Codice insegnamento

4S01530

Docenti

Monica Mottes, Maria Scupoli

Coordinatore

Monica Mottes

Crediti

8

Lingua di erogazione

Italiano

Settore Scientifico Disciplinare (SSD)

BIO/13 - BIOLOGIA APPLICATA

Periodo

LEZIONI 2° SEMESTRE dal 18 feb 2019 al 31 mag 2019.

Orario Lezioni Moodle Seminari 0

Obiettivi formativi

Fornire le conoscenze di base della biologia umana in una visione evoluzionistica che enfatizzi i processi molecolari e cellulari comuni agli organismi viventi. Educare lo studente alla valutazione critica dei dati sperimentali, descrivendo e discutendo importanti esperimenti del passato e contemporanei. Illustrare i meccanismi di base relativi ai processi di: duplicazione, trasmissione, espressione dell’informazione biologica ereditaria, le modalità di insorgenza delle sue variazioni e l’organizzazione del genoma umano. Illustrare l’interazione e l’ordine gerarchico di espressione di geni-chiave nello sviluppo dei denti. Fornire conoscenze aggiornate sugli strumenti, le metodiche e le applicazioni della tecnologia del DNA ricombinante, con particolare riferimento alle applicazioni biotecnologiche pertinenti l’ambito specialistico dell’Odontoiatria. Fornire le conoscenze necessarie per saper riconoscere le modalità di trasmissione dei caratteri ereditari normali e patologici e di illustrare condizioni genetiche che compromettono la salute dentale. Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà dimostrare di avere acquisito le conoscenze di base dei meccanismi che regolano la vita e la riproduzione cellulare, le interazioni fra cellule, fra organismi e fra organismi e ambiente. Dovrà inoltre dimostrare di avere acquisito conoscenze sui meccanismi di trasmissione dei caratteri ereditari (genetica mendeliana e post-mendeliana, genetica di popolazioni). Dovrà saper riconoscere le modalità di trasmissione di malattie genetiche nell’uomo, in particolare quelle che riguardano lo sviluppo e la struttura dei denti. Tali conoscenze di base rappresentano un pre-requisito per ulteriori approfondimenti specialistici che saranno oggetto degli insegnamenti dei successivi anni di corso.

Programma

Le molecole che caratterizzano gli esseri viventi. Ipotesi di evoluzione chimica; l'esperimento di Urey e Miller. Gli eventi che caratterizzarono probabilmente l'inizio della vita sulla terra. La datazione degli eventi mediante isotopi radioattivi e il ciclo del 14C. Le caratteristiche universali dei viventi. Teoria cellulare
MACROMOLECOLE BIOLOGICHE: caratteristiche. Alcuni metodi di analisi e studio (centrifugazione, spettrofotometria, cristallografia, uso di radioisotopi, elettroforesi)
LA TEORIA EVOLUZIONISTICA proposta da Darwin. La moderna teoria sintetica dell’evoluzione: “Nothing in biology makes sense, but in the light of evolution” (T.Dobshansky) L’evoluzione della specie umana (cenni) Lo studio di Organismi modello in biologia.
L’albero della vita ha tre ramificazioni principali: batteri, archea, eucarioti.
Procarioti: caratteristiche generali, habitat, interazioni con altri organismi e con l’ambiente. Scissione binaria. Dai procarioti agli eucarioti: teoria endosimbiontica. La struttura delle membrane
EUCARIOTI: organelli cellulari, struttura e funzioni (cenni). Cenni su lavoro cellulare e metabolismo energetico
I protisti: eucarioti unicellulari primitivi
Dagli unicellulari ai pluricellulari: tappe dell’evoluzione (Volvox, Trichoplax adhaerens).
Adesione e comunicazione intercellulare. Le molecole segnale
Nozioni di base su CRESCITA E DIVISIONE CELLULARE: ciclo cellulare e suo controllo. Mitosi.
Nucleo: cromatina, cromosomi. Morte cellulare: necrosi e apoptosi. Ploidia e strategie riproduttive: riproduzione asessuata e riproduzione sessuata. Meiosi e gametogenesi umana.
Il cariotipo umano normale. Metodi di analisi pre e post-natali. Citogenetica. Anomalie cromosomiche di numero e struttura.
Le osservazioni e gli esperimenti storici che hanno portato alla SCOPERTA DEL MATERIALE GENETICO: F.Miescher; gli esperimenti di Griffith, di Avery, McLeod e McCarty, di Hershey e Chase sull’identificazione del DNA; la struttura della doppia elica (R.Franklin, M. Wilkins, J Watson e F Crick), la complementarietà delle basi (E Chargaff), la replicazione semiconservativa (Meselson e Stahl),. Anche RNA è molecola depositaria dell’informazione (Fraenkel-Conrat)
DNA polimerasi e replicazione del DNA “in vivo” (in procarioti ed eucarioti) e “in vitro” (tecnica della PCR).
Telomerasi e replicazione dei telomeri. Denaturazione, rinaturazione, ibridazione del DNA. Gli enzimi di restrizione. Le sonde molecolari. (applicazioni: Southern blotting, FISH,)
FLUSSO INFORMAZIONALE: dal DNA alle proteine. Gli studi di A. Garrod, l’ipotesi “un gene-un enzima” di Beadle e Tatum, il “dogma centrale” della biologia molecolare. Vari tipi di RNA, loro ruolo nelle tappe del flusso informazionale. La trascrizione nei procarioti: il gene, il promotore, RNA polimerasi. mRNA policistronici. La trascrizione negli eucarioti: il gene, il promotore, altre sequenze regolative, RNA pol II, maturazione dei trascritti, splicing alternativo.
Traduzione nei procarioti e negli eucarioti: i protagonisti e le tappe del processo. Codice genetico: decifrazione caratteristiche. Aminoacidi e codoni, teoria del vacillamento. Codoni di terminazione. Sintesi proteica nella cellula eucariotica, modificazioni post-traduzionali e destino delle proteine.
Regolazione dell’espressione genica nei procarioti: operoni lac e trp.
Regolazione dell’ espressione genica negli eucarioti. Struttura della cromatina (l’esempio dell’inattivazione del cromosoma X nei mammiferi). Interruttori molecolari: modi di interazione con il DNA. Ruolo di RNA non codificanti (ncRNA) nel silenziamento genico. Esempio di controllo spazio-temporale di espressione genica: i geni delle globine.
Biologia dello sviluppo: lo sviluppo rappresenta l’espressione differenziale del genoma.
Geni selettori con ruolo “gerarchicamente superiore” (esempi: geni omeotici).
Geni coinvolti nello sviluppo dei denti, loro mutazioni e conseguenze fenotipiche (agenesie semplici e sindromi complesse)
E’ possibile tornare indietro nella via del differenziamento? Gli esperimenti sugli anfibi; Wilmut e la pecora Dolly. La riprogramma zione cellulare (S.Yamanaka)
Espressione genica e determinazione del sesso nell’uomo: SRY e DSS.
ORGANIZZAZIONE DEL GENOMA UMANO E SUA PLASTICITÀ: elementi trasponibili, le famiglie geniche, pseudogeni, sequenze ripetute, amplificazione genica. Evoluzione dei genomi.
MUTAZIONE. Preadattatività (test di piastramento in replica). Mutazioni e selezione, il concetto di fitness adattativa. Mutazioni nelle regioni codificanti, nelle regioni regolative, nelle regioni non codificanti. Variabilità genetica individuale. Mutazioni spontanee: tautomeria delle basi, errori nella replicazione (Cenni al MMR, mismatch repair) Mutazioni indotte: agenti mutageni chimici: tipi e modo d’azione. Identificazione di sostanze mutagene: test di Ames. Mutageni fisici: radiazioni UV, radiazioni ionizzanti. Cenni di radiobiologia: tipi di radiazioni, LET e EBR.
Mutazioni somatiche e cancro: classi di geni mutati nei tumori (oncogèni, geni oncosopressori, geni della riparazione) e tipologia delle mutazioni (guadagno di funzione, perdita di funzione)
BIOLOGIA DELL’INVECCHIAMENTO: cause molecolari e genetiche, ruolo dei radicali liberi, effetti protettivi degli anti-ossidanti e delle restrizioni caloriche. Senescenza cellulare, limite di Hayflick, accorciamento dei telomeri, mutazioni del DNA mitocondriale
Introduzione alla Tecnologia del DNA ricombinante: vettori di clonaggio, genoteche e cDNAteche. Genome editing.
Come si possono produrre proteine di interesse farmacologico (esempi: insulina, HbS Ag, vaccini sperimentali anti-carie). Animali transgenici (topi “knock in” e topi “knock out”) nella ricerca biomedica.
GENETICA generale e UMANA
Gli esperimenti di G.Mendel. Le leggi dell'ereditarietà: la segregazione degli alleli, l'assortimento indipendente dei geni.
Gli esperimenti della scuola di T.H. Morgan. Associazione e ricombinazione. Geni concatenati
Genetica dei gruppi sanguigni (ABO, Rh).
Vari tipi di ereditarietà: autosomica dominante, autosomica recessiva, legata al sesso
Modalità di trasmissione delle malattie genetiche nell’uomo, vari esempi di malattie AD, AR, legate all’X. Malattie ereditarie di interesse per l’odontoiatra. Malattie genetiche e salute dentale
Interpretazione e discussione di alberi genealogici
Eccezioni al mendelismo: le mutazioni dinamiche, il fenomeno dell’imprinting, le disomie uniparentali
L’eredità citoplasmatica (mitocondriale)
Frequenze alleliche e genotipiche nelle popolazioni. Legge di Hardy-Weinberg
Modalità didattiche
La frequenza al corso è obbligatoria. Le modalità didattiche consistono in lezioni frontali dedicate alla trasmissione delle conoscenze che lo studente dovrà acquisire per il superamento dell’esame. Le spiegazioni del docente saranno corredate da presentazioni in PowerPoint e videos, resi disponibili al sito dipartimentale dedicato alla didattica. Materiale didattico supplementare (quiz a scelta multipla per autovalutazione, articoli o reviews di particolare interesse etc.) potrà essere aggiunto durante il corso e ne sarà data ampia informazione agli studenti. Durante tutto l’anno accademico è disponibile il servizio di ricevimento individuale, in orario flessibile previa richiesta via email, come indicato alla pagina web del docente.
LIBRI DI TESTO CONSIGLIATI
Vengono consigliati i seguenti testi:
- Le basi della biologia (Cellula-Genetica-Evoluzione) H. Helena Curtis, et al., I edizione italiana, 2017 Zanichelli ed. Bologna, ISBN: 9788808768988
-Campbell Biologia e Genetica, Pearson Italia 2015; ISBN: 9788865189320

Modalità d'esame

Prova scritta riguardante tutti gli argomenti in programma, strutturata in 25 quiz a scelta multipla + 5 domande aperte. Obiettivi della prova scritta sono: a) accertamento dell’acquisizione di conoscenze teoriche; b) accertamento della capacità di ragionamento e rielaborazione individuale delle nozioni acquisite; c) capacità di applicare quanto imparato alla risoluzione di quesiti sperimentali o all’interpretazione di immagini fotografiche. Il punteggio della prova scritta (attribuito in trentesimi) è determinante per il voto finale. La prova scritta sarà giudicata sufficiente se lo studente risponde correttamente a 18 quiz a scelta multipla e ad almeno 1 domanda aperta. Solo in caso di voto positivo nella prova scritta, è previsto un colloquio orale basato sull’approfondimento di alcuni argomenti, ai fini di una valutazione complessiva. Lo studente può ritirarsi in qualsiasi fase dell’esame (scritto e orale), annullando così ogni credito parziale.