Syllabus del corso
Obiettivi
Il corso intende affrontare affrontare lo studio della cellula come sistema complesso.
- Conoscenza e comprensione.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di:
- Comprendere i principi, le applicazioni e i limiti delle principali metodologie omiche avanzate, con particolare riferimento a metabolomica, flussomica, trascrittomica a singola cellula e spaziale, e proteomica multiplex.
- Interpretare dati omici complessi attraverso un approccio sistemico e interdisciplinare, integrando informazioni provenienti da differenti livelli di organizzazione biologica.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione
- Valutare criticamente le potenzialità delle tecnologie omiche nello studio dei sistemi biologici e nella comprensione dei meccanismi molecolari alla base dei processi fisiologici e patologici. Comprendere il ruolo delle biotrasformazioni e delle biotecnologie nella promozione dell'economia circolare e della sostenibilità dei processi produttivi, con particolare attenzione alla valorizzazione delle filiere.
- Analizzare il contributo di modelli cellulari avanzati e delle tecnologie omiche all'identificazione di bersagli molecolari e allo sviluppo di strategie terapeutiche personalizzate per le malattie multifattoriali.
- Autonomia di giudizio.
- Acquisire la capacità di discutere criticamente la letteratura scientifica recente e di applicare un approccio integrato alla progettazione sperimentale e all'interpretazione dei risultati.
- Abilità comunicative.
Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà esprimersi in modo appropriato in italiano (per studenti di madre lingua italiana) ed inglese (per tutti gli studenti) nella descrizione delle tematiche affrontate con proprietà di linguaggio e sicurezza di esposizione. - Capacità di apprendimento
Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà analizzare, applicare, integrare e collegare le conoscenze acquisite – e successivamente maturate con la consultazione della letteratura - con quanto appreso in insegnamenti correlati, al fine di risolvere problemi scientifici tanto nella biochimica di base che applicata.
Contenuti sintetici
Il corso fornisce una panoramica avanzata delle moderne tecnologie omiche e del loro impiego nella ricerca biochimica e biomedica. Saranno trattati i principi e le applicazioni di metabolomica, flussomica, trascrittomica a singola cellula e spaziale e proteomica multiplex, con particolare attenzione all'integrazione dei dati mediante approcci di biologia dei sistemi. Il corso approfondirà inoltre il ruolo delle biotrasformazioni e delle biotecnologie nei processi di economia circolare e di produzione sostenibile, nonché l'impiego di modelli cellulari avanzati e delle tecnologie omiche per lo studio delle malattie multifattoriali e lo sviluppo di strategie terapeutiche personalizzate. Il programma potrà essere parzialmente adattato sulla base degli interessi scientifici degli studenti e delle più recenti evoluzioni del settore..
Programma esteso
Il programma verrà concordato e potrà essere parzialmente modificato in accordo con gli interessi degli studenti
I. Metodologie omiche avanzate: metabolomica e flussomica; trascrittomica a singola cellula e spaziale: analisi proteomiche multiplex: IBEX e MILAN
II. L’approccio sistemico: Interpretare nel contesto i dati omici mediante approcci interdisciplinari: concetti generali ed esempi.
V. Biotrasformazioni, economia circolare e green economy nel contesto di produzioni sostenibili e di circolarità di filiera
VI. Malattie multi-fattoriali: modelli cellulari avanzati e tecnologie omiche nella identificazione di bersagli molecolari e nella messa a punto di terapie personalizzate
Prerequisiti
Il corso si basa su concetti e metodologie esposte nei corsi di Biochimica e Biologia Molecolare di base. In particolare, è richiesta la conoscenza degli elementi di base della biochimica cellulare di procarioti ed eucarioti (metabolismo, trasduzione del segnale e ciclo cellulare) e della enzimologia. È apprezzata qualche conoscenza di base in ambito statistico
Modalità didattica
21 lezioni da 2 ore costituite da:
-
una parte (6-8 lezioni) in modalità erogativa (didattica erogativa, DE) focalizzata sulla presentazione-illustrazione di contenuti, concetti, principi scientifici
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la parte restante - massimo 15 lezioni- in modalità interattiva (didattica interattiva, DI), che prevede:
- Discussione interattiva di articoli scientifici a cura dei corsisti;
- presentazione di articoli scientifici in modalità simili alla presentazione di dati ad un congresso scientifico (relazione orale =journal Club o Poster;
- 1 CFU (7 ore di lezione) svolte in modalità interattiva in co-presenza con il docente di Analisi Qualitativa e Quantitativa di Sistemi Biologici (Prof. Pasquale Palumbo) e con la Prof.ssa Damiani per trattare insieme due casi di studio. Tale approccio didattico consentirà di presentare ed esaminare da punti di vista complementari pathways, funzioni e sistemi biologici visti con l’occhio del biologo e del modellista computazionale.
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Tutte le attività sono svolte in presenza
Linguaggio: Italiano, può essere modificato a Inglese su richiesta di studenti stranieri
Materiale didattico
I concetti di base della Systems Biology sono presentati nel testo:
Lilia Alberghina: Per Comprendere la Complessità Biologica – Licosia Editore
Articoli specialistici e di rassegna e capitoli di libro verranno consigliati a lezione
Verranno fornite le videoregistrazioni delle lezioni
Verranno fornite le diapositive e gli articoli presentati a lezione
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Non sono previsti compiti in itinere;
L'esame è orale e verificherà l'acquisizione dei concetti di base della biochimica sistemica e della loro applicazione, anche mediante discussione approfondita di articoli specifici scelti in accordo con gli studenti prima dell’esame. La capacità di applicare i concetti esposti nel corso a problematiche biochimiche non espicitamente esposte a lezione contribuirà alla formazione del punteggio. Il punteggio terrà conto della proprietà di linguaggio biochimico, della capacità di illustrare concetti e metodologie in modo scientificamente rigoroso, e della chiarezza e logica dell'esposizione
Orario di ricevimento
Telefonico o previo appuntamento via mail
Sustainable Development Goals
Aims
The couse aims to approach the study of the cell as a complex system.
- Knowledge and understanding.
Upon completion of the course, students will be able to:
• Understand the principles, applications, and limitations of the main advanced omics methodologies, with particular reference to metabolomics, fluxomics, single-cell and spatial transcriptomics, and multiplex proteomics.
• Interpret complex omics data through a systemic and interdisciplinary approach, integrating information from different levels of biological organization. - Ability to apply knowledge and understanding.
- Critically evaluate the potential of omics technologies in the study of biological systems and in understanding the molecular mechanisms underlying physiological and pathological processes. Understand the role of biotransformations and biotechnologies in promoting the circular economy and the sustainability of production processes, with particular attention to the valorization of supply chains.
- Analyze the contribution of advanced cellular models and "omics" technologies to the identification of molecular targets and the development of personalized therapeutic strategies for multifactorial diseases.
- Independent judgment.
- Acquire the ability to critically discuss recent scientific literature and apply an integrated approach to experimental design and interpretation of results.
- Communication skills.
- By the end of the course, students will be able to express themselves appropriately in Italian (for native Italian speakers) and English (for all students) in describing the topics covered with command of language and confident delivery.
- Learning skills
- By the end of the course, students will be able to analyze, apply, integrate, and connect the knowledge acquired—and subsequently developed through literature review—with what was learned in related courses, in order to solve scientific problems in both basic and applied biochemistry.
Contents
The course provides an advanced overview of contemporary omics technologies and their applications in biochemical and biomedical research. Topics include the principles and applications of metabolomics, fluxomics, single-cell and spatial transcriptomics, and multiplex proteomics, with particular emphasis on systems biology approaches for the integration and interpretation of complex biological datasets. The course also addresses the role of biotransformations and biotechnology in circular economy and sustainable production processes, as well as the use of advanced cellular models and omics technologies for the investigation of multifactorial diseases and the development of personalized therapeutic strategies. The syllabus may be partially adapted to reflect students' scientific interests and recent advances in the field.
Detailed program
The program will be agreed upon and may be partially modified according to the students' interests.
I. Advanced omics methodologies: metabolomics and fluxomics; single-cell and spatial transcriptomics; multiplex proteomic analyses: IBEX and MILAN
II. The systemic approach: Interpreting omics data in context using interdisciplinary approaches: general concepts and examples.
V. Biotransformations, circular economy, and green economy in the context of sustainable production and supply chain circularity
VI. Multifactorial diseases: advanced cellular models and omics technologies in the identification of molecular targets and the design of personalized therapies
Prerequisites
The course is based on concepts and methodologies exposed in the basic Biochemistry and Molecular Biology courses. In particular, knowledge of the basic elements of prokaryotic and eukaryotic cell biochemistry (metabolism, signal transduction and cell cycle) and enzymology is required. Some basic statistical knowledge is appreciated
Teaching form
21 2-hour lessons consisting of:
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one part (6-8 lessons) in delivery mode (delivery teaching, DE) focused on the presentation-illustration of contents, concepts, scientific principles
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the remaining part - maximum 15 lessons - in interactive mode (interactive teaching, DI), which includes:
- Interactive discussion of scientific articles by the students;
- presentation of scientific articles in a manner similar to the presentation of data at a scientific congress (oral report = journal Club or Poster);
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- 1 CFU (7 hours of lessons) carried out in interactive mode in co-presence with the teacher of Analisi Qualitativa e Quantitativa di Sistemi Biologici (Prof. Pasquale Palumbo) and with Prof. Damiani to deal with a case study together. This educational approach will allow the presentation and examination of biological pathways, functions and systems from complementary points of view, seen with the eye of the biologist and the computational modeller.
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All activities are conveyed by means of face-to-face lectures
Language: Italian, can be changed to English upon request of foreign students
Textbook and teaching resource
Basic concepts of System Biology are presentyed in :
Lilia Alberghina: Per Comprendere la Complessità Biologica – Licosia Editore
Original research, review articles and book chapters will be suggested in class
Video recordings of each lesson, slides and papers discussed in the classroom will be provided
Semester
Second semester
Assessment method
There are no exams in itinere; The exam is oral and will verify the acquisition of the basic concepts of systems biochemistry and their application, also through in-depth discussion of specific articles chosen in agreement with the students before the exam. The ability to apply the concepts presented in the course to biochemical problems not explicitely covered in class will contribute to the final score. Grading will strictly depend on the correct use of biochemical terminology, the ability to explain concepts and methodologies with scientific rigor, and a clear, logical presentation
Office hours
By telephone or e-mail appointment
Sustainable Development Goals
Staff
-
Marco Ercole Vanoni
