CourseMOLECULAR BIOTECHNOLOGY
Code519EE
Credits3
PeriodSemester 2
LanguageItalian
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| METODOLOGIE AVANZATE DI "MICROBIAL ENGINEERING" | BIO/19 | LEZIONI | 24 |
|
Verranno studiate le più innovative metodologie per la delezione genica nei microrganismi o per l’allestimento di ceppi ricombinanti ad oggi utilizzate per la messa a punto di vaccini vivi attenuati o per la produzione di derivati batterici a scopo vaccinale. Verranno poi descritte le principali metodologie basate sulla tecnica CRISPR-Cas per l’inattivazione genica. Parte del corso sarà quindi dedicata alla descrizione delle principali metodologie utilizzate per l’allestimento di library di mutanti, la loro caratterizzazione e l’analisi dei dati. La tecnica del DNA barcoding verrà descritta sia nel contesto della caratterizzazione di library di mutanti, sia per lo studio delle caratteristiche fenotipiche di popolazioni microbiche e delle loro interazioni con l’ambiente/ospite. Una parte del corso studio sarà dedicata alla descrizione dei differenti circuiti genici utilizzati per l’allestimento di microrganismi utilizzati come sistema di delivery di molecole ad attività terapeutica. Un’altra parte del corso verterà sulle principali metodiche per la costruzione di microrganismi auxotrofi per aminoacidi sintetici (“microrganismi ricodificati”) e sui principali circuiti genici di bio-contenimento. Infine, l’ultima parte del corso verterà sulle strategie di modificazione di genomi fagici. Il corso si prefigge di fornire allo studente una conoscenza di base sulle principali biotecnologie applicate alla microbiologia allo scopo di produrre beni e servizi.
Innovative approaches of microbial gene deletion as well as heterologous gene expression for construction of novel attenuated vaccine strains (or bacteria-derivative a-cellular vaccine formulations) will be discussed. CRISPR-Cas-based method for gene inactivation or repression will be described. Furthermore, main strategies and approaches for construction and characterization of mutant libraries will be discussed. The application of the DNA barcoding technique will be described in different microorganisms. Part of the course will be focused on the description of the main genetic circuits for construction of live bacteria as delivery systems of therapeutics molecules. Moreover, main genetic strategies for the microbial bio-containment will be discussed. The final part of the course will be dedicated to the description of molecular methods for phage genome engineering. The main goal of the course is to provide the student with a basic knowledge of microbial biotechnolgy aimed at producing goods and services.
Lo studente verrà valutato per la sua capacità di discutere, con linguaggio scientifico appropriato, i principali contenuti del corso.
The student must demonstrate its ability to appropriately discuss the course topics.
Lo studente, al termine del corso, sarà in grado di applicare le principali metodologie innovative di modificazione genica dei microrganismi e di progettare/realizzare esperimenti di manipolazione di microrganismi per la produzione di beni e servizi.
At the end of the course the student will have acquired the ability to apply the main innovative methodologies for the microbial genomic engineering, and to plan/perform experiments that involve microbial manipulation to produce goods and services.
Lo studente deve saper discutere criticamente i principali argomenti del corso, descrivendo il razionale dei differenti approcci metodologici e sperimentali.
The student should be able to critically discuss the main topics of the course, explaining the rationale of different methodological and experimental approaches.
Apprendimento, mediante esempi rappresentativi, delle principali applicazioni di manipolazione genica dei microrganismi finalizzata sia alla caratterizzazione dei microrganismi e delle loro interazioni con l’ospite o l’ambiente, sia all’allestimento di nuovi vaccini, alla costruzione di ceppi batterici come sistema di delivery, alla messa a punto di ceppi batterici per la produzione su larga scala di prodotti proteici, allo sviluppo di strategie antimicrobiche alternative.
Expected results: the student should learn the main applications of microbial genetic engineering for characterisation of microorganism-host-environment interactions, as well as for the construction of new vaccines, bacterial-based delivery systems, development of alternative antimicrobial strategies.
Verrà valutata la capacita di discutere criticamente i principali argomenti trattati nel corso.
The ability to critically discuss the main topics of the course will be evaluated.
L'appropriata comprensione delle tematiche affrontate necessita della conoscenza di Microbiologia generale, Biochimica, Genetica, Biologia molecolare, elementi di Biotecnologie microbiche.
To fully understand the course topics, a basic knowledge of Microbiology, Biochemistry, Genetics and Molecular biology, and Microbial biotechnology is required.
Il corso prevede lezioni frontali con l'ausilio di slide
Il materiale didattico viene fornito dal docente e/o può essere interamente scaricato attraverso la piattaforma e-learning
Interazioni tra studente e docente via mail.
The course includes theoretical lessons with slides
Didactic material can be provided by the teacher and/or downloaded from the e-learning platform (Moodle)
Professor-student communications via email.
La manipolazione genetica dei microrganismi per la produzione di vaccini. Principali linee guida. Metodi di allestimento di ceppi mutanti senza l'uso di cassette di resistenza ad antibiotici. Le vescicole batteriche come vettori di antigeni. I vaccini ad acido nucleico (DNA o RNA).
Costruzione di library di ceppi batterici mutanti per inserimento random di trasposoni. Principali metodi di Transposon Insertion Sequencing (TIS): Tn-Seq, IN-Seq, HITS, TraDis. Tipi e caratteristiche dei trasposoni utilizzati nelle metodiche TIS. Vantaggi e limitazioni delle metodiche TIS. Criteri di complessità e saturazione delle library.Metodi di analisi dei dati in esperimenti TIS: metodo dipendente dall'annotazione genomica, metodo indipendente dall'annotazione genomica, modello predittivo HMM. Effetto bottleneck e mitigazione dell'effetto bottleneck. Metodi di isolamento/sorting di cloni mutanti componenti una library e possibili applicazioni. Metodi di screening gain-of-function per la caratterizzazione di geni essenziali.
Caratteristiche generali delle tecniche di DNA-barcoding. Il DNA-barcoding mediante inserimento di specifici tag. Tipologie e requisiti principali dei tag-marcatori molecolari. Fasi principali delle tecniche di DNA-barcoding. Applicazioni delle metodologie di DNA barcoding per lo caratterizzazione dei profili metabolici dei microrganismi in differenti condizioni e per lo studio delle interazione-ospite parassita.
Caratteristiche biologiche dei microrganismi modello per il rilascio di molecole terapeutiche. Principali circuiti genetici di induzione, produzione secrezione di molecole terapeutiche. Esempi di microrganismi utilizzati per il delivery di molecole terapeutiche. Circuiti di autolisi. I microrganismi o loro derivati come sistema di rilascio di acidi nucleici.
I probiotici di terza generazione ("smart" probiotici): I circuiti genici di "sensing", memory" e delivery. Problematiche relative all'impiego degli smart probiotici. Il carico metabolico dei microrganismi geneticamente modificati.
Il biocontenimento dei microrganismi geneticamente modificati. Auxotrofia naturale e sintetica. I microrganismi "ri-codificati". I circuiti "deadman" e "passcode".
Metodologie ed applicazioni per la modificazione genetica dei fagi. Modificazione per ricombinazione omologa; tecniche di modificazione basate su CRSPR-Cas, recombeneering in vitro ed "in vivo". Sistemi cell-free di di sintesi ed assemblaggio di porzioni di genomi fagici.
Genetic manipulation of microorganisms for vaccine development. International ethics guidelines. Strategies for unmarked gene deletion. Bacterial vescicles as antigen carrier-systems. Bacterial DNA- or RNA-based vaccines.
Construction of random transposon library. Methods for Transposon Insertion Sequencing (TIS): Tn-Seq, IN-Seq, HITS, TraDis. Main trasposons for TIS techniques. Library complexity and saturation. Methods for TIS data analysis: genome annotation-dependent methods, genome annotation-independent methods, the HMM predictive model. Definition of the bottleneck effect. Strategies for clone sorting and applications; gain-of-function methods for screening of essential genes.
DNA-barcoding. General features of DNA-tag. Main steps of DNA-bacroding techniques. ns. DNA barcoding for characterisation of microbial metabolic profiles or for microbial-host interactions.
The microorganisms as delivery systems. Genetic circuits for heterologous gene expression and protein expression or secretion. Auto-lysis genetic circuits.The microorganisms or their component as DNA delivery systems.
The "smart" probiotics. Genetics circuits for "sensing", memory" and delivery. The metabolic load of genetically modified microorganisms.
The bio-containment of genetically modified microorganisms. Natural and synthetic auxotrophy. The genetically re-coded bacteria. The "dead-man" and "passcode" genetic circuits.
Strategies and application of genome phage modifications. Methods for phage gene deletion: homologous recombination, CRSPR-Cas, in vitro and "in vivo" recombineering. Cell-free systems for phage genome synthesis and assembly.
Articoli scientifici e Presentazioni Power Point delle lezioni, resi disponibili su Moodle.
Scientific articles, powerpoint files made available on Moodle e-learning platform.
Stesso programma utilizzato per verificare la preparazione degli studenti non frequentanti. Il materiale didattico relativo al corso può essere reperito su moodle.
The same program is used to test the knowledge of non attending students. Slides and additional material can be found Moodle e-learning platform.
Esame orale, volto ad attestare le capacità dello studente ad avere assimilato i contenuti del corso, esprimendosi con un linguaggio scientifico adeguato.
Oral exam attesting the student ability to have understood the main contents of the course topics.
Commissione di esame
Presidente: Prof.ssa Daria Bottai
Membri: Prof.ssa Arianna Tavanti, Dott.ssa Mariagrazia Di Luca
Presidente supplente: Prof.ssa Arianna Tavanti
Membro supplente: Dott.ssa Noemi Violeta Poma Sajama