Ateneo - UPO

La biologia sintetica è una disciplina emergente che abbraccia i confini della biologia, dell'ingegneria e delle scienze fisiche con l'obiettivo di progettare sistemi biomolecolari e capacità cellulari per una varietà di applicazioni. Questo corso si propone di offrire un'introduzione a questo campo in rapida evoluzione e fornire agli studenti competenze fondamentali e mentalità critiche necessarie per la ricerca in biologia sintetica. Nel corso verranno esaminati strumenti avanzati di biologia molecolare per l'assemblaggio del DNA, la costruzione di percorsi e circuiti biologici, l'editing del genoma e le strategie per il controllo trascrizionale.

Fu P, Panke S. Systems Biology and Synthetic Biology (2009). John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey ISBN: 978-0-470-43797-1

Liljeruhm J, Gullberg E, Forster AC. (2014). Synthetic Biology – a lab manual. World Scientific Publishing Co, Singapore

Smolke C, Lee SY, Nielsen J, Stephanopoulos G. Synthetic Biology: Parts, Devices and Applications. Wiley-Blackwell. ISBN: 978-3-527-33075-1
Zhao H. Synthetic Biology: Tools and Applications. Academic Press.
ISBN 978-0-12-394430-6. DOI https://doi.org/10.1016/C2011-0-06857-6

Il corso si propone di fornire agli studenti una panoramica degli strumenti molecolari recentemente sviluppati che vengono utilizzati per il monitoraggio in vivo di eventi cellulari e / o perturbazioni di sistemi biologici. In particolare, il corso fornirà una panoramica approfondita delle metodologie e tecniche all'avanguardia utilizzate per la progettazione e fabbricazione di componenti e sistemi biologici che non esistono già nel mondo naturale, e la riprogettazione dei sistemi biologici esistenti.

Buona conoscenza di Biologia Cellulare e Molecolare di Eucarioti e Procarioti

Le modalità di insegnamento comprendono: lezioni frontali, active learning in aula e a distanza.
Lezioni frontali e attività in aula:
- Lezioni magistrali supportate da presentazioni (PowerPoint) con
illustrazioni grafiche, mappe mentali, filmati di animazioni dei processi cellulari
- Attività in aula con partecipazione attiva degli studenti (rappresentazione di processi cellulari, instant polls, risoluzione di esercizi).
Attività e materiale online (Moodle):
- Materiale didattico presentato a lezione.
- Videoregistrazioni sostitutive delle lezioni frontali
- Quiz, forum e workshop per l'apprendimento e l'autovaluazione
- Materiale opzionale per approfondimento

Attività di supporto (tutorato/studenti disabili/studenti lavoratori)
• Gi studenti possono porre domande e trovare un sostegno allo studio
attraverso il forum dell'insegnamento su moodle
• Esempi di prove di esame sono forniti nelle attività online su moodle.
• Studenti con disturbi che possono condizionare l'apprendimento (ad
esempio studenti daltonici, ipovedenti, ipoudenti, dislessici o con
disabilità fisica) sono invitati a prendere contatto con il docente in modo
da adeguare il materiale didattico, le attività in presenza e online e le loro
modalità di verifica.

Valutazione dell'apprendimento / voti Discussione, quiz, compiti a casa - 20% Proposta scritta - 50%
Esame finale - 30%

Discussione, quiz, compiti a casa. Durante il semestre ci saranno quiz, discussioni e compiti a casa assegnati per i voti che rappresenteranno il 20% del voto finale.

Progetto
Ogni studente sarà responsabile della stesura di un progetto di ricerca che mira a indagare una nuova idea nel campo della biologia sintetica che sia di interesse scientifico o industriale. La proposta dovrebbe essere strutturata secondo un modello fornito dall'insegnante. Ad ogni studente verranno inoltre assegnate due proposte preparate da altri compagni di classe e redigerà una relazione scritta che rivedrà criticamente le proposte. La proposta scritta + revisione critica rappresenterà il 50% del voto finale.

Esame finale
È previsto un esame finale somministrato nelle sessioni ordinarie (febbraio, giugno-luglio e settembre). Tutto il materiale trattato durante la lezione sarà soggetto a test. I test sono concettualmente cumulativi perché la comprensione degli argomenti trattati all'inizio del corso sarà necessaria per comprendere i materiali trattati successivamente nel corso. L'esame finale rappresenterà il 30% del voto finale.

Introduzione alla biologia sintetica (SynBio): la rivoluzione "Biologia 4.0".

Pietre miliari della tecnologia del DNA ricombinante: batteri, plasmidi, fagi, endonucleasi di restrizione, DNA polimerasi, DNA ligasi, reazione a catena della polimerasi (PCR), sequenziamento del DNA.

Parti biologiche: geni, promotori, regolatori, terminatori, open reading frames.

Strumenti bioinformatici. Progettazione di oligonucleotidi, analisi di restrizione, ottimizzazione del codone, clonaggio virtuale.

Tecniche e strategie di clonaggio. Il clonaggio del DNA "senza cicatrici": assemblaggio di Gibson, Golden Gate cloning, clonaggio indipendente dalla legatura (LIC).

Strategie SynBio: l'approccio “dal basso verso l'alto” e “dall'alto verso il basso”. Il ciclo "progettazione-costruzione-prova-apprendimento". Dai sistemi cell-free alla cellula artificiale.

Clonaggio del DNA senza uno stampo: la sintesi chimica e l'assemblaggio del DNA.

Riprogrammazione cellulare mediante DNA sintetico: JCVI syn1-3.0 e E. coli “ricodificato”. Il "progetto genoma minimo" e il "Progetto Genome-write".

Tecnologie di ingegneria genomica: trasposoni, ricombinasi, dita di zinco, TALEN, CRISPR / Cas9 Circuiti sintetici e ingegneria metabolica.

Applicazioni di SynBio nel campo delle Biotecnologie Mediche:
- Biosensori: batteri intestinali geneticamente modificati per rilevare il cancro in vivo
- Terapie geniche e cellulari: cellule CAR-T
- Fabbriche cellulari per la produzione di proteine ​​ricombinanti
- Prodotti farmaceutici: artemisinina semisintetica, cannabinoidi.
- Alimenti sostenibili: Golden rice, carne coltivata in laboratorio
- Probiotici geneticamente modificati
- Biomateriali e ingegneria dei tessuti
- Diagnostica, terapia e vaccini: lezioni da SARS-CoV-2

Questioni etiche: biosicurezza e biocontenimento, ricerca di interesse a duplice uso (DURC), biologia "fai da te" (fai da te)

Brevettabilità e imprenditorialità di SynBio
NOTA: Il programma del Corso, che eroga 6 CFU, è identico, nei contenuti, al modulo “Synthetic Biology” del corso “Synthetic Biology and Proteomics” (curriculum B – Systems Biomedicine), che eroga 5 CFU. Le 6 ore di differenza tra i due corsi verranno utilizzate per organizzare dei Journal club in cui gli studenti, divisi in gruppi, presenteranno degli articoli scientifici su argomenti inerenti la Biologia Sintetica.

Gli studenti iscritti a questo corso potranno: 1. Definire la biologia sintetica e comprenderne l'importanza nel 21 ° secolo
2. Comprendere e descrivere le parti biologiche e la loro funzione a livello di sistema.
3. Comprendere le tecniche avanzate di biologia molecolare che facilitano la costruzione di parti e sistemi biologici.
4. Applicare un approccio scientifico alla pianificazione, esecuzione, reporting e interpretazione di progetti avanzati con l'obiettivo di creare sistemi biologici con nuove proprietà che possono essere regolate, e di analizzare criticamente i risultati e generare ipotesi verificabili da questi esperimenti
5. analizzare criticamente, presentare e difendere la letteratura scientifica in biologia sintetica, comprese le applicazioni pratiche come l'ingegneria cellulare e metabolica
6. Considerare decisioni etiche e strategie di contenimento nella biologia sintetica