Ateneo - UPO

Il modulo si propone di fornire le competenze metodologiche di base per l'utilizzo delle principali piattaforme bioinformatiche web-based. Lo studente acquisirà la capacità di interrogare banche dati biologiche primarie, estrarre sequenze nucleotidiche e proteiche, eseguire allineamenti di sequenze per l'identificazione di omologie e mutazioni, e utilizzare tool di predizione computazionale per lo studio della regolazione post-trascrizionale, in stretta sinergia con i contenuti teorici del corso di Biologia Molecolare.

Il corso teorico di Biologia Molecolare fornirà i prerequisiti e le conoscenze di base fondamentali per lo svolgimento del laboratorio.

La valutazione del modulo, con esito finale di Idoneo/Non idoneo, si baserà sulla qualità e sul completamento delle esercitazioni pratiche svolte durante le ore di laboratorio.

La verifica finale per il conseguimento dell'idoneità consisterà in una prova informatizzata della durata di 30 minuti. Il test prevede un quiz a risposta multipla (12-15 quesiti) incentrato sull'interpretazione critica di output grafici e tabellari generati dai tool analizzati durante il corso (es. schermate di allineamento BLAST, record NCBI, tabelle di targetting di microRNA). La prova mira ad accertare la capacità dello studente di navigare correttamente nelle interfacce web e di estrarre le informazioni biologiche richieste.

Didattica Frontale (8 Ore)

• Unità 1 (2 ore): Architetture delle banche dati biologiche primarie ed estrazione di sequenze Introduzione al portale NCBI (National Center for Biotechnology Information). Struttura dei record genici: annotazione di esoni, introni, regioni regolatorie e varianti di splicing. Il formato standard FASTA per acidi nucleici e proteine. Introduzione al database UniProt per l'analisi dei domini proteici.
• Unità 2 (2 ore): Algoritmi di allineamento locale di sequenze (BLAST) Principi teorici dell'allineamento locale. Utilizzo del tool NCBI BLAST (BLASTn) per l'identificazione di sequenze incognite. Interpretazione dei parametri di output macroscopici (percentuale di identità, query coverage) per la caratterizzazione di varianti nucleotidiche e mutazioni puntiformi.
• Unità 3 (2 ore): Genomica comparata e filogenesi molecolare applicata Allineamento a coppie (Pairwise Sequence Alignment) di sequenze ortologhe. Analisi della conservazione evolutiva tra organismi diversi (es. Homo sapiens vs Mus musculus), a supporto della comprensione dei modelli animali transgenici e di gene targeting.
• Unità 4 (2 ore): Regolazione post-trascrizionale e predizione di target di microRNA I microRNA come modulatori dell'espressione genica. Introduzione ai database di predizione computazionale basati sull'appaiamento termodinamico e sulla conservazione filogenetica della regione 3'-UTR dei trascritti (TargetScan). Analisi della natura combinatoriale delle interazioni microRNA-target.

Esercitazioni Pratiche (2 sessioni da 4 Ore)

• Laboratorio 1 (4 ore): Analisi mutazionale e caratterizzazione strutturale di oncogeni e oncosoppressori
• Fase A: Interrogazione del database NCBI Gene per l'estrazione in formato FASTA delle sequenze di riferimento di oncosoppressori (es. TP53) e analisi della loro architettura esonica.
• Fase B: Allineamento tramite BLASTn di sequenze cliniche simulate (paziente sano vs paziente oncologico) per l'identificazione di mutazioni nucleotidiche puntiformi (gain of function in oncogeni come KRAS o loss of function in TP53). Mappatura della mutazione sul relativo dominio proteico tramite UniProt.
• Laboratorio 2 (4 ore): Genomica comparata e network di regolazione post-trascrizionale
• Fase A: Allineamento di sequenze omologhe per determinare l'indice di conservazione evolutiva di geni target del ciclo cellulare tra l’uomo e I modelli murini.
• Fase B: Utilizzo del portale TargetScan per l'identificazione dei network di regolazione mediati da microRNA su trascritti oncogenici o oncosoppressori già analizzati, verificando la specificità e la densità dei siti di legame.

Alla fine del corso, le studentesse e gli studenti avranno una comprensione più approfondita dei principi della bioinformatica e saranno in grado di utilizzare gli strumenti e le tecniche bioinformatiche di base per visualizzare, analizzare e interpretare i dati biologici. 

Nel dettaglio, i risultati attesi si dividono in:

• Conoscenza e capacità di comprensione: Comprendere l'organizzazione delle banche dati biologiche primarie (NCBI, UniProt) e la struttura delle annotazioni geniche (esoni, introni, varianti di splicing). Apprendere i principi teorici degli algoritmi di allineamento locale (BLAST) e i parametri statistici di significatività (percentuale di identità, query coverage). Comprendere i meccanismi computazionali e termodinamici alla base della predizione delle interazioni tra microRNA e trascritti target.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Saper interrogare in modo autonomo i portali web bioinformatici ed estrarre sequenze in formato FASTA. Saper eseguire allineamenti nucleotidici (BLASTn) per identificare mutazioni puntiformi in sequenze cliniche e mapparne l'effetto sui domini proteici. Saper condurre analisi di genomica comparata (allineamenti di coppia) per valutare la conservazione evolutiva di geni target tra uomo e modelli murini. Saper utilizzare database predittivi (TargetScan) per mappare network di regolazione post-trascrizionale su geni d'interesse.
• Autonomia di giudizio: Sviluppare la capacità di interpretare in modo critico gli output grafici e tabellari generati dai tool analizzati (schermate BLAST, record NCBI, tabelle di targeting). Saper correlare un dato bioinformatico (es. presenza di una mutazione o di un sito di legame per microRNA) al suo potenziale impatto biologico, funzionale o clinico.
• Abilità comunicative e capacità di apprendimento: Utilizzare la terminologia scientifica e computazionale corretta per descrivere i risultati delle analisi bioinformatiche. Sviluppare la flessibilità metodologica e l'autonomia operativa necessarie per navigare e utilizzare nuove interfacce web e database biologici emergenti.