Obiettivi formativi
Il primo importante obiettivo formativo del corso é capire come la evoluzione degli organismi possa anche essere spiegata attraverso dati molecolari.
Il secondo importante obiettivo del corso é la capacità di entrare in banche dati di sequenze di DNA e proteine e di selezionare i dati necessari per un particolare problema biologico.
Il terzo importante obiettivo del corso é la capacità di analizzare tali dati e di interpretare i risultati.
Prerequisiti
E' gradita una buona conoscenza di materie propedeutiche quali Genetica, Matematica e Chimica.
E' gradita una buona conoscenza della lingua Inglese
Contenuti dell'insegnamento
Lo scopo del corso è di fornire agli studenti una visione evolutiva dei processi biologici a livello molecolare. La disponibilità di una quantità enorme di dati di tipo molecolare, generati negli ultimi decenni, ci permette un gran numero di analisi. Possono essere studi su larga scala (per esempio la analisi dei genomi) o studi su argomenti di nicchia (per esempio l’origine di nuovi geni in virus attraverso il fenomeno di “overprinting”). Il corso fornisce agli studenti sia le capacità tecniche di entrare nelle banche dati, sia la capacità di estrapolare informazione biologica “ad hoc”, per poi analizzarla in risposta a una varietà di quesiti e di ipotesi. Il corso consta, in buona parte, di lezioni teoriche. Sono necessarie per capire i temi più importanti dell’evoluzione molecolare. E’ comunque integrato da esercitazioni al computer. Particolare attenzione è dedicata ad alcuni particolar casi studio. Essi comprendono sia analisi di notevoli quantità di dati (genomi eucariotici) che analisi di piccole quantità di dati (una famiglia di proteine, piccoli genomi virali).
Programma esteso
Meccanismi molecolari alla base dei processi evolutivi
Geni omologhi: ortologhi e paraloghi
Evoluzione divergente e convergente
L’orologio molecolare
Famiglie geniche e coevoluzione
Distanza genetica fra sequenze nucleotidiche codificanti proteine
Costruzione di alberi filogenetici e metodi statistici per valutarne la attendibilità
Uso degli alberi filogenetici per ricostruire la genealogia dei geni sovrapposti di virus
ID: Conoscenza e capacità di comprensione applicate
ID: Capacità di apprendere
Organizzazione e evoluzione del genoma
Genomi procariotici (Escherichia coli, Methanococcus jannaschii, Mycoplasma genitalium)
Genomi eucariotici (Saccharomyces cerevisiae, Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, Arabidopsis thaliana)
Il genoma di Homo sapiens
ID: Conoscenza e capacità di comprensione
ID: Abilità comunicative
Banche dati biologiche
Banche dati di sequenze nucleotidiche e proteiche. Banche dati di polimorfismi e mutazioni. Banche dati mitocondriali
Banche dati di espressione genica
ID: Conoscenza e capacità di comprensione applicate
ID: Capacità di apprendere
Allineamento di sequenze di acidi nucleici e proteine
Similarità di sequenze e algoritmi di allineamento
Selezione naturale e neutrale da analisi delle sostituzioni nucleotidiche sinonime e non sinonime
Matrici di sostituzioni aminoacidiche
Allineamento multiplo di sequenze aminoacidiche e costruzione di profili di proprietà strutturali
Ricerca di similarità in banche dati
ID: Conoscenza e capacità di comprensione applicate
ID: Capacità di apprendere
Ricerca di motivi funzionali in sequenze di acidi nucleici e proteine
Identificazione di promotori trascrizionali con algoritmo di ricerca di segnali
Uso differenziale dei codoni sinonimi in geni codificanti proteine di procarioti e eucarioti
Ricostruzione della genealogia dei geni sovrapposti di virus da frequenze di codoni sinonimi
ID: Conoscenza e capacità di comprensione
ID: Capacità di apprendere
Casi studio di evoluzione molecolare
Adattamento a livello molecolare: la analisi comparativa fra le sequenze aminoacidiche dell’enzima glutamato-deidrogenasi da batteri termofili e mesofili evidenzia regioni implicate nell’acquisizione della stabilità termica
ID: Autonomia di giudizio
ID: Abilità comunicative
ID: Capacità di apprendere
Ricostruzione di migrazioni preistoriche di Homo sapiens: la analisi di sequenza del genoma di un virus simbionte (poliomavirus JC) di uomo suggerisce una doppia uscita dall’Africa dei nostri antenati
ID: Autonomia di giudizio
ID: Abilità comunicative
ID: Capacità di apprendere
Una curiosa modalità di evoluzione: la genesi dei geni sovrapposti pol/S del virus dell’epatite B è riconducibile a un meccanismo di “modular evolution”
ID: Autonomia di giudizio
ID: Abilità comunicative
ID: Capacità di apprendere
La bioinformatica nell’analisi dei genomi: accurata identificazione di geni tRNA in eucarioti con un algoritmo di ricerca di segnali
ID: Autonomia di giudizio
ID: Abilità comunicative
ID: Capacità di apprendere
I codoni sinonimi per un dato amino acido non sono uguali fra di loro: l’uso differenziale dei codoni sinonimi in Saccharomyces cerevisiae è correlato a una maggiore efficienza di traduzione mRNA-proteina
ID: Autonomia di giudizio
ID: Abilità comunicative
ID: Capacità di apprendere
Bibliografia
Dan Graur & Wen-Hsiung Li - Fundamentals of molecular evolution - Sinauer Associates, Sunderland, MA
Arthur M. Lesk - Introduzione alla Bioinformatica - McGraw-Hill
Slides di supporto alle lezioni
Metodi didattici
Lezioni frontali, allo scopo di rendere chiaro agli studenti il "perché" e il "come" dei principali temi di evoluzione molecolare. Il corso é anche integrato da esercitazioni al computer.
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell'apprendimento é basata su una prova orale. La possibilità che lo studente proponga un proprio tema di studio é fortemente incoraggiata. Particolare attenzione é rivolta alla qualità del linguaggio scientifico mostrata dallo studente.
Altre informazioni
Un aspetto importante del corso riguarda la capacità di cercare, nella gran mole di dati di sequenze di DNA e proteine, i dettagli più fini di determinati argomenti di evoluzione molecolare.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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