Università degli Studi di Roma "Tor Vergata"

Approfondimenti di Biologia cellulare.
Il genoma delle piante: genoma del nucleo, poliploidia. DNA mitocondriale e plastidiale. Il trasferimento di DNA dagli organelli al nucleo. L’espressione genica negli organelli.
Il sistema di endomembrane: il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso. Traslocazione e maturazione delle proteine. L’apparato di Golgi e sue funzioni; matrice del Golgi. Trans Golgi Network e l’endocitosi. Trasporto vescicolare e determinanti della specificità nel traffico vescicolare.
I vacuoli: biogenesi ed organizzazione del complesso vacuolare. Proteine del Tonoplasto. Meccanismi di accumulo dei flavonoidi nei vacuoli.
Crescita e differenziamento cellulare: totipotenza delle cellule vegetali. Crescita per divisione e distensione. Cellule meristematiche ed adulte. Controllo del destino cellulare
Biologia dei sistemi
Conservazione del germoplasma: biodiversità. Strategie per la conservazione del germoplasma. Metodi di conservazione ex situ.
Produzione di Biomasse
Definizione di Biomassa. Metodi di valutazione delle biomasse. Valutazione del consumo di biomassa. Uso energetico delle biomasse. Biomassa legnosa. Biomassa non legnosa e combustibili secondari. Biomasse, sequestro del carbonio e cambiamento climatico. Biocarburanti di prima e seconda generazione. Metodi di valutazione della produzione di biomasse legnose
Colture in vitro di cellule e tessuti. Propagazione in vitro delle piante. Embrioni somatici. Protoplasti
Cellule vegetali come biofabbriche di prodotti chimici e farmaceutici. Dalla scala di laboratorio alla scala industriale: sistemi cellulari. Bioreattori
Biotecnologie bianche: applicazione delle biotecnologie per l’industria alimentare, produzione di bio-based materials, biopolimeri. Plastiche biodegradabili. Food packaging. Proteine prodotte nei biomateriali. Utilizzo biotecnologico dei funghi. Interventi genetici su piante di interesse alimentare
Biotecnologie rosse

Pasqua G. “Biologia cellulare e Biotecnologie vegetali.” Ed. Piccin, Padova.
Ulteriore materiale didattico verrà fornito dal docente

Le basi della ricerca farmaceutica, dalla progettazione alla produzione di un farmaco (1 CFU).
Il ruolo del chimico nelle aziende farmaceutiche
Librerie chimiche e cenni di chimica combinatoriale
Individuazione di Lead Compounds
L’iter della sperimentazione farmacologia e clinica
Chimica farmaceutica generale (1 CFU):
Assorbimento, distribuzione ed eliminazione dei farmaci
Rapporti qualitativi e quantitativi tra struttura ed attività
Progettazione razionale di nuovi farmaci in base a considerazioni farmacocinetiche
Metabolismo
Progettazione "a priori" di nuovi farmaci come inibitori enzimatici e come agonisti e antagonisti recettoriali (2 CFU)
Teoria recettoriale
Suddivisione dei recettori in sottoclassi
Ruolo delle proteine G
Canali ionici
Agonisti ed antagonisti recettoriali
Inibizione enzimatica
Inibitori suicidi
Analoghi dello stato di transizione
Analoghi multisubstrato
CLASSI DI FARMACI (2 CFU)
Sulfammidici:
Meccanismo d'azione e rapporti tra struttura ed attività
Antibiotici:
Metodo di ricerca di nuovi antibiotici
Produzione industriale
Antibiotici che interferiscono con la biosintesi delle pareti batteriche
Cenni su altri Antibiotici
Ormoni Steroidici:
Ormoni sessuali maschili e femminili
Mineralcorticoidi e glicocorticoidi
Antiinfaimmatori:
Meccanismi infiammatori, ruolo delle prostaglandine e delle citochine
Antinfiammatori non steroidei
Relazioni tra struttura e attività
Antiipertensivi:
Eziologia dell’ipertensione
Diuretici
Inibitori dell’Angiotensin Converting Enzyme
Agonisti ed antagonisti dei recettori adrenergici
Calcio antagonisti

Giovanni Greco – Farmacocinetica e Farmacodinamica su Basi Chimico-Fisiche, Edizioni Loghia
H.E. Wolff, "Burger's Medicinal Chemistry", 5th ed., Wiley Interscience.
Goodman & Gilman’s – The Pharmacological Basis of Therapeutics, 10th ed., McGraw Hill

Regolazione dell’Espressione Genica (6CFU)

Programma

Richiami sui meccanismi di controllo dell’espressione genica: controllo epigenetico, controllo trascrizionale e post trascrizionale, e ruolo dei microRNA, meccanismi di controllo traduzionale e controllo post-traduzionale.
Modifiche pos trduzionali e trasduzione del segnale, concetti di risposta cellulare, di feedback positivo, di feedback negativo, di ridondanza e di robustezza.
Esempi di approcci sperimentali e tecniche per l’analisi dell’espressione genica.
Esempi di controllo dell’espressione genica: regolazione del ciclo cellulare e della proliferazione cellulare
Mantenimento dell’integrità genomica.
Esempi di alterazione del controllo dell’espressione genica: tumorigenesi, oncogeni e soppressori tumorali, mutazioni “gain/loss of function”. Studio dei pathway molecolari per definire nuovi target terapeutici.

Testi e Materiali per la preparazione
La frequenza è fortemente consigliata.
I pdf delle lezioni ed una collezione di articoli in lingua inglese saranno a disposizione degli studenti.
Testo di riferimento: per alcuni argomenti gli studenti potranno fare riferimento a testi di biologia molecolare e genetica utilizzati in altri corsi. Un testo specifico potrà essere identificato successivamente.

Modalità di valutazione

Esame orale finale. Gli studenti sosterranno durante la seconda parte del corso un seminario, completo di powerpoint, sull'argomento assegnato che sarà valutato nel giudizio finale.

Programma

Definizione e proprietà delle interazioni deboli. Valutazione quantitativa del loro ruolo neila stabilità e nei processi di riconoscimento delle proteine. il processo del “folding“, “unfolding“ e “misfolding“. Il problema del folding in vivo , i meccanismi di controllo. Mutazioni mirate alla stabilizzazione. Meccanismi di riconoscimento molecolare. Struttura e funzione delle topoisomerasi, delle superossido dismutasi a Cu,Zn e delle proteasi a serina. Caratteristiche strutturali di proteine di membrana coinvolte nel trasporto di ioni e metaboliti e loro principi di selettività.

Allo studente verrà fornito materiale didattico preparato dal docente ed articoli recenti di letteratura reperibili sul sito http://structuralbiology.bio.uniroma2.it
Un utile testo di riferimento è :
Introduzione alla Struttura delle Proteine : C Branden J Tooze Zanichelli editore

Fermentazioni e loro applicazioni. Settori di applicazione delle biotecnologie proteiche. Utilizzo di proteine in ambito farmacologico, nell'industria alimentare, nella chimica analitica , in agricoltura e zootecnia e in altri ambiti industriali. Procedure per la produzione e l'isolamento di proteine utilizzate in ambito biotecnologico. Approfondimento delle problematiche relative alle relazioni tra struttura e funzione delle proteine. Modificazione di enzimi e proteine finalizzati ad un loro migliore utilizzo in ambito biotecnologico. Enzimi immobilizzati. Biosensori.

Appunti del docente

Le interazioni batteri/uomo e i loro possibili esiti.
I batteri patogeni: concetto di patogenicità e di virulenza.
Le difese dell’ospite: immunità innata e adattativa. L’interferenza batterica: adesività, colonizzazione, fattori di virulenza
Le strategie di virulenza (tossinogenesi, invasività; evasione dalle difese immuni, vita intracellulare facoltativa e obbligata)
Il Microbiota normalmente associato all’uomo, composizione e variabilità.
Interazione con l’ospite, influenza dell’età della dieta, del “background genetico; possibili conseguenze dell’espressione microbica e delle alterazioni del microbiota.
Il contenimento dei microrganismi: Antibiotici (classi e meccanismo d’azione) Antibiotico resistenza: evoluzione e problemi correlati. Possibili strategie di contenimento dei “superbatteri”: i nuovi vaccini, la terapia fagica.
Uso industriale dei microrganismi: generalità, storia e campi di applicazione. Scelta dell’ospite ottimale: Concetto e impiego del Codon Adaptation Index e del PLS-modeling. I microrganismi di interesse biotecnologico: inquadramento tassonomico, caratteristiche, esigenze, manipolazione genetica, ed espressione in: Escherichia coli, Streptomyces, Bacillus, Batteri acido lattici (LABS), Lieviti (Saccharomyces, Hansenula, Pichia, Kluyveromyces).

Materiale su didattica web2

Componenti cellulari e molecolari della risposta immunitaria innata ed adattativa.
Immunopatologia. Risposta immunitaria nelle malattie infettive.
Malattie infettive associate alla povertà (Tubercolosi, HIV/AIDS, Malaria) ed infezioni neglette (Ulcera di Buruli e Leishmania)
Anticorpi monoclonali: produzione e impiego in ricerca, diagnosi e terapia
Isolamento delle cellule mononucleate del sangue periferico e purificazione di sottopopolazioni linfocitarie.
Caratterizzazione dei linfociti T e B: specificità antigenica, frequenza, fenotipo e funzione.
Rilevamento, misurazione e caratterizzazione degli anticorpi e loro uso in ricerca e diagnostica.
Strategie per lo sviluppo di diagnostici per le malattie infettive.
Strategie immunoterapeutiche. Immunoterapia nelle malattie infiammatorie croniche, autoimmunità, rigetto dei trapianti e tumori.
Vaccini: vaccini ricombinanti, vaccini a DNA, vaccini vivi attenuati.
Adiuvanza: adiuvanti microbici e naturali
Vaccine delivery
Vaccinologia inversa. Identificazione di epitopi tramite librerie fagiche di espressione. Predizione bioinformatica di epitopi B e T.
Caratterizzazione dell’efficacia e sicurezza dei vaccini: dalla formulazione ai trials clinici

Il materiale didattico sarà disponibile sul sito di Ateneo DidatticaWeb: http://didattica.uniroma2.it/docenti/curriculum/2256-Carla-Montesano

Programma
Distribuzione e caratterizzazione delle sostanze naturali nelle piante.
Ruolo dei metaboliti secondari nei meccanismi di difesa delle piante.
Biosintesi dei composti fenolici semplici e complessi
Biosintesi dei terpenoidi, dai monoterpeni ai politerpeni
Metaboliti secondari contenenti azoto. Alcaloidi, glucosidi cianogenici e glucosinolati. Esempi di piante per ciascun gruppo e applicazioni dei loro metaboliti in campo farmacologico e nutrizionale.
Laboratorio:
Concetto di droga, tempo balsamico, estratto, gemmoderivato, tintura, olii essenziali.
Metodi di laboratorio per la separazione e identificazione delle sostanze naturali

Libri di testo:
1. Taiz- Geiger
Plant Physiology fifth edition 2010 Sinhauer Associates Inc Publishers
solo capitolo13
2. Dewick P.M. (English edition)
Medicinal natural products.A biosynthetic approach-
3rd Edition 2009 Wiley and Sons Ltd
3. Dewick P.M. (Edizione italiana)
Chimica, biosintesi e bioattività delle sostanze naturali
II edizione italiana sulla III edizione inglese.2013
4. Maffei M.
Metabolismo e prodotti secondari delle piante 2003 UTET
5. Articoli scientifici , rassegne a altro materiale dal web su specifici metaboliti verranno indicati a lezione

I principi ecologici per la gestione sostenibile delle risorse naturali (dinamiche naturali, pressioni antropiche, problematiche ambientali e sviluppo sostenibile).
I punti chiave del funzionamento dei comparti ambientali (aria, acqua, suolo) e dei principali ecosistemi, per la valutazione degli effetti delle azioni antropiche alle diverse scale spazio-temporali.
Problemi ambientali (eccessivo sfruttamento delle risorse naturali, estinzione di fauna e flora selvatiche, perdita di habitat, inquinamento): cause, dinamiche e conseguenze, a livello locale e a livello globale.
La misura delle componenti ambientali: modelli ecologici, sistemi informativi per l’ambiente, bio-monitoraggio.
Elementi di riferimento legislativo, elementi per la valutazione di rischio ambientale.
Cenni di economia ecologica ed etica ambientale.
Nella seconda parte del corso verranno affrontati casi di studio specifici attinenti a diversi ambiti (agronomico, alimentare, ambientale, industriale), scelti anche in base agli interessi degli studenti.

Il docente fornirà materiale di studio durante il corso, indicando anche libri e siti per la consultazione.

Cifre significative, accuratezza e precisione di un’analisi:
Test Q e coefficiente di correlazione, uso della bilancia tecnica ed analitica

Concentrazione di soluzioni:
Percento in peso e volume, Concetto di Molarità, Normalità, numero di equivalenti. Equilibri in soluzione, acido base precipitazione, complessazione di ossido-riduzione, elettrolisi e pile

Misure elettrochimiche
Potenziometria
Misura pratica del pH
Elettrodi iono-selettivi: elettrodi a Sodio, Potassio e Fluoruro.
Sensore ad ammoniaca,

Amperometria
Elettrodo ad Ossigeno (Clark) ed elettrodo ad acqua ossigenata, principi di funzionamento.
Biosensori, definizione ed esempi, immobilizzazione di enzimi
Sensori ad enzima:
Biosensori a Glucosio, a lattato, piruvato, biosensore ad Urea, Applicazioni dei biosensori nel settore clinico, ambientale ed alimentare.
Immunosensori
Esempi ed applicazioni nel settore clinico ed alimentare

Testi consigliati.
Appunti del professore

Gary Christian
Chimica Analitica Piccin.

Palleschi G.
Biosensori in Medicina, Caleidoscopio 1989 No 42, Medical System.

Palleschi G. et al. Biosensori elettrochimici in biomedicina Caleidoscopio 1997 No 112, Medical System.

Vincenzo Carunchio
Biotecnologie e Chimica Analitica
Aracne Editrice

PARTE I
LO SVILUPPO SOSTENIBILE LE TAPPE FONDAMENTALI
LE FONTI DI ENERGIA
IL FABBISOGNO DI ENERGIA;
LE ENERGIE RINNOVABILI SECONDO L’APPROCCIO EUROPEO
LA PRODUZIONE DI ENERGIA IN ITALIA ED IL MERCATO DELL’ENERGIA
L’ENERGIA IDROELETTRICA;
L’ENERGIA GEOTERMICA
L’ENERGIA EOLICA
L’ENERGIA SOLARE
L’ENERGIA PROVENIENTE DALLE BIOMASSE
LE SMART CITYES
PARTE II
IL BIOTEC IN ITALIA
LA VALUTAZIONE DEI PROGETTI DI INVESTIMENTO
L’ANALISI COSTI BENEFICI
LA TEORIA DELLE OPZIONI REALI
LA RICERCA E SVILUPPO: DEFINIZIONE, PROBLEMI E PROSPETTIVE
I METODI DI FINANZIAMENTO DELLA R&S

slides fornite dal docente

- Nanotecnologie:
terminologia; scienza dei materiali e ingegneria dei materiali; proprieta' dei materiali nanostrutturati; metodologie di sintesi e di caratterizzazione; strumentazioni; caratteristiche dei nanomateriali: misura, carica, superficie, aggregazione, stabilita' colloidale, funzionalizzazione, solubilizzazione (rilascio di ioni); materiali nanostrutturati di rilevanza tecnologica; applicazioni attuali e aspettative future.
- Interazione nanoparticelle-materia vivente:
Nanoparticelle biologiche: virus; il "senso" delle cellule per le particelle: fagocitosi. Interazione nanoparticelle-cellule: internalizzazione, trafficking, accumulo, escrezione. Interazione con macromolecole/ioni/strutture biologiche; interazioni funzionali. Funzionalizzazione spontanea e corona proteica. Biocinetica di nanoparticelle in organismi: vie di ingresso e vie di uscita.
- Nanotossicologia:
Paradigmi di nanotossicita'; nanoparticelle di rilevanza espositiva: inquinamento da nanoparticolato e esposizione occupazionale; tematiche di sicurezza e normative. Analisi nanotossicologiche: culture cellulari vs. sistemi animali; tessuti di contatto primari (epitelio cutaneo, respiratorio, intestinale) e secondari (sistemi circolatorio e organi a valle); vie di ingresso; passaggio attraverso barriere (barriera ematoencefalica, placenta, intestinale, endotelio, alveolare, cutanea); tossicita' diretta e secondaria (sistemica); esempi di effetti tossici dimostrati.
- Principi di nanomedicina:
Paradigmi, aspettative e prospettive; piattaforme di polifunzionalita'; targeting; biocompatibilita'; strutture intelligenti.
- Nanosensori e nanodiagnostica:
Nanosensori di molecole; di ambiente (pH, temperatura, etc.); intracellulari; extracellulari; sensori multipli; accoppiamento sensore/effettore. Particelle magnetiche; bioimaging.
- Sfruttamento farmacologico delle caratteristiche intrinseche di nanoparticelle:
Nanomateriali paramagnetici nella terapia ipertermica: ossidi di ferro; Nanomateriali a capacita' antiossidante: ossido di cerio.
- Drug delivery:
Capsule, micelle, polimeri; rilascio differenziale; bio/farmacocinetiche; passaggio di barriere; ritenzioni; associazione di farmaci; associazione farmaco-diagnosi; ingresso sistemico o locale; esempi di successi terapeutici; strategies; prospettive.
- Ingegneria di tessuti
Generalita'; scaffold; culture 3D; cellule staminali; strategie di proliferazione e differenziamento cellulare; vascolarizzazione; ruolo di nanomateriali.
- Nanobioinformatica
Appicazioni di metodi bioinformatici alla funzione biologica di nanoparticelle e alla nanotossicologia; analisis di superfici e studi di docking; costruzioni di database struttura-funzione.

materiale fornito dal docente