Obiettivi formativi
Al termine dell’attività formativa lo studente dovrebbe aver acquisito conoscenze teoriche e pratiche di base relative all’uso e gestione di file, di sistemi operativi con interfaccia grafica, dei programmi di bioinformatica e conoscenze sull’interrogazione di database biologici
In particolare, lo studente dovrebbe essere in grado di:
D1. Conoscenze e capacità di comprendere. Il corso è soprattutto finalizzato all’acquisizione di competenze pratiche nell’uso del computer in ambito biologico. Saranno impartiti concetti teorici di base necessari per la comprensione delle applicazioni informatiche e bioinformatiche.
D2. Capacità di applicare conoscenze. Attraverso esercitazioni pratiche sotto la guida del docente, gli studenti avranno la possibilità di acquisire abilità pratiche sull’utilizzo di programmi di “produttività individuale” e sull’utilizzo dei più importanti programmi di bioinformatica.
D3. Autonomia di giudizio. Valutare e interpretare i dati sperimentali; utilizzare criticamente i dati della letteratura scientifica. Valutare le metodologie computazionali e sperimentali che permettono la risoluzione ottimale di un problema biologico.
D4. Capacità comunicative. Attraverso esempi, verrà illustrato agli studenti come riportare i risultati di analisi al computer in un elaborato scritto costituito da testo e immagini e come organizzare i propri risultati in una presentazione multimediale
D5. Capacità di apprendimento. Saper consultare autonomamente materiale bibliografico e banche dati; saper autoformarsi nell'utilizzo di software; Partecipazione a seminari e giornate studio di formazione; Acquisizione di una metodologia di studio che consenta la prosecuzione della formazione universitaria; Raggiungimento delle competenze richieste per l'inserimento in attività professionali al termine del percorso triennale.
Prerequisiti
Conoscenze elementari di biologia a livello molecolare. Rudimenti di utilizzo del calcolatore
Contenuti dell'insegnamento
Nella prima parte verranno impartiti concetti di base sull’uso del computer e gestione dei file, e nozioni pratiche dell'utilizzo di sistemi operativi con interfaccia grafica. Verranno inoltre effettuate esercitazioni su applicazioni per elaborazione testi, utilizzo fogli di elettronici, preparazione di presentazioni multimedialiNella seconda parte verranno introdotti significato e ambiti della bioinformatica e verranno discusse le analisi delle sequenze e strutture di DNA e proteine. Gli studenti saranno resi famigliari con le principali banche dati di macromolecole biologiche e saranno illustrate le più comuni tecniche di analisi bioinformatica.
Programma esteso
Abilità informatiche
Concetti di base: significato e ambiti dell'informatica.
Uso del computer e gestione dei file: nozioni pratiche dell'utilizzo di sistemi operativi con interfaccia grafica.
Applicazioni di uso generale: nozioni pratiche di elaborazione testi, utilizzo fogli di elettronici, preparazione di presentazioni multimediali.
Reti informatiche: nozioni pratiche di utilizzo del World Wide Web.
Abilità bioinformatiche
Introduzione alla bioinformatica: significato e ambiti della bioinformatica. Oggetti della bioinformatica: sequenze di DNA e proteine, strutture di DNA e proteine. Evoluzione nel tempo dell'informazione biologica.
Banche dati di sequenze biologiche: definizione e scopo delle banche dati; principali banche dati di DNA (GenBank, DDBJ, EMBL) e di proteine (SwissProt, Pir). Interrogazione e consultazione delle banche dati. Sintassi del formato FASTA per le sequenze.
Confronto di sequenze: significato e scopi dell'allineamento di sequenze; allineamento a coppie. Algoritmi locali e globali di allineamento. Penalità per l'inserimento gap e per allungamento gap. Matrici di sostituzioni amminoacidiche. Uso dei programmi Needle e Water.
Ricerca di omologia: significato dell'omologia. Misure della significatività dell'allineamento. Programmi per la ricerca di omologia in bancadati. Uso del programma Blast e lettura del risultato della ricerca di omologia.
Allineamento multiplo e filogenesi: utilizzi dell'allineamento multiplo. Uso del programma ClustalX. Visualizzazione dell'allineamento multiplo. Uso del programma GeneDoc. Ricostruzione filogenetica con l'algoritmo di neighbor-joining implementato in Clustal. Visualizzazione di alberi filogenetici con il programma FigTree.
Predizione delle caratteristiche biochimiche delle proteine: caratteristiche chimico-fisiche delle proteine. Uso del programma ProtParam. Predizione della localizzazione cellulare delle proteine. Uso dei programmi PSort e SignalP. Struttura delle proteine. Consultazione della banca dati di strutture PDB.
Bibliografia
FONDAMENTI DI BIOINFORMATICA
Manuela Helmer Citterich , Fabrizio Ferrè, Giulio Graziano Pesole, Chiara Romualdi, Ed. Zanichelli
Metodi didattici
Le lezioni di abilità informatiche saranno svolte soprattutto attraverso esercitazioni pratiche che prevedono l’utilizzo del computer da parte degli studenti. Verrà illustrato il funzionamento delle principali applicazioni per la produttività individuale: elaborazione testi, fogli elettronici e presentazioni multimediali.Una parte delle lezioni riguardanti le abilità bioinformatiche verterà su argomenti teorici attraverso una trattazione dei concetti di base della materia. Le lezioni teoriche saranno alternate ad esercitazioni rivolte all’utilizzo pratico delle più comuni applicazioni bioinformatiche. Durante queste lezioni gli studenti saranno addestrati a ricercare informazioni biologiche in banca dati e a risolvere i più comuni problemi di analisi di sequenza.Durante le esercitazioni pratiche gli studenti avranno modo di seguire passo passo l’utilizzo del computer da parte del docente e di replicare operazioni e comandi sulla propria postazione individuale.
Modalità verifica apprendimento
Per verificare le competenze generali di informatica gli studenti dovranno svolgere in modo autonomo e presentare al docente un elaborato costituito da una relazione scientifica comprendente testo e figure, una tabella di calcolo, e una breve presentazione multimediale.
Le abilità bioinformatiche saranno verificate attraverso una prova individuale al computer che prevede la soluzione di alcuni 5 problemi biologici attraverso applicazioni bioinformatiche e di 4 test teorici (1 ora). La comprensione dei concetti di base di bioinformatica sarà verificata attraverso un breve colloquio orale, nel quale verranno valutati, mediante domande teoriche e/o semplici esercizi in numero da 3 a 8: la comprensione degli aspetti teorici, la comprensione delle analisi svolte e la chiarezza nell'esposizione dei risultati e loro interpretazione. Il voto finale viene espresso in trentesimi.
Altre informazioni
Il corso si avvale di un’aula per le esercitazioni pratiche attrezzata con 35 postazioni di calcolo collegate ad Internet e dotate dei programmi informatica e bioinformatica discussi durante il corso. Durante le lezioni saranno utilizzati solamente applicazioni e programmi di pubblico dominio.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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