The teaching is organized as follows:

Learning outcomes

Il corso si propone di fornire le basi teoriche e applicative di algoritmi e programmi utilizzati nella ricerca e nell’analisi primaria dei dati contenuti nelle principali banche dati biologiche di uso corrente, con particolare riferimento all’informazione in proteomica, genomica, biochimica, biologia molecolare e strutturale. Un’introduzione agli sviluppi più recenti della bioinformatica, quali l’analisi di dati da microarrays e la creazione di modelli dinamici e statici di reti biomolecolari avvicinerà lo studente all’emergente disciplina della systems biology.

Program

Modulo di Teoria (Dr. Daniele Dell'Orco)

- Ripasso delle principali proprietà strutturali di proteine e acidi nucleici in relazione all’evoluzione. Introduzione ai recenti sviluppi delle banche dati di interesse biologico e al loro utilizzo. Cenni ai programmi utilizzati in genomica funzionale, proteomica e genomica strutturale.


- Introduzione alle banche dati biomolecolari: Organizzazione e integrazione dell'informazione riguardante: a) sequenze di proteine e di acidi nucleici; b) strutture biomolecolari o di composti di interesse biologico; c) banche dati bibliografiche e specialistiche; recupero di informazione e ricerca per parole chiave combinate con operatori logici.


- Confronto di sequenze biologiche, algoritmi statici e dinamici di allineamento; matrici di punteggio e sostituzione (PAM, BLOSUM)


- Algoritmi di ricerca FASTA e BLAST; algoritmo di Smith-Waterman; algoritmo di Needleman-Wunsch; significatività statistica di un allineamento (z-score, valori di aspettativa e di probabilità)


- Allineamenti multipli di sequenze: l'algoritmo ClustalW; cenni ad altri algoritmi; ricerca in banche dati con allineamenti multipli; PSI-BLAST


- Cenno alle analisi filogenetiche e agli alberi filogenetici


- Introduzione ai microarrays, aspetti tecnici e sperimentali, cenni agli approcci per il trattamento e l’analisi dei dati.


- Introduzione alla systems biology: il sistema non come somma delle parti; modelli statici e modelli cinetici dinamici; frameworks matematici; introduzione ad SBTOOLBOX2 per Matlab; cenni alle reti di trasduzione del segnale


Modulo di Laboratorio (Dr. S. Zorzan)

- Introduzione all’ambiente Linux e ai fogli elettronici


- Introduzione ai database presso NCBI: l’interfaccia Entrez, Gene, Unigene, Protein. Uniprot e cenni di EBI srs.


- Allineamenti a coppie, matrici di punteggio e metodi ottimali: strumenti online e fogli di calcolo.


- BLAST, PSI-BLAST e BLAT: risorse online.


- Strumenti per gli allineamenti multipli, la banca dati Homologene e risorse online per il calcolo e la visualizzazione di allineamenti multipli.


- Strumenti per la filogenesi: Mobyle dell’Institut Pasteur e Phylogeny.fr


- Le banche dati per i microarrays: NCBI GEO e EBI ArrayExpress


- Systems Biology: costruzione di semplici modelli cinetici, importazione di modelli SBML da database e simulazione dell’evoluzione temporale con SBTOOLBOX2 per Matlab; applicazione: il ciclo di signaling delle proteine G

Examination Methods

Scritto, con due valutazioni separate per teoria e laboratorio che poi saranno mediate. In caso si superasse solo una delle due parti, la singola valutazione rimarrà valide solo per la sessione in corso e per la successiva. Ritentare una prova (ritirare il testo dell'esame) significa rinunciare alla eventuale valutazione precedente. Parte del voto finale sarà attribuito in base alla valutazione delle presentazioni orali a gruppi di un database a scelta degli studenti.