Obiettivi Formativi

Il corso si propone di introdurre lo studente alle principali problematiche relative allo sviluppo di adeguati strumenti computazionali per la soluzione di problemi derivanti dall'analisi di sequenze genetiche sia di microrganismi procariotici che eucariotici. Gli obiettivi principali sono di fornire allo studente un inquadramento sistematico delle problematiche di un settore caratterizzato da una recente e rapida evoluzione, gli strumenti necessari per poter affrontare svariati problemi nell'ambito della biologia molecolare e della genetica microbica e gli attuali strumenti bioinformatici utili a risolvere i problemi legati alla biologia e alla medicina.

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula ed esercitazione al computer.

Prerequisiti

Risultano consigliate per questo corso le conoscenze di base di informatica, statistica, biologia molecolare e genetica.

Verifiche dell'apprendimento

Esame finale orale

Programma del Corso

PARTE I: Gli obiettivi ed il linguaggio della bioinformatica; Acquisizione, conservazione e distribuzione dei dati genetici; Uso dei principali tipi di databases: Genbank, NCBI Genome; Pubmed, EMBL-ENA, Ensemble. Ricerche in database: BLAST, FASTA. Misura della significatività statistica. Confronto di sequenze Il metodo della matrice a punti (dot plot); Matrici di punteggio; Matrici PAM e BLOSUM Allineamenti globali e locali; Gap e penalizzazione delle indel; Misura della significatività statistica di un allineamento; Allineamenti multipli di sequenza; ClustalW. Filogenesi molecolare Vantaggi delle filogenie molecolari; Alberi filogenetici; Il metodo Neighbor joining e UPGMA; Significatività statistica di un albero: analisi di bootstrap; PARTE II: Progettazione di primers per amplificazioni in vitro (PCR) Linee guida per il disegno di primers; Principali softwares utilizzati: Primer3; primer-BLAST. Strategie per il sequenziamento di genomi Sequenziamento ad alto rendimento: metodi che eliminano la necessità del clonaggio e tecniche di sequenziamento in parallelo. Sequenziamento di seconda generazione (NGS): il sequenziatore Roche, Illumina e Ion Torrent. Analisi di dati NGS Formato e manipolazione dei dati; Pre-processamento delle sequenze (reads); Analisi di qualità: FastQC e Prinseq; Server Galaxy; Risequenziamento dei genomi e assemblaggio de Novo. Bioinformatica per l'identificazione e l'analisi genetica di cellule microbiche Strategie per la messa a punto di protocolli molecolari per l'identificazione di microrganismi. Analisi genetiche intraspecie: genotipizzazione mediante analisi dei microsatelliti. Ricerca e analisi di sequenze ripetute nei genomi; Multi-locus sequence typing (MLST).