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

Il corso di Tecnologie Microbiche applicate è strutturato in lezioni teoriche frontali in aula (24 ore) e esercitazioni guidate nel laboratorio di virologia molecolare (24 ore). Le lezioni si svolgono mediante l’utilizzo di diapositive su power-point. Le esercitazioni in laboratorio saranno organizzate suddividendo gli studenti in gruppi. L'attività di laboratorio si concentrerà sulla comprensione della mappatura dei plasmidi mediante enzimi di restrizione. I risultati saranno analizzati mediante elettroforesi su gel di agarosio. Il corso di Genomica applicata e Bioinformatica 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

The APPLIED MICROBIAL TECHNOLOGIES course is structured in lectures (24 hours) and hands-on sessions in the molecular virology lab (24 hours). The lessons are held weekly using power-point slides and audiovisual materials. Laboratory activity will be organized by dividing students into groups to acquire and learn appropriate skills. The lab activity will focus on the understanding of plasmid mapping using restriction enzymes. Results will be analysed using agarose gel electrophoresis. The APPLIED GENOMICS AND BIOINFORMATICS 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

L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma del corso con riferimenti specifici all’attività di laboratorio. Si valuterà la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente e la capacità di esporre gli argomenti con un linguaggio scientifico appropriato. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18). La verifica dell'apprendimento prevede una prova orale. In alternativa è possibile richiedere di effettuare una verifica scritta equivalente solo in presenza di motivate disabilità e limiti per lo studente.

Assessment

The objective of the exam is to verify the level of knowledge and in-depth analysis of the topics of the course program with specific references to laboratory activity. The reasoning skills developed by the student and the ability to present the arguments with an appropriate scientific language will be assessed. The evaluation is expressed in thirtieths (minimum score 18). Verification of learning includes an oral exam. Otherwise, it is possible to request carrying out an equivalent written test only in the presence of justified disabilities and limits for the student.

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: A000623 - TECNOLOGIE MICROBICHE APPLICATE ------------------------------------------------------------ Plasmidi, batteriofagi e virus come vettori di clonaggio. Strategie di clonaggio: Purificazione del DNA e costruzione di molecole ricombinanti (enzimi di restrizione, mappatura dei siti di restrizione, elettroforesi su gel d’agarosio) Trasformazione batterica e trasfezione di DNA ricombinante in cellule eucariotiche Selezione di cloni ricombinanti “Tag fusion protein” per la purificazione, il rilevamento e studi di localizzazione intracellulare. Produzione di proteine ricombinanti in E. Coli Produzione di proteine ricombinanti mediante il sistema di espressione di Baculovirus Applicazione biotecnologiche del clonaggio molecolare: -produzione di farmaci e terapia genica -sviluppo di vaccini ricombinanti: Vaccini tradizionali (vaccini mRNA, vaccini inattivati, vaccini a subunità, ricombinanti, polisaccaridici e coniugati, tossoidi) e vaccini di nuova generazione (vaccini mRNA) Vaccini virali e Pseudovirus (Virus-like particles): preparazione, immunogenicità e loro ruoli come nano-vaccini e nano-carrier di farmaci ------------------------------------------------------------ Modulo: A000624 - GENOMICA APPLICATA E BIOINFORMATICA ------------------------------------------------------------ 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 strutturale e funzionale di genomi e trascrittomi; Analisi di varianti geniche (variant calling) e loro validazione.

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: A000623 - TECNOLOGIE MICROBICHE APPLICATE ------------------------------------------------------------ Plasmids, bacteriophages and viruses as cloning vectors. Cloning strategies: DNA purification and construction of recombinant molecules (Restriction Enzyme Mapping and agarose gel electrophoresis) Horizontal gene transfer by Transformation, Transduction and Transfection Screening Of Recombinant Clones Tag fusion protein for purification, detection and intracellular localization studies E. coli recombinant protein production Baculovirus expression systems for recombinant protein production in insect cells Biotechnology and genetic engineering in the new drug development and in the gene therapy. Traditional vaccines (mRNA vaccines, Inactivated vaccines, Subunit, recombinant, polysaccharide, and conjugate vaccines, Toxoid vaccines) vs next generation vaccines (mRNA vaccines) Viral vector vaccines e Virus-like particles: preparation, immunogenicity and their roles as nanovaccines and drug nanocarriers ------------------------------------------------------------ Modulo: A000624 - GENOMICA APPLICATA E BIOINFORMATICA ------------------------------------------------------------ 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; Structural and Functional annotation of genomes and transcriptomes; Variant calling analysis and SNPs validation.