Ateneo - UPO

Il corso fornisce un'adeguata conoscenza delle basi molecolari dei sistemi biologici, della struttura e delle funzioni delle macromolecole biologiche e dei processi cellulari in cui esse intervengono. Introduce alle piattaforme tecnologiche omiche (genomica, trascrittomica, proteomica), agli strumenti di analisi bioinformatica e ai metodi informatici per la gestione dei dati biomolecolari. Vengono proposti casi di studio ed esercitazioni pratiche in aula informatica incentrati sull'analisi dell'interazione tra cibo, ambiente e salute umana. Gli studenti riceveranno un'introduzione teorica e pratica ai database di sequenze genomiche e proteiche e agli strumenti informatici per il recupero, l'interpretazione, la visualizzazione e l'analisi dei dati biologici. 

Il materiale didattico sarà rappresentato dal materiale utilizzato a lezione e da articoli scientifici e manuali, i cui riferimenti saranno forniti durante le lezioni stesse.
Alle studentesse e agli studenti che necessitano di approfondire la parte biologica viene consigliato il seguente testo: Arthur Lesk, “Introduction to Genomics”, Oxford University Press

Il modulo si propone di fornire le competenze teorico-metodologiche e pratiche essenziali della bioinformatica, con specifico riferimento allo studio delle interconnessioni tra alimentazione, ambiente e salute umana. Il corso mira a rendere lo studente autonomo nella ricerca, analisi e interpretazione di articoli scientifici a contenuto bioinformatico, fornendo le basi tecniche necessarie per comprendere e modellare i network e i pathway biologici correlati.

Conoscenze di base in biologia molecolare e genetica.

Lezioni frontali, analisi di casi di studio, esercitazioni e lezioni in aula informatica con utilizzo di software applicativi e tool online.

Le lezioni avranno un carattere altamente interattivo. Gli studenti svolgeranno esercitazioni pratiche volte ad applicare i concetti chiave trattati a lezione

Le studentesse e gli studenti con disabilità o 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: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studenti- disabili-e-dsa

Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare la/il docente titolare dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle modalità di esame, in merito agli aspetti didattici.

La valutazione si articola come segue:
1. Esercitazioni in itinere: Verifiche periodiche per valutare l'acquisizione delle abilità pratiche.
2. Progetto Finale: Analisi guidata di un caso di studio reale durante l'ultima lezione del corso, volta ad accertare l'autonomia operativa e la capacità di sintesi critica
3. Esame Orale: Colloquio finale incentrato sulla discussione del report di progetto e sugli argomenti generali del programma, volto a verificare la proprietà di linguaggio, il rigore terminologico e l'effettiva comprensione concettuale
Il voto finale si baserà in modo integrato sulla valutazione della prova orale, sulla qualità e puntualità delle consegne delle esercitazioni in itinere e sul report del Progetto finale.

Introduzione alla bioinformatica: definizione, obiettivi, terminologia, applicazioni e limitazioni.

Implicazioni della genomica/bioinformatica per la salute e la nutrizione: comprendere i meccanismi molecolari alla base delle relazioni tra cibo e salute, dalla funzione dei nutrienti di base alle interazioni tra i microrganismi alimentari e il sistema digerente umano.

Come esplorare la conoscenza: l'uso di PubMed per cercare nel database di letteratura scientifica Medline, come costruire una stringa di ricerca efficiente e specifica, come pianificare una ricerca di letteratura.

Il processo di sequenziamento: il metodo di Sanger e il sequenziamento automatico fluorescente, il sequenziamento NGS.
I dati di sequenza: Database e strumenti di bioinformatica, come esplorare i principali archivi di dati genomici.

• Browser e piattaforme di analisi del genoma: NCBI Genome (organizza le informazioni di NCBI sui genomi compreso le sequenze, le mappe, i cromosomi, gli assemblies e le annotazioni), ENSEMBL (il server europeo di risorse per il genoma eucariotico), UCSC Genome Browser (il sito per il programma genomico presso l'Università della California, Santa Cruz) e il genome browser del gramene (come parte del progetto Gramene che aggrega strumenti per la genomica comparativa delle piante per colture e organismi modello). Scopri come sono strutturati, come personalizzare i dati visualizzati e come estrarre informazioni da loro e. come usarli in modo efficiente.
• Lo strumento Blast di NCBI: come usarlo per determinare il ruolo presuntivo di una sequenza di DNA o di proteine che sono state identificate di recente; e per scoprire se un genoma (o l'altro database di grandi sequenze) ha una sequenza comparabile con un gene riconosciuto.
• I database di espressione genica: l’esempio di Human Protein Atlas

Come l'espressione genica è epigeneticamente regolata, l'esempio di metilazione del DNA. Come funziona l'analisi di laboratorio, il metodo Illumina Infinium e il metodo NGS.
• L'EWAS Toolkit un kit di strumenti web per Epigenome wide association study, come usarlo e come capire i risultati.

Alla ricerca di un significato: percorso metabolico e rete di interazione proteica, strumenti per la visualizzazione e l’integrazione dei dati.
• Le gene-ontoloy e le food-ontology, come funzionano e come usarle.
• Pathway analysis: impara come integrare le numerose informazioni sui percorsi metabolici disponibili nella letteratura e nei database, esplora la funzione e l'interazione delle proteine utilizzando il database di Kegg, String e Reactome.
• Come interrogare il database per annotazione, visualizzazione e scoperta integrata (DAVID). Questo sito fornisce una serie completa di strumenti di annotazione funzionale, per capire il significato biologico dietro grandi elenchi di geni.

Come illustrare i risultati: presentazione e discussione dei progetti condotti dagli studenti durante il corso.

Al termine del corso le studentesse e gli studenti dovranno raggiungere i seguenti risultati di apprendimento: 1. Conoscenza e comprensione: Descrivere la struttura e l'organizzazione delle principali banche dati biologiche e browser genomici (NCBI, Ensembl, UCSC, Gramene). Spiegare i principi teorici degli algoritmi di allineamento (BLAST) e il significato dei relativi parametri statistici. Comprendere i meccanismi di regolazione epigenetica (metilazione del DNA) e i sistemi di annotazione funzionale (Gene Ontology, Food Ontology). 2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Interrogare database genomici per estrarre sequenze nucleotidiche o proteiche target nei formati standard. Eseguire analisi di allineamento locale (BLAST) per identificare sequenze incognite e mappare varianti o mutazioni. Utilizzare software quali EWAS Toolkit, DAVID e risorse di pathway (KEGG, Reactome, STRING) per mappare network biologici e interpretare dataset omici. 3. Autonomia di giudizio: Valutare in modo critico gli output qualitativi e quantitativi derivanti da software di modellazione computazionale ed epigenetica. Integrare dati biologici eterogenei per formulare ipotesi scientifiche sui meccanismi molecolari che collegano i fattori nutrizionali/ambientali alla salute umana. 4. Abilità comunicative: Presentare: illustrare e discutere i risultati del proprio progetto bioinformatico finale utilizzando un lessico scientifico, biologico e computazionale rigoroso. Collaborare efficacemente all'interno di un team per comunicare in modo chiaro ed esaustivo i risultati delle analisi ai colleghi e ai docenti. 5. Capacità di apprendimento: Acquisire l'autonomia di ricerca necessaria per consultare database online e archivi di letteratura (PubMed) per costruire conoscenze di base su nuove tematiche relative alla salute umana e alla nutrizione. Sviluppare la flessibilità metodologica utile ad apprendere l'uso di piattaforme web e tecnologie bioinformatiche emergenti nel corso del proprio percorso professionale.