Ateneo - UPO

Il modulo introduce gli studenti all'ingegneria dei sistemi biologici, con un'enfasi dichiarata sulla dimensione regolatoria, di biosicurezza e di governance della disciplina. Nell'arco di 24 ore (12 unità didattiche), il corso esamina gli strumenti progettuali fondamentali della biologia sintetica — parti standardizzate, tecniche di clonaggio e assemblaggio genomico, tecnologie di ingegneria del genoma, circuiti genetici e ingegneria metabolica — sempre in relazione agli strumenti normativi, ai quadri di biosicurezza e ai dibattiti di governance che li accompagnano (l'eredità di Asilomar, la sorveglianza DURC, i percorsi di approvazione EMA/FDA per gli ATMP, la regolamentazione di OGM e organismi gene-editati, il diritto di proprietà intellettuale). Le ultime quattro unità sono interamente dedicate alla governance della biosicurezza/DURC e alla proprietà intellettuale, al movimento DIY Bio e al quadro regolatorio globale.

●      Christina Smolke (Editor), Sang Yup Lee (Series Editor), Jens Nielsen (Series Editor), Gregory Stephanopoulos (Series Editor), Synthetic Biology: Parts, Devices and Applications. Wiley-VCH (2018), ISBN: 978-3-527-33075-1●      Paul Simon Freemont, Richard I. Kitney, Synthetic Biology - A Primer, Imperial College Press,●      Natalie Kuldell, BioBuilder, O'Reilly Media, ISBN 1491904291●      Huimin Zhao (Ed), Synthetic Biology. Tools and Applications. Academic press. Hardback ISBN: 9780123944306, eBook ISBN: 9780123978202●  Liljeruhm J, Gullberg E, Forster AC. Synthetic Biology – a lab manual. World Scientific Publishing Co, Singapore●      Risorse regolatorie e di governance: NIH Guidelines for Research Involving Recombinant or Synthetic Nucleic Acid Molecules; documenti di indirizzo EMA/FDA sugli Advanced Therapy Medicinal Products (Unità 9–10); rapporti del National Science Advisory Board for Biosecurity (NSABB) sul DURC; materiali normativi UE su OGM e organismi gene-editati.●      Risorse integrative: articoli scientifici e di policy selezionati, distribuiti tramite la pagina del corso (uno per unità didattica); iGEM Registry of Standard Biological Parts (parts.igem.org); Benchling e SBOL Visual per le esercitazioni di progettazione di circuiti.

Il modulo si propone di fornire agli studenti della Laurea Magistrale in Biotecnologie Mediche le basi concettuali e tecniche della biologia sintetica, ponendo enfasi particolare sul quadro regolatorio e di governance che ne disciplina lo sviluppo, la valutazione e l'impiego. Quale componente del corso integrato “Preclinical Studies and Regulatory Aspects”, il modulo prepara gli studenti a collegare i principi della biologia sintetica ai percorsi regolatori (FDA/EMA), ai sistemi di biosicurezza e governance del DURC, alla proprietà intellettuale e alla pianificazione dei progetti preclinici, in coordinamento con gli altri due moduli del corso integrato (In vitro and in vivo Preclinical Models; Project Design and Management).

● Biologia molecolare e genetica (espressione genica, trascrizione, traduzione, tecnologia del DNA ricombinante)
● Biologia cellulare (struttura e funzione della cellula procariotica ed eucariotica)
● Biochimica di base (enzimi, vie metaboliche, struttura delle proteine)
● Fondamenti di biotecnologia (OGM, strategie di clonaggio, PCR)
● Competenze quantitative elementari (matematica e statistica di base)

●      Lezioni frontali. Lezioni frontali con slide e dimostrazioni dal vivo di strumenti computazionali/bioinformatici.●      Journal club. Lettura critica e discussione guidata di articoli di ricerca primaria e documenti di indirizzo regolatorio selezionati.●      Esercitazioni di progettazione. Esercitazioni in aula con piattaforme online (es. Benchling, SBOL Visual).●      Casi di studio regolatori. Analisi di dossier regolatori reali e casi di governance (es. approvazioni ATMP, casi di revisione DURC) nelle Unità 9–12.●      Sessioni integrative. Discussioni trasversali nelle Unità 9–12, condotte quando possibile congiuntamente ai docenti degli altri due moduli.

Le studentesse e gli studenti con disabilità, con Disturbi Specifici dell'Apprendimento (DSA) o con Bisogni Educativi Speciali (BES) possono richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati rivolgendosi allo Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo. Una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare il/la docente titolare dell'insegnamento per concordare le modalità di esame e gli aspetti didattici.
Frequenza: la frequenza alle lezioni frontali è obbligatoria per tutti i CdS (minimo 50%-66% delle ore, pari ad almeno 15 ore - curr B; 24 ore - curr C; 12 ore - curr D). Le studentesse e gli studenti che non raggiungono la soglia minima non sono ammessi all'esame nella sessione corrente.
Lavoratori/lavoratrici-studenti/studentesse e soggetti in situazioni particolari (caregiver ecc.) sono invitati/e a contattare il/la docente entro la prima settimana di lezione per concordare modalità alternative, nel rispetto del Regolamento di Ateneo.
Materiali accessibili: i PDF delle slide sono forniti in formato testuale (non scansionato); le videolezioni DAD sono corredate di sottotitoli o trascrizioni.

Valutazione dell'apprendimento / votiDiscussione, quiz e compiti a casa (continuous assessment) — 34%Proposta progettuale scritta — 33%Discussione del progetto in sede d'esame — 33%Discussione, quiz e compiti a casa Durante il semestre saranno assegnati quiz, discussioni e compiti a casa che concorreranno alla valutazione continua dello studente. Questa componente rappresenta il 34% del voto finale.Progetto Ogni studente sarà responsabile della stesura di un progetto di ricerca volto a indagare una nuova idea nel campo della biologia sintetica, di interesse scientifico o industriale. La proposta dovrà essere strutturata secondo il modello fornito dal docente. La valutazione della proposta scritta rappresenta il 33% del voto finale.Esame finale È previsto un esame finale, nel quale ciascuno studente discuterà il proprio progetto, da sostenersi in una delle sessioni ordinarie (febbraio, giugno-luglio, settembre). La discussione verterà sui contenuti del progetto e sul materiale del corso a esso collegato; gli argomenti sono concettualmente cumulativi, poiché la comprensione dei temi trattati nella prima parte del corso è necessaria per affrontare quelli successivi. Questa componente rappresenta il 33% del voto finale.

Il modulo si articola in 12 unità didattiche da 2 ore ciascuna (24 ore complessive). Le Unità 1–8 sono condivise con gli studenti dei corsi standalone di Biologia Sintetica da 30h e 36h. Le Unità 9–12 sono esclusive di questo corso integrato e costituiscono il nucleo regolatorio del modulo.UD_1: Introduzione alla Biologia Sintetica e al suo Quadro RegolatorioLa rivoluzione “Biology 4.0”: dalla lettura alla scrittura e modifica della vita. Traiettoria storica della biologia sintetica (SynBio); rapporto con l'ingegneria genetica classica; prima panoramica degli organismi di governance internazionale (WHO, OCSE, Protocollo di Cartagena) che inquadrano la disciplina; presentazione del corso.UD_2: Tappe Fondamentali della Tecnologia del DNA Ricombinante e Origini della Regolamentazione sulla BiosicurezzaBatteri, plasmidi e fagi come strumenti; endonucleasi di restrizione, DNA polimerasi e ligasi; PCR; evoluzione del sequenziamento del DNA. La Conferenza di Asilomar (1975) e le NIH Guidelines come atto fondativo della regolamentazione biotecnologica.UD_3: Parti Biologiche, Standardizzazione e Classificazione di BiosicurezzaGeni, promotori, regolatori, terminatori e ORF; principi di standardizzazione e caratterizzazione delle parti; classificazione per gruppi di rischio di parti biologiche, organismi e sistemi ospite-vettore.UD_4: Strumenti Bioinformatici di Progettazione e il Ciclo Design–Build–Test–LearnProgettazione di oligonucleotidi, analisi dei siti di restrizione, ottimizzazione dei codoni e clonaggio in-silico; il ciclo DBTL; gli approcci “bottom-up” e “top-down”; screening di biosicurezza degli ordini di sintesi genica.UD_5: Tecniche di Clonaggio, Assemblaggio Genomico e Sintesi del DNA Senza StampoClonaggio “scar-less” (Gibson assembly, Golden Gate, LIC); sintesi chimica di oligonucleotidi e geni; strategie di assemblaggio per la costruzione senza stampo di geni, pathway e genomi; supervisione dei fornitori commerciali di sintesi genica (IGSC, Common Mechanism).UD_6: Sintesi del Genoma Intero, Genomi Minimi e il Dibattito sulla Governance del GP-writeJCVI-syn1.0/syn2.0/syn3.0 e l'E. coli “ricodificato”; il Minimal Genome Project; l'iniziativa Genome Project-Write (GP-write); il relativo dibattito etico e di governance sui genomi sintetici.UD_7: Tecnologie di Ingegneria del Genoma e Regolamentazione degli Organismi Gene-EditatiTrasposoni, ricombinasi, ZFN, TALEN e CRISPR/Cas9; trattamento regolatorio comparato degli organismi gene-editati in UE, USA e Giappone.UD_8: Circuiti Sintetici, Ingegneria Metabolica e Regolamentazione del Rilascio AmbientalePrincipi di progettazione dei circuiti genetici sintetici, logica e controllo a retroazione; ingegneria metabolica per la biosintesi di molecole target; requisiti di biocontenimento e percorsi regolatori per il rilascio ambientale e agricolo di organismi ingegnerizzati.UD_9: Applicazioni Mediche I – Biosensori e Terapie Cellulari/Geniche: Percorsi Regolatori per gli ATMPBiosensori ingegnerizzati (es. batteri intestinali per la rilevazione del cancro); cellule CAR-T come prodotto di biologia sintetica; percorsi regolatori FDA ed EMA per i medicinali di terapia avanzata (ATMP); pacchetti di dati IND/IMPD.UD_10: Applicazioni Mediche II – Cell Factories, Farmaci e Alimenti Ingegnerizzati: Percorsi di ApprovazioneCell factories per proteine ricombinanti; artemisinina e cannabinoidi semisintetici; Golden Rice, carne coltivata e probiotici ingegnerizzati; quadri di approvazione per farmaci biotecnologici e nuovi alimenti (EFSA, FDA).UD_11: Biosicurezza, Biocontenimento e Governance della Ricerca a Duplice Uso (DURC)Analisi approfondita delle strategie di biocontenimento per organismi ingegnerizzati; quadri di governance del DURC; comitati istituzionali per la biosicurezza; casi di studio, inclusi i dibattiti sulla ricerca gain-of-function.UD_12: Proprietà Intellettuale, DIY Biology e il Futuro Regolatorio Globale della Biologia SinteticaBrevettabilità di parti, dispositivi e organismi biologici; innovazione open-source vs. proprietaria; origini e rischi del movimento DIY Bio/biohacking; panoramica comparata dei quadri regolatori globali e degli orientamenti politici emergenti.

Risultati fondamentali (Unità 1–8, condivise)
● Descrivere le tappe storiche e tecniche che hanno plasmato la biologia sintetica, dalla tecnologia del DNA ricombinante alla sintesi del genoma intero.
● Selezionare, caratterizzare e standardizzare parti biologiche, e applicare strumenti bioinformatici nell'ambito del ciclo Design–Build–Test–Learn.
● Applicare strategie di clonaggio, assemblaggio genomico e sintesi del DNA senza stampo, discutendone criticamente la relativa sorveglianza di biosicurezza.
● Illustrare le tecnologie di ingegneria del genoma (ZFN, TALEN, CRISPR/Cas9) e confrontare le modalità con cui diverse giurisdizioni regolamentano gli organismi gene-editati.
● Progettare e analizzare circuiti genetici sintetici e strategie di ingegneria metabolica, mettendoli in relazione con i requisiti di biocontenimento e di rilascio
Risultati integrativi/regolatori (Unità 9–12, specifici del modulo)
● Mappare i percorsi regolatori (FDA, EMA) applicabili a prodotti medici, biosensori, terapie cellulari e geniche, farmaci biotecnologici e alimenti ingegnerizzati derivati dalla biologia sintetica, individuando i pacchetti di dati preclinici richiesti.
● Valutare criticamente le strategie di biocontenimento e biosicurezza e la governance della Ricerca a Duplice Uso (DURC), incluso il ruolo dei comitati istituzionali per la biosicurezza.
● Analizzare il panorama della proprietà intellettuale in biologia sintetica (brevettabilità, modelli open-source vs. proprietari) e le opportunità e i rischi del movimento DIY Bio.
● Costruire una strategia regolatoria integrata per un prodotto di biologia sintetica, collocandola all'interno di un piano di sviluppo preclinico strutturato, in coordinamento con gli altri due moduli.