UNIVPM: Guida insegnamenti

[5S119] - INGEGNERIA GENETICAGENETIC ENGINEERING
Tiziana CACCIAMANI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea Magistrale - [SM04] BIOLOGIA MOLECOLARE E APPLICATA Master Degree (2 years) - [SM04] APPLIED AND MOLECULAR BIOLOGY
Dipartimento: [040017] Dipartimento Scienze della Vita e dell'AmbienteDepartment: [040017] Dipartimento Scienze della Vita e dell'Ambiente
Anno di corsoDegree programme year : 1 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2023-2024
Anno regolamentoAnno regolamento: 2023-2024
Obbligatorio
Crediti: 6
Ore di lezioneTeaching hours: 48
TipologiaType: B - Caratterizzante
Settore disciplinareAcademic discipline: BIO/11 - BIOLOGIA MOLECOLARE

LINGUA INSEGNAMENTO LANGUAGE

ITALIANO

Italian

PREREQUISITI PREREQUISITES

Conoscenze di base relative: a) al flusso dell’informazione genetica e dei principali meccanismi di regolazione dell'espressione genica e b) alla biochimica delle proteine (biosintesi, struttura e funzione).

Basic knowledge related to a) the flow of genetic information and the main mechanisms of regulation of gene expression; b) the biochemistry of proteins (biosynthesis, structure and function).

MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

Il Corso è costituito da lezioni frontali 5 CFU e da attività di laboratorio didattico 1 CFU. Le lezioni in aula forniranno agli studenti una panoramica dello sviluppo delle tecnologie del DNA ricombinante fino agli approcci più recenti. Le metodiche presentate sono sviluppate con riferimenti ai problemi biologici per la risoluzione dei quali sono state concepite e perfezionate. Al termine di ciascun argomento il docente fornirà agli studenti un questionario per l’autovalutazione e/o esercizi da svolgere in gruppo, utilizzando banche dati e programmi per l’analisi delle sequenze di DNA. Per particolari argomenti verranno proposti approfondimenti tematici da svolgere in gruppo che verranno riportati in aula per l’analisi e la discussione.
Per le comunicazioni e il materiale didattico gli studenti potranno far riferimento alla sezione dedicata al corso presente sulla piattaforma Moodle di Scienze su www. learn.univpm.it
Il laboratorio didattico fornirà agli studenti la possibilità di effettuare autonomamente un piano sperimentale predefinito con l’ausilio di supporti telematici e attività sperimentali. Le lezioni saranno erogate anche in collegamento streaming attraverso la piattaforma Teams (modalità telematica sincrona) La frequenza del corso è fortemente consigliata.

The course consists of 5 credits frontal lessons and 1 credits of educational laboratory activities. Classroom lessons will provide students with an overview of the development of recombinant DNA technologies up to the most recent approaches. The methods presented are developed with references to the biological problems for the resolution of which they were conceived and perfected. At the end of each topic, the teacher will provide students with a questionnaire for self-assessment and/or exercises to be carried out in groups, using databases and programs for analyzing DNA sequences. For selected topics, thematic insights will be proposed to be carried out in groups which will be brought back to the classroom for analysis and discussion.
For communications and teaching material, students can refer to the section dedicated to the course on the Science Moodle platform at www. learn.univpm.it
The teaching laboratory will provide students with the opportunity to autonomously carry out a predefined experimental plan with the aid of telematic supports and experimental activities. The lessons will also be delivered in streaming via the Teams platform (synchronous telematic mode). Attendance of the course is strongly recommended.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI LEARNING OUTCOMES

Conoscenze e comprensione.

Al termine del corso lo studente conoscerà i principali metodi di manipolazione e clonazione del DNA, i sistemi di espressione più utilizzati per la produzione di proteine ricombinanti e
sarà in grado di supportare e argomentare la scelta di un particolare sistema di espressione per un particolare tipo di proteine ricombinanti.
Inoltre, lo studente avrà acquisito un adeguato lessico specialistico e competenze teorico/operative nello sviluppo delle principali tecnologie del DNA ricombinante.

Capacità di applicare conoscenze e comprensione.

Le competenze acquisite con le esercitazioni assegnate durante il corso consentiranno allo studente:
raccogliere informazioni sulla proteina da produrre, analizzare e scegliere l'approccio migliore per produrre la proteina ricombinante di interesse,
valutare e prevedere soluzioni per risolvere problemi legati all'espressione di proteine eterologhe in diversi sistemi biologici,
comprendere e interpretare correttamente un protocollo sperimentale (legato all'attività di laboratorio)

Competenze trasversali.

Le esercitazioni di laboratorio e la relativa stesura della relazione, insieme alle discussioni sugli esercizi svolti durante il corso, contribuiranno a migliorare nello studente:
le capacità tecniche/strumentali
la capacità di comunicazione;
l’autonomia di giudizio;
l’apprendimento di un metodo procedurale per l’interpretazione dei risultati.

Knowledge and Understanding.

At the end of the course the student will know the main methods of DNA manipulation and cloning, the most used expression systems for recombinant proteins production and
will be able to support and argue for the choice of a particular expression system for a particular type of recombinant proteins.
Furthermore, the student will acquire an appropriate specialized vocabulary and theoretical/operational skills in the development of the main recombinant DNA technologies.

Capacity to apply Knowledge and Understanding.

The skills acquired with the exercises assigned during the course will allow the student:
to collect information on the protein to be produced, analyze, and choose the best approach to produce the recombinant protein of interest,
to evaluate and envisage solutions to solve problems related to the expression of heterologous proteins in different biological systems,
to understand and correctly interpreted an experimental protocol (related to laboratory activity)

Transversal Skills.

The laboratory exercises and the relative drafting of the report, together with the discussions on the exercises carried out during the course, will help the student to improve its:
technical/instrumental skills,
communication skills,
Independent judgement.

PROGRAMMA PROGRAM

Principali campi di applicazione della tecnologia del DNA ricombinante. Generalità sugli organismi principalmente utilizzati per il clonaggio e l’espressione di molecole ricombinanti. Gli enzimi utili per la manipolazione del DNA e dell’RNA. Strumenti per il clonaggio: costruzione ed evoluzione vettori plasmidici e vettori su basati sul batteriofago Lambda. Fasi principali del clonaggio. Trasformazione artificiale dei batteri e trasduzione. Evoluzione delle strategie di clonaggio. Identificazione della colonia ricombinante mediante selezione positiva o negativa. Librerie genomiche e geniche. Vettori di espressione procariotici e loro caratteristiche. Ottimizzazione della espressione e della stabilità della proteina ricombinante. Proteine native ricombinanti e proteine di fusione, utilizzo dei vari TAG. Purificazione di proteine di fusione (GST, MBP, His). Metodi per risolvere il problema del folding e delle modificazioni post-traduzionali. Mutagenesi sito diretta e casuale. Le proteine ricombinanti e loro applicazioni in campo medico e biotecnologico. Phage display per la produzione di anticorpi riocombinanti e l’evoluzione guidata degli enzimi. Espressione genica nei sistemi eucariotici (lieviti, cellule di insetto e di mammifero). Scelta della cellula ospite, vantaggi e svantaggi. Trasferimento di geni in cellule di diversa origine (elettroporazione, utilizzo di veicolanti-lipidici e vettori virali). Tecniche di editing genomico: nucleasi zinc-finger, TALEN e CRISPR/Cas9 e relative applicazioni
Vettori virali per la terapia genica: costruzione evoluzione e produzione. Produzione di vaccini con tecniche di DNA ricombinante.
Note riguardanti la sicurezza nell’utilizzo di MOGM.

Main fields of application of recombinant DNA technology. General information on organisms mainly used for cloning and the expression of recombinant molecules. Enzymes useful for the manipulation of DNA and RNA. Cloning tools: construction and evolution of plasmid vectors and vectors based on the Lambda bacteriophage. Main stages of cloning. Artificial transformation of bacteria and transduction. Evolution of cloning strategies. Identification of the recombinant colony by positive or negative selection. Genomic and gene libraries. Prokaryotic expression vectors and their characteristics. Optimization of the expression and stability of the recombinant protein. Recombinant native proteins and fusion proteins, use of the various TAGs. Purification of fusion proteins (GST, MBP, His). Methods to solve the problem of folding and post-translational modifications. Site-directed and random mutagenesis. Recombinant proteins and their applications in medicine and biotechnology. Phage display for recombinant antibody production and guided enzyme evolution. Gene expression in eukaryotic systems (yeast, insect and mammalian cells). Host cell choice, advantages and disadvantages. Transfer of genes into cells of different origins (electroporation, use of lipid carriers and viral vectors). Genomic editing techniques: zinc-finger nucleases, TALEN and CRISPR/Cas9 and related applications
Viral vectors for gene therapy: construction, evolution and production. Production of vaccines with recombinant DNA techniques.
Notes on MOGM safety regulation.

MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'ESAME DEVELOPMENT OF THE EXAMINATION

Modalità di valutazione dell'apprendimento.

Esame orale, iscrizione da effettuare nell’area riservata dello studente.
Si segnala che non possono essere previste modalità di verifica differenziate per studenti frequentanti e non frequentanti.
Per gli di studenti con disabilità/invalidità o disturbo specifico di apprendimento (DSA), che abbiano fatto debita richiesta di supporto per affrontare lo specifico esame di profitto all’Info Point Disabilità/DSA dell’Ateneo. le modalità di esame saranno adattate alla luce di quanto previsto dalle linee guida di Ateneo (https://www.univpm.it/Entra/Accoglienza_diversamente_abili).
Il colloquio orale, della durata di circa 20/30 minuti sarà finalizzato all’accertamento dell’acquisizione da parte dello studente delle conoscenze e delle abilità attese previste dal corso. Sono previste circa 3 domande, la prima riguardante un argomento scelto dallo studente per valutarne la capacità comunicativa (chiarezza e terminologia appropriata)

Criteri di valutazione dell'apprendimento.

Il giudizio finale terrà conto del livello di conoscenza acquisita dallo studente in relazione al contenuto del corso e dell’esattezza e della qualità delle risposte e della capacità di sostenere adeguatamente la discussione sugli argomenti in esame. Nel corso dell’esame, sarà posta allo studente almeno una domanda relativa alla relazione di laboratorio o metodologica.

Criteri di misurazione dell'apprendimento.

La valutazione complessiva comporta l’attribuzione di un voto finale espresso in trentesimi di cui il 30% è assegnato alla prima domanda e il 70% suddiviso nelle restanti domande.
L’esame sarà valutato come superato con un punteggio di almeno 18/30.

Criteri di attribuzione del voto finale.

Il voto finale si ottiene dalla valutazione iniziale del grado di conoscenza e comprensione previste per il corso, integrato dalla capacità dello studente di dimostrare una buona padronanza della materia, attraverso l’uso della terminologia tecnico-scientifica adeguata, chiarezza nell’esposizione e la capacità di fare collegamenti tra gli argomenti trattati durante il corso.
La lode verrà assegnata allo studente che dimostrerà un’ottima padronanza della materia attraverso l’elaborazione di argomentazioni teoriche ed operative tali da sostenere un’autonomia di giudizio e la possibilità di sviluppare un piano sperimentale biotecnologico sfruttando gli argomenti affrontati durante il corso.

Learning Evaluation Methods.

Oral exam, registration to be carried out in the student's reserved area.
It should be noted that different verification methods cannot be provided for attending and non-attending students.
For students with disabilities/invalids or specific learning disabilities (DSA), who have duly requested support to take the specific exam at the University's Disability/DSA Info Point. the exam methods will be adapted considering the University guidelines (https://www.univpm.it/Entra/Accoglienza_diversamente_abili).
The oral interview, lasting approximately 20/30 minutes, will be aimed at ascertaining the acquisition by the student of the knowledge and skills expected from the course. There are about 3 questions, the first concerning a topic chosen by the student to evaluate his communicative ability (clarity, level of detail and appropriate terminology)

Learning Evaluation Criteria.

The final judgment will consider the level of knowledge acquired by the student in relation to the content of the course and the accuracy and quality of the answers and the ability to adequately support the discussion on the topics under examination.

Learning Measurement Criteria.

The overall evaluation involves the attribution of a final mark expressed out of thirty of which 30% is assigned to the first question and 70% divided into the remaining questions.
The exam will be evaluated as passed with a score of at least 18/30.

Final Mark Allocation Criteria.

The final grade is obtained from the initial assessment of the degree of knowledge and understanding envisaged for the course, integrated by the student's ability to demonstrate good command of the subject, using adequate technical-scientific terminology, clarity in exposition and the ability to make connections between the topics covered during the course.
Honors will be awarded to the student who demonstrates excellent mastery of the subject through the elaboration of theoretical and operational arguments, such as to support independent judgment and the possibility of developing an experimental biotechnological plan by exploiting the topics addressed during the course.

TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

Biotecnologie Molecolari Principi e Tecniche
Terry A. Brown
Seconda edizione italiana condotta sulla settima edizione inglese
Traduzione di G. Maga
Casa Editrice Zanichelli 2017- ISBN: 9788808320964
Tecniche e Metodi per la Biologia Molecolare
F. Amaldi, P. Benedetti, G. Pesole, P. Plevani
Casa Editrice Zanichelli I edizione 2020
Biologia molecolare del gene
James D. Watson, Tania A. Baker, Stephen P. Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard Losick
Ottava edizione italiana a cura di Paolo Plevani
Casa Editrice Zanichelli 2022
Ingegneria Genetica, principi e tecniche
S. Primrose, R. Twyman, B.Old
Zanichelli, 2004.
Molecular Biotechnology: Principles and Applications of Recombinant DNA
(ASM Books Book 34) (English Edition)
Bernard R. Glick e Cheryl L. Patten, 2017
Alcuni argomenti verranno integrati con manuali tecnici, articoli scientifici e review suggeriti dal docente depositati su http::// www.learn.univpm.it

Scheda insegnamento erogato nell’A.A. 2023-2024
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento. Academic year 2023-2024

Guida degli insegnamenti

Syllabus

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