BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA E MEDICA
Anno accademico 2018/2019 - 1° anno- BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA: Michele Purrello, Cinzia Santa Di Pietro e Fulvia Sinatra
- GENETICA MEDICA: Marco Fichera e Teresa Mattina
Organizzazione didattica: 250 ore d'impegno totale, 160 di studio individuale, 42 di lezione frontale, 48 di esercitazione
Semestre: 1°
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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 i tipi di variazioni genetiche e genomiche del genoma umano e spiegare il loro ruolo nello stato patologico e nella diversità fenotipica. Effettuare l’analisi del pedigree e comprendere I principi dell’ereditarietà, per calcolare il rischio genetico in una varietà di malattie genetiche e modi di trasmissione diversi. Incorporare le nozioni di genetica di popolazione per il calcolo del rischio genetico basato sulla frequenza allelica nella popolazione. Conoscere i meccanismi non mendeliani quali penetranza ridotta ed espressività variabile, disomia uniparentale, mosaicismi, imprinting e malattie da espansione da triplette Conoscere i principi della consulenza genetica e. Gli studenti dovranno inoltre essere in grado di comprendere le modalità tecniche di esecuzione nonché d’interpretazione dei principali test genetici quali array-CGH/SNP e NGS, conoscerne le loro sensibilità e specificità cliniche ed analitche e i loro valori predittivi.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
- BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
Lezioni frontali tenute dal docente mediante presentazioni in powerpoint
- GENETICA MEDICA
Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche
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, 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
- Variazioni genetiche, genomiche e loro cause
- Concetto di polimorfismo e mutazione e loro significato evoluzionistico
- Mutazioni costituzionali e somatiche
- Equilibrio di Hardy-Weinberg e sue deviazioni
- Effetto fondatore e deriva genetica
- Markers polimorfici, aplotipi e analisi di linkage
- Principali meccanismi d’insorgenza delle variazioni genetiche e genomiche
- Sistemi di riparazione del DNA
- Classificazione funzionale delle mutazioni
- Modalità di trasmissione delle malattie genetiche mendeliane e legate al sesso
- Concetto di allele recessivo, dominante e legato ai cromosomi sessuali
- Ereditarietà pseudodominante e digenica
- Penetranza ed espressività
- Mosaicismo
- Imprinting genomico
- Malattie da ripetizioni di triplette e anticipazione
- Altri tipi di ereditarietà
- Ereditarietà mitocondriale
- Ereditarietà poligenica e multifattoriale
- Modelli di malattie multifattoriali
- Genetica delle malattie complesse
- Le basi cromosomiche delle malattie genetiche
- Anomalie del numero di cromosomi e non disgiunzione meiotica
- Sindrome di Turner, Sindrome di Down, Sindrome di Edwards, Sindrome di Patau
- Anomalie di struttura
- Traslocazioni, inversioni, delezioni duplicazioni
- Plasticità del genoma umano: le copy number variants
- Meccanismi di formazione delle copy number variants
- Disomia Uniparentale
- Trisomic e monosomic rescue
- Tecniche di analisi dell’assetto cromosomico
- Cariotipo
- FISH
- Array-CGH e SNP-array
- Anomalie del numero di cromosomi e non disgiunzione meiotica
- Test genetici
- Concetti di Sensibilità e specificità dei test
- Probabilità bayesiana e valori predittivi
- Array-CGH e SNP-array
- Analisi statistica del segnale
- Consultazione dei databases
- Next generation sequencing (NGS)
- Metodologia e relativi indicatori
- Base calling
- Phred score, coverage e distribuzione binomiale delle reads
- Algoritmi per il genotype calling
- Metodi a soglia fissa e metodi bayesiani
- Gene Panel, WES e WGS
- Workflow diagnostico e software di previsione delle varianti
- Indicatori diagnostici della NGS
- Refertazione e incidental findings nella NGS
- La consulenza genetica
- Definizioni e principi
- Rischio di ricorrenza
- Variazioni genetiche, genomiche e loro cause
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
Programmazione del corso
BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA | |||
Argomenti | Riferimenti testi | ||
---|---|---|---|
1 | BioMedicina e BioTecnologie Genomiche: Definizione, Origine Storica, Ambiti di Indagine, Prospettive per la loro evoluzione concettuale ed applicazioni traslazionali | Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli | |
2 | I Progetti Genoma e l’Approccio del Gene Candidato per l’Analisi del Fenotipo degli Organismi e della Funzione dei Geni | Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli | |
3 | BioMedicina Molecolare dei Sistemi Complessi: Importanza dell’Approccio Olistico allo Studio degli Organismi e delle Cellule - Ostacoli biotecnologici alla sua Attuazione | Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli | |
4 | Dallo Studio delle Omiche alla BioMedicina dell'Organismo | Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli | |
5 | Una Nuova Visione del Genoma: Ruolo critico degli RNA non Codificanti (ncRNAs) nella Regolazione dell’Espressione e loro Coinvolgimento in Patologia | Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli | |
6 | La Regolazione dell'Espressione dei Singoli Geni e del Genoma | Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli | |
7 | Metodologie Avanzate High Throughput per lo Studio di Struttura e Funzioni Cellulari | Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli | |
8 | Biologia Computazionale e BioInformatica | Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli | |
9 | Networks biologiche: Complessita', Metodi di Analisi, Applicazioni Sperimentali | Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli | |
10 | Metodologie sperimentali biotecnologiche per la modifica del genoma: CRISPR | Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
- BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
Scritti, orali, presentazione di powerpoints
- GENETICA MEDICA
Esame orale
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
Workflow NGS secondo i vari modelli di segregazione.
Principi di funzionamento dei software predizionali.