Università degli Studi di Milano Nuova Laurea Triennale in BIOTECNOLOGIA Anno Accademico 2014/2015 Il Curriculum biologico-industriale Bozza 23 Giugno 2014 Organizzazione del Corso di laurea Il Corso è articolato in un periodo comune, della durata di tre semestri, in cui gli studenti acquisiscono le competenze di base molecolari, cellulari e metodologiche fondamentali per gli approfondimenti successivi. Nei tre semestri successivi, lo studente segue diversi curricula per approfondire alcuni aspetti propri delle quattro branche principali delle biotecnologie con quindi: (a) curriculum agroambientale-alimentare, (b) curriculum biologico-industriale, (c ) curriculum farmaceutico (d) curriculum veterinario che hanno come obiettivo quello di offrire agli studenti la possibilità di scegliere il percorso più rispondente alla loro formazione, anche professionalizzante, nei diversi settori delle Biotecnologie. Il curriculum agroambientale e alimentare si concentra sugli organismi vegetali, microbici e sull’impiego di enzimi in campo agroambientale e alimentare; il laureato avrà conoscenze di base sulla fisiologia, biochimica, genetica e biologia molecolare relative allo sviluppo, riproduzione e miglioramento genetico delle piante d’interesse alimentare e non alimentare; inoltre, la formazione includerà competenze relative ai processi di trasformazione dei prodotti vegetali non alimentari, al monitoraggio, alla diagnostica fitopatologica, alla conservazione e al ripristino della qualità dell’ambiente agrario attraverso l’uso di piante e di microrganismi. Particolare attenzione sarà rivolta all’impiego di tecniche molecolari nella produzione vegetale, con enfasi sull’uso di biotecnologie nella propagazione, coltivazione e protezione, miglioramento genetico e selezione di colture in relazione all’ambiente. Il laureato avrà familiarità con la selezione di vegetali e microrganismi per il miglioramento della qualità del prodotto alimentare dal punto di vista nutrizionale e dei prodotti destinati ad uso “non food”, con particolare attenzione alla produzione di molecole ad alto valore aggiunto e della qualità sviluppo di tecniche per colture cellulari. Il curriculum biologico-industriale si concentra sull’uso di organismi eucarioti e procarioti, cellule e macromolecole biologiche (proteine (enzimi) e acidi nucleici naturali ed ingegnerizzati) per lo sviluppo e la messa a punto di processi e prodotti di interesse delle industrie chimica (intermedi), farmaceutica, diagnostica, alimentare, della cura della persona, della produzione di biocarburanti da energie rinnovabili, della salvaguardia dell’ambiente (inclusi interventi di rilevazione del rischio ambientale e di biorisanamento e la rimozione e riconversione di rifiuti delle attività umane). Il laureato sarà quindi familiare con le tecniche avanzate della biologia cellulare, molecolare, genetica, chimica e biochimica necessarie. Particolarmente importante sarà l’approfondimento dell’uso degli strumenti della bioinformatica, per l’analisi di dati di genomica, trascrittomica e proteomica, e delle tecniche di biologia computazionale e di modellistica molecolare. Lo studente acquisirà, quindi, anche tutti gli strumenti e le conoscenze di base per svolgere anche compiti di coordinamento tecnico di gruppi di ricerca biotecnologica, servizi di supporto alla ricerca biomedica oltre che compiti nell’ambito dell’informazione tecnico-scientifica e del marketing industriale. Il curriculum farmaceutico ha lo scopo di formare dei laureati competenti nelle metodologie di progettazione, produzione, saggio e sviluppo di farmaci biotecnologici, nonché nell’informazione e monitoraggio clinico degli stessi. I laureati avranno modo di acquisire competenze operative e applicative che permettano loro lo svolgimento di funzioni quali: analisi e sperimentazioni biotecnologiche, produzione di medicinali biotecnologici, produzione di vettori e sistemi ingegnerizzati per la produzione di farmaci, screening di farmaci e prodotti biotecnologici, ricerche su banche dati biotecnologiche, coordinamento tecnico di gruppi di ricerca biotecnologica, messa a punto di sistemi biotecnologici per studi farmaco-tossicologici e di contaminazione ambientale. Verranno fornite informazioni e competenze per poter contribuire allo sviluppo di test diagnostici, controllo di qualità, marketing industriale, applicazione di tecniche biotecnologiche come servizio di supporto alla ricerca biomedica, brevettazione di prodotti biotecnologici, informazione tecnico-scientifica, monitoraggio clinico di farmaci biotecnologici. Il curriculum veterinario consentirà allo studente di acquisire conoscenze relative allo sviluppo e alla struttura di organi e apparati, alla fisiologia animale, alla riproduzione assistita ed alla immunologia e microbiologia veterinaria. Inoltre gli studenti acquisiranno competenze teorico-pratiche nell’area della patologia animale, delle Bozza 23 Giugno 2014 malattie infettive e parassitarie, delle zoonosi, della farmacologia e tossicologia veterinaria, della nutrizione animale e della sicurezza alimentare, del miglioramento genetico degli animali e della conservazione della biodiversità, dello sviluppo ed utilizzo di modelli animali per studi biomedici e degli aspetti normativi connessi ai settori di interesse delle biotecnologie veterinarie. Il laureato sarà quindi familiare con le tecniche di diagnostica delle malattie degli animali e di controllo della qualità e sicurezza degli alimenti. Particolare attenzione sarà rivolta all’apprendimento di tecniche di coltura cellulare, di manipolazione e crioconservazione di gameti ed embrioni degli animali domestici. Bozza 23 Giugno 2014 Il Curriculum biologico-industriale Secondo anno Biologia cellulare e funzionale delle piante Prof. Fabio Fornara Dipartimento di Bioscienze e-mail: [email protected] Prof.ssa Simona Masiero Dipartimento di Bioscienze e-mail: [email protected] Prof. Piero Morandini Dipartimento di Bioscienze e-mail: [email protected] CFU 8 (di cui 1 CFU di esercitazione) Obiettivi Introdurre gli studenti alla struttura e alla fisiologia degli organismi vegetali in una prospettiva biotecnologica. Programma Biologia vegetale/strutturale La cellula vegetale Il vacuolo e i metaboliti secondari La parete e i suoi derivati I plastidi Osmosi e turgore (in relazione a vacuolo e parete) Apoplasto e simplasto, ruolo dei plasmodesmi Cenni sul potenziale idrico Elementi di istologia vegetale L’anatomia delle angiosperme: fusto, foglie, radici, fiore. La riproduzione sessuale e asessuale nelle piante Alternanza di generazioni Sviluppo del seme (elementi di sviluppo) e valore alimentare (amido, lipidi, proteine) Propagazione vegetativa [e Apomissia] Elementi di sistematica Monocot, dicot e principali gruppi (riprendendo l’alternanza di generazioni) Gli ormoni (I): auxina e citochinina e la crescita della pianta Fotomorfogenesi (recettori, spettri d’azione) Fototropismi e gravitropismi [Fioritura: fotoperiodo e vernalizzazione] Colture in vitro (organogenesi ed embriogenesi somatica) Fisiologia vegetale Gli ormoni (II) Auxina e meccanismo di azione sulla parete altri ormoni vegetali: gibberelline, etilene, citochinine e brassinosteroidi Bozza 23 Giugno 2014 Principi fisici del trasporto a livello cellulare, Trasporto a livello cellulare, equazione di Nernst Pompe, canali e trasportatori. Trasporto attivo e passivo La teoria tensione-adesione-coesione e la traspirazione Fotosintesi Struttura dell’apparato fotosintetico, schema Z e sintesi di ATP e NADPH. Ciclo di Calvin e ciclo fotorespiratorio; cicli C4 e CAM. Respirazione e lipidi Apertura degli stomi e ruolo dell’ABA Sintesi di amido e di saccarosio Assorbimento e trasporto dei nutrienti Assorbimento e assimilazione dell’azoto Assorbimento dei minerali Trasporto a lunga distanza (floema e xilema). Esercitazione (1 credito: Le esercitazioni verteranno su metodi e materiali vegetali trattati nel corso. Materiale di riferimento Da definire per la parte di Biologia vegetale/strutturale Per la parte di Fisiologia vegetale: AAVV. (2012) Elementi di fisiologia vegetale (a cura di Nicoletta Rascio) Prerequisiti e modalità d'esame Biologia Generale e Cellulare, Chimica Generale e Inorganica, Chimica Organica Esame scritto Metodi Didattici Modalità di frequenza: obbligatoria;; Modalità di erogazione: tradizionale. Lingua di insegnamento: Italiano Pagina web: Comunicata ad inizio corso Biotecnologie cellulari animali Prof.ssa Isabella Dalle Donne Dipartimento di Bioscienze e-mail: [email protected] CFU 6 Obiettivi Fornire allo studente le conoscenze di base sull’utilizzo delle colture di cellule di mammifero. Programma Metodi di studio delle cellule e dei tessuti. Differenziamento cellulare: cellule staminali e tessuti adulti. Colture cellulari animali e loro applicazioni. Localizzazione subcellulare di macromolecole. Frazionamento dei componenti cellulari. Isolamento, frazionamento ed analisi delle proteine. Morte cellulare: caratteristiche morfologiche, biochimiche e funzionali; metodi per rilevarla nelle colture cellulari. Colture di cellule staminali; applicazioni e prospettive. Ingegneria tissutale. Bozza 23 Giugno 2014 Materiale di riferimento sito Ariel del docente; eventuali testi consigliati da definire. Prerequisiti e modalità d'esame Biologia generale e cellulare. Esame scritto, con domande aperte su tutti gli argomenti svolti durante il corso. Metodi Didattici Modalità di frequenza: obbligatoria; modalità di erogazione: tradizionale. Lingua di insegnamento Italiano Pagina web http://ariel.unimi.it Biotecnologie delle fermentazioni Prof.ssa Concetta Compagno Dipartimento di Scienze degli alimenti, della nutrizione e dell’ambiente e-mail: [email protected] CFU: 6 Obiettivi Il corso si propone l'acquisizione da parte degli studenti di conoscenze circa le principali tecnologie associate ai processi fermentativi e di produzione biotecnologica. Il corso comprende anche una parte di esercitazioni pratiche il laboratorio su tematiche inerenti. Programma Microorganismi di interesse industriale: miglioramento genetico e conservazione Tecnologie di coltivazione dei microorganismi: configurazione dei bioreattori, allestimento dei terreni colturali per fermentazioni industriali Tecniche fermentative: coltura batch , coltura continua coltura in fed-batch. Cellule ed enzimi immobilizzati Monitoraggio e controllo del processo: parametri aggregati e segregati Processi biotecnologici per la produzione di metaboliti di interesse industriale: produzione di etanolo, acetone e butanolo Fermentazione lattica Produzione di amminoacidi, acido glutammico, lisina, Produzione di antibiotici Esercitazioni in laboratorio Allestimento e analisi di colture in batch, dosaggi enzimatici di nutrienti e prodotti Produzione di metaboliti intra e extracellulari con microrganismi Dosaggio di enzimi di interesse industriale Materiale di riferimento Biotecnologie Microbiche, Casa Editrice Ambrosiana Biotecnologie di base, Zanichelli Bozza 23 Giugno 2014 Prerequisiti e modalità d'esame Esame scritto Metodi Didattici Modalità di frequenza: obbligatoria; modalità di erogazione: tradizionale. Lingua di insegnamento Italiano Metodi chimici per le biotecnologie Docente di riferimento: Prof. Giuseppe Cappelletti Dipartimento di Chimica e-mail: [email protected] Docente di riferimento: Potenza Donatella Dipartimento di Chimica e-mail: [email protected] CFU 8 (5 CFU lezioni frontali, 1.5 CFU esercitazioni, 1.5 CFU laboratorio) Obiettivi Introdurre i concetti fondamentali di termodinamica e cinetica chimica utili allo studio di processi e reazioni di interesse biologico. Una parte del corso, opportunamente corredata da esercitazioni pratiche in laboratorio, è dedicata all'acquisizione di competenze relative alle più comuni tecniche analitiche di base e strumentali (elettroanalitiche, spettroscopiche, cromatografiche, NMR e massa). Programma Elementi di Chimica Fisica Fondamenti: Teoria cinetica dei gas. Equazione di stato dei gas perfetti. Termodinamica chimica: il primo principio (conservazione dell’energia). Energia interna ed entalpia. Cicli termodinamici. Secondo principio ed entropia. Variazioni entropiche nel sistema e nell’ambiente. Il carattere spontaneo delle reazioni chimiche. Energia di Gibbs e sua variazione. Il potenziale chimico. Le soluzioni ideali. Equilibrio di reazione: Fondamenti termodinamici. La risposta degli equilibri alle condizioni: l’effetto della pressione e della temperatura. Cinetica chimica: la velocità di reazione, sua definizione e misura. Leggi cinetiche, costanti (coefficienti) di velocità e ordini di reazione. Metodi per la determinazione della legge cinetica. Reazioni di ordine zero, uno e due. La dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura. L’equazione di Arrhenius. Interpretazione dei parametri di Arrhenius. Termodinamica e cinetica del folding di proteine. Laboratorio di tecniche analitiche Principi analitici di base. Titolazioni. Tecniche elettroanalitiche conduttimetriche. Tecniche elettroanalitiche potenziometriche e pH-metria. Tecniche spettroscopiche (UV-vis, fluorimetria, polarimetria, IR). Tecniche di separazione cromatografica (TLC, GC, HPLC) Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) Fenomeno della risonanza, parametri spettrali: lo spostamento chimico e le costanti di accoppiamento, esperimenti mono dimensionali del protone, effetto Overhauser: cenni alla teoria, esempi ed applicazioni. Spettrometria di massa Strumentazione e registrazione degli spettri, metodi di ionizzazione, principali reazioni di frammentazione di composti organici, esempi ed applicazioni. Materiale di riferimento P.W. Atkins, Physical Chemistry, una qualunque edizione. S. P.J. Higson, Analytical Chemistry, Oxford University Press Bozza 23 Giugno 2014 M. Hesse, H. Meier, B. Zeeh "Metodi Spettroscopici in Chimica Organica" Edizioni EdiSES R. Silverstein, F. Webster, D. Kiemle “Identificazione spettrometrica di composti organici” Casa Editrice Ambrosiana Prerequisiti e modalità d'esame La prova scritta di esame consiste in una serie di domande (alcune aperte, altre a risposta multipla) e di esercizi. Le domande coprono l'intera materia del corso. Tempo disponibile: due ore. Metodi Didattici Modalità di frequenza: obbligatoria; modalità di erogazione: tradizionale. Lingua di insegnamento italiano Pagina web http://users.unimi.it/interfasi Terzo anno Bioinformatica e biostatistica Docente di riferimento: Prof. Giulio Pavesi Dipartimento di Bioscienze e-mail: [email protected] CFU 9 (7 CFU di lezioni frontali, 2 CFU esercitazioni al PC in aula calcolo) Obiettivi Il corso si propone di fornire allo studente le conoscenze di base teoriche e pratiche degli strumenti e delle metodologie di analisi bioinformatica più comuni. Inoltre, introdurre lo studente ai concetti fondamentali di calcolo combinatorio, calcolo delle probabilità, statistica normalmente utilizzati nella ricerca biomolecolare e biomedica moderna, e alla loro applicazione a semplici casi di studio reali. Il corso prevede lezioni frontali in aula ed esercitazioni pratiche al PC in aula calcolo. Programma Bioinformatica - Lezioni frontali (4 CFU) 1. I “dati” biologici: sequenziamento di acidi nucleici, sequenze e strutture proteiche 2. Introduzione alle banche dati biologiche 3. I browser genomici 4. Annotazione bioinformatica di geni e identificazione di splicing alternativi 5. Misurare la similarità tra sequenze: allineamenti globali, locali e multipli 6. Evuluzione molecolare, omologia, paralogia, ortologia e sintenia 7. Ricerche in banche dati per similarità: BLAST 8. Annotazione funzionale di geni e gene ontology 9. Metodi bioinformatici per l’analisi della regolazione dell’espressione genica 10. Introduzione al sequenziamento di nuova generazione: RNA-Seq e ChIP-Seq Bioinformatica - Esercitazioni (2 CFU) Le esercitazioni vedranno l’applicazione pratica dei principi e delle metodologie di analisi descritte nelle lezioni in aula. In particolare, saranno incentrate all’utilizzo di banche dati e risorse bioinformatiche per: Bozza 23 Giugno 2014 1. 2. 3. 4. 5. 6. identificazione e caratterizzazione di splicing alternativi tramite annotazioni genomiche e dati di RNA-Seq identificazione e caratterizzazione di geni omologhi e famiglie geniche identificazione e caratterizzazione di varianti geniche analisi di dati di espressione (microarray e RNA-Seq) studio della regolazione della trascrizione: fattori di trascrizione e regolazione della cromatina caratterizzazione funzionale: gene ontology e pathways. Biostatistica (3 CFU) 1. Dati (Introduzione). Statistica descrittiva. Tipi di variabili. Tabelle e rappresentazione grafica (scatterplots, istogrammi). Indici di posizione: media, mediana, moda, percentili. Indici di dispersione: varianza, deviazione standard. 2. Probabilità. Esperimenti aleatori, esiti ed eventi. Probabilità condizionata e regola di Bayes. 3. Distribuzioni di variabili aleatorie. Distribuzione normale. Distribuzione Ipergeometrica. Distribuzione binomiale. Distribuzione di Poisson. 4. Inferenza statistica (introduzione). Campioni e distribuzioni campionarie. Stima puntuale. Stima di un intervallo (intervalli di confidenza). Il test delle ipotesi. Ipotesi nulla e ipotesi alternativa. 5. Inferenza sulla differenza tra medie di due campioni. Il test t di Student. 6. Inferenza sulle proporzioni. Test del Chi-quadro per l’adattamento dei dati ad una distribuzione teorica. 7. Introduzione alla regressione lineare. Interpolazione lineare, residui e correlazione. Minimi quadrati. Materiale di riferimento Il materiale (appunti, slides) verrà messo a disposizione dai docenti durante il corso. Verranno suggeriti anche testi di riferimento per eventuali approfondimenti. Prerequisiti e modalità d'esame Prerequisiti: genetica, biologia molecolare, matematica. La prova scritta di esame verrà svolta al PC, e consiste in una serie di domande aperte e di esercizi, alcuni dei quali richiederanno l’uso del PC. Metodi Didattici Modalità di frequenza: obbligatoria; modalità di erogazione: tradizionale. Lingua di insegnamento Italiano Pagina web www.beaconlab.it - seguire il link “Didattica Bozza 23 Giugno 2014 Biotecnologie microbiche Docente di riferimento: Prof. Paolo Landini Dipartimento di Bioscienze e-mail: [email protected] CFU 6 Obiettivi Il corso si propone l'acquisizione da parte degli studenti di competenze circa le principali tecnologie associate ai processi di produzione di prodotti di rilievo industriale, in particolare di proteine ottenute da organismi ricombinanti. Il corso si propone inoltre di fornire informazioni di base riguardo alle metodiche di ingegneria metabolica per il miglioramento degli organismi di interesse industriale e riguardo ai principali processi di bioconversione per ottenere prodotti industriali quali la produzione di acidi organici, aminoacidi, antibiotici. Programma 5 CFU lezioni frontali Produzione di proteine eterologhe in procarioti ed eucarioti, con particolare riferimento ad Escherichia coli ed a lieviti di interesse industriale come organismi modello. Sistemi genetici e strategie molecolari per la trasformazione dei microrganismi, il clonaggio e l'ottimizzazione dell'espressione di proteine di interesse. Ingegneria metabolica come strumento per lo studio e il miglioramento del processo produttivo. Processi di bioconversione, con organismi selvatici e geneticamente modificati, con esempi di produzione di molecole di interesse industriale. Biosensori e cenni di biotecnologie ambientali che prevedono l'utilizzo di microrganismi. Strategie di identificazione di nuovi antibiotici da microrganismi produttori. Produzione e sviluppo di vaccini; reverse vaccinology. 1 CFU attività di laboratorio Esempi di produzione di proteine eterologhe in microrganismi: costruzione di vettori di espressione, produzione di proteine. Materiale di riferimento Donadio S., Marino G.: Biotecnologie Microbiche (casa editrice CEA) Prerequisiti e modalità d'esame Esame scritto, con domande aperte su tutti gli argomenti del corso. Fortemente consigliato il superamento degli esami di Microbiologia generale e Biotecnologie delle Fermentazioni Metodi Didattici Modalità di frequenza: lezioni fortemente consigliata, laboratorio obbligatoria modalità di erogazione: tradizionale Lingua di insegnamento Italiano Bozza 23 Giugno 2014 Biotecnologie vegetali industriali Prof.ssa Katia Petroni Dipartimento di Bioscienze e-mail: [email protected] Prof.ssa Chiara Tonelli Dipartimento di Bioscienze e-mail: [email protected] Prof. Lucio Conti Dipartimento di Bioscienze e-Mail [email protected] CFU 9 Obiettivi La finalità del Corso di Biotecnologie Vegetali Industriali è quella di fornire un'ampia e dettagliata panoramica sui vari aspetti legati alla produzione e coltivazione delle piante transgeniche e dei prodotti di interesse industriale da essi derivati. Il corso comprende anche una parte di esercitazioni pratiche in laboratorio su tematiche inerenti. Programma Il programma delle lezioni prevede nella prima parte del corso una particolareggiata descrizione delle metodologie utilizzate per la trasformazione dei vegetali e per le analisi genetiche e molecolari delle piante trasformate. Nella seconda parte del corso, saranno quindi analizzate le principali applicazioni biotecnologiche attualmente presenti sul mercato, valutandone l’impatto sulle pratiche agronomiche e sull’ambiente. Saranno inoltre descritte alcune delle applicazioni più promettenti nel settore agroalimentare, nel settore ambientale e nel settore industriale e biomedico. Prima parte Introduzione alle biotecnologie vegetali industriali Origini dell’agricoltura, domesticazione e rivoluzione verde Il miglioramento genetico delle piante: selezione, incrocio, mutagenesi Piante geneticamente modificate: differenze tra breeding e ingegneria genetica Impatto delle biotecnologie vegetali nell’industria e sulla società Metodologie utilizzate per la trasformazione dei vegetali e “Genome Editing” Metodi di trasformazione (shotgun, Agrobacterium) Preparazione del costrutto transgenico Marcatori di selezione e geni reporters (uso e implicazioni) Metodi di trasformazione alternativi (es. del cloroplasto), vantaggi e svantaggi Analisi genetiche e molecolari delle piante trasformate Identificazione e utilizzo di promotori costitutivi, inducibili, tessuto- e cellula-specifici (in vivo screening via gene trap, enhancer trap). Meccanismi di silenziamento dei transgeni. Costrutti per il silenziamento dei geni (RNA antisenso e interference) Definizione dei microRNA e utilizzo di microRNA artificiali Tecniche di “genome editing” e loro applicazioni nel campo vegetale Seconda parte Piante transgeniche per la resistenza a erbicidi e insetti fitofagi Soia Roundup Ready Mais Bt Impatto sulle pratiche agronomiche e sull’ambiente Piante transgeniche per la coltivazione su terreni marginali Piante tolleranti alla siccità Piante tolleranti alla salinità dei suoli Bozza 23 Giugno 2014 Piante per la fitoremediation (decontaminazione dei suoli da inquinanti) Molecular farming – Sviluppo di piante transgeniche come bioreattori per la produzione di sostanze di importanza industriale in pianta o in colture cellulari (es. vaccini e anticorpi, farmaci, bioplastiche e addensanti) Ingegneria metabolica di piante ornamentali di interesse commerciale Miglioramento genetico della shelf-life di frutti Biofortificazione di specie di interesse alimentare (es. Golden rice) Miglioramento della qualità nutrizionale per la produzione di cibi funzionali e integratori alimentari Esercitazioni di laboratorio Crescita di Agrobacterium tumefaciens e trasformazione di piante di Arabidopsis Selezione di trasformanti primari mediante resistenza ad erbicida Estrazione di DNA genomico da tessuti vegetali Genotipizzazione tramite PCR di piante transgeniche Saggio istochimico GUS Materiale di riferimento Durante il corso sarà fornita una bibliografia aggiornata dei temi trattati consistente in pubblicazioni originali, reviews e siti internet. Prerequisiti e modalità d'esame Esame scritto, costituito da domande a risposta multipla ed alcune domande aperte. Metodi Didattici Modalità di frequenza: obbligatoria; modalità di erogazione: tradizionale. Lingua di insegnamento Italiano Pagina web http://ariel.unimi.it Metodi biochimici e biologico molecolari applicati alle biotecnologie – Corso integrato Prof. Marco Muzi-Falconi Dipartimento di Bioscienze e-mail: [email protected] Prof. Stefano Ricagno Dipartimento di Bioscienze e-mail: [email protected] CFU 12 Obiettivi Modulo di Metodi biochimici Nel modulo di Metodi Biochimici verranno spiegate le principali metodologie biochimiche usate nella ricerca sia accademica sia industriale. Inoltre saranno discusse le principali classi di proteine di interesse applicativo. Numerosi esempi di ricerca pubblicati in letteratura verranno discussi. Gli obiettivi del corso sono molteplici: (I) fornire una panoramica delle principali tecniche biochimiche (II) dare allo studente gli strumenti per discutere criticamente un esperimento (III) dato un quesito scientifico, essere in grado di pianificare gli esperimenti necessari per dare risposte a tale quesito. Bozza 23 Giugno 2014 Modulo di Metodi biologico molecolari Il modulo si propone di presentare agli studenti una ampia varietà di approcci sperimentali, correntemente utilizzati in laboratorio per risolvere problemi biologici complessi, partendo dall’analisi di singoli geni e prodotti genici e arrivando all’analisi di interi genomi, trascrittomi e proteomi. Inoltre verranno mostrate strategie sperimentali per la determinazione della funzione di geni e proteine, basandosi su approcci whole genome. Programma Modulo di Metodi biochimici - Tecniche di purificazione di proteine (Omogenizzazione, centrifugazione, cromatografie, elettroforesi) - Metodi spettroscopici (spettroscopia di assorbimento, fluorescenza e dicroismo circolare), valutazione dell'attività biologica (dosaggi di attività biologica, dosaggi di attività enzimatica), criteri di purezza per le diverse applicazioni. - Tecniche di Biologia Strutturale - Tecniche di analisi dell'interazione proteina-proteina o proteina-ligando. - Anticorpi: struttura e funzione. Utilizzo di anticorpi in tecniche biochimiche. Uso in terapia, anticorpi ricombinanti. Vaccini ricombinanti (cenni) - Tecniche di ingegnerizzazione di proteine: - Mutagenesi sito diretta, Mutagenesi casuale (directed evolution, molecular breeding: error prone PCR, DNA shuffling, ITCHY). Metodi di screening di varianti proteiche ottenute mediante mutagenesi. - Enzimi: Dosaggi enzimatici, uso di enzimi per il dosaggio di metaboliti. - Classi di proteine di interesse industriale e in terapia: Proteine del sangue (fattori di coagulazione, lisi del coagulo), Proteasi, lipasi, amilasi, Enzimi termostabili, Enzimi immobilizzati, biosensori. Il modulo prevede numerosi esempi di ricerca pubblicata su riviste scientifiche discussi a lezione. Il modulo prevede 16 ore di esercitazioni di laboratorio Modulo di Metodi biologico molecolari Librerie genomiche e di cDNA Approcci per lo screening di librerie, basati su sequenza, struttura e funzione Analisi dell’espressione genica Microarrays e RNA seq. Metodi per lo studio della funzione di un gene: knock in, knock out, utilizzo di oligonucleotidi antisenso e RNA interference. Analisi di funzione mediante identificazione di interazioni genetiche e fisiche Protein tagging. Approcci per l’analisi del proteoma Materiale di riferimento Modulo di Metodi biochimici I materiali videoproiettati durante le lezioni sono disponibili presso il sito ARIEL, portale della didattica online dell’Università degli Studi di Milano (http://ariel.ctu.unimi.it). Questi materiali didattici non sostituiscono il libro di testo. Il loro uso è inoltre riservato agli studenti iscritti al Corso di Laurea e pertanto la loro diffusione non è autorizzata. Testi consigliati : Testo di Biochimica, uno tra i seguenti: Nelson D.L. e Cox M.M., I Principi di Nelson D.L. & Cox M.M. Lehninger’s Principles of Biochemistry, Worth Publishers Voet D. & Voet, J.G. - Biochemistry, Wiley & Sons. J. Walsh Proteins. Biochemistry and Biotechnology; Wiley Keith Wilson, John Walker Principles and Techniques of Biochemistry and Molecular Biology , Cambridge University Press. Articoli dalla letteratura recente discussi a lezione Modulo di Metodi biologico molecolari I materiali videoproiettati durante le lezioni sono disponibili presso il sito ARIEL, portale della didattica online dell’Università degli Studi di Milano (http://ariel.ctu.unimi.it). Questi materiali didattici non sostituiscono il libro di testo. Il loro uso è inoltre riservato agli studenti iscritti al Corso di Laurea e pertanto la loro diffusione non è autorizzata. Testi consigliati : Reece, R.J. Analysis of Genes and Genomes, Wiley (Analisi di Geni e Genomi, Edises) Bozza 23 Giugno 2014 Gibson, G., Muse, S.V. A primer to genome science, Sinauer (Introduzione alla genomica, Zanichelli) Articoli dalla letteratura recente discussi a lezione Prerequisiti e modalità d'esame Superamento esami di: Biochimica, Biologia molecolare, Genetica Esame scritto Metodi Didattici Modalità di frequenza: obbligatoria; modalità di erogazione: tradizionale. Lingua di insegnamento Italiano Orientamento al mondo del lavoro Prof. Giulio Pavesi Dipartimento di Bioscienze e-mail: [email protected] Prof.ssa Vanoni, Maria Antonietta Dipartimento di Bioscienze e-mail: [email protected] CFU 3 Obiettivi Il corso ha lo scopo di fornire conoscenze sulle opportunita' offerte al laureato in biotecnologie e alcuni strumenti di base per la ricerca attiva di un impiego, dando ampio spazio alla discussione e all'interazione con i docenti. Programma Il corso consiste in una serie di incontri con professionisti attivi nei vari campi di interesse delle biotecnologie che presenteranno, anche attraverso la propria esperienza, le opportunita' disponibili per laureati in biotecnologie. Gli incontri saranno completati da sessioni in cui si forniranno alcune nozioni base sulle strategie di ricerca di un impiego (As es.: leggere le offerte di lavoro, stendere un CV efficace, affrontare un colloquio di lavoro). Materiale di riferimento Le presentazioni relative agli incontri saranno rese disponibili nel sito ARIEL del corso. Prerequisiti e modalità d'esame I 3 CFU del corso saranno accreditati agli studenti che avranno partecipato a tutti gli incontri prgrammati. Lingua di insegnamento Italiano Pagine web http://mavanonioml.ariel.ctu.unimi.it Bozza 23 Giugno 2014 Processi biotecnologici per la produzione di sostanze naturali Prof.ssa Luisella Verotta Dipartimento di Chimica e-mail: [email protected] CFU 6 Obiettivi Il corso è finalizzato allo studio dei processi di produzione delle sostanze organiche naturali, nel contesto del loro impatto sempre crescente nella ricerca farmaceutica, nutrizionale e cosmetica. Programma Nella prima parte del corso verranno descritte le principali vie metaboliche secondarie per la loro biosintesi e il loro ottenimento dalle fonti naturali. Nella seconda parte vi è la descrizione del processo attraverso il quale suddette sostanze vengono identificate e prodotte da organismi produttori inferiori (batteri, lieviti, funghi, muffe) o superiori (piante, animali); l’estrazione e purificazione da estratti grezzi, attraverso tecniche bioanalitiche e separative di base e più sofisticate; e la caratterizzazione strutturale attraverso le più moderne tecniche di chimica analitica e spettroscopica. Metaboliti primari: vengono approfonditi gli aspetti chimici (strutturali e di reattività) e funzionali di amminoacidi e proteine, zuccheri semplici e polisaccaridi, acidi grassi e lipidi. Metaboliti secondari e biosintesi: vengono descritti, dal punto di vista chimico e funzionale, alcuni metaboliti secondari biologicamente attivi, di importanza applicativa e industriale. La scelta è finalizzata all’illustrazione, attraverso la descrizione della loro specifica origine, delle principali vie metaboliche secondarie. Verranno poi trattate le piu’ comuni tecniche di ottenimento dei metaboliti secondari da fonti naturali. Identificazione di un principio attivo naturale: Estrazione e purificazione di un principio attivo naturale: vengono approfonditi gli aspetti peculiari dei processi di estrazione e purificazione da organismi inferiori o superiori e si discutono le tecniche analitiche e separative più utilizzate per l’isolamento e l’analisi di composti naturali da matrici complesse. Vengono descritti i più comuni saggi di attività utilizzati nella caratterizzazione di un principio attivo naturale. Determinazione strutturale di prodotti naturali complessi: vengono descritte le problematiche comuni a molti prodotti naturali (stereo complessità, poco contenuto di eteroatomi, caratteristiche chimico-fisiche peculiari), e si descrivono le più comuni tecniche analitiche e spettroscopiche ad altissima sensibilità capaci di fornire gli elementi necessari per determinazioni di struttura affidabili (NMR, HPLC-MS, X-rays, etc.). Elementi di bioingegneria e biotrasformazioni Esempi specifici riguarderanno prodotti di interesse farmaceutico, alimentare, cosmetico. Verranno trattati in dettaglio prodotti naturali di interesse industriale, ed ottenuti da fonti diverse. Per ogni esempio verranno descritte in dettaglio e commentate le diverse fasi dei processi sopra citati. Materiale di riferimento 1. P. M. Dewick, “Medicinal Natural Products. A Biosynthetic Approach, 2nd Ed., Wiley, Chichester, 2001. 2. SD. Sarker, Z. latif, A.I. Gray "Natural Products Isolation", 2nd edition Humana Press, 2006 3. I.E. Orhan “Biotechnological production of plant metabolites” Bentham Books, 2012 Prerequisiti e modalità d'esame Gli argomenti svolti presuppongono la conoscenza dei fondamenti della chimica organica, con particolare riferimento alla reattivita’ dei principali gruppi funzionali e alla stereochimica organica; dei fondamenti della chimica analitica, della biochimica e della biologia cellulare. Propedeuticità consigliate: Chimica organica e laboratorio La prova scritta di esame consiste in una serie di domande aperte, richiedenti la stesura di formule. Le domande coprono l'intera materia del corso. Tempo disponibile due ore. Metodi Didattici Modalità di frequenza: obbligatoria; Bozza 23 Giugno 2014 modalità di erogazione: tradizionale. Lingua di insegnamento Italiano Pagina web http://lverottapbpsn.ariel.ctu.unimi.it/v1/home/Default.aspx Biologia computazionale Docente di riferimento: Prof. Giulio Pavesi Dipartimento di Bioscienze e-mail: [email protected] CFU 6 Obiettivi Obiettivo principale del corso e' fornire agli studenti le basi teoriche e pratiche per lo sviluppo di metodi bioinformatici per l'analisi di dati biologici. Verranno introdotti i concetti di base di algoritmi e di programmazione, e la loro applicazione a semplici casi di studio reali derivanti dalla ricerca biomolecolare moderna. Le lezioni si svolgeranno in aula calcolo con un PC a disposizione per ogni studente. Programma Algoritmi e linguaggi di programmazione: il linguaggio Perl Identificatori e variabili; tipi di dati base; operatori, espressioni e istruzioni Vettori, matrici, array, liste Strutture di controllo del flusso di esecuzione: blocchi, istruzioni condizionali, iterazioni Funzioni e script Applicazione: sviluppo e applicazione di semplici metodi bioinformatici per l’analisi di dati genomici e di nextgeneration sequencing (RNA-Seq, ChiP-Seq) e lo studio della regolazione della trascrizione genica (fattori di trascrizione, struttura della cromatina). Materiale di riferimento Tutto il materiale didattico sarà messo a disposizione sulla pagina web del corso Prerequisiti e modalità d'esame Bioinformatica e Biostatistica L’esame prevede lo svolgimento di un progetto da parte degli studenti che - partendo da un caso di studio reale dovranno sviluppare e implementare un metodo di analisi bioinformatica. L’orale consiste nella discussione del progetto con il docente. Metodi Didattici Modalità di frequenza: obbligatoria; modalità di erogazione: tradizionale. Lingua di insegnamento Italiano Pagina web: www.beaconlab.it - seguire il link “Didattica” Bozza 23 Giugno 2014