Programma

A) OBIETTIVI FORMATIVI:

Il corso ha come finalità quella di formare gli studenti in diversi settori della Bioinformatica, con particolare riguardo alla conoscenza di tools innovativi utilizzati a supporto di indagini in ambito biologico.
In dettaglio, gli obiettivi formativi sono:
1) Conoscenze di base in ambito informatico/bioinformatico
2) Progettazione, gestione e consultazione di banche dati biologiche.
3) Allineamento di sequenze nucleotidiche e amminoacidiche.
4) Caratterizzazione strutturale e funzionale in silico di geni e proteine
5) Analisi bioinformatiche applicate alle discipline ‘’omiche’’

B) RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI:

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE. Aver appreso argomenti di bioinformatica previsti dal corso, ovvero: acquisizione dei principi base di bioinformatica, di come vengono progettate, gestite e consultate banche dati biologiche, di come vengono effettuate ricerche di similarità di sequenza e allineneamenti di sequenze singole o multiple, come viene effettuata la caratterizzazione in silico di geni e proteine e la conoscenza di come vengono trattati dati ‘’omici’’ attraverso tools bioinformatici.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Avere una comprensione degli approcci computazionali discussi a lezione e delle loro applicazioni a problemi specifici.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Essere in grado di interpretare criticamente i risultati ottenuti attraverso i tools bioinformatici discussi a lezione, nonchè scegliere quelli più adatti per arrivare ad un determinato obiettivo.
ABILITA’ COMUNICATIVE. Gli studenti dovranno avere la capacità di trasmettere le conoscenze acquisite in modo chiaro e comprensibile, anche a persone non competenti, e dovranno dimostrare l’abilità di presentare l’informazione acquisita.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO. Essere in grado di descrivere i vari argomenti della Bioinformatica, in forma orale. Tale abilità verrà sviluppata mediante il coinvolgimento attivo degli studenti attraverso discussioni orali in aula ed esercitazioni svolte in Aula Informatica su temi specifici inerenti il corso.

C) PROGRAMMA:

Obiettivo formativo 1)
Cenni storici sulla nascita ed evoluzione della Bioinformatica; finalità della Bioinformatica; esempi di applicazioni di tools bioinformatici nelle indagini in campo biologico. Componenti di un computer: hardware e software; Internet; World Wide Web; Protocolli di comunicazione.
Obiettivo formativo 2)
Banche dati: caratteristiche generali, cenni storici, classificazione, acquisizione e conservazione dei dati, sistemi di gestione, linguaggi di interrogazione. NCBI-Entrez, SIB-Expasy e EBI-SRS; Pubmed; Banche dati primarie di sequenze nucleotidiche: GenBank, EMBL nucleotide database. Banche dati primarie di sequenze proteiche: UniPROT. Banche dati primarie di strutture proteiche: Protein Data Bank. Banche dati secondarie: SCOP, CATH, ProDOM, PROSITE. Banche dati specializzate: STRING, GENECARDS, BROWSERS GENOMICI, MODEL ORGANISM DATABASE. Analisi di Gene Ontology: AmiGO database. Multiorganism expression database: GeneVestigator. System Biology databases: MapMAN, Panther, ePlant database.
Obiettivo formativo 3)
Ricerche di similarità di sequenza: finalità e importanza. Dot matrix. Matrici di sostituzione (PAM, BLOSUM). Algoritmo di Needleman-Wunsch. Algoritmo di Smith-Waterman. Algoritmi euristici di allineamento. Tool per ricerca di similarità di sequenza: FASTA, BLAST. Allineamenti singoli: LALIGN. Allineamenti multipli: Clustal e T-Coffee.
Obiettivo formativo 4)
Dalla sequenza alla struttura di una proteina: descrizione generale degli approcci sperimentali e computazionali. Predizione di struttura secondaria delle proteine: metodi statistici (Chou e Fasman; Garnier, Osguthorpe e Robson) e connessionistici (PHD sec). Predizione di struttura terziaria: homology modelling (modelling scheletro, loop e catene laterali) e uso di Swiss Model. Predizione della funzione di una proteina: analisi della topografia superficiale (CastP), ricerca di motivi strutturali (evolutionary trace), ricerca siti di interazione proteina-proteina (SPPIDER). Progetto CASP e CAPRI. Caratterizzazione funzionale in silico di geni e proteine: utilizzo dei principali tools.
Obiettivo formativo 5)
4) Genome wide association study: introduzione, sviluppo, potenzialità. Studio GWA: algoritmo AMM, utilizzo di GWAPP, descrizione di un ''case-study''. Come effettuare uno studio GWA mediante GWAPP, utilizzando un set di dati relativo alla HapMap collection di Arabidopsis. Metagenomica e amplicon sequencing: introduzione, sviluppo, potenzialità. RNA-Seq: potenzialità, descrizione della tecnica e dei tools bioinformatici per l'analisi dei dati.

Verranno svolte esercitazioni pratiche interamente in inglese sugli argomenti degli obiettivi 2,3,4,5 per un totale di 1 CFU. Inoltre, gli argomenti degli obiettivi 2 e 5 verranno svolti interamente in lingua inglese.

Testi consigliati

-S.Pascarella, A.Paiardini. Bioinformatica, dalla sequenza alla struttura delle proteine. Ed. Zanichelli
-A. Tramontano. Bioinformatica. Ed. Zanichelli

Materiali distribuiti durante il corso (presentazioni ppt, articoli scientifici), accessibili da: https://moodle.unitus.it/moodle/course/view.php?id=639

Propedeuticità

Nessuna

Frequenza

Facoltativa

Metodologia didattica

Ore lezione: 40

Valutazione del profitto

Prova orale

Descrizione dei metodi di accertamento

La prova orale verte sull'intero programma. Nella valutazione delle prova orale e nell’attribuzione del voto finale si terrà conto: del livello di conoscenza dei contenuti dimostrato (superficiale, appropriato, preciso e completo, completo e approfondito), della capacità di applicare i concetti teorici (errori nell’applicare i concetti, discreta, buona, ben consolidata), della capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti fra diversi argomenti (sufficiente, buona, ottima), della capacità di senso critico e di formulazione di giudizi (sufficiente, buona, ottima), della padronanza di espressione (esposizione carente, semplice, chiara e corretta, sicura e corretta). Verrà considerata sufficiente una prova orale in cui i seguenti criteri raggiungono la valutazione indicata:
livello di conoscenza dei contenuti dimostrato: appropriato
capacità di applicare i concetti teorici: discreta
capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti fra differenti argomenti: sufficiente
capacità di senso critico e di formulazione di giudizi: sufficiente
padronanza di espressione: semplice.
In aggiunta alla prova orale, lo studente potrà facoltativamente preparare una presentazione ppt su un argomento selezionato fra: caratterizzazione funzionale in silico di geni/proteine a scelta attraverso i tools trattati a lezione, discussione di un articolo scientifico in cui vengano impiegati metodi bioinformatici, discussione di un tool bioinformatico. Per la valutazione della presentazione si terrà conto di: complessita’ dell’argomento trattato, impostazione grafica delle diapositive, chiarezza nell’esposizione, padronanza di linguaggio tecnico. Verrà considerata sufficiente una presentazione in cui i i vari criteri vengono giudicati sufficienti. Qualora lo studente decida di preparare la presentazione, il voto finale corrispondera’ alla media tra i voti della prova orale e di quello attribuito alla presentazione.

Luogo lezioni

largo dell'universita' - Blocco B

Orario lezioni

L'orario verrà pubblicato sul sito del corso di studi

Comunicazioni

Ricevimento presso:
Studio assegnisti e dottorandi, DEB, piano terra blocco C
Laboratorio di Biochimica e Biologia molecolare vegetale, DEB, blocco E

Ogni Venerdi ore 10:30-11:30