Obiettivi Formativi

Fornire la conoscenza delle possibili applicazioni dei sistemi microbici in campo tecnologico in diversi ambiti (industriale, ambientale, farmaceutico, sanitario, alimentare), con attenzione alla comprensione delle metodologie applicative per l’utilizzo di modelli microbici nella la tecnologia del DNA ricombinante e delle proteine ricombinanti, per l’uso dei microorganismi come farmaci probiotici, per lo sviluppo e la produzione di vaccini, e per il drug-delivery. Fornire agli studenti le conoscenze/competenze di base sulle moderne tecniche di genotipizzazione applicate allo studio dei microrganismi e sulle recenti tecnologie di sequenziamento parallelo massivo degli acidi nucleici incluso l’analisi in-silico dei dati da esse generati. Fornire i principi e le basi teoriche del sequenziamento massivo applicabili all'identificazione e allo studio genomico dei microrganismi.

Learning Goals

To provide knowledge about possible applications of microbial systems in different fields of technology (industrial, environmental, pharmaceutical, healthcare, food) with attention to the understanding of applied methodologies for the use of microbial models in recombinant DNA and recombinant proteins technology, for utilization of microorganisms as probiotics, for vaccine development and production and drug-delivery. To provide students with the basic knowledge and skills on modern genotyping techniques, including the next generation sequencing technologies and bioinformatics analysis of genomics data. The course will provide the principles and theoretical bases of molecular methodologies, and massive sequencing of nucleic acids to study different aspects of microbial biology including genetics, evolution and diversity.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni Il corso viene erogato attraverso lezioni frontali in aula (18 ore) integrate con esercitazioni pratiche in aula e nel laboratorio di bioinformatica (36 ore). Le lezioni si svolgono settimanalmente attraverso l'utilizzo di diapositive power-point e materiale audiovisivo. Per le sessioni pratiche, gli studenti lavoreranno su postazioni PC e saranno guidati dal docente nell'apprendimento delle competenze appropriate.

Teaching Methods

Lecture and exercises The course is delivered through lectures (18 hours), integrated with classroom exercises and hands-on sessions in the laboratory of bioinformatics (36 hours). The lessons are held weekly through the use of power-point slides and audiovisual materials. For practical sessions, students will work on PC workstations and will be guided by the professor in learning appropriate skills.

Prerequisiti

Le basi di microbiologia generale e biologia molecolare e le basi di genetica, microbiologia generale.

Prerequisites

basic knowledge of general microbiology and molecular biology and basics of general microbiology and computer genetics.

Verifiche dell'apprendimento

Esame finale orale

Assessment

Final oral exame

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: A000623 - TECNOLOGIE MICROBICHE APPLICATE ------------------------------------------------------------ Inquadramento delle biotecnologie microbiche (tradizionali ed innovative) e dei processi di biocatalisi microbica. Selezione e conservazione di microrganismi di interesse biotecnologico collezioni di colture (BRC) Utilizzazione di bioreattori Attuali produzioni industriali in campo energetico, chimico, cosmeceutico, alimentare e farmacologico Applicazione dei microrganismi per la bio-remediation Produzione di antibiotici e molecole bioattive Proteine ricombinanti e vaccini ricombinanti. Peptidi antibatterici e terapia fagica. La tecnologia del phage display come strumento per la ricerca di ligandi. Drug delivery e drug-targeting Nuovi sistemi diagnostici lab on chip Applicazioni delle tecnologie del Dna ricombinante per l’ottimizzazione delle produzioni.  Tecniche di clonaggio e vettori di espressione. Editing del genoma e sistema CRISPR/Cas9. Tecniche di indagine dell’espressione genica (macro- e micro-arrays, Real- time PCR); ------------------------------------------------------------ Modulo: A000624 - GENOMICA APPLICATA E BIOINFORMATICA ------------------------------------------------------------ PARTE I - GENOMICA APPLICATA Organizzazione di geni e genomi e variabilità genetica nei microrganismi Architettura trascrizionale dei genomi microbici - Il genoma non codificante Marcatori molecolari e le loro principali applicazioni per lo studio di genomi microbici Tecniche di genotipizzazione e analisi della struttura di popolazione dei microrganismi Tecnologie di sequenziamento parallelo massivo di genomi e trascrittomi (Next Generation Sequencing, NGS) Tipizzazione metagenomica di microbiomi PARTE II - BIOINFORMATICA L'importanza del confronto e dell' analisi di sequenze genetiche Matrici di punteggio, Matrici PAM e BLOSUM Allineamenti globali e locali Misura della significatività statistica di un allineamento Allineamenti multipli di sequenza Algoritmo BLAST Analisi e interpretazione di dati “MultiLocus Sequence Typing, (MLST)” e filogenesi molecolare Analisi e interpretazione di dati NGS: formato e manipolazione dei dati Pre-processamento delle sequenze (reads); Analisi di qualità Risequenziamento di genomi microbici e assemblaggio De Novo Assemblaggio di trascrittomi Annotazione funzionale di genomi e trascrittomi Analisi di varianti geniche (variant calling) e loro validazione

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: A000623 - TECNOLOGIE MICROBICHE APPLICATE ------------------------------------------------------------ Framework of microbial biotechnologies (traditional and innovative) and microbial biocatalysis processes.  Selection and conservation of microorganisms of biotechnological interest in culture collections (BRC) Use of bioreactors Current industrial production in the energy, chemical, cosmeceutical, food and pharmacological fields Application of microorganisms for bio-remediation Production of antibiotics and bioactive molecules Recombinant proteins and recombinant vaccines. Antibacterial peptides and phage therapy. Phage display technology as a tool for finding ligands. Drug delivery and drug-tarageting New lab on chip diagnostic systems Applications of recombinant DNA technologies for the optimization of production.  Cloning techniques and expression vectors. Genome editing and CRISPR / Cas9 system. Gene expression investigation techniques (macro- and micro-arrays, Real-time PCR); techniques for investigating protein-protein interaction (two hybrid in phage display). ------------------------------------------------------------ Modulo: A000624 - GENOMICA APPLICATA E BIOINFORMATICA ------------------------------------------------------------ PART I - APPIED GENOMICS Structural/functional organization of genes and genomes and genetic variability in microrganisms Transcriptional architecture of microbial genomes - The non-coding genome Molecular markers and their main applications for the study of microbial genomes Genotyping Techniques and microbial population structure analysis Technologies for massive parallel sequencing of genomes and transcriptomes (Next Generation Sequencing, NGS) Metagenomics of microbiomes PART II - BIOINFORMATICS The importance of comparison and analysis of genetic sequences Scoring matrices: PAM and BLOSUM matrices Global and local alignments The statistical significance of an alignment Multiple sequence alignments BLAST algorithm Analysis and interpretation of "MultiLocus Sequence Typing, (MLST)" data and molecular phylogeny Analysis and interpretation of Next Generation Sequencing (NGS) data: data format and manipulation Pre-processing of sequencing reads; Quality analysis Re-sequencing and De Novo assembly of microbial genomes Transcriptome assembly Functional annotation of genomes and transcriptomes Variant calling analysis and SNPs validation