Course Syllabus
Obiettivi
Questo insegnamento offre agli studenti competenze sulle strategie avanzate di Biologia molecolare impiegate per espressione di proteine, ormoni, fattori di crescita e vaccini di nuova generazione compresi vaccini a DNA e RNA, con esempi di applicazione e relativi vantaggi/svantaggi.
Conoscenza e comprensione:
Lo studente conoscerà le strategie classiche e avanzate di Biologia molecolare e le possibili applicazioni biotecnologiche utili alla produzione di proteine di interesse terapeutico.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Lo studente imparerà ad estrapolare da lavori scientifici possibili strategie utili per la produzione di prodotti biotecnologici. Lo studente sarà in grado di applicare tali conoscenze a futuri progetti di ricerca nell'ambito sia di svolgimento della tesi che lavorativo.
Autonomia di giudizio:
Lo studente sarà in grado di elaborare quanto appreso al fine di applicare e implementare le strategie apprese.
Abilità comunicative.
Lo studente saprà esprimere con un linguaggio adeguato quanto appreso e presentare possibili scenari tecnologici adatti ad ottenere un prodotto biotecnologico.
Capacità di apprendimento
Lo studente sarà in grado di consultare e comprendere la letteratura relativa agli argomenti trattati nel corso.
Contenuti sintetici
Il corso si propone di fornire una visione approfondita e ragionata delle tecniche classiche e avanzate utilizzate per espressione di proteine, ormoni, fattori di crescita e vaccini di nuova generazione compresi vaccini a DNA e RNA. Verranno trattati sistemi di espressione di tipo transiente o stabile in diversi organismi tra cui vegetali e microorganismi impiegati sia per la ricerca di base che nel settore dell'agricoltura molecolare (molecular farming).
Programma esteso
Batteriofagi e batteri ricombinanti come vaccini o per il drug-delivery.
Utilizzo del lievito per la produzione di molecole di uso farmaceutico: vaccini, anticorpi, ormoni, enzimi terapeutici, fattori di crescita. Vaccini basati su surface display in lievito e yeast-derived VLP.
Espressione di proteine in eucarioti superiori: Trasfezione di cellule di mammifero. Vettori virali e retrovirali. Produzione industriale di proteine ricombinanti con cellule di mammifero.
Tecnologie biomolecolari basate sull’utilizzo di organismi vegetali. Trasformazione stabile o transiente delle specie vegetali. Metodi di trasformazione biolistica, trasformazione di protoplasti, microiniezione, bioactive beads. Sistemi mediati da Agrobacterium tumefaciens; agroinfiltrazione, agrodrench. Caratteristiche del plasmide Ti e meccanismo di trasferimento del T-DNA. Ingegnerizzazione di vettori per la trasformazione genetica mediata da A. tumefaciens. Trasformazione dei cloroplasti. Vettori di espressione per studi applicativi e di base. I geni marcatori e l'ottenimento di piante marker free. Sequenze regolatrici di promotori, introni e sequenze leader; transgenesi e cisgenesi in campo vegetale per migliorare l'espressione di molecole eterologhe. Espressione e produzione di vaccini in piante. Esempi di diverse applicazioni mediante analisi di articoli scientifici.
I virus delle piante come sistemi di espressione. I principali vettori virali: Virus a RNA (Tabacco mosaic virus, Potato virus); virus a DNA (Cauliflower mosaic virus, Geminivirus). Espressione di proteine, polipeptidi, ed epitopi immunogenici mediante virus che formano Virus Like Particles (VLP). Vettori virali per studi di genomica funzionale mediante espressione di piccoli RNA interferenti: Tabacco rattle virus, Tomato bushy stunt virus.
Elementi di terapia genica.
Vaccini biotecnologici e loro progettazione. Alcuni esempi di vaccini biotecnologici: anti-epatite B, anti-HPV, anti-Rotavirus, vaccini polisaccaridici coniugati. Rational design di vaccini a DNA e RNA. Esempi di diverse applicazioni mediante analisi di articoli scientifici.
Prerequisiti
Prerequisiti. Sono necessari i concetti di base della Biologia Molecolare.
Propedeuticità: nessuna.
Modalità didattica
11 Lezioni frontali in modalità erogativa (didattica erogativa, DE) focalizzata sulla presentazione-illustrazione di contenuti, concetti, principi scientifici
10 Lezioni frontali costituite da
- una parte in modalità erogativa (didattica erogativa, DE) focalizzata sulla presentazione-illustrazione di contenuti, concetti, principi scientifici
- una parte in modalità interattiva (didattica interattiva, DI), che prevede interventi didattici integrativi, brevi interventi effettuati dai corsisti, dimostrazioni aggiuntive di applicazioni pratiche dei contenuti
della parte erogativa
Tutte le attività sono svolte in presenza a meno di condizioni di emergenza
Le lezioni sono in italiano
Materiale didattico
Presentazioni preparate dal docente e una selezione di articoli scientifici. L'intero materiale didattico sarà reperibile sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento. Il materiale didattico è prevalentemente in inglese.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Prova orale. L'orale prevede una piccola presentazione di un articolo scientifico scelto dallo studente e alcune domande sugli argomenti affrontati durante il corso.
Orario di ricevimento
Su appuntamento tramite richiesta via e-mail al docente.
Sustainable Development Goals
Aims
Knowledge and understanding:
At the end of the course, students will gain knowledge of the topics and advanced molecular and cellular biology techniques and their possible biotechnological applications.
Ability to apply knowledge and understanding:
At the end of the course, students will gain the ability to read and understand scientific papers dealing with innovative aspects of biotechnology and to develop applications based on this knowledge.
Making judgements
At the end of the course, students will be able to process what they have learned and to recognize the contexts of application of the advanced molecular and cellular biology techniques of the course.
Communication skills
At the end of the course, students will be able to express themselves appropriately, using a proper vocabulary in the description of the treated topics.
Learning skills
At the end of the course, students will be able to read and understand the literature on the treated topics.
Contents
The course aims to provide a global and reasoned view of the main classic and advanced techniques used for proteins, hormones, growth factors, and new-generation vaccine production, comprising DNA and RNA vaccines.
Transient and stable expression systems will be treated in different hosts such as vegetables and microorganisms useful for both basic research and molecular farming.
Detailed program
Bacteriophages and recombinant bacteria as vaccines or for drug delivery.
Use of yeast for the production of molecules for pharmaceutical use: vaccines, antibodies, hormones, therapeutic enzymes, growth factors. Vaccines based on surface display in yeast and yeast-derived VLPs.
Expression in higher eukaryotes. Transfection of mammalian cells. Viral and retroviral vectors. Recombinant proteins in mammalian cell cultures.
Biomolecular technologies based on the use of plant organisms. Stable or transient transformation of plant species. Methods of biolistic transformation, protoplast transformation, microinjection, bioactive beads. Systems mediated by Agrobacterium tumefaciens; agroinfiltration, agrodrenching. Ti plasmid characteristics and T-DNA transfer mechanism. Engineering of vectors for A. tumefaciens-mediated genetic transformation. Expression vectors for application and basic studies. Marker genes and obtaining marker-free plants. Regulatory sequences of promoters, introns, and leader sequences; transgenesis and cisgenesis in plants to improve the expression of heterologous molecules. Expression and production of vaccines in plants.
Plant viruses as expression systems. The main viral vectors: RNA viruses (Tobacco mosaic virus, Potato virus); DNA viruses (Cauliflower mosaic virus, Geminivirus). Expression of immunogenic proteins, polypeptides, and epitopes by viruses that form Virus Like Particles (VLP). Viral vectors for functional genomic studies by expression of small interfering RNAs: Tobacco rattle virus, Tomato bushy stunt virus.
Elements of gene therapy.
Biotechnological vaccines and their design. Some examples of biotechnological vaccines: anti-hepatitis B, anti-HPV, anti-Rotavirus, and conjugated polysaccharide vaccines. Rational design of DNA and RNA vaccines.
Prerequisites
Backgrounds. Basics of Molecular Biology.
Prerequisites: none.
Teaching form
11 Traditional Lectures based on delivered didactics (Didattica erogativa, DE) focused on the presentation of concepts by the lecturer.
10 Lectures based in part on delivered didactics by the teacher (DE), in part on Interactive teaching (Didattica Interattiva, DI) consisting in search and analysis of scientific papers and subsequent oral presentations by the students.
Lectures are in presence unless straordinary condition
Teaching laguage: italian
Textbook and teaching resource
Slides and a selection of scientific papers. Available at the e-learning platform of the course. The teaching materials will be in English.
Semester
First semester
Assessment method
Oral examination. The student will present a paper of his/her choice and will answer few questions on the topics introduced during the course.
Office hours
On demand by email to the lecturer.
Sustainable Development Goals
Staff
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Renata Anita Tisi
