SYSTEM BIOLOGY - BIOLOGIA DEI SISTEMI

Crediti: 
6
Settore scientifico disciplinare: 
BIOLOGIA APPLICATA (BIO/13)
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

italiano

Obiettivi formativi

L’obiettivo del corso è quello di fornire allo studente i principi generali della System Biology, chiarendoli con esempi vicini alle Biotecnologie e fornendo gli strumenti per comprendere la letteratura del settore.

Prerequisiti

Sono necessarie conoscenze di matematica, biologia generale, biologia molecolare, genetica ed una buona conoscenza della lingua inglese per consultare testi.

Contenuti dell'insegnamento

La System Biology è la indagine sistematica e quantitativa di funzioni cellulari, cellule e organismi, ponendosi al collegamento tra biologia molecolare e fisiologia. Si basa sulla conoscenza dei processi molecolari, chimici e fisici che ne sono alla base, integrate con un approccio modellistico matematico. La System Biology è nata dai nuovi metodi di analisi sperimentale basati sul sequenziamento di interi genomi e sui metodi analitici high-throughput (genomica, trascrittomica). La System Biology vede la cellula come una "fabbrica chimica" in cui sostanze dall'esterno sono processate per fornire energia e materiali, con sofisticati processi eseguiti da molecole specializzate il cui progetto è codificato nel DNA.

Programma esteso

Introduzione sulla System Biology nel contesto delle biotecnologie moderne;
La teoria dei grafi;
Topologia dei network (grado, distanza, diametro, coefficiente di clustering, betweenness);
Interazioni nelle reti e funzioni biologiche: vie, nodi;
Modelli di network (random, scale-free, gerarchici);
Concetto di “hub”
Moduli, motivi e network gerarchici;
Identificazione delle interazioni tra fattori di trascrizione e i loro siti di legame (ChIP)
Esempi di reti con fattori di trascrizione e sequenze di DNA: approcci sperimentali per lo studio di tali reti
Saggio mono-ibrido; doppio-ibrido; triplo ibrido; reverse two-hybrid;
Esempi di reti con interazioni tra proteine: interattomi e loro limitazioni
Metodi per identificare interazioni proteina-proteina e proteina-DNA;
Origini della robustezza: ridondanza dei nodi; presenza di vie alternative;
Un sistema robusto: il cancro;
Reti di regolazione genica: un esempio di segnalazione del TGF-β in C.elegans;
Reti di letalità sintetica: progresso verso una rete di interazione genica;
Esempio di rete di letalità sintetica in S.cerevisiae: analisi della via di secrezione;
Modelli matematici e systems biology: come si costruiscie un modello, modelli stochiometrici, metabolici e cinetici. Esempio: la systems biology per lo studio di un modello matematico del metabolism dell’arginina

Alcuni argomenti trattati durante i seminari:

Proprietà delle reti, Reti fisiche, logiche e reti come grafi, Concetti di dinamicità, stabilità e robustezza;
reti di regolazione basati su miRNA
Systems biology vs synthetic biology
Interazioni proteina-DNA, proteina-proteina: metodi per la loro identificazione. Reti di interazione;
reti trofiche marine
Systems biology e ritmi circadiani

Bibliografia

Il materiale per lo studio viene fornito dal docente ed è disponibile come dispensa. Sarà basato su articoli della letteratura scientifica e sulle slide mostrate a lezione.

Metodi didattici

Il corso è organizzato con lezioni frontali e discussione di casi dalla letteratura basata su articoli originali. Approfondimenti su argomenti specifici sono presentati come seminari.

Modalità verifica apprendimento

Gli esami sono orali; sono basati su un approfondimento preparato dallo studente su argomento concordato con il docente. Nella presentazione con slide si verificano la capacità comunicativa, le conoscenze acquisite e l'applicazione delle conoscenze. L'autonomia di giudizio è verificata nella discussione con lo studente.