Scuola di Farmacia e Nutraceutica

Università Magna Graecia di Catanzaro

C.I. DI GENOMICA, PROTEOMICA E METABOLOMICA

CdLM Biotecnologie Mediche, Veterinarie e Farmaceutiche

Il corso è diviso in una parte di analisi strumentale (spettrometria di massa, elettroforesi bidimensionale), ed in una riguardante applicazioni delle tecniche strumentali in analisi proteomica, concetti basilari dell’ingegneria biomedica, sullo studio del metaboloma, prendendo in considerazione i vari approcci concettuali adottati, le piattaforme analitiche utilizzate e le loro applicazioni in campo clinico.Il corso presenta inoltre le principali problematiche, metodologie e strumenti software per la rappresentazione ed analisi bioinformatica dei principali dati biologici, con particolare riferimenti ai dati omici (es. dati genomici, proteomici, interattomici), illustra l'evoluzione delle conoscenze inerenti il Genoma grazie allo sviluppo tecnologico da Sanger fino ai nostri giorni, attraverso la descrizione delle principali tecnologie coinvolte. Inoltre, verranno illustrati i meccanismi della variabilità genetica alla base delle patologie umane

Modulo Docente CFU
SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI Mario Cannataro 1
BIOCHIMICA Carmine Ungaro 2
PATOLOGIA GENERALE Giuseppe Viglietto 2
PROTEOMICA E SPETTOMETRIA DI MASSA Marco Gaspari 2
BIOINGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA -non Presente- 1
Docente:
Giuseppe Viglietto
viglietto@unicz.it
0961 369 4181
Edificio Corpo G Stanza: 2° Livello
Mercoledi ore 14-16.

SSD:
ING-INF/05 - BIO/10 - MED/04 - CHIM/01 - ING-INF/05

CFU:
8

Scuola di Farmacia e Nutraceutica - Data stampa: 04/07/2022

Obiettivi del Corso e Risultati di apprendimento attesi

Conoscere le modalità di identificazione e quantificazione delle proteine mediante spettrometria di massa, conoscere i principali segnali biomedici, conoscere le problematiche relative alla misura di grandezze di origine biologica e le principali soluzioni ad esse, conoscere le tecniche basilari di analisi del segnale, conoscenze teoriche generali sulla metabolomica e sulle metodiche di laboratorio utilizzate per una valutazione multiparametrica dei metaboliti. Lo studente conoscerà inoltre le rappresentazioni informatiche dei principali dati omici (es. DNA, proteine, reti di interazione proteica) e le metodologie di preprocessamento, gestione ed analisi di tali dati omici. Saprà impostare un esperimento di analisi di dati omici (esperimento in silico), individuando le fasi di preprocessing, analisi statistica/data mining dei dati, interpretazione dei risultati. Avrà sviluppato abilità nell'utilizzo dei principali software per la bioinformatica. Dovrà acquisire inoltre le conoscenze di base inerenti lo studio del genoma, le tecnologie usate per la sua analisi e i meccanismi responsabili della variabilità genetica ed essere in grado di argomentare come lo studio del genoma abbia sensibilmente modificato l'approccio terapeutico alla maggior parte delle malattie umane.

 

 

Programma

Programma del modulo di Biochimica:

Introduzione alle scienze omiche. Definizione di: genomica, epigenomica, trascrittomica, proteomica e metabolomica. Relazione esistente tra le diverse omiche. Metabolomica e Metabonomica. L'analisi dei meboliti e le sue applicazioni. Sottoaree della metabolomica: 1) Fingerprinting metabolico; 2) Studio del profilo dei metaboliti; 3) Analisi del bersaglio del metabolita. Metodi utilizzati per lo studio dei metaboliti: Cromatografia liquida; Spettrometria di massa (MALDI-TOF); Spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR). I Biomarker.


Programma modulo di Proteomica e spettometria di massa:

Metodi di ionizzazione: impatto elettronico (EI), ionizzazione chimica a pressione atmosferica (APCI), elettrospray (ESI), MALDI, nESI. Analizzatori: tempo di volo (TOF), quadrupolo (Q), trappola ionica (IT), orbitrap. Frammentazione delle molecole in EI (cenni). Spettrometria di massa di peptidi e proteine mediante ionizzazione soft (MALDI, ESI). Identificazione di proteine mediante spettrometria di massa. Spettrometria di massa in tandem (MS/MS) e sequenziamento di peptidi. Bioanalisi mediante cromatografia liquida e spettrometria di massa. Analisi proteomica mediante spettrometria di massa: analisi qualitativa e quantitativa (ICAT, SILAC, iTRAQ). Applicazioni della spettrometria di massa biologica: epitope mapping, fosfoproteomica, interazioni proteina-proteina.


Programma Modulo di Sistemi di elaborazione delle informazioni:


PARTE I 

Introduzione alla Bioinformatica. Rappresentazione informatica delle principali entità biologiche (DNA, proteine, ecc). Rappresentazione primaria, secondaria e terziaria delle proteine. Cenni alle Banche dati biologiche (UniProt, PDB)

Allineamento e similarità di sequenze. Algoritmi per l’allineamento tra sequenze (Allineamento locale, globale, multiplo).

Predizione della struttura secondaria e terziaria delle proteine. 

PARTE II

Tecniche di analisi data mining (Classificazione, Clustering, Regole Associative)

Piattaforme per la produzione di dati omici (microarray, mass spectrometry)

Preprocessing ed analisi di dati genomici (dati gene expression e genotyping)

Preprocessing ed analisi di dati proteomici (dati MS e MS/MS)

Preprocessing ed analisi di dati interattomici (Reti di Interazione Proteica)

Functional Enrichment Analysis (Gene Ontology, Annotazioni, Misure di similarità semantica)


Programma Modulo di Patologia generale:

Genomica e post Genomica 

Progetto Genoma

Sequenziamento tradizionale di Sanger

La PCR: metodo e punti chiave per la sua ottimizzazione (Temperatura, primers, Concentrazione Mg2+, etc)

La PCR nella diagnostica molecolare: analisi delle mutazioni di EGFR

Sequenziamento di nuova generazione

Piattaforma Ion Torrent e piattaforma Illumina: descrizione della procedura sperimentale, applicazioni, vantaggi e svantaggi.

Fondamenti di Bioinformatica

La variabilità genetica e l'evoluzione biologica

Allineamento di sequenze

Le banche dati biologiche

Esempi di applicazione alla ricerca: TCGA, progetto 1000 genomi, GTEx, progetto microbioma

Il riparo del DNA

Cause e maccanismi di danno al DNA

Meccanismi di Riparo (NER, BER, MMR, HRR, NHEJ)

Il ciclo cellulare ed il danno al DNA

BRCA1/2

p53

La complessa architettura genetica delle patologie umane nell'era post-genomica 

L'Architettura genetica delle malattie

L'importanza delle varianti rare nella variabilità genetica

La classificazione genomica dei tumori. Alcuni esempi: tumori dell'ovaio, dell'endometrio e della mammella

La caratterizzazione genomica di stati patologici quali: 

- la resistenza ai composti del Platino nei tumori ovarici;

- il diabete di tipo II;

- l'ipercolesterolemia familiare.


Programma Modulo di Bioingegneria elettronica ed informatica:

Parte generale

Definizione di Bioingegenria, campi applicativi.

Origine e classificazione dei segnali biomedici.

Principali segnali biomedici

ECG

EEG

EMG

Misura di segnali biomedici

Schema concettuale di un sistema di acquisizione per misure biomediche

Problematiche nelle misure biomediche e loro risoluzione

Principali caratteristiche dei sensori e degli elettrodi

Tecniche di elaborazione dei segnali

Dominio del tempo

Dominio della frequenza

Dominio tempo-frequenza




Impegno orario complessivamente richiesto allo studente

64 ore di didattica frontale e 136 ore di studio individuale

Metodi Insegnamento utilizzati

Lezioni frontali, laboratori didattici, tirocinio, simulazione casi, problemsolving, esercitazioni

Risorse per l’apprendimento

Testi consigliati modulo di Biochimica:

-  Biochimica per le discipline biomediche, terza edizione, autori John W. Baynes e Marek H. Dominiczak, edizioni Elsevier.

- https://www.ncbi.nlm.nih.gov › pubmed

Testi consigliati modulo di Proteomica e spettometria di massa:

Diapositive delle lezioni, articoli scientifici  (tutto disponibile sul sito http://bioms.weebly.com)

Testi consigliati modulo di Sistemi di elaborazione delle informazioni:

Manuela Helmer Citterich, Fabrizio Ferrè, Giulio Pavesi, Graziano Pesole, Chiara Romualdi. FONDAMENTI DI BIOINFORMATICA. Zanichelli (https://www.zanichelli.it/ricerca/prodotti/fondamenti-di-bioinformatica)

Ulteriori letture consigliate per approfondimento

Stefano Pascarella, Alessandro Paiardini, BIOINFORMATICA, ZANICHELLI

Altro materiale didattico

Diapositive fornite dal docente.

Testi consigliati modulo di Patologia generale:

Dai Geni ai genomi (Jeremy W. Dale, Malcolm von Schantz, Nick Plant) Ed. Edises

Diapositive e materiale bibliografico, forniti a lezione, inerenti gli argomenti trattati 

Testi consigliati Modulo di Bioingegneria elettronica ed informatica:

Slide ed appunti del corso.

Ulteriori letture consigliate per approfondimento

J. Elderle, S. Blanchard, J. Bronzino. Introduction to Biomedical Engineering. Academic Press

Fox. Human physiology. The McGraw−Hill. Eighth Edition. 2003

John G. Webster. Medical Instrumentation – Application and Design. John Wiley& Sons Inc.

M. Luise, G.M. Vitetta. Teoria dei segnali. Terza edizione. McGraw-Hill. Capp. 1, 2, 9






Attività di supporto

Non prevista

Modalità di frequenza

La frequenza al corso non è obbligatoria

Modalità di accertamento

Durante il corso potrà essere svolto un esame in itinere in forma scritta, che prevede domande a risposta aperta e chiusa. L'esame finale verrà svolto in forma orale.