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L'insegnamento è organizzato come segue:

Obiettivi formativi

Il corso si propone di presentare allo studente le nozioni fondamentali della bioinformatica, fornendo le basi teoriche e applicative di algoritmi e programmi utilizzati nella ricerca e nell’analisi dei dati contenuti nelle principali banche dati biologiche di uso corrente. In particolare verranno appresi gli strumenti volti all’utilizzo dell’informazione in proteomica, genomica, biochimica, biologia molecolare e strutturale. Il corso prevede inoltre un’introduzione agli sviluppi più recenti della bioinformatica, quali l’analisi e la visualizzazione di dati strutturali relativi a macromolecole biologiche e loro complessi e la creazione di semplici modelli dinamici e statici di reti biomolecolari che avvicinerà lo studente all’emergente disciplina della systems biology.

Programma

Modulo di Teoria

- 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, matrici a punti, algoritmi statici e dinamici di allineamento; matrici di punteggio e sostituzione (PAM, BLOSUM)


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

- 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 alla bioinformatica strutturale: macromolecole biologiche (proteine e acidi nucleici) e loro assemblati: introduzione alla grafica molecolare

- Cenni ai metodi per predire strutture secondarie partendo dalla sequenza e al confronto strutturale

- Introduzione alla systems biology: il sistema non come somma delle parti; modelli statici e modelli cinetici dinamici; cenni alle reti di trasduzione del segnale


Modulo di Laboratorio

- Introduzione all’ambiente Linux

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

- Allineamenti a coppie, matrici a punti e applicazione all’analisi di sequenze proteiche. Matrici di punteggio e metodi ottimali: strumenti online.

- 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

-Cenni ai programmi per Genome Browsing

- Visualizzazione e grafica molecolare: utilizzo di PyMol.

- Metodi per predire strutture secondarie e proteine, PSI-PRED, JPRED, database di famiglie strutturali

- Systems Biology: simulazione numerica di semplici reazioni biochimiche e della loro cinetica. Costruzione di semplici modelli cinetici e simulazione dell’evoluzione temporale con SBTOOLBOX2 per Matlab; applicazione: il ciclo di signaling delle proteine G

Modalità d'esame

Scritto, con due valutazioni separate per teoria e laboratorio che faranno media. 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. E’ inoltre possibile presentare un database a scelta a gruppi di 3-4 studenti. Il punteggio delle presentazioni verra’ sommato a quello dell’esame scritto.