BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA E MEDICA

Anno accademico 2020/2021 - 1° anno
Docenti Crediti: 10
SSD
  • BIO/13 - Biologia applicata
  • MED/03 - Genetica medica
Organizzazione didattica: 250 ore d'impegno totale, 160 di studio individuale, 42 di lezione frontale, 48 di esercitazione
Semestre:
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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
    1. Struttura del gene e regolazione dell’espressione genica
      1. Geni codificanti e non codificanti
      2. Promotori, enhancers e fattori di trascrizione
      3. Principi di epigenetica
      4. Splicing alternativi
      5. Trascritti non codificanti e antisenso
      6. RNA interference
      7. Struttura del genoma
      8. Il genoma 3D
      9. Banche dati genomiche

    2.Tecniche di analisi whole genome e di espressione
    1. Microarray a DNA
    2. Tecniche Genome wide association nelle malattie complesse
    3. Techniche NGS
    4. Whole exome sequencing
    5. Whole genome sequencing
    6. Bioinformatica dell’analisi di dati NGS
    7. Analisi del trascrittoma tramite RNA-seq

    3.Ingegneria genetica in medicina

    1. Topi transgenici e topi knock-out
    2. Gene targeting e mutagenesi condizionale
    3. Il sistema CRISPR/Cas9
    4. 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

BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
 ArgomentiRiferimenti testi
1BioMedicina e BioTecnologie Genomiche: Definizione, Origine Storica, Ambiti di Indagine, Prospettive per la loro evoluzione concettuale ed applicazioni traslazionaliBiologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli 
2I Progetti Genoma e l’Approccio del Gene Candidato per l’Analisi del Fenotipo degli Organismi e della Funzione dei GeniBiologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli 
3BioMedicina Molecolare dei Sistemi Complessi: Importanza dell’Approccio Olistico allo Studio degli Organismi e delle Cellule - Ostacoli biotecnologici alla sua AttuazioneBiologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli 
4Dallo Studio delle Omiche alla BioMedicina dell'OrganismoBiologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli 
5Una Nuova Visione del Genoma: Ruolo critico degli RNA non Codificanti (ncRNAs) nella Regolazione dell’Espressione e loro Coinvolgimento in PatologiaBiologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli 
6La Regolazione dell'Espressione dei Singoli Geni e del GenomaBiologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli 
7Metodologie Avanzate High Throughput per lo Studio di Struttura e Funzioni CellulariBiologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli 
8Biologia Computazionale e BioInformaticaBiologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli 
9Networks biologiche: Complessita', Metodi di Analisi, Applicazioni SperimentaliBiologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli 
10Metodologie sperimentali biotecnologiche per la modifica del genoma: CRISPRBiologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli 
GENETICA MEDICA
 ArgomentiRiferimenti testi
1Struttura del gene e regolazione dell’espressione genicaSlides fornite dal docente / Neri Genuardi capitolo 1 
2Tecniche di analisi whole genome e di espressioneSlides fornite dal docente / Neri Genuardi capitolo 6 
3Ingegneria genetica in medicinaSlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 15,16,17 
4Geni codificanti e non codificantiSlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 1 pag 81 
5Promotori, enhancers e fattori di trascrizioneSlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 1 pag 72 
6Principi di epigeneticaSlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 1 pag 61 
7Splicing alternativi e spliceosomaSlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 1 pag 78 
8Trascritti non codificanti e antisensoSlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 1 pag 83 
9RNA interferenceSlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 1 pag 83 
10Struttura del genomaSlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 1 pag 90 
11Il genoma 3DSlides fornite dal docente 
12Banche dati genomicheSlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 1 pag 87 
13Microarray a DNASlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 4 pag 204 
14Tecniche Genome wide association nelle malattie complesseSlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 9 pag 455 
15Tecniche NGSSlides fornite dal docente / Comp. exome and genome.. capitolo 2-9  
16Whole exome sequencingSlides fornite dal docente / Comp. exome and genome.. capitolo 24-28 
17Whole genome sequencingSlides fornite dal docente / Comp. exome and genome.. capitolo 19 
18Bioinformatica dell’analisi di dati NGSlides fornite dal docente / Comp. exome and genome.. capitolo 24-28 
19Analisi del trascrittoma tramite RNA-seqSlides fornite dal docente / RNA-seq Data Analysis: A Practical Approach Capitolo 1-2-4 
20Topi transgenici e topi knock-outSlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 12 pag 587 
21Gene targeting e mutagenesi condizionaleSlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 12 pag 590 
22Il sistema CRISPR/Cas9Slides fornite dal docente 
23Applicazioni in terapia genicaSlides fornite dal docente /Neri Genuardi capitolo 12 pag 598 

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

    -