Offerta Didattica

 

BIOTECNOLOGIE MEDICHE

BIOINFORMATICS AND MOLECULAR NETWORKS

Classe di corso: LM-9 - Biotecnologie mediche, veterinarie e farmaceutiche
AA: 2022/2023
Sedi: MESSINA
SSDTAFtipologiafrequenzamoduli
BIO/18CaratterizzanteObbligatoriaObbligatoriaNo
CFUCFU LEZCFU LABCFU ESEOREORE LEZORE LABORE ESE
63305418360
Legenda
CFU: n. crediti dell’insegnamento
CFU LEZ: n. cfu di lezione in aula
CFU LAB: n. cfu di laboratorio
CFU ESE: n. cfu di esercitazione
FREQUENZA:Libera/Obbligatoria
MODULI:SI - L'insegnamento prevede la suddivisione in moduli, NO - non sono previsti moduli
ORE: n. ore programmate
ORE LEZ: n. ore programmate di lezione in aula
ORE LAB: n. ore programmate di laboratorio
ORE ESE: n. ore programmate di esercitazione
SSD:sigla del settore scientifico disciplinare dell’insegnamento
TAF:sigla della tipologia di attività formativa
TIPOLOGIA:LEZ - lezioni frontali, ESE - esercitazioni, LAB - laboratorio

Obiettivi Formativi

Il corso permetterà di acquisire le nozioni e le abilità computazionali necessarie per lo studio di network molecolari che controllano la miriade di processi biologici che governano le strutture e le funzioni cellulari. In particolare, gli studenti acquisiranno competenze su approcci bioinformatici e tools necessari per la ricerca in database, realizzazione di allineamenti e analisi di sequenze, ed impareranno ad analizzare metagenomi e complessi microbiomi, la filogenesi e l’evoluzione genomica, interi trascrittomi ed i non-coding RNA.

Metodi didattici

Il corso viene erogato attraverso lezioni frontali in aula integrate con esercitazioni pratiche in aula e nel laboratorio di bioinformatica

Prerequisiti

Gli studenti devono possedere basi di biologia cellulare, biologia molecolare, biochimica, anatomia umana e fisiologia umana.

Verifiche dell'apprendimento

L’esame finale consisterà in una prova orale valutata in trentesimi ed eventuale lode. Sarà valutato il livello delle conoscenze maturate sui contenuti specifici del corso, la proprietà di linguaggio e la chiarezza espositiva.

Programma del Corso

Il corso si svolge nel secondo semestre. L’itinerario di apprendimento inizierà dal contributo della bioinformatica verso la genetica e la genomica moderna trattando i concetti base del sequenziamento del DNA, database biologici (tipi, classificazione e sistemi di recupero dati), allineamento di sequenze di DNA e proteine (es. dot-matrix; Algoritmi di Needleman-Wunsch e Smith-Waterman; matrici di punteggio come matrici PAM e BLOSUM; algoritmo BLAST) e filogenesi molecolare. Il corso proseguirà introducendo gli studenti al sequenziamento degli acidi nucleici di seconda e terza generazione combinando sessioni sia teoriche che pratiche che illustrano i concetti del sequenziamento moderno, i pro e i contro delle diverse piattaforme di Next Generation Sequencing (NGS); principali metodi di preparazione delle librerie genomiche e strategie di analisi dei dati NGS. In particolare, il lavoro di bioinformatica includerà un'introduzione all’analisi di qualità dei dati NGS e alla loro pre-elaborazione, incluso il filtraggio delle reads, la mappatura delle reads e l'analisi dei dati di sequenziamento genomico, metagenomico e del trascrittoma. Il corso si concluderà con sessioni teoriche e lavoro pratico che descrivono le complessità dell'assemblaggio del genoma e del trascrittoma, l'analisi del microbioma e le reti di regolazione genica ricostruite dai dati di RNA-seq e metagenomici. Le sessioni saranno combinate al fine di offrire agli studenti un'esperienza di apprendimento equilibrata garantendo molto tempo alle sessioni pratiche, e fornendo così agli studenti gli strumenti computazionali e le esperienze necessarie per l'analisi NGS di reti molecolari e “pathways” che controllano i principali processi cellulari. PROGRAM PART I: Introduction to bioinformatics and biological databases The objectives of bioinformatics; Contribution of bioinformatics toward modern genetics and genomics; Introduction to biological databases: types of databases, classification and data retrieval; Nucleotide sequence databases (EMBL/DDBJ/GenBank; RefSeq); The Ensembl database; Protein sequence databases (TrEMBL; Uniprot; Enterez Protein). Introduction to nucleic acid sequencing Overview of first-, second-, and third-generation sequencing; Sanger Sequencing Data Analysis; Whole genome/transcriptome sequencing using Next Generation Sequencing (NGS); Ins and outs of different NGS platforms; Metagenomics; Targeted and De-novo sequencing; Raw data generated by NGS technologies. Comparison of DNA and amino acid sequences and molecular phylogeny Biological sequences and their analysis; Introduction to pairwise alignment; Global and local alignment; Sequence similarity and scoring methods; Dot-Matrix method; Scoring matrices (PAM and BLOSUM matrices); The BLAST algorithm and database search; Multiple sequence alignment and phylogenetic analysis; Statistical validation methods: Bootstrap analysis; Tools and software used for tree construction. PART II: Bioinformatics tools and methods in NGS data analysis FASTQ file format, and base quality score; NGS data quality control and preprocessing; Read mapping; SAM/BAM as the standard mapping file format; De novo genome assembly; Contig assembly algorithms; Scaffolding; Assembly quality evaluation; Gap closure; RNA-Seq data analysis; Identification of differentially expressed genes; Functional analysis of identified genes; Metagenomics; Taxonomic characterization of a microbial community; Identification of differentially abundant species or operational taxonomic units (OTUs). Biological Networks: Tools, Methods, and Analysis Types of biological networks: protein-protein interaction networks, disease-gene interaction networks; metabolic networks, and gene regulatory networks; Gene Ontology (GO) and KEGG Orthology (KO) vocabularies for annotating gene and protein functions; Bioinformatics utilities for GO/KO annotation/enrichment analysis.

Testi di riferimento: - Wang Xinkun, Next-Generation Sequencing Data Analysis, CRC Press 2016. - Noor Ahmad Shaik et al. Essentials of Bioinformatics, Vol. I. Springer, Cham 2019. - Material (links, slides, files) and papers provided by the professor.

Elenco delle unità didattiche costituenti l'insegnamento

Docente: ORAZIO ROMEO

Orario di Ricevimento - ORAZIO ROMEO

GiornoOra inizioOra fineLuogo
Lunedì 13:00 14:00Studio docente
Venerdì 13:00 14:00Studio docente
Note: E' possibile richiedere un appuntamento via email al seguente indirizzo: oromeo@unime.it
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