- Oggetto:
- Oggetto:
LABORATORIO BIOMOLECOLARE
- Oggetto:
Biomolecular laboratory
- Oggetto:
Anno accademico 2023/2024
- Codice attività didattica
- SVB0029
- Docenti
- Giovanna Di Nardo (Titolare)
Ivan Molineris
Livia Caizzi - Corso di studio
- Scienze Biologiche D.M. 270
- Anno
- 3° anno
- Periodo
- Da definire
- Tipologia
- Affine o integrativo
- Crediti/Valenza
- 9
- SSD attività didattica
- BIO/10 - biochimica
BIO/11 - biologia molecolare - Erogazione
- Mista (tradizionale e online)
- Lingua
- Italiano
- Frequenza
- Lezioni facoltative e esercitazioni obbligatorie
- Tipologia esame
- Scritto ed orale
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Questo insegnamento concorrre agli obiettivi formativi dell'area biologica, fornendo allo studente conoscenze di base in ambiti specifici della Biochimica, Biologia molecolare e Bioinformatica e fornendo competenze tecniche in ambito biomolecolare.
L'insegnamento tratta la base teorico-pratica dell'interfacia tra le conoscenze sulla sequenza dei genomi ed il loro utilizzo per tecnologie del DNA ricombinante, ingegnerizzazione ed espressione di proteine ricombinanti e modellizzazione delle strutture molecolari, anche attraverso i metodi bioinformatici e l'utilizzo di banche dati.
Nel primo modulo, lo studente acquista la capacità di accedere ed utilizzare le principali banche-dati di genomica, proteine e letteratura disponibili su web e gli elementi introduttivi ad una serie di strumenti per il lavoro bioinformatico.Nel secondo modulo, vengono presentate le principali metodiche del DNA ricombinante, le applicazioni per l'analisi di espressione dei geni, per lo studio di interazione proteina-DNA/RNA e per la manipolazione dei geni in organismi. Acquisisce anche pratica nel clonaggio in E. coli con l'utilizzo di plasmidi ricombinanti, purificazione ed analisi del costrutto finale.
Nel terzo modulo, lo studente acquisisce gli elementi di base per capire la funzione delle molecole biologiche sulla base della loro struttura chimica e tridimensionale. Acquisisce esperienza diretta sulla visualizzazione e l'analisi della struttura 3D di proteine. Inoltre, vengono forniti gli elementi teorici di base per la cristallografia ai raggi x e la risonanza magnetica nucleare (NMR) applicati allo studio della struttura delle macromolecole biologiche.
Per ciascuno degli argomenti presentati, lo studente acquisisce gli strumenti di base per un loro utilizzo pratico, attraverso un'esperienza diretta in laboratorio ed applicazioni in aula informatica, basate su risorse web.
This teaching contributes to the realization of the objectives of the biological area, providing the student with basic knowledge in specific fields of Biochemistry, Molecular Biology and Bioinformatics and providing technical skills in the biomolecular field.
The teaching presents a first base at the interface between theoretical and practical knowledge about the sequence of genomes and their use in recombinant DNA technology, engineering and recombinant protein expression and modeling of molecular structures, even through bioinformatics methods and the use databases.
In the first module, the student acquires the ability to access and use the main databases of genomics, protein and literature available on the web and introductory elements about most common bioinformatic tools.
In the second module, the student knows the main methods of recombinant DNA, applications for gene expression analysis, for the study of protein-DNA/RNA interaction and for gene manipulation. He also acquires direct practice in DNA cloning in E. coli, purification and analysis of the final construct.
In the third module, the student acquires the basic elements to understand the function of biological molecules based on their chemical and three-dimensional structure. The student acquires direct experience on visualization and analysis of protein structures. Moreover, the theoretical and fundamental elements of crystallography and nuclear magnetic resonance applied to the study of the 3D structure of biomacromolecules are provided.For each of the topics presented, the student acquires the basic tools for
a practical use, through direct experience in the lab and classroom
computer applications based on web resources.- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Conoscenza dei diversi livelli strutturali delle proteine e loro rappresentazione grafica.
Interpretazione in termini strutturali del ripiegamento nello spazio della catena polipeptidica.
Interpretazione in termini funzionali i siti di legame e i siti catalitici di proteine/enzimi partendo dalla natura degli amino acidi che li costituiscono.
Interpretazione funzionale di una sequenza nucleotidica nei formati più comuni presenti in basi di dati.
Conoscenza dei formati delle principali basi di dati genomici, proteomici e di letteratura. Conoscenza dei principali strumenti di analisi delle basi di dati.
Conoscenza delle principali metodologie del DNA ricombinante e delle loro applicazioni.
Riconoscimento ed interpretazione di plasmidi, trasfezioni e infezioni dei plasmidi ricombinanti. Come vengono create le proteine di fusione e loro applicazioni per la purificazione, localizzazione intracellulare, studio delle interazioni proteina-proteina.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Visualizzare, calcolare e studiare le strutture proteiche con l'uso della grafica molecolare
Interrogare basi di dati genomiche, proteomiche e di letteratura.
Trovare elementi di omologia ed identità in sequenze nucleotidiche e aminoacidiche e disegnare primers per PCR.
Eseguire facili manipolazioni di base per il clonaggio e l'analisi del DNA.
Interpretazione di semplici dati da restrizione di plasmidi e sequenze lineari.
Capacità di applicare norme di sicurezza nella manipolazione di DNA ricombinante.AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Riconoscimento di molecole e di strutture in basi di dati o in rappresentazione grafica.
Interpretazione di protocolli di base di biologia molecolare.
Analisi con metodi bioinformatici dell'identità e delle caratteristiche di un gene / proteina.
Valutazione dell'adeguatezza delle diverse tecniche molecolari per i problemi applicativi proposti.ABILITÀ COMUNICATIVE
Elaborato scritto illustrato sulle atività pratiche in laboratorio molecolare ed informatico.CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
Familiarità con banche dati e strumenti disponibili in reteKNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
Knowledge of the different structural levels of proteins and their graphic representation.
Structural interpretation of the folding of the polypeptide chain in 3D space.
Interpretation in terms of functional binding sites and catalytic sites of proteins / enzymes, starting from the nature of the amino acids that constitute them.
Functional interpretation of a nucleotide sequence in the formats commonly found in databases.
Knowledge of the sizes of the main bases of genomic, proteomic and literature data.
Knowledge of the main tools of analysis of databases.
Knowledge of the main methods of recombinant DNA and their applications.
Recognition and interpretation of carriers and systems for recombinant DNA.
APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
Visualize, calculate and study the protein structures with the use of molecular graphics
Search genomic, proteomic databases and relevant literature.
Find elements of homology and identity in nucleotide and amino acid sequences and design primers for PCR.
Perform easy basic manipulations for cloning and DNA analysis.
Interpretation of simple data from restriction analysisi of plasmids and linear sequences.
Ability to apply safety standards in the handling of recombinant DNA.
JUDGEMENT
Recognition of molecules and structures in databases or in graphical representation.
Interpretation of basic protocols of molecular biology.
Analysis of identity and distinctiveness of a gene / protein with bioinformatics methods.
Assessment of the various molecular techniques for the proposed application problems.
COMMUNICATION SKILLS
Written report on molecular laboratory and in silico computational activities.
LEARNING SKILLS
Familiarity with databases and tools available on the web.
- Oggetto:
Programma
BIOINFORMATICA INTRODUTTIVA
- Consultazione delle banche dati ENTREZ e ENSEMBL per trovare le caratteristiche dei geni e dei genomi e analisi post-genomiche.
- Genome browser.
- Introduzione all'allineamento di sequenze.
- Banche dati della letteratura biomedica (NCBI PubMed) e altre banche dati biologiche.
- Introduzione alla tecnica RNA-Seq.
- Introduzione alla tecnica ChIP-Seq.
- Esperienze di analisi dati in laboratorio informatico.
METODI E APPLICAZIONI DEL DNA RICOMBINANTE
- Vettori plasmidici e specifiche applicazioni.
- Ruolo e utilizzo degli enzimi di restrizione e modificazione.
- Strategie per la clonazione e la produzione di plasmidi ricombinanti.
- Trasformazione, trasfezione, trasduzione.
- Produzione di proteine ricombinanti di fusione e purificazione.
- Analisi delle interazioni in vitro e in vivo: proteina-proteina (saggi in vitro, IP, Co-IP), proteina-DNA (EMSA, ChIP e analisi con qPCR), proteina-RNA (EMSA, RIP, PAR-CLIP, RNA pull down, ChIRP e analisi con RT-qPCR).
- Modelli transgenici, tecnologie di gene targeting, manipolazione genetica condizionale;
- Editing genomico: da ZNF e TALEN al sistema CRISPR/Cas9.
- Clonaggio in frame del gene SOX2 da cDNA in un plasmide ricombinante che ha un tag all'N-terminale (AviTag).
STRUTTURISTICA DI BASE DI MACROMOLECOLE
- Amminoacidi: proprietà e classificazione.
- Il legame peptidico e la struttura primaria.
- Gli angoli ψ, φ e il plot di Ramachandran.
- Elementi della struttura secondaria delle proteine.
- I principali motivi strutturali: esempi di motivi conservati.
- Predizione della struttura secondaria delle proteine: metodo di Chou-Fasman.
- Struttura terziaria e quaternaria.
- Il folding delle proteine.
- Forze che guidano il folding.
- I domini: classificazione e significato funzionale di alcuni domini conservati.
- Fondamenti di NMR.
- Fondamenti di cristallografia.
- Strumenti bioinformatici: visualizzazione di proteine tramite pdb viewer, modelling per omologia.
- Banche dati proteiche
- Expasy: mezzi per l'analisi della sequenza proteica
- Utilizzo del software UCSF Chimera per la visualizzazione e l'analisi di strutture proteiche.
INTRODUCTION TO BIOINFORMATICS
- Genes, genomes and post-genomic analysis. Using genomic databases: ENTREZ and ENSEMBL.
- Genome browsers
- Introduction to basic sequence alignment
- Biomedical literature databases (NCBI PubMed) and other biological databases.
- Introduction to RNA-Seq
- Introduction to ChIP-Seq
- Experience of data analysis in informatic lab
METHODS AND APPLICATIONS OF RECOMBINANT DNA
- Plasmid vectors and specific applications.
- Role and use of restriction and modification enzymes.
- Strategies for the cloning and production of recombinant plasmids.
- Transformation, transfection, transduction.
- Production of recombinant fusion and purification proteins; In vitro and in vivo interaction analysis: protein-protein (in vitro, IP, Co-IP assays), protein-DNA (EMSA, ChIP and analysis with qPCR), protein-RNA (EMSA, RIP, PAR-CLIP, RNA pull down , ChIRP and analysis with RT-qPCR).
- Transgenic models, gene targeting technologies, conditional genetic manipulation. Genome editing: from ZNF and TALEN to the CRISPR / Cas9 system.
- Cloning in E. coli a gene from cDNA into a eukaryotic expression vector (digestion with restriction enzymes, ligation, bacterial transformation, extraction and analysis of recombinant plasmids.
BASICS IN MACROMOLECULES STRUCTURE
- Amino acids: properties and classification.
- The peptide bond and the primary structure.
- The angles ψ, φ and the Ramachandran plot.
- Elements of the secondary structure of proteins.
- The main structural reasons: Examples of conserved motifs.
- Prediction of the secondary structure of proteins: method of Chou-Fasman.
- Tertiary and quaternary structure.
- Protein folding.
- Forces driving the folding.
- Domains: classification and functional significance of some conserved domains.
- Fundamentals of NMR.
- Fundamentals of crystallography.
- Bioinformatics tools: visualization of proteins by pdb viewer, modeling by homology.
- Protein databases.
- ExPASy: means for analysis of the protein sequence
- Using software UCSF Chimera for visualization and analysis of protein structures.
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
Tutte le lezioni e le esercitazioni si terranno in presenza. La modalità a distanza (in streaming) potrà essere introdotta su indicazione dell'Ateneo in base alle misure sanitarie relative allo sviluppo della pandemia di COVID-19.
La frequenza ai laboratori deve essere almeno del 75% su ogni modulo per poter sostenere l'esame.
Ulteriori informazioni sono reperibili nelle schede dei moduli specifici.
All lessons and practicals will be delivered in presence. Alternative online teaching (by streaming) may be introduced according to the University recommendations related to the status of the COVID-19 pandemic.
Attendance at the practicals must be at least 75% on each module in order to take the exam.
You can find further information on the page relative to different teacing modules.
- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
La verifica verrà effettuata tramite delle prove pratiche e un test finale.
In particolare, i pesi dei test, delle relazioni e attività sono così distribuiti:
- Modulo di Metodi e Applicazioni del DNA Ricombinante
Relazione 50%
Test finale 50%
- Modulo di Strutturistica
Prova pratica 50%
Test finale 50%
- Modulo di Bioinformatica introduttiva:
Prova pratica 50%
Test finale 50%
PROVE PRATICHE.
La prova di Bioinformatica consiste in in un test con 10-15 domande aperte, per rispondere alle quali è necessario utilizzare gli strumenti visti durante il laboratorio.
La prova pratica di MADR consiste in una relazione di laboratorio.
La prova pratica di Strutturistica consiste in un test con 10 domande, per rispondere alle quali è necessario utilizzare gli strumenti visti durante il laboratorio.
Le prove pratiche sono da considerarsi in itinere e devono essere svolte/consegnate prima della data dell'appello (in data da concordarsi con il docente di ciascun modulo).
Il voto della relazione di MADR e della prova pratica del modulo di strutturistica sono mantenuti anche per appelli successivi al primo (anche da un anno all'altro).
Per quanto riguarda la prova pratica del modulo di bioinformatica si può mantenere il voto o rifare la prova pratica ad ogni appello.
TEST FINALE.
Il test finale consiste in 30 domande chiuse, aperte e problemi, 10 per ogni modulo, da svolgersi sulla piattaforma Moodle. Il punteggio del test sarà mediato con i punteggi ottenuti nelle relazioni e nelle prove pratiche.
Nella data dell'appello si svolgerà il test finale sulle 3 parti.
Devono essere sufficienti le 3 prove nello stesso appello.
E’ possibile una integrazione orale solo nel caso in cui la media finale sui 3 moduli sia sufficiente (da 18 in su) o ci sia una insufficienza lieve (da 16 in su).
I punteggi ottenuti sulle 6 prove (3 pratiche in itinere e 3 finali nelle date degli appelli) verranno mediati e costituiranno il voto finale.
Se la media supera il 30 o se si è avuto 30 su tutti e tre i moduli, verrà attribuita la lode.
Qualora lo ritengano opportuno, i docenti potranno porre domande orali, sia in seguito alle prove pratiche, sia in seguito al test finale. Ad esempio (ma non solo) quando la risposta data da un* studente ad una domanda aperta risulta non chiara.
La prova d'esame potrà essere svolta a distanza, tramite collegamento video, nei casi e nelle modalità raccomandate dall'Ateneo in base alle misure sanitarie relative allo sviluppo della pandemia di COVID-19.
The assessment will be carried out through practical tests and a final test.
In particular, the weights of the tests, reports and activities are distributed as follows:
- Introductory Bioinformatics module:
Practical test 50%
Final test 50%
- Methods and applications of recombinant DNA (MADR) module
Practical test 50%
Final test 50%
- Basics in macromolecules structure
Practical test 50%
Final test 50%
PRACTICAL TESTS.
The Introductory Bioinformatics test consists of a test with 10-15 open questions, to answer which it is necessary to use the tools seen during the laboratory.
The practical test of MADR consists of a laboratory report.
The test of Basics in macromolecules structure consists of a test with 10 questions, to answer which it is necessary to use the tools seen during the laboratory.
The practical tests are to be considered in itinere and must be carried out/delivered before the date of the session (a date to be agreed with the teacher of each module).
The mark of the MADR report and the practical test of the Basics in macromolecules structure module are also maintained for subsequent exam sessions (even from one year to the next).
As regards the practical test of the bioinformatics module, you can keep your mark or redo the practical test at each session.
FINAL TEST.
The final test consists of 30 closed and open questions and problems, 10 for each module, to be carried out on the Moodle platform. The test score will be averaged with the scores obtained in the practical tests.
The final test on the 3 parts will take place on the date of the exam.
The 3 tests in the same exam date must be sufficient.
Oral integration is possible only if the final average on the 3 modules is sufficient (from 18 and above) or there is a slight insufficiency (from 16 and above).
The scores obtained on the 6 tests (3 practical tests and 3 final test on the dates of the exam sessions) will be averaged and will constitute the final grade.
If the average exceeds 30 or if the student obtained 30 on all three modules, laude will be awarded.
If they deem it appropriate, the teachers will be able to ask oral questions, both after the practical tests and after the final test. For example (but not only) when the answer given by a student to an open question is not clear.
The exam can be carried out remotely, via video link, in the cases and in the manner recommended by the University based on the health measures relating to the development of the COVID-19 pandemic.
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile sulla piattaforma
Moodle:
http://biologia.i-learn.unito.it/
Su questa piattaforma sono disponibili:
• pdf presentazioni delle lezioni
• pdf articoli utilizzati
• esercizi on-line
• simulazioni di test d'esame on-line
• Forum degli studenti su argomenti del corso.
Alla piattaforma si accede attraverso credenziali SCU ed è necessaria la registrazione al corso.
I testi base consigliati per il corso sono:- Alcuni capitoli del manuale Fondamenti di bioinformatica 2018 Zanichelli
- Dale and von Schantz, Dai geni ai genomi, EdiSes Napoli, 2003 oppure
ReeceRJ, Analisi dei geni e genomi, EdiSes Napoli, 2006. - Lewin's GENES XII (Lewins Genes) (English Edition)
- Branden e Tooze: Introduction to protein structure . Second Edition - Garland Publ Inc..
E' fortemente consigliato l'utilizzo del seguente materiale per
approfondimenti e integrazioni:
- pdf delle presentazioni e appunti delle lezioni;
- articoli presi dalla letteratura come specificato durante le lezioni.
Infine sono di seguito indicati altri siti internet di interesse:
- www.expasy.ch
- www.rcsb.org/pdb
- http://www.biology.arizona.edu/biochemistry/biochemistry.html
- www.ncbi.nlm.nih.gov
- http://tools.nebs.com
- http://www.genome.ou.edu/protocol_book/protocol_index.htmlThe teaching material presented in class is available on the platform Moodle:
http://biologia.i-learn.unito.it/
On this platform the followinf items are available:
• pdf presentations of lessons
• pdf items used
• exercises online
• simulations of test exam online
• Forum of the students on the course topics.
The platform is accessible via SCU credentials and registration is required for the course.
The basic texts recommended for the course are:
- some chapters of the manual Fondamenti di bioinformatica 2018 Zanichelli
- Branden and Tooze: Introduction to protein structure. Second Edition - Garland Publ Inc .
- Dale and von Schantz, From genes to genomes, EdiSES Naples, 2003, or ReeceRJ, analysis of genes and genomes, EdiSES Naples, 2006.
It is strongly recommended the use of the following material insights and additions:
- PDF presentations and lecture notes;
- Articles taken from literature as specified in class.
Finally other websites of interest are listed below:
- www.expasy.ch
- www.rcsb.org/pdb
- http://www.biology.arizona.edu/biochemistry/biochemistry.html
- www.ncbi.nlm.nih.gov
- http://tools.nebs.com
- http://www.genome.ou.edu/protocol_book/protocol_index.html
- Oggetto:
Note
Curriculum Biomolecolare Cellulare
- Oggetto:
Moduli didattici
- Bioinformatica introduttiva (SVB0029B)
- Metodi e applicazioni del DNA ricombinante (SVB0029A)
- STRUTTURISTICA DI BASE DI MACROMOLECOLE (SVB0029C)
- Registrazione
- Aperta
- Oggetto:
