Ateneo - UPO

La Bioinformatica è la disciplina che si occupa dell’analisi e dell’attribuzione di significato biologico alla massa di dati biomolecolari disponibile fino ad oggi e rappresenta uno strumento imprescindibile nell’ambito delle attività di base e di ricerca biochimiche, biologico-molecolari, biomediche e biotecnologiche.

Il corso avrà come obiettivo quello di fornire strumenti utili per la comprensione delle basi di programmazione, con particolare attenzione nell'uso del linguaggio di programmazione PERL. Le basi fornite potranno essere utili per affrontare temi quali l’analisi e la visualizzazione dati (in particolare stringhe genomiche), oltre ad accenni per approfondire, in futuro, argomenti di tipo bioinformatico o di biologia computazionale.

1) Pascarella, Paiardini – "Bioinformatica: dalla sequenza alla struttura delle proteine", Ed. Zanichelli 2010
2) James Tisdall, Beginning Perl for Bioinformatics - An Introduction to Perl for Biologists. Ed. O'Reilly Media, February 2009
3) Documentazione PERL online
4) Video-lezioni YouTube + slides in PDF fornite dal docente durante il corso

Il corso ha l’obiettivo di introdurre lo studente/la studentessa di biologia all'uso dei più comuni strumenti computazionali oggi in uso nelle analisi bioinformatiche di strutture di proteine e acidi nucleici e all’acquisizione di nozioni sul loro funzionamento.

In particolare, verrà trattato il linguaggio di programmazione PERL, applicato a problemi di natura genomica e metagenomica, quali sequenze di DNA, mRNA, ricerca di pattern, ordinamento di scores, filtering ed elaborazione di dati provenienti da database genomici e proteomici.

Il corso si colloca nel secondo semestre del secondo anno. Per seguire con profitto, lo studente/la studentessa deve possedere:

1) Nozioni di Biologia Molecolare (concetto di gene, genoma, struttura degli acidi nucleici, regolazione dell’espressione genica)
2) Nozioni di base di matematica e statistica, funzioni trigonometriche, teoria della probabilità (probabilità, distribuzione di probabilità, test statistici)
3) Conoscenza dell’uso del calcolatore e di navigazione internet

Il corso di Abilità Informatiche e Telematiche - CdL triennale in Scienze Biologiche, sarà impostato in modalità autoapprendimento: gli studenti e le studentesse hanno un ruolo attivo e centrale nel proprio percorso formativo: i materiali didattici vengono messi a disposizione in modo strutturato, ma è lo studente stesso a gestire tempi, modi e ritmo dello studio, sviluppando autonomia e capacità di organizzazione. Il docente assume quindi il ruolo di guida e supporto, fornendo spiegazioni e chiarimenti quando necessario, ma senza sostituirsi al lavoro personale dello studente. Il corso è composto da n° 8 Lezioni, ciascuna comprende slides (in formato PDF) e una video-lezione YouTube “embedded”; nella pagina DIR. Ai fini dell'apprendimento, durante il corso verranno proposti quiz ed esercitazioni (da svolgere sia in aula/laboratorio che a casa) con la correzione automatica e successiva spiegazione da parte del docente.

Le diapositive proiettate dal docente durante la lezione sono disponibili nella sezione DIR.

Il docente darà informazioni dettagliate riguardanti l’organizzazione temporale (giorni e orario) per le eventuali esercitazioni in laboratorio. Nella parte teorica del corso (lezioni in aula o in auto-apprendimento), verranno commentati, discussi ed analizzati gli esercizi e le soluzioni proposte.

Il docente risponde solo alla e-mail firmate e provenienti dal dominio di ateneo
nome.cognome@uniupo.it

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 prova d’esame ha l'obiettivo di verificare il livello di abilità acquisita nel selezionare e utilizzare gli strumenti illustrati durante il corso, focalizzando l'attenzione sulle principali funzionalità del linguaggio PERL per la soluzione di esercizi di genomica. L'esame finale sarà un quiz composto da 16 domande da svolgere a computer della durata massima di 30 minuti. Le risposte sono pesate: l'unica risposta giusta avrà un peso di +1.0, mentre quella palesemente errata, avrà un peso negativo pari a -0.5. L’esame sarà considerato superato e il candidato idoneo al raggiungimento di un punteggio >=8/16. Risultati di apprendimento: 1) Conoscenza e comprensione – Saper descrivere i principi di base per sviluppare piccoli programmi in Perl applicati a problemi biologici. 2) Abilità – Essere in grado di usare strumenti informatici per interrogare database genomici/proteomici, interpretare i risultati ed elaborarne di nuovi; saper applicare tecniche pratiche per cercare pattern e sottosequenze di DNA. 3) Capacità di apprendimento – Essere in grado di studiare in modo critico e autonomo gli argomenti trattati, approfondendo con testi, documentazione del linguaggio Perl e articoli scientifici.

1) Relazione tra biologia e informatica 2) Introduzione all'Algebra booleana 3) Introduzione ai linguaggi di programmazione 4) Panoramica (linguaggi imperativi, funzionali, a oggetti, dichiarativi,.) 5) Introduzione agli algoritmi con i principali costrutti e cicli 6) PERL: Funzioni di base, variabili scalari, operatori logici e di confronto, funzioni su stringhe genomiche 7) Strutture dati Array, Hash e Suffix Tree 8) Algoritmi di ordinamento e ricerca efficiente di pattern genomici 9) Parsificazione e manipolazione di files di testo estratti da database genomici/proteomici. Questo percorso formativo intende illustrare in che modo l’informatica si intrecci con la biologia, fornendo strumenti indispensabili per l’analisi e l’interpretazione dei dati biologici. Si parte dai fondamenti dell’Algebra booleana, che rappresentano la base logica di circuiti e algoritmi, per arrivare a un’introduzione generale ai linguaggi di programmazione, evidenziandone i principi comuni. Viene proposta una panoramica sui principali paradigmi – imperativi, funzionali, a oggetti e dichiarativi – per comprendere le differenze di approccio e le applicazioni. Successivamente, si affrontano i concetti fondamentali di algoritmo attraverso costrutti, condizioni e cicli, con esempi pratici. Particolare attenzione viene data al linguaggio Perl, introducendo funzioni di base, variabili, operatori e strumenti per la manipolazione di stringhe genomiche. Si passa quindi alle strutture dati, come array, hash e suffix tree, analizzandone l’efficienza nell’archiviazione e nell’accesso alle informazioni. L’approfondimento prosegue con gli algoritmi di ordinamento e con le tecniche di ricerca rapida di pattern genomici in grandi dataset biologici. Infine, si esplorano le metodologie di parsificazione e manipolazione di file di testo provenienti da database genomici e proteomici, con l’obiettivo di saper estrarre, riorganizzare e rendere utilizzabili i dati in ambito bioinformatico.

1) Conoscenza e comprensione: Lo studente conoscerà i meccanismi che sono alla base dello sviluppo di piccoli programmi PERL per la risoluzione di problemi biologici
2) Abilità: Lo studente sarà in grado di utilizzare gli strumenti informatici per interrogare ed interagire con le basi di dati genomiche/proteomiche, interpretarne i risultati ed elaborare in output nuovi risultati mediante il linguaggio di programmazione PERL.
Inoltre le basi teoriche delle tecniche di biologia molecolare lo faciliteranno nelle attività di laboratorio che prevedono l’utilizzo di tali tecniche. Inoltre l'attività pratica renderà lo studente capace di gestire autonomamente le principali tecniche di base impiegate per la ricerca di pattern e sottosequenze di DNA contenute all'interno di file provenieti da banche dati genomiche.
3) Capacità di apprendimento: Lo studente acquisirà la capacità di utilizzare il materiale didattico fornito per uno studio critico e ragionato degli argomenti trattati ed inoltre sarà in grado di approfondire ed aggiornare in maniera autonoma, tramite lettura di testi, documentazione del linguaggio PERL ed articoli scientifici correlati a tutti gli argomenti trattati durante il corso.