CdSBIOTECNOLOGIE MOLECOLARI
Codice364EE
CFU6
PeriodoPrimo semestre
LinguaItaliano
Il corso fornisce agli studenti una conoscenza di base sulle principali tecniche ed applicazioni di biologia e genetica molecolare basate su meccanismi o processi genetici. Gli studenti acquisiranno conoscenze tecniche e teoriche su modelli sperimentali rilevanti e relative applicazioni nelle biotecnologie genetiche.
Students of Genetic Biotechnologies course will be provided with robust basis on those molecular biology and molecular genetics techniques and applications which are based on genetic mechanisms and processes
Preparazione di una relazione finale sugli esperimenti svolti nei laboratori ed esame orale con voto finale in trentesimi.
Knowledge will be assessed by oral interview for the classroom part of the course and by a written report on the experiments performed by the students in the laboratory part of the course.
Gli studenti acquisiranno competenze tecniche e teoriche su modelli sperimentali rilevanti e relative applicazioni nelle biotecnologie genetiche
Students will acquire the technical and theoretical skills on those experimental models and related applications which are relevant to genetic biotechnologies.
Preparazione di una relazione finale sugli esprimenti svolti nei laboratori ed esame orale con voto finale in trentesimi.
The skills acquired by the students will be assessed by means of oral examination and by means of a written report (laboratory activities)
Gli studenti acquisiranno capacità di disegnare appropriati esperimenti che utilizzino meccanismi e processi genetici in ambito biotecnologico
Students will acquire and develop the ability to design appropriate experimental work based on genetic mechanisms and processes in biotechnology field
La verifica dei comportamenti acquisiti dagli studenti avverrà mediante colloquio orale sugli argomenti discussi a lezione e mediante una relazione scritta sulle attività di laboratorio
The behavior acquired by the students will be assessed by means of oral examination and by means of a written report on their laboratory activities
Biologia Molecolare e Genetica di base
Knowledge on Molecular Biology and Genetics
La parte di didattica frontale prevede lezioni, discussione di specifici articoli scientifici anche in forma seminariale. La parte di laboratorio prevede attività pratica/sperimentale da parte degli studenti e discussione di risultati scientifici pubblicati nella letteratura specializzata di settore.
Classroom lectures, seminars, discussion of laboratory findings. Laboratories will include practical and experimental activities performed by the students as well as discussion of laboratory findings of specific and selected papers.
Il corso integrato in Biotecnologie Genetiche è focalizzato sull’analisi dei principali meccanismi, processi e modelli genetici alla base delle biotecnologie in applicazioni di diversi contesti delle scienze della vita. Il programma del corso integrato prevede la discussione di meccanismi ed applicazioni sperimentali inerenti le biotecnologie genetiche (Prof. Giovannoni) con particolare riferimento ad un organismo modello di estremo interesse nelle biotecnologie quale il lievito (Prof. Galli). Gli argomenti trattati sono riportati di seguito:
- Manipolazione e ingegnerizzazione dell’espressione genica. Dai sistemi di produzione di proteine ricombinanti negli organismi viventi allo studio delle patologie genetiche umane, dalla sintesi di farmaci peptidici alla modellizzazione di patologie neoplastiche. Meccanismi molecolari ed applicazioni sperimentali (Prof. Giovannoni)
- La genetica al servizio delle biotecnologie, dai vettori di clonaggio dei geni alla manipolazione del DNA, dal DNA ricombinante all’assemblaggio di vettori multi-cistronici per cellule ed organismi eucariotici. Esempi applicativi del ruolo del clonaggio dei geni nelle scienze biologiche (Prof. Giovannoni)
- Le biotecnologie genetiche per l’ingegnerizzazione di cellule, tessuti e organi per lo xenotrapianto: dal suino knocked-out per il gene GT al suino multi-transgenico dagli organi umanizzati, fino all’animale dal genoma ingegnerizzato per fungere da bioreattore per la coltivazione di organi umani. Tecniche, meccanismi molecolari ed applicazioni sperimentali (Prof. Giovannoni)
- Le biotecnologie genetiche e la manipolazione del genoma: verso una nuova classe di medicine ad azione specifica contro differenti patologie, dalle malattie genetiche al potenziamento di terapie antineoplastiche (Prof. Giovannoni)
- Il lievito come organismo unicellulare modello, ciclo vitale fase aploide e diploide, Mating type e switching del mating Il lievito come sistema genetico per studiare l'invecchiamento e le malattie umane. Parkinson, Alzheimer e Chorea di Huntington: Effetto della espressione dell’alfa sinucleina e dell’ Hungtintina (HTT) in lievito (Prof. Galli)
- Ricombinazione omologa e non omologa, meccanismo e proteine Ricombinazione meiotica e mitotica, definizioni e significato biologico, Modello di Holliday, Meselson e Szostak. Formazione dell'Heteroduplex, conversione genica e segregazione post meiotica.. Ricombinazione sito specifica con endonucleasi I-Sce1, ruolo del ciclo cellulare ed ricombinazione nelle fasi specifiche del ciclo cellulare (G1 e G2) (Prof. Galli)
- Organizzazione del genoma del lievito, library di ceppi di lievito per effettuare screening genetici (Yeast deletion pool library). Esempi di utilizzo di queste library per identificare interattori funzionali e soppressori di fenotipi, Screening Biologia sintetica: genoma sintetico e cromosoma sintetico (Prof. Galli)
- Trasformazione lievito: esperimento di Gene targeting, cenni sui tipi di vettori: episomici, integrativi, centromerici e Meccanismo del Gene Targeting (GT): strategie per aumentare il GT nelle cellule umane, Zn finger nucleasi, sistema TALEN and Cas9/CRISPR (Prof. Galli)
- La proteina p53 come "tumor suppressor": ruolo fisiologico nel controllo del ciclo cellulare: saggio di espressione in Two hybrid assay: cenni e significato. Saggi funzionali in lievito: esempi di BRCA1, BRCA2, geni del mismatch repair e della polimerasi delta (Prof. Galli)
Programma dell’attività di laboratorio:
- Esperimento di Gene targeting: conta delle colonie e calcolo della efficienza di trasformazione
- Replica plating dei cloni URA3 in terreno -uracile-lisina per calcolare la frequenza del gene targeting
- Controllo e conta degli eventi di gene targeting, calcolo definitivo della frequenza
- Trasformazione lievito per effettuare il saggio funzionale (Yeast small colony assay) con Uso dei plasmidi pYES2, pYES2-BRCA1 e pYES2-BRCA1mutato
- Controllo dell'esperimento e valutazione dei risultati: inoculo in terreno liquido
- Diluizioni e piastramento delle colture in terreno contenente glucosio o galattosio
- Osservazione delle piastre e discussione dei risultati
The Genetic Biotechnologies course is focused on the analyses of molecular mechanisms and experimental models related to those genetic processes that are used in biotechnological applications in life sciences. The content the course will be particularly centered on discussion of mechanisms and experimental applications related to the genetic biotechnologies (Prof. Giovannoni) with specific regard to a biotechnology-relevant model such as yeast (Prof. Galli).
Main topics of the course:
- Manipulation and engineering of gene expression. From recombinant protein production in live organism to the study of hereditary human disorders, from the synthesis of peptide-based drugs to the modeling of neoplasia. Molecular mechanisms and experimental applications (Prof. Giovannoni)
- The Genetics as a service core for biotechnologies: from cloning vectors to the DNA manipulation, from recombinant DNA techniques to the assembly of multi-cistronic vectors for cells and organisms (Prof. Giovannoni)
- Genetic biotechnologies to engineering of cells, tissues and organs for xenotransplantation: from GT/KO pig to the multi-gene genetically engineered “humanized” pigs, towards the pig as bioreactor for culturing human organs. Techniques, molecular mechanisms and experimental applications (Prof. Giovannoni)
- Genetic biotechnologies and the manipulation of the genome: towards a new class of drugs with specific and selective activity in different disorders, from genetic diseases to the improvement of anti-neoplastic therapies (Prof. Giovannoni)
- Yeast as single-celled model organism with a haploid/diploid life cycle and mating type switching. Yeast as genetic model to study ageing and human disorders. Parkinson, Alzheimer and Huntington’s Chorea: the effect s of alpha synuclein and huntingtin (HTT) in yeast (Prof. Galli)
- Homologous and non-homologous recombination, molecular mechanism and proteins involved. Meiotic and mitotic recombination, mechanisms and biological role, the Holliday, Meselson and Szostak model. Heteroduplex formation, gene conversion and post-meiotic segregation. Site-specific recombination via the I-Sce1 recombinase, role of cell cycle and recombination in cell cycle phases (G1, G2) (Prof. Galli)
- Yeast genome organization, yeast strains libraries for genetic screening (Yeast deletion pool library). Examples of libraries’ use to identify functional interactions and phenotype suppressors, genomic screening. Synthetic biology: synthetic genome and synthetic (Prof. Galli)
- Yeast transformation and engineering. Gene targeting vectors: episomal, insertional, centromere plasmid and the Yeast Artificial Chromosomes (YAC). Gene Targeting (GT) mechanism and approaches: strategies to increase GT in human cells, Zn finger nucleases (ZFNs), TALEN and Cas9/CRISPR (Prof. Galli)
- Tp53 protein as a “tumor suppressor”: homeostatic role in the control of cell cycle, expression assay in yeast. Two hybrid assay. Functional assays in yeast: BRCA1, BRCA2, mismatch repair genes and delta polymerase (Prof. Galli)
Laboratory activities:
- Gene targeting experiment: colony counting and transformation efficiency evaluation
- Replica plating of URA3 in -uracil-lysine medium to calculate the gene targeting frequency
- Gene targeting event monitoring and counting, frequencies evaluation
- Yeast transformation to functional assays (Yeast small colony assay) with Use of plasmids pYES2, pYES2-BRCA1 and pYES2-BRCA1mut
- Monitoring and evaluation of the experiment: picking up colonies and growth in liquid medium
- Dilutions and plating of yeast coltures in glucose- or galactose-containing medium
- Plates’ observation and results discussion
Reviews ed articoli scientifici selezionati saranno discussi e forniti agli studenti tramite la piattaforma e-learning dedicata del corso. Tutte le slides presentate dai docenti saranno disponibili sulla piattaforma e-learning dedicata del corso.
Libro di testo suggerito per consultazione: Brown TA, Biotecnologie Molecolari. Principi e tecniche ZANICHELLI editore. II Edizione italiana (VII edizione inglese)
Review and selected papers will be discussed and provided to the students via the dedicated e-learning website of the course. All the slides and the material discussed by the teachers will be available for students via the dedicated e-learning website of the course.
Suggested textbook: Brown TA, Biotecnologie Molecolari. Principi e tecniche ZANICHELLI editore. II Edizione italiana (VII edizione inglese)
Le slides degli argomenti trattati a lezione e la relativa bibliografia saranno disponibili agli studenti mediante la piattaforma e-learning del corso. Le videoregistrazioni delle lezioni saranno disponibili sulla piattaforma MS Teams, nel canale dedicato del corso
All the slides of the classroom lessons as well as the papers discussed during the classroom lessons will be provided to the students via the course dedicated e-learning webpage
Preparazione di una relazione finale sugli esperimenti svolti nei laboratori ed esame orale con voto finale in trentesimi.
Elaboration of a final report on the laboratory activities and oral interview.