomedico e delle loro applicazioni biotecnologiche. I progressi delle conoscenze nell’ambito della BioMedicina Molecolare Omica [Genomica (inclusa quella degli RNA non codificanti), Epigenomica, Trascrittomica, Proteomica (incluse le modifiche post-traduzionali delle proteine), Interattomica, Patogenomica Umana], della Biologia Computazionale, della BioInformatica e delle Biotecnologie hanno determinato una importante evoluzione della Biologia, della Genetica e della Genomica Umana. Questa disciplina si propone di consentire agli Studenti di conseguire una visione globale ed unificante della struttura degli organismi, delle cellule che li costituiscono, delle relative funzioni fisiologiche e delle eventuali alterazioni correlate a patologia allo scopo di consentire razionali interventi biotecnologici. Il corso di Biologia, Genetica, Genomica Umanasi basa su una serie di seminari sulle conoscenze più recenti ed avanzate sulla struttura biomolecolare del nostro genoma e del nostro organismo (eg, ruolo biomolecolare degli RNA non codificanti, loro funzione biologica e coinvolgimento in patologia; microvescicole, esosomi, loro cargo molecolare, e corrispondenti funzioni biomolecolari); il corso ha l’obiettivo di consentire una visione unificante della Biologia e della Genetica, poichè queste conoscenze vengono inserite nel contesto della fisiopatologia dell'organismo. La conseguente comprensione dellalogica biologica dovrebbe permettere agli Studenti di comprendere le basi concettuali della BioMedicina Molecolare e le loro applicazioni biotecnologiche di natura medica. Il Corso è caratterizzato dalla peculiarità dell’approccio Top > Down ed è costituito da una serie di seminari su aspetti avanzati della BioMedicina Molecolare, Genomica e dei Sistemi Complessi (quali i progetti Encode, The Human Methylome,The Human Proteome, The Human Interactome), che hanno determinato una importante evoluzione delle nostre conoscenze sulla struttura e sulle funzioni del genoma umano. Verranno descritte le Omiche degli Apparati e Macchinari molecolari delle cellule (Macchinario del Ciclo Cellulare, Apparato di Duplicazione del DNA, Macchinario del Restauro del DNA, Apparato di Trascrizione, Apparato della Sintesi delle Proteine, Apparato per la Sintesi ed il Targeting di Microvescicole ed Esosomi, Macchinario della Trasduzione del Segnale, Macchinario Apoptotico), correlandole con le relative funzioni biologiche e con il coinvolgimento di questi apparati in patologia. L’evoluzione è un tema costante del Corso. Gli Studenti sono stimolati a svolgere un intenso tirocinio in laboratorio per acquisire una appropriata working knowledge sugli argomenti e sulle metodologie sperimentali della BioMedicina molecolare contemporanea e delle Biotecnologie mediche. La Sezione di Biologia e Genetica del Dipartimento di Scienze Biomediche e Biotecnologiche dispone di strumentazione tecnologicamente avanzata per lo svolgimento di ricerche sperimentali in BioMedicinaMolecolare, Cellulare e Computazionale.

  Lezioni

  -La BioMedicina Genomica: Definizione, Origine Storica, Ambiti di Indagine, Prospettive per

  l’Evoluzione della Medicina.

  -La BioMedicina Molecolare dei Sistemi Complessi: importanza dell’approccio Olistico allo

  studio degli organismi e delle cellule - Ostacoli tecnologici alla sua attuazione - Dallo studio

  delle Omiche alla Biologia dell’organismoe delle sue cellule.

  -I Progetti Genoma e l’approccio del Gene Candidato per l’analisi del fenotipo e della

  funzione dei geni.

  -La regolazione dell'espressione dei singoli geni e del genoma.

  -Metodologie avanzate High Throughput (incluse le tecnologie biotecnologiche) per lo studio di

  struttura e funzioni cellulari.

  -La Polymerase Chain Reaction e le sue applicazioni sperimentali.

  -Tecnologie per la modifica della struttura del genoma e del trascrittoma (eg, CRISPR).

  -Biologia Computazionale e BioInformatica.

  -Apparati e Macchinari Cellulari: struttura genomica e molecolare, evoluzione epatologie

  correlate (il Macchinario del Ciclo Cellulare, L’Apparato di Duplicazione del DNA,

  L’Apparato di Trascrizione, Il Macchinario della Sintesi delle Proteine, l’Apparato per la Sintesi

  ed il Targeting di Microvescicole ed Esosomi, l’Apparato della Trasduzione del Segnale, Il

  Macchinario Apoptotico).

  -Una nuova visione del genoma: ruolo critico degli RNA non Codificanti (ncRNAs) nella

  regolazione dell’espressione e loro coinvolgimento in patologia genetica.

  -Il progetto Encode.

  -Il progetto The Human Proteome.

  -Il progetto The Human Methylome.

  -Il progetto The Human Interactome.

  -Networks biologiche: complessita', metodi di analisi, applicazioni sperimentali.

  -Cellule staminali: Biologia, Biotecnologia, applicazioni terapeutiche.

  -Biodiritto e Bioetica: Legislazione e Filosofia Morale.

• GENETICA MEDICA

  Struttura del gene e regolazione dell’espressione genica Geni codificanti e non codificanti Promotori, enhancers e fattori di trascrizione Principi di epigenetica Splicing alternativi Trascritti non codificanti e antisenso RNA interference Struttura del genoma Il genoma 3D Banche dati genomiche 2.Tecniche di analisi whole genome e di espressione Microarray a DNA Tecniche Genome wide association nelle malattie complesse Techniche NGS Whole exome sequencing Whole genome sequencing Bioinformatica dell’analisi di dati NGS Analisi del trascrittoma tramite RNA-seq 3.Ingegneria genetica in medicina Topi transgenici e topi knock-out Gene targeting e mutagenesi condizionale Il sistema CRISPR/Cas9 Applicazioni in terapia genica

Testi di riferimento

• BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA

  Biologia Molecolare della Cellula, Lodish e coll, Ed Zanichelli

  Biologia molecolare della cellula, Alberts e coll, Ed Zanichelli

  Biologia e Genetica, De Leo, Fasano, Ginelli, Ed Edises

  Genetica in Medicina, Thompson e Thompson, Ed Idelson Gnocchi

  Genetica umana molecolare,Strachan e Read, Ed Utet.

• GENETICA MEDICA

  Genetica Umana e Medica (Neri, Genuardi), seconda edizione, Elsevier

  Medical Genetics (Jorde, Carey, Bamshad) fifth edition, Elsevier

  RNA-seq Data Analysis: A Practical Approach CRC press

  Computational exome and genome analysis

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA

  Scritti, orali, presentazione di powerpoints.

  La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

• GENETICA MEDICA

  Esame orale

  La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
  
  Learning assessment may also be carried out on line, should the conditions require it.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

• BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA

  La Polymerase Chain Reaction: logica molecolare e possibili applicazioni traslazionali.

  La tecnologia CRISPR per la modifica del genoma: logica molecolare e possibili applicazioni traslazionali

• GENETICA MEDICA

  -Regolazione dell'espressione genica

  - I topological associated domains (TAD).

  - Signature in whole genome sequence delle inversioni genomiche

  - Prioritizazzione delle varianti candidate

  - Geni non codificanti

  - Malattie da difetti dell'imprinting

  - Principio degli studi genome wide association

  - Incidental findings nella refertazione WES

  - Metodi di variant calling

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