Docente/i: Paolo Magni  

Denominazione del corso: Bioinformatica e biologia sintetica
Codice del corso: 503310
Corso di laurea: Bioingegneria
Sede: Pavia
Settore scientifico disciplinare: ING-INF/06
L'insegnamento è caratterizzante per: Bioingegneria
Crediti formativi: CFU 6
Sito web del corso: http://aimed11.unipv.it/iscrizioni/main.htm

Obiettivi formativi specifici

La Bioinformatica è una nuova disciplina che nasce dall'integrazione fra la Biologia e l'Informatica allo scopo di utilizzare e diffondere il notevole patrimonio di conoscenze rese disponibili dai recenti sviluppi della biologia molecolare e della genetica. Il corso si propone di introdurre lo studente alle principali problematiche relative allo sviluppo di adeguati strumenti computazionali per la soluzione di problemi derivanti dall'analisi di sequenze biologiche (DNA, RNA). Gli obiettivi principali sono di fornire allo studente: un inquadramento sistematico delle problematiche di un settore caratterizzato da una recente e rapida evoluzione, gli strumenti necessari per poter affrontare svariati problemi nell'ambito della biologia molecolare e le conoscenze di base necessarie per chi vuole sfruttare le opportunità offerte dal recente sviluppo della bioinformatica. Da un punto di vista metodologico verranno introdotti gli Hidden Markov Models e gli algoritmi EM. L’insegnamento introdurrà gli studenti anche alle principali problematiche della biologia sintetica, disciplina nuovissima, che ha come obiettivo la programmazione razionale di chassis molecolari. Verranno illustrati sia i principali aspetti teorici sia le problematiche di laboratorio, affiancando, ove possibile, visite e attività di laboratorio alle lezioni frontali.

Programma del corso

Introduzione alla bioinformatica
Cos’è e perché è importante

Richiami di biologia molecolare
Struttura delle molecole biologiche, duplicazione ed espressione dell’informazione genica

Perl
Introduzione e descrizione delle caratteristiche fondamentali del linguaggio

Tecniche per lo studio della struttura e della funzione genica
Sequenziamento, analisi di genomi, del trascriptoma e del proteoma

Base dati di sequenze di DNA e di proteine
Loro organizzazione, come accedervi e sottomettere nuove sequenze

Internet, il progetto Genoma Umano, le banche dati biologiche

Stumenti metodologici
Hidden Markov models e algoritmi EM

Confronto di sequenze biologiche
L'importanza del confronto di sequenze biologiche. La distanza di edit tra due sequenze. Allineamento di due sequenze, allineamento multiplo. La programmazione dinamica per la costruzione dell'allineamento. Ricerca di similarita' nelle banche dati

Le matrici di DNA
Lo studio dell’espressione genica. Tecniche di misura e di analisi dati

Biologia sintetica
Introduzione alla biologia sintetica, principali problemi, esempi applicativi.

Altri argomenti
Nelle ultime lezioni saranno presentati alcuni argomenti di ricerca di particolare attualita'

Esercitazioni
Esempi di applicazione delle metodologie studiate per la risoluzione di alcuni problemi specifici

Laboratori
Analisi individuale di uno o più casi di studio in aula computer e attività, se possibile, in laboratorio di biologia molecolare

Prerequisiti

Nozioni base di statistica e di biologia

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 32
Esercitazioni (ore/anno in aula): 14
Attività pratiche (ore/anno in aula): 14

Materiale didattico consigliato

G. Valle, M. Helmer Citterich, M. Attimonelli, G. Pesole. Introduzione alla bioinformatica. Zanichelli, 2003.

A. M. Lesk. Introduzione alla Bioinformatica. McGraw-Hill, 2004.

B. Alberts, A. Johmson, J. Lewis, M.Raff, R. Keith, P. Walter. Biologia molecolare della cellula. Quarta edizione, Zanichelli, 2004. Consultazione.

H. Lodish, A. Berk, S. Zipursky, P. Matsudaira, D. Baltimore, J.E.Darnell. Biologia molecolare della cellula. Seconda edizione italiana condotta sulla quarta edizione americana, Zanichelli, 2002. Consultazione.

Biondi, Grattarola, Magenes, Stefanelli, Tagliasco. Analisi e modifica di biomolecole e cellule. Patron, 2000. Consultazione.

S. Cavalcanti. Biologia sintetica. Patron Editore, 2010.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Prova finale orale che prevede anche una breve presentazione di approfondimento (20 min. circa) su un argomento inerente al corso liberamente scelto dello studente.