ID:
SCV0824
Durata (ore):
56
CFU:
6
SSD:
BIOLOGIA MOLECOLARE
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (23/09/2024 - 17/01/2025)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Obiettivi formativi
L'espressione eterologa comporta l'introduzione di un gene che codifica per una proteina di inter-esse normalmente prodotta da un organismo nella cellula di un altro, consentendo così alle cellule ospiti di esprimere la proteina "estranea". Spesso è necessario che i geni siano espressi in una specie ospite selezionata per garantire una produzione efficiente di alti livelli di proteine biofarmaceutiche ricombinanti pure, proteine terapeutiche ed enzimi tecnici in condizioni controllate. La selezione del miglior sistema eterologo è estremamente importante per ottimizzare la resa di produzione della proteina ricombinante. Per questo motivo, questo corso mira a fornire una panoramica dei diversi sistemi di espressione attualmente utilizzati nonché una conoscenza approfondita dei metodi per ottimizzarne l’utilizzto.
Il corso è tra quelli proposti per il curriculum Bio-based Industry e fornisce agli studenti una solida preparazione nell'identificazione di sistemi eterologhi adeguati, nella progettazione di costrutti , nella regolazione dei livelli di espressione e nell'ottimizzazione delle rese di produzione di proteine ricombinanti di interesse, che saranno poi impiegate in applicazioni biotecnologiche in ambito biomedico (come agenti terapeutici) e industriale (come componenti dei processi produttivi di bioconversione e biocatalisi), in linea con gli obiettivi formativi proposti dal CdS. Gli studenti saranno incoraggiati a valutare i vantaggi ei limiti legati all'uso dei diversi sistemi di espressione eterologa. Verranno discussi anche casi di studio.
Il corso prevede attività in laboratorio durante le quali i contenuti teorici del corso verranno applicati sperimentalmente. Gli studenti sono tenuti ad apprendere che tipo di problemi possono presentarsi durante l'espressione di proteine eterologhe nei sistemi discussi e le strategie da adottare per evitarli ed eventualmente ottimizzare la resa del prodotto ricombinante.
Risultati di apprendimento attesi
Al termine del corso gli studenti saranno in grado di:
• sviluppare strategie per la produzione di proteine ricombinanti in base alle loro proprietà, scegliendo criticamente il sistema di espressione eterologo più appropriato;
• applicare le nozioni teoriche alla risoluzione di problemi legati alla produzione di proteine ricombinanti, al fine di massimizzare le rese produttive;
• valutare, estrarre e sintetizzare le informazioni acquisite, quando rilevanti per uno specifico progetto o caso di studio;
• comunicare e discutere efficacemente le nozioni apprese sia oralmente che per iscritto, utilizzando un linguaggio scientifico appropriato.
Gli studenti acquisiranno capacità decisionali in progetti inerenti l’espressione di proteine ricombinanti, dalla fase di progettazione alla fase di produzione, riuscendo ad affrontare e risolvere le di-verse criticità legate al processo.
L'espressione eterologa comporta l'introduzione di un gene che codifica per una proteina di inter-esse normalmente prodotta da un organismo nella cellula di un altro, consentendo così alle cellule ospiti di esprimere la proteina "estranea". Spesso è necessario che i geni siano espressi in una specie ospite selezionata per garantire una produzione efficiente di alti livelli di proteine biofarmaceutiche ricombinanti pure, proteine terapeutiche ed enzimi tecnici in condizioni controllate. La selezione del miglior sistema eterologo è estremamente importante per ottimizzare la resa di produzione della proteina ricombinante. Per questo motivo, questo corso mira a fornire una panoramica dei diversi sistemi di espressione attualmente utilizzati nonché una conoscenza approfondita dei metodi per ottimizzarne l’utilizzto.
Il corso è tra quelli proposti per il curriculum Bio-based Industry e fornisce agli studenti una solida preparazione nell'identificazione di sistemi eterologhi adeguati, nella progettazione di costrutti , nella regolazione dei livelli di espressione e nell'ottimizzazione delle rese di produzione di proteine ricombinanti di interesse, che saranno poi impiegate in applicazioni biotecnologiche in ambito biomedico (come agenti terapeutici) e industriale (come componenti dei processi produttivi di bioconversione e biocatalisi), in linea con gli obiettivi formativi proposti dal CdS. Gli studenti saranno incoraggiati a valutare i vantaggi ei limiti legati all'uso dei diversi sistemi di espressione eterologa. Verranno discussi anche casi di studio.
Il corso prevede attività in laboratorio durante le quali i contenuti teorici del corso verranno applicati sperimentalmente. Gli studenti sono tenuti ad apprendere che tipo di problemi possono presentarsi durante l'espressione di proteine eterologhe nei sistemi discussi e le strategie da adottare per evitarli ed eventualmente ottimizzare la resa del prodotto ricombinante.
Risultati di apprendimento attesi
Al termine del corso gli studenti saranno in grado di:
• sviluppare strategie per la produzione di proteine ricombinanti in base alle loro proprietà, scegliendo criticamente il sistema di espressione eterologo più appropriato;
• applicare le nozioni teoriche alla risoluzione di problemi legati alla produzione di proteine ricombinanti, al fine di massimizzare le rese produttive;
• valutare, estrarre e sintetizzare le informazioni acquisite, quando rilevanti per uno specifico progetto o caso di studio;
• comunicare e discutere efficacemente le nozioni apprese sia oralmente che per iscritto, utilizzando un linguaggio scientifico appropriato.
Gli studenti acquisiranno capacità decisionali in progetti inerenti l’espressione di proteine ricombinanti, dalla fase di progettazione alla fase di produzione, riuscendo ad affrontare e risolvere le di-verse criticità legate al processo.
Prerequisiti
Allo studente che frequenta questo corso verrà chiesto di applicare le conoscenze acquisite nei corsi fondamentali del Corso di Laurea Triennale: Biochimica; Biologia Molecolare, (ed in particolare tec-niche di DNA ricombinante come amplificazione e clonaggio, ma anche meccanismi di regolazione dell'espressione genica); e Microbiologia.
Affinché lo studente sia in grado di svolgere il lavoro sperimentale assegnatogli durante le attività pratiche in laboratorio, sono richieste le conoscenze e le abilità pratiche acquisite durante il corso di Metodologie Biochimiche.
Affinché lo studente sia in grado di svolgere il lavoro sperimentale assegnatogli durante le attività pratiche in laboratorio, sono richieste le conoscenze e le abilità pratiche acquisite durante il corso di Metodologie Biochimiche.
Metodi didattici
Il Corso consiste in 32 ore di lezioni frontali e 24 ore di attività pratiche in laboratorio. Ogni lezione sarà svolta trattando un argomento specifico (dalle tecniche di clonaggio, ai singoli sistemi di espressione eterologhi) soffermandosi su problematiche specifiche legate alla produzione di proteine ricombinanti e sulle strategie per poterle evitare evitarle o risolverle. Le presentazioni PowerPoint con le diapositive discusse a lezione, saranno disponibili prima delle lezioni in aula sulla piattaforma e-learning. Saranno anche discussi articoli che riportano casi di studio, che saranno forniti come materiale didattico.
Per le attività pratiche (6 esercitazioni da 4 ore ciascuna, raggruppate in due settimane diverse), gli studenti saranno divisi in piccoli gruppi. Dopo un'introduzione generale per illustrare gli obiettivi e le modalità pratiche di esecuzione, gli studenti organizzeranno e svolgeranno le attività sperimentali sotto la supervisione del docente. La frequenza alle attività pratiche è obbligatoria (almeno il 75% delle attività programmate).
Per le attività pratiche (6 esercitazioni da 4 ore ciascuna, raggruppate in due settimane diverse), gli studenti saranno divisi in piccoli gruppi. Dopo un'introduzione generale per illustrare gli obiettivi e le modalità pratiche di esecuzione, gli studenti organizzeranno e svolgeranno le attività sperimentali sotto la supervisione del docente. La frequenza alle attività pratiche è obbligatoria (almeno il 75% delle attività programmate).
Verifica Apprendimento
La verifica dell'apprendimento avverrà attraverso una prova scritta volta a valutare i risultati di ap-prendimento e la comprensione dei problemi discussi durante le lezioni nonché le conoscenze ac-quisite. Allo studente verranno assegnate 4 domande aperte (ognuna valutata fino a 8 punti).
L'attività di laboratorio sarà valutata mediante esposizione orale dei risultati ottenuti. Ad un gruppo di studenti che hanno svolto la stessa serie di esperimenti verrà chiesto di preparare una presenta-zione in PowerPoint che riporti le procedure e gli esiti sperimentali, che poi discuteranno con il do-cente e i loro colleghi
L'esito dell'esame sarà in trentesimi: l'esame si intende superato con una votazione di almeno 18/30. Il voto finale sarà la media aritmetica dell'esito delle due prove (la prova scritta e l'esposizione orale delle attività pratiche), ciascuna pesata per i relativi CFU.
I criteri in base ai quali verranno valutate le conoscenze e le competenze acquisite sono:
1. il grado di approfondimento dell'oggetto della domanda;
2. la capacità critica di rielaborare e collegare le conoscenze acquisite in merito alle problematiche relative all'espressione delle proteine ricombinanti;
3. la capacità di applicare le conoscenze acquisite per impostare una strategia di espressione in uno o più sistemi eterologhi idonei;
4. la capacità di proporre soluzioni a problemi specifici utilizzando gli strumenti e le strategie discusse durante l'insegnamento;
5. chiarezza dei concetti esposti e uso di terminologia scientifica adeguata.
L'attività di laboratorio sarà valutata mediante esposizione orale dei risultati ottenuti. Ad un gruppo di studenti che hanno svolto la stessa serie di esperimenti verrà chiesto di preparare una presenta-zione in PowerPoint che riporti le procedure e gli esiti sperimentali, che poi discuteranno con il do-cente e i loro colleghi
L'esito dell'esame sarà in trentesimi: l'esame si intende superato con una votazione di almeno 18/30. Il voto finale sarà la media aritmetica dell'esito delle due prove (la prova scritta e l'esposizione orale delle attività pratiche), ciascuna pesata per i relativi CFU.
I criteri in base ai quali verranno valutate le conoscenze e le competenze acquisite sono:
1. il grado di approfondimento dell'oggetto della domanda;
2. la capacità critica di rielaborare e collegare le conoscenze acquisite in merito alle problematiche relative all'espressione delle proteine ricombinanti;
3. la capacità di applicare le conoscenze acquisite per impostare una strategia di espressione in uno o più sistemi eterologhi idonei;
4. la capacità di proporre soluzioni a problemi specifici utilizzando gli strumenti e le strategie discusse durante l'insegnamento;
5. chiarezza dei concetti esposti e uso di terminologia scientifica adeguata.
Contenuti
6 CFU suddivisi in 32 ore di lezione frontale (4 CFU), 24 ore di attività pratiche di laboratorio (2 CFU)
Gli argomenti trattati durante il corso sono i seguenti:
Lezioni
- Introduzione alla produzione di proteine ricombinanti
- Tecniche di clonaggio e vettori di espressione
- Espressione in E. coli
- Espressione in sistemi procariotici alternativi (batteri gram negativi e gram positivi)
- Gli attinomiceti come valido sistema di espressione (seminario della Dott.ssa Francesca Berini)
- Sistemi di espressione interessanti: estremofili
- Espressione negli ospiti eucariotici: lieviti (metilotrofi e non metilotrofi)
- Espressione in sistemi eucariotici: LEXSY - Leishmania Expression System
- Espressione in ospiti eucariotici: cellule di insetto – il sistema baculovirus
- Espressione in ospiti eucariotici: linee cellulari di mammifero
- Sistemi "Cell free" per l'espressione di proteine ricombinanti
- Cenni a ulteriori sistemi di espressione e considerazioni finali
Laboratorio
- Applicazione di tecniche di directed evolution - PCR soggetta a errori
- Applicazione di tecniche di directed evolution - screening di varianti enzimatiche
- Prove di espressione per l'ottimizzazione delle rese di produzione - effetto della composizione del terreno di crescita
- Test di espressione per l'ottimizzazione delle rese di produzione – utilizzando diversi ceppi di es-pressione per migliorare la solubilità della proteina di interesse
- Discussione critica dei risultati
Gli argomenti trattati durante il corso sono i seguenti:
Lezioni
- Introduzione alla produzione di proteine ricombinanti
- Tecniche di clonaggio e vettori di espressione
- Espressione in E. coli
- Espressione in sistemi procariotici alternativi (batteri gram negativi e gram positivi)
- Gli attinomiceti come valido sistema di espressione (seminario della Dott.ssa Francesca Berini)
- Sistemi di espressione interessanti: estremofili
- Espressione negli ospiti eucariotici: lieviti (metilotrofi e non metilotrofi)
- Espressione in sistemi eucariotici: LEXSY - Leishmania Expression System
- Espressione in ospiti eucariotici: cellule di insetto – il sistema baculovirus
- Espressione in ospiti eucariotici: linee cellulari di mammifero
- Sistemi "Cell free" per l'espressione di proteine ricombinanti
- Cenni a ulteriori sistemi di espressione e considerazioni finali
Laboratorio
- Applicazione di tecniche di directed evolution - PCR soggetta a errori
- Applicazione di tecniche di directed evolution - screening di varianti enzimatiche
- Prove di espressione per l'ottimizzazione delle rese di produzione - effetto della composizione del terreno di crescita
- Test di espressione per l'ottimizzazione delle rese di produzione – utilizzando diversi ceppi di es-pressione per migliorare la solubilità della proteina di interesse
- Discussione critica dei risultati
Lingua Insegnamento
INGLESE
Altre informazioni
La docente è sempre disponibile a ricevere gli studenti, preferibilmente su appuntamento (tramite richieste all'indirizzo email silvia.sacchi@uninsubria.it). La Prof. Sacchi è inoltre a disposizione per in-contri di approfondimento o chiarimento per gruppi di studenti sugli argomenti trattati dal corso, che saranno programmati con le stesse modalità.
Corsi
Corsi
Biotechnology for the Bio-based and Health Industry
Laurea Magistrale
2 anni
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Persone
Persone
Docenti di ruolo di IIa fascia
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