Il corso si prefigge di fornire di illustrare le tecnologie relative all’assemblaggio, sequenziamento e modifica dei genomi e delle loro applicazioni anche tramite attività pratiche.

D1 - Conoscenza e comprensione
- acquisire conoscenze sulle metodologie di sequenziamento, assemblaggio e editing di genomi;
- conoscere le possibili applicazioni delle recenti metodologie di sequenziamento e editing genomico;
- saper comprendere gli aspetti critici connessi con le metodologie apprese;
- sapere individuare e utilizzare strumenti bioinformatici impiegati nell’ambito dell’assemblaggio e editing genomico;
- saper comprendere articoli scientifici relativi alle conoscenze apprese.

D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Gli studenti, anche tramite attività pratiche e di gruppo, sapranno interpretare lavori scientifici relativi ai contenuti del corso, progettare semplici procedure per l’assemblaggio e l’editing genomico, utilizzare strumenti bioinformatici relativi ai contenuti del corso,; inoltre impareranno ad operare in laboratorio e ad interagire mediante attività di gruppo.

D3 - Autonomia di giudizio
L'autonomia di giudizio viene sviluppata tramite la preparazione all'esame, che necessita della rielaborazione e assimilazione individuale del materiale presentato in aula; questo obiettivo sarà raggiunto anche tramite la proposta di un lavoro di gruppo finalizzato alla soluzione di un problema scientifico e tramite le attività di laboratorio che consisteranno nello svolgimento di progetti scientifici in cui lo studente imparerà ad applicare un protocollo e analizzare criticamente i risultati di un esperimento.

D4 - Abilità comunicative
Le lezioni e le attività pratiche saranno svolte incentivando gli studenti a interagire ai fini di migliorare il lessico scientifico, sapere strutturare domande e argomentare le proprie tesi. Il test scritto prevede delle domande aperte in cui lo studente dovrà dimostrare capacità di rielaborazione delle conoscenze apprese. Durante le attività pratiche sono proposti dei quesiti volti a verificare la comprensione e la valutazione critica delle conoscenze apprese. Lavori di gruppo sono previsti al fine di stimolare le capacità di discussione e interazione con colleghi.

D5 - Capacità di apprendimento
La capacità di apprendimento è stimolata dall'approfondimento delle conoscenze apprese durante le lezioni frontali, dallo svolgimento delle attività pratiche e dalla proposta della soluzione di un problema scientifico tramite un lavoro di gruppo sotto la supervisione del docente. Le capacità di apprendimento saranno verificate nell'ambito delle diverse modalità di valutazione previste.

Genetica, biologia molecolare

I PARTE: Assemblaggio di genomi: clonaggio senza enzimi di restrizione
II PARTE: Sequenziamento genomico: Next Generation Sequencing e sue applicazioni
III PARTE: Editing genomico. I sistemi CRISPR/Cas.
PARTE applicativa con laboratorio:
Confronto di metodologie di clonaggio.

Testi di consultazione:
- Reece. Analisi di geni e genomi. Edises
- Brown. Biotecnologie molecolari. Zanichelli

Materiale e link indicati sul sito Moodle del corso

1. Illustrazione delle attività di laboratorio. Clonaggio molecolare. Tecnologie del DNA ricombinante.
Vettori plasmidici: componenti per il clonaggio. Regione Ori. Funzione par. Selezione del vettore. Identificazione dei ricombinanti. Marcatori di selezione. Auxotrophic complementation. Selezione con ccdB. Alfa complementazione.

2. Sistemi di clonaggio per ricombinazione. Costrutti da ricombinazione. Sistema Cre - lox. Sistema FLP FRT. Clonaggio da PCR mediante ricombinasi. Sistema Gateway.
Clonaggio Indipendente da Ligazione (LIC). Clonaggio “seamless”. Biologia sintetica. Assemblaggio del DNA. Assemblaggio Golden Gate. Enzimi di tipo IIS. Librerie combinatoriali. Clonaggio seamless vs restrizione. Assemblaggio di genomi.

3. Librerie genomiche: finalità e caratteristiche. Numero dei cloni. Problema della copertura. Dimensione e rappresentatività della libreria. Vettori, genomi e numero di cloni.

Next generation sequencing. Generazione di librerie per NGS. Emulsion PCR. Amplificazione in solido e liquido. Sequencing by ligation and by synthesis. Long-read sequencing. Piattaforme di sequenziamento. Applicazioni del NGS.

4. Sistemi CRISPR: storia delle scoperte. CRISPR/Cas9 come sistema di genome editing.
Varianti di Cas9 e loro applicazioni. Sviluppo dei sistemi CRISPR: la questione off-target.
CRISPR per sistemi di non-editing. Base e prime editing. Regolazione dell'espressione genica mediante CRISPR.
Applicazioni dei sistemi CRISPR: trial clinici e questioni etico-legali.

5. Parte sviluppata tramite le attività di laboratorio:
- procedimenti di clonaggio tradizionali; enzimi di restrizione; trasformazione; competenza; ligazione: efficienza; clonaggio mediante PCR; clonaggio con topoisomerasi.

L’insegnamento è svolto impiegando diverse modalità didattiche che aiutino a sviluppare le capacità critiche nell’applicazione di protocolli sperimentali. Sono previste lezioni di tipo convenzionale con l’ausilio di presentazioni e sono offerte attività da svolgersi individualmente o in gruppo in modo autonomo; è prevista anche la stesura di un progetto scientifico di base attinente alle conoscenze apprese da svolgersi mediante un lavoro di gruppo. Una parte dell’insegnamento è svolta mediante attività di laboratorio che consistono nel realizzare un progetto di tipo conclusivo sul clonaggio in batteri. La frequenza delle attività di laboratorio è obbligatoria per almeno l’80%.

Informazioni dettagliate sono presenti sul sito Moodle del corso.
Riferimento:
Paolo Edomi
edomi@units.it
Ricevimento tramite appuntamento e disponibilità tramite piattaforma Teams

Il programma del corso contiene alcuni elementi relativi ai temi di base del clonaggio in batteri condivisi con l’insegnamento "Laboratorio di biologia molecolare", ma trattati attraverso le esperienze di laboratorio.
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.

Eventuali cambiamenti alle modalità qui descritte, che si rendessero necessari in situazioni emergenziali, saranno comunicati nel sito web di Dipartimento, del Corso di Studio e/o sulla pagina Moodle del corso"

La verifica dell’apprendimento mira a valutare le conoscenze apprese e le capacità di applicarle utilizzando tre distinti metodi. Una parte dell’esame consiste in uno scritto predisposto con domande a scelta multipla e domande aperte. Le domande a scelta multipla sono 8 da 1 punto, che riguardano le conoscenze di base del programma e quelle di tipo classificatorio, e 4 da 2 punti che richiedono capacità di applicare le conoscenze anche per risolvere quesiti che prevedono calcoli e valutazioni; due domande aperte valgono 3 punti e riguardano la capacità di formulare ipotesi e intendono stimolare le capacità critiche; la terza domanda aperta riguarda le attività di laboratorio svolte e la comprensione dei protocolli applicati. L’attribuzione del voto in 30mi avviene applicando la seguente formula derivante da un’analisi statistica: punti x 1,08 + 5,08 (che corrisponde ad una proporzione per cui il punteggio 12 vale 18/30mi e il punteggio 24 vale 31/30mi pari a 30eL). Una seconda attività consiste nella relazione di un lavoro di gruppo che consiste nel progettare un protocollo applicativo di un esperimento di clonaggio genico. Tale attività riceve un voto in 30mi che è di tipo comparativo tra i diversi progetti valutati. La terza valutazione è condotta tramite domande presentate durante le attività di laboratorio e sono relative ai protocolli utilizzati. Tale valutazione riceve un voto in 30mi calcolato sulla base di quattro prove delle cinque totali previste. Il voto finale deriva da una media pesata (in una proporzione rispettiva del 60%, 15% e 25%) delle tre modalità di valutazione. Il metodo di calcolo del voto assieme a degli esempi è illustrato nel sito Moodle del corso.

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