BIOCHIMICA E BIOLOGIA MOLECOLARE APPLICATA ALLE BIOTECNOLOGIE FARMACEUTICHE 1Modulo BIOLOGIA MOLECOLARE APPLICATA
Anno accademico 2026/2027 - Docente: SIMONA REINARisultati di apprendimento attesi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le conoscenze teoriche e pratiche delle moderne biotecnologie molecolari applicate al settore farmaceutico. Le lezioni metteranno in evidenza le strategie di manipolazione degli acidi nucleici finalizzate alla progettazione, allo sviluppo e alla produzione industriale di farmaci biotecnologici e prodotti biologici ad uso terapeutico.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di comprendere i meccanismi di produzione delle proteine ricombinanti, di analizzare criticamente le metodologie di espressione genica e di valutare l'impatto farmaceutico delle tecnologie transgeniche e di editing genomico. L'attività di laboratorio stimolerà l'autonomia di giudizio, la capacità di risoluzione dei problemi biofarmaceutici e l'utilizzo della terminologia scientifica appropriata durante la prova d'esame.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
La didattica sarà frontale ed è previsto 1 CFU di formazione all'interno del Laboratorio di Biologia Molecolare
Prerequisiti richiesti
Conoscenze solide di Biologia cellulare e molecolare (Duplicazione, Trascrizione, Traduzione), Chimica Generale ed Organica, e concetti base di Biochimica.
Frequenza lezioni
La frequenza del corso è obbligatoria nella misura prevista dal regolamento del corso di studi.
Contenuti del corso
Manipolazione, Analisi degli Acidi Nucleici e Clonaggio
- Tecnica del DNA: Strategie e protocolli di estrazione e purificazione del DNA (genomico e plasmidico) e dell'RNA da diverse matrici biologiche. Valutazione della resa, della qualità e della purezza degli acidi nucleici.
- Elettroforesi degli acidi nucleici: Principi fisici e chimici dell'elettroforesi su gel di agarosio e di poliacrilammide. Agenti intercalanti e sistemi di visualizzazione.
- Enzimi nell'ingegneria genetica: Endonucleasi di restrizione (taglio coesivo e piatto), DNA ligasi, fosfatasi alkaline e polimerasi.
- Il Clonaggio: Principio e metodologie per l'isolamento e la clonazione di frammenti di DNA. Strategie di legame e inserimento nelle cellule ospiti (trasformazione batterica e trasfezione in cellule eucariotiche). [1, 2]
- Vettori di Clonaggio ed Espressione: Plasmidi, batteriofagi, cosmidi e cromosomi artificiali (YAC e BAC). Elementi cis-regolatori fondamentali per l'espressione: promotori forti e inducibili, siti di legame al ribosoma (RBS), tag di purificazione e marcatori di selezione farmacologica.
Tecnologie di Sequenziamento del DNA
- Sequenziamento di Prima Generazione: Metodo a terminazione di catena di Sanger (manuale ed automatizzato).
- Next-Generation Sequencing (NGS): Evoluzione dei sistemi di sequenziamento ad alto rendimento (tecnologie Illumina, pirosequenziamento).
- Sequenziamento di Terza Generazione: Tecniche a singola molecola in tempo reale (Pacific Biosciences) e sequenziamento a nanopori (Oxford Nanopore). Applicazioni nella genomica farmaceutica e nella medicina personalizzata.
Proteine Ricombinanti e Farmaci Biotecnologici
- Produzione di Proteine Ricombinanti: Sistemi ospiti a confronto per scopi farmaceutici (procarioti come E. coli vs sistemi eucariotici come lieviti, cellule di insetto e linee cellulari di mammifero CHO). Ottimizzazione del ripiegamento (folding) e modifiche post-traduzionali (glicosilazione).
- Farmaci Biotecnologici: Esempi clinici di proteine terapeutiche ricombinanti (Insulina umana, Ormone della crescita, Fattori della coagulazione, Eritropoietina).
- Anticorpi Monoclonali (mAbs): Tecnologia degli ibridomi. Evoluzione ingegneristica degli anticorpi ad uso terapeutico: anticorpi murini, chimerici, umanizzati e completamente umani.
- Accenni di Vaccini di Nuova Generazione: Vaccini a subunità ricombinanti, vaccini a vettore virale, e la rivoluzione delle piattaforme terapeutiche dei vaccini a DNA e mRNA. [1, 2]
Studio dell'Espressione Genica e Transgenesi
- Analisi Quantitativa e Qualitativa dell'Espressione Genica: Tecniche di ibridazione (Northern Blot), RT-PCR, PCR quantitativa in tempo reale (qPCR), e accenni a Microarray ed RNA-Seq.
- Transgenesi Animale: Metodi per la generazione di animali transgenici (microiniezione pronucleare, cellule staminali embrionali ESC). Modelli animali di patologie umane per lo screening di farmaci in vivo.
- Frontiere dell'Editing Genomico: Organismi knock-out e knock-in. Introduzione al sistema programmabile CRISPR-Cas9 applicato alla terapia genica
Testi di riferimento
Desmond S.T. Nicholl - Ingegneria Genetica- Zanichelli
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame finale consiste in un colloquio orale della durata media di 40 minuti. La prova verificherà le competenze teoriche e la capacità di applicare la logica molecolare alla risoluzione di problematiche tecnologico-farmaceutiche.
Criteri di valutazione
- Conoscenza e Rigore Scientifico (40%): Precisione nel descrivere i protocolli molecolari (es. passaggi del clonaggio o meccanismo del sequenziamento).
- Collegamento Critico (30%): Saper motivare la scelta di un determinato vettore o sistema cellulare in funzione della proteina farmaceutica da produrre.
- Proprietà di Linguaggio Tecnico (20%): Utilizzo corretto dei termini biotecnologici e farmacologici.
- Analisi Critica dei Dati (10%): Capacità di commentare un dato