Scuola di Farmacia e Nutraceutica

Scuola di Farmacia e Nutraceutica - Data stampa: 03/12/2024

Obiettivi del Corso e Risultati di apprendimento attesi

Lo studente conoscerà come vengono prodotti, e successivamente analizzati per via informatica, i principali dati omici. In particolare, conoscerà:

• I principi di funzionamento degli spettrometri di massa.
• I principali workflow (gel elettroforesi, analisi shotgun, etc) utilizzati in analisi proteomica.
• Le tecnologie usate per l’analisi del genoma.
• I meccanismi responsabili della variabilità genetica.
• Come lo studio del genoma abbia sensibilmente modificato l'approccio terapeutico alla maggior parte delle malattie umane.
• Le alterazioni dei processi metabolici che coinvolgono lipidi e glucidi, spesso correlati a diverse patologie ed anche al cancro.
• La basi della citofluorimetria e relative applicazioni.
• Come è possibile produrre anticorpi monoclonali e quali sono i meccanismi attraverso i quali inducono effetti antitumorali.
• Le metodologie di preprocessamento, gestione ed analisi di tali dati omici.
• I principali segnali biomedici.
• Quali sono le problematiche relative alla misura di grandezze di origine biologica e le principali soluzioni ad esse.
• Le tecniche basilari di analisi ed elaborazione dei biosegnali.

Lo studente sarà inoltre in grado di:

• Analizzare un elettreferogramma ed identificare una variante genetica in omozigosi o eterozigosi;
• Interpretare ed analizzare dati ottenuti mediante NGS
• Identificare una proteina da un dato spettrometrico (PFM, MS/MS).
• Utilizzare i principali software per la bioinformatica.
• 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.
• Comprendere le principali tecniche di elaborazione ed analisi dei biosegnali.

Programma

Modulo di Proteomica  (2 CFU)

 

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.

 

Modulo di Genomica  (2 CFU)

 

1. 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 (NGS): dalla prima alla quarta generazione (procedure sperimentali, applicazioni, vantaggi e svantaggi).

 

2. Trascrittomica ed analisi dei dati di NGS

• MicroArray vs RNA-Seq
• Flusso bionformatico per l’annotazione dei dati NGS

3. Evoluzione ed applicazioni dell’ NGS

• Applicazioni nelle malattie neurodegenerative
• Metagenomica
• Immunoterapia, TMB ed instabilità dei microsatelliti
• Dalla ricerca alla Terapia: il sistema OncoKB

4. 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

5. Il DNA circolante

• Caratteristiche chimico-biologiche 
• Metodi di isolamento e caratterizzazione (BEAMing and Safe-Seq)

6. Epigenetica:

• modifiche epigenetiche e la loro applicazione biomedica
• RNA non codificanti: microRNA e lncRNA
• Imprinting genomico

7. Utilizzo di tool bioinformatici per l’annotazione e la caratterizzazione di dati NGS ( cBio portal)

 

Modulo di Metabolomica (2 CFU)

 

1. Introduzione alle scienze -omiche. Descrizione di genomica, trascrittomica, proteomica e metabolomica. Relazione esistente tra le diverse -omiche. Metabolomica e Metabonomica. Lipidomica e glicomica: metodi di studio e implicazioni tumorali.
2. Il cancro come malattia metabolica. Neoplasie e metabolismo glicolitico. Effetto Pasteur vs effetto Warburg. Saggi Bioluminescenti per la detection di metaboliti tumorali in vitro.
3. La citofluorimetria: principio di funzionamento e compensazione. Utilizzo del citofluorimetro per lo studio della proliferazione cellulare, dell’apoptosi e del ciclo cellulare.
4. Anticorpi monoclonali: produzione e alcuni esempi di applicazione terapeutica.
5. RT-PCR: il metodo, le sonde fluorescenti, l’analisi.
6. Manipolazione genica e metodi di trasferimento genico.

 

 

Modulo di Sistemi di Elaborazione delle Informazioni  (1 CFU)

 

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)

 

 

Modulo di Bioingegneria Elettronica e Informatica (1 CFU)

 

• Parte generale
  • Definizione di Bioingegneria, campi applicativi.
  • Origine e classificazione dei segnali biomedici.
  •  
• 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
• Filtri e amplificatori per biosegnali

Impegno orario complessivamente richiesto allo studente

Le ore stimate sono 200, di cui 64 ore di didattica frontale e 136 ore di studio individuale.

Metodi insegnamento

Lezioni frontali.

Risorse per l'apprendimento

Libri di testo

• Metodologie Biochimiche e Biomolecolari (M. Maccarrone, Edizione Zanichelli)
• Biotecnologie molecolari (T.A. Brown, Edizioni Zanichelli)
• Manuela Helmer Citterich, Fabrizio Ferrè, Giulio Pavesi, Graziano Pesole, Chiara Romualdi. FONDAMENTI DI BIOINFORMATICA. Zanichelli (https://www.zanichelli.it/ricerca/prodotti/fondamenti-di-bioinformatica).
• John G. Webster. Medical Instrumentation – Application and Design. John Wiley& Sons Inc. (Modulo di Bioingegneria).

Ulteriori letture consigliate per approfondimento

• Articoli e review forniti a lezione (moduli di genomica, proteomica e metabolomica).
• Stefano Pascarella, Alessandro Paiardini, BIOINFORMATICA, ZANICHELLI (modulo di Sistemi).
• Elderle, S. Blanchard, J. Bronzino. Introduction to Biomedical Engineering. Academic Press

Altro materiale didattico

• Diapositive fornite dai docenti.

Attività di supporto

Non prevista

Modalità di frequenza

Le modalità sono indicate dall’art. 8 del Regolamento didattico d’Ateneo.

Modalità di accertamento

Le modalità generali sono indicate nel regolamento didattico di Ateneo all’art.22 consultabile al link http://www.unicz.it/pdf/regolamento_didattico_ateneo_dr681.pdf

L’esame finale sarà svolto in forma orale.

I criteri sulla base dei quali sarà giudicato lo studente sono:

	Conoscenza e comprensione argomento	Capacità di analisi e sintesi	Utilizzo di referenze
Non idoneo	Importanti carenze. Significative inaccuratezze	Irrilevanti. Frequenti generalizzazioni. Incapacità di sintesi	Completamente inappropriato
18-20	A livello soglia. Imperfezioni evidenti	Capacità appena sufficienti	Appena appropriato
21-23	Conoscenza routinaria	E’ in grado di analisi e sintesi corrette. Argomenta in modo logico e coerente	Utilizza le referenze standard
24-26	Conoscenza buona	Ha capacità di a. e s. buone; gli argomenti sono espressi coerentemente	Utilizza le referenze standard
27-29	Conoscenza più che buona	Ha notevoli capacità di a. e s.	Ha approfondito gli argomenti
30-30L	Conoscenza ottima	Ha notevoli capacità di a. e s.	Importanti approfondimenti