Il corso si propone di trasmettere un'introduzione teorica e pratica all'uso e alla comprensione delle tecniche di biologia molecolare e di familiarizzare con la strumentazione di base utilizzata in questo campo. Particolare attenzione verrà data alle fasi pre-analitiche, analitiche e post-analitiche dell'estrazione di DNA e RNA e dell'amplificazione dei target. Inoltre, verranno affrontati i vantaggi e gli svantaggi delle tecniche di amplificazione.
In accordo con i principi "Descrittori di Dublino” per i Corsi di Studio Magistrali, il corso ha l’obiettivo di consentire agli Studenti di dimostrare:

D1. Conoscenza e comprensione: Durante le lezioni classiche, il corso di laboratorio e il corso di laboratorio gli studenti acquisiranno le basi teoriche delle tecniche di base della biologia molecolare e della manipolazione del DNA e delle cellule, nonché degli approcci diagnostici che coinvolgono il DNA. Questo rappresenterà la base per la comprensione degli esperimenti che verranno eseguiti. Inoltre, verranno affrontati metodi più complessi e applicazioni pratiche della biologia molecolare. Nel corso di laboratorio gli studenti acquisiranno conoscenze sulle misure di sicurezza del laboratorio, sull'uso della strumentazione di base e dei materiali biologici. Gli studenti saranno addestrati alla stesura di relazioni e all'interpretazione di dati/risultati scientifici.
D2: Applicare conoscenza e comprensione: Il corso rappresenta un'opportunità per gli studenti di familiarizzare con le attrezzature e le metodologie di base utilizzate nella ricerca sperimentale. La formazione teorica delle lezioni sarà applicata nelle esercitazioni di laboratorio. Alla fine del corso gli studenti saranno in grado di estrarre DNA plasmidico, DNA genomico e RNA, di utilizzare enzimi di restrizione e di impostare reazioni enzimatiche sul DNA. Dopo aver eseguito esperimenti pratici, gli studenti impareranno ad analizzare i risultati delle procedure impiegate e a interpretare e discutere i dati ottenuti. Le tecniche applicate e i setup sperimentali insegneranno agli studenti a progettare esperimenti che possano essere applicati in un contesto analogo.
D3: Formulare giudizi: La formazione teorica e pratica consente di impostare in modo corretto gli esperimenti basati su domande scientifiche. I risultati degli esperimenti pratici saranno analizzati e discussi dai singoli partecipanti al corso. Ciò consentirà di giudicare la correttezza di un risultato e di stimolare la capacità di risolvere i problemi. I partecipanti al corso riceveranno anche una formazione sulla scelta della tecnologia per affrontare un particolare problema.
D4: Abilità comunicative: Le esercitazioni di laboratorio richiedono la preparazione di relazioni di laboratorio che addestreranno i partecipanti al corso a comunicare e riferire procedure e risultati agli esperti. Inoltre, alla fine del corso, gli studenti avranno la capacità di spiegare i messaggi e i processi chiave di un argomento complesso discusso durante le lezioni. Lo studente deve essere in grado di spiegare questi messaggi a specialisti ma anche a non specialisti.
D5: Capacità di apprendimento: Sulla base delle conoscenze acquisite gli studenti hanno acquisito la capacità di ampliare autonomamente le proprie conoscenze nelle tecnologie della biologia molecolare utilizzando le fonti informative adeguate. Le esercitazioni pratiche e le discussioni sui dati supportano lo sviluppo del pensiero critico degli studenti.

Basi teoriche di biologia Molecolare

Il corso fornisce una formazione teorica e pratica su tecniche e approcci sperimentali in biologia molecolare. In linea con gli obiettivi formativi del Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Biologiche. Gli studenti acquisiscono competenze tecnologiche comunemente applicate nel campo della salute umana, dell'industria e dell'ambiente. L'attenzione sarà rivolta alla biologia molecolare degli acidi nucleici e alle tecniche biomolecolari. Verranno affrontate le tecniche di base per la manipolazione del DNA, lo studio dei geni, il clonaggio genico, la PCR, l'analisi dell'espressione genica, l'interazione tra DNA e proteine RNA e la tecnologia del DNA ricombinante.
A. Lezioni frontali:
Il corso offre un programma di lezioni con 3 CFU (Prof. Schoeftner, Prof.ssa Bandiera).
1. Anatomia della cellula, biomolecole, concetto di preparazione di RNA/proteine/DNA.
2. Preparazione degli acidi nucleici dalle cellule.
3. Tecniche di DNA ricombinante, vettori di clonazione, endonucleasi.
4. Sequenziamento del DNA.
5. Tecniche di PCR e analisi dell'espressione genica mediante PCR.
6. Knock-down mediato da siRNA e basi della tecnologia CRSIP/Cas9.
7. Tecniche di ibridazione (RNA-FISH, DNA-FISH, Southern blot, Northern blot).
8. Interazione RNA/DNA:proteine (band shift, DNA footprinting).

B. Esercitazioni di Laboratorio (3CFU, 8 esercitazioni):
1. Regole di comportamento e sicurezza
2. Estrazione di DNA plasmidico e genomico
3. Analisi elettroforetica su gel di agarosio
4. Utilizzo di enzimi di restrizione
5. PCR
6. Esperimenti knock-down con siRNA
7. Preparazione dell'RNA da cellule vertebrati
8. Produzione di cDNA e determinazione dell'espressione genica mediante PCR quantitativa in tempo reale
Analisi e discussione dei dati scientifici.

T.A. Brown: Biotecnologie molecolari, Zanichelli.
Amaldi, Benedetti, Pesole, Plevani: Tecniche e metodi per la biologia molecolare. Casa editrice: Ambrosiana
Le informazioni di supporto per il corso sono disponibili tramite moodle federato/MS Teams

A. LEZIONI DI TERORIA
1. Anatomia della cellula, biomolecole, concetto di preparazione di RNA/proteine/DNA.
2. Preparazione degli acidi nucleici dalle cellule.
3. Tecniche di DNA ricombinante, vettori di clonazione, endonucleasi.
4. Sequenziamento del DNA.
5. Tecniche di PCR e analisi dell'espressione genica mediante PCR.
6. Knock-down mediato da siRNA e basi della tecnologia CRSIP/Cas9.
7. Tecniche di ibridazione (RNA-FISH, DNA-FISH, Southern blot, Northern blot).
8. Interazione RNA/DNA:proteine (band shift, DNA footprinting).
B. CORSO DI LABORATORIO:
1. Regole di comportamento e sicurezza, reagenti pericolosi e scheda di sicurezza dei materiali; attrezzature e strumentazione di laboratorio. Uso di pipette automatiche per la manipolazione di piccoli volumi. Preparazione delle soluzioni per l'elettroforesi su gel (tamponi di corsa e di caricamento).
2- Plasmidi: Estrazione di DNA plasmidico e genomico mediante un kit commerciale, valutazione della resa di estrazione, preparazione dei campioni per l'analisi elettroforetica.
3- Analisi elettroforetica su gel di agarosio: Metodi di analisi del DNA, descrizione della tecnica, informazioni ottenute dall'analisi. Corsa elettroforetica su gel di agarosio di campioni di DNA estratto.
4- Enzimi di restrizione: Descrizione ed esempi di impiego in biologia molecolare. Digestione di plasmidi precedentemente estratti con kit commerciale utilizzando enzimi di restrizione ed analisi dei frammenti di DNA ottenuti
5- PCR: Impostazione di reazioni di PCR per amplificare frammenti di DNA da plasmidi e DNA genomico precedentemente estratti.
6- Esperimenti knock-down: trasfezione transitoria di cellule tumorali umane con brevi RNA interferenti per abbattere l'espressione di un gene bersaglio di scelta.
7- Preparazione dell'RNA da cellule vertebrati: utilizzo di kit commerciale per la preparazione dell'RNA totale seguito dalla determinazione della quantità e qualità dell'RNA.
8- Produzione di cDNA e determinazione dell'espressione genica mediante PCR quantitativa in tempo reale: l'RNA totale sarà convertito in cDNA e la PCR quantitativa in tempo reale utilizzando SYBR green verrà utilizzata per determinare i livelli di espressione di diversi geni.
9- Analisi e discussione dei dati scientifici: i risultati dell'analisi dell'espressione genica verranno convertiti in figure, inclusa l'analisi statistica di esperimenti replicati. Verranno discussi i risultati ottenuti e la rilevanza biologica.

Lezioni teoriche con supporti multimediali (filmati) e presentazioni powerpoint. Lezioni di tipo interattivo con coinvolgimento degli studenti in esercitazioni di calcolo e di problem solving. Viene stimolata la capacità di esame oggettivo dei dati (discussione) e interpretazione dei risultati sperimentali. Le informazioni di supporto per il corso sono disponibili tramite moodle federato/MS Teams.

Gli studenti che non potranno seguire la parte pratica del corso potranno richiedere una prova scritta compensativa con riferimento alle tecniche e agli argomenti delle esercitazioni svolte in laboratorio. L'esame comprende 3 domande aperte (vedi sezione "Modalità di verifica dell'apprendimento") e si svolgerà parallelamente all'esame ordinario sulla parte frontale del corso. Per ogni domanda si possono raggiungere 5 punti. I punti ottenuti verranno sommati con i punti ottenuti dall'esame sui contenuti delle lezioni frontali. Gli studenti dovranno comunicare la decisione di sostenere un esame compensativo una settimana prima della data dell'esame. Materiale di studio di supporto come protocolli e descrizioni può essere scaricato da Moodle. L'insegnamento “Laboratorio di Biologia Molecolare” rientra nel piano di studi della classe L-13 - Scienze Biologiche. Il programma del corso contiene alcuni elementi relativi ai temi di base del clonaggio in batteri condivisi con il corso di "Biotechnologie genetiche", facente parte del piano di studio della classe L-2 – Biotecnologie. Gli studenti che intendono inserire come corso a scelta quello non previsto nel proprio piano di studio sono invitati a confrontare i contenuti di entrambi i corsi. Docente: Prof. Stefan Schoeftner E-mail: sschoeftner@units.it Studio: Ed. C11, piano 2, stanza 245 Docente Prof.ssa Antonella Bandiera e-mail: abandiera@units.it Studio: Ed. C11, piano 2, stanza 232

Il voto finale del corso si basa su un esame scritto (0-16 punti) sui contenuti della lezione e sulla valutazione dei protocolli di laboratorio (0-15 punti). È possibile raggiungere un totale di 31 punti, corrispondenti a 30 e lode (30L). La modalità d'esame viene spiegata dal docente agli studenti durante la presentazione del corso nella prima lezione. I dettagli saranno disponibili anche su Moodle federato/MSTeams. A. Valutazione dei protocolli di laboratorio: Le relazioni sul lavoro di laboratorio alla fine di ogni esperienza di laboratorio (1 a settimana) devono essere preparate dai singoli studenti. Le relazioni saranno valutate valutando: -diligenza, frequenza, accuratezza della presentazione -capacità personali, sintesi, descrizione e chiarezza della presentazione, conoscenza dei termini tecnici -grado di comprensione, capacità di spiegazione e di discussione, presenza di errori concettuali. Per un totale di 15 punti. Per partecipare all'esame sui contenuti della lezione è necessario un minimo di 7,5 punti. B. Esame del programma delle lezioni: I progressi nell'apprendimento delle lezioni teoriche saranno monitorati da un esame scritto. Totale punti: 16. L'esame consiste in 12 domande a scelta multipla (0,5 punti per domanda) e 2 "domande aperte" (5 punti per domanda) su argomenti più ampi trattati durante le lezioni teoriche e il corso di laboratorio. Il voto finale del corso risulta dalla somma di entrambi valutazioni (A+B). C. Codice di valutazione: 30L-30: Lo studente/La studentessa ha una conoscenza approfondita dei contenuti del corso, è in grado di fare collegamenti tra i diversi argomenti, di applicare le conoscenze teoriche alle applicazioni pratiche, di formulare nuove idee e di esprimere le risposte alle domande d'esame in modo efficace, chiaro e scientifico. 28-29: Lo studente/La studentessa ha una conoscenza approfondita dei contenuti del corso, sa fare collegamenti tra i diversi argomenti ed è in grado di esprimere le risposte alle domande d'esame in modo chiaro e scientifico. 25-27 Lo studente/La studentessa ha una buona conoscenza dei contenuti del corso, sa fare collegamenti tra i diversi argomenti ed è in grado di esprimere le risposte alle domande d'esame in modo chiaro e scientifico. 22-24: Lo studente/La studentessa ha una conoscenza media dei contenuti del corso ed è in grado di esprimere le risposte alle domande d'esame in modo chiaro e ragionevole. 20-22 Lo studente/La studentessa ha una conoscenza sufficiente dei contenuti del corso ed è in grado di rispondere alle domande d'esame in modo chiaro e ragionevole. 18-19: Lo studente/La studentessa ha una conoscenza sufficiente dei contenuti del corso. 0-17: non è sufficiente per superare l’esame. Gli studenti con necessita' speciali di espletamento esame (per esempio certificati di DSA e disabilita') devono informare prontamente il docente e l'ufficio di ateneo (disabilita.dsa@units.it) all'inizio del corso per poter meglio pianificare i metodi di valutazione dell'apprendimento.

Questo insegnamento approfondisce argomenti strettamente connessi a uno o più obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite