BIOMACROMOLECULAR ENGINEERING

L’insegnamento ricade tra le attività formative caratterizzanti il corso di laurea magistrale in Scienze e Tecnologie dei Bio e Nanomateriali. L’obiettivo formativo specifico dell’insegnamento, che comprende sia lezioni teoriche sia sessioni di laboratorio, è quello di introdurre gli/le studenti/studentesse all’ingegneria biomolecolare, una disciplina emergente e altamente interdisciplinare che si colloca tra la biologia molecolare, la chimica biologica e la bioingegneria. Particolare attenzione sarà riservata ai principi e alle metodologie utilizzate per modificare le proprietà delle principali macromolecole codificate geneticamente (acidi nucleici, peptidi e proteine) e alle loro applicazioni nel campo terapeutico, della diagnostica, della biosensoristica e della biocatalisi.
Obiettivi formativi dell’insegnamento sono: i) favorire e stimolare l’utilizzo di un ragionamento logico e deduttivo necessario per comprendere e modificare la struttura e la funzione di macromolecole complesse quali DNA, RNA, peptidi e proteine; ii) apprendere metodologie e tecnologie avanzate per la sintesi, modificazione e caratterizzazione delle principali macromolecole biologiche; iii) favorire un approccio sperimentale adeguato e critico essenziale per la lettura e la comprensione di articoli scientifici selezionati; iv) sviluppare esperienza e autonomia nella preparazione di diapositive PowerPoint al fine di presentare e spiegare in aula un articolo scientifico assegnato; v) sviluppare manualità, e dimestichezza nella produzione, purificazione e caratterizzazione di alcune macromolecole biologiche, sia da soli sia in piccoli gruppi di lavoro; vi) sviluppare la capacità di esporre concetti scientifici in maniera formale e utilizzando un linguaggio appropriato.

1. Conoscenza e comprensione
• Conoscere le proprietà chimico fisiche e comprendere la relazione tra struttura e funzione delle principali macromolecole biologiche;
• Dimostrare una conoscenza e una comprensione adeguata delle principali tecniche d’ingegnerizzazione applicate alle macromolecole biologiche;
• Saper applicare le conoscenze e tecnologie apprese a lezione per comprendere e presentare al meglio articoli scientifici riguardanti l’ingegnerizzazione di DNA, RNA, peptidi e proteine;
• Saper applicare in laboratorio le metodologie e le tecnologie apprese a lezione e comprendere il processo di acquisizione ed elaborazione dei dati sperimentali.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
• Saper impiegare i concetti appresi per comprendere, interpretare e modificare in modo logico le proprietà chimico fisiche delle principali macromolecole biologiche;
• Saper proporre metodologie coerenti e complementari per l’ingegnerizzazione e la caratterizzazione di macromolecole biologiche.

3. Capacità di giudizio
• Utilizzare le conoscenze acquisite per ingegnerizzare e caratterizzare in modo critico DNA, RNA, peptidi e proteine;
• Saper valutare tramite un’analisi critica del metodo quali tecnologie possono essere più adatte per la sintesi, la modificazione e la caratterizzazione delle varie macromolecole biologiche;
• Saper valutare i campi di applicazione delle biomacromolecole ingegnerizzate;
• Saper riconoscere eventuali errori tramite un’analisi critica del metodo applicato e saper formulare ed argomentare semplici ipotesi alternative.

4. Abilità comunicative
• Saper comunicare le conoscenze apprese utilizzando una terminologia appropriata;
• Saper interagire con il docente e con i compagni in modo rispettoso e costruttivo, in particolare durante le presentazioni in aula di un articolo scientifico assegnato e durante le esercitazioni pratiche in laboratorio.

5. Capacità di apprendimento
• Saper prendere appunti, selezionando e raccogliendo le informazioni a seconda della loro importanza e priorità;
• Saper effettuare connessioni logiche tra gli argomenti del corso e saper applicare in laboratorio le nozioni apprese a lezione;
• Saper comprendere ed esporre in aula un articolo scientifico assegnato utilizzando diapositive PowerPoint e un linguaggio scientifico appropriato.

I temi affrontati durante il corso presuppongono una buona conoscenza della fisica, della chimica generale ed organica, della biologia molecolare, della biochimica, della biologia cellulare e della microbiologia, possibilmente (ma non necessariamente) avendo superato l’esame di tali insegnamenti.

In relazione agli obiettivi formativi e ai risultati di apprendimento attesi, riportati nelle sezioni relative, i contenuti del corso possono essere divisi in due parti.

Prima parte:
• Proprietà dei principali gruppi funzionali presenti nelle biomolecole ed interazioni deboli nei sistemi acquosi.
• Struttura e funzione degli acidi nucleici DNA e RNA;
• Struttura e funzione dei peptidi e delle proteine;
• Descrizione delle principali proprietà e funzioni delle macromolecole biologiche che possono essere ingegnerizzate;
• Tecnologie utilizzate per diversificare l’informazione genetica: mutagenesi specifica e casuale;
• Metodologie razionali per la modifica e lo sviluppo di nuove macromolecole biologiche;
• Tecnologie di evoluzione diretta: isolamento di biomacromolecole innovative per mezzo di strategie di selezione in vivo, in vitro ed ex vivo;
• Metodi per lo sviluppo di librerie chimiche di piccole molecole organiche, prodotti naturali e peptidi codificate geneticamente;
• Metodi di bioconiugazione per mezzo di reazioni chimiche selettive ed enzimatiche;
• Applicazioni delle macromolecole biologiche ingegnerizzate nelle bio e nanotecnologie.

Seconda parte:
• Tecniche per la produzione, purificazione e manipolazione degli acidi nucleici e delle proteine. Isolamento e purificazione di DNA e RNA. Clonaggio di molecole di DNA: amplificazione, digestione e ligazione. Metodi di mutagenesi. Bioconiugazione di DNA e RNA. Metodi per la determinazione della concentrazione proteica. Metodi per la produzione ed estrazione di proteine ricombinanti. Tecniche di cromatografia liquida per la purificazione di proteine. Bioconiugazione di proteine.
• Esperienza di laboratorio che prevede i) la clonazione, produzione, purificazione e concentrazione di una proteina ricombinante e ii) la bioconiugazione di un fluoroforo alla proteina e sua caratterizzazione per mezzo di tecniche spettroscopiche (UV/Vis, fluorescenza).

Come supporto allo studio, oltre agli appunti di lezione e ad una serie di pubblicazioni scientifiche fornite dal docente, si suggerisce il seguente testo universitario: D. Van Vranken, G. Weiss: Introduction to Bioorganic Chemistry and Chemical Biology, Garland Science – Taylor & Francis Group.

La verifica dell’apprendimento avviene per mezzo di una prova orale della durata di circa un’ora. L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare e valutare: i) il livello di conoscenza dei temi trattati a lezione, ii) la capacità di ragionamento critico, iii) la capacità di compiere collegamenti tra i vari contenuti del corso, iv) la capacità di aggiornarsi e ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera autonoma a testi e articoli scientifici propri del settore e v) l’abilità di leggere, comprendere e presentare in aula un lavoro scientifico proposto dal docente. Saranno oggetto di valutazione il grado di accuratezza delle risposte e la proprietà del linguaggio scientifico utilizzato. La partecipazione costante e attiva alle lezioni saranno considerati elementi positivi di valutazione. Si ricorda che vi è l'obbligo di frequenza di almeno l’80% delle lezioni, pena la mancata possibilità di effettuare e superare l’esame.

Nello specifico la prova orale consiste in:
• domande riguardanti tutte le parti del programma riportato nella sezione “Contenuti” incluse le esperienze pratiche di laboratorio;
• la presentazione e discussione di almeno un articolo scientifico attinenti al corso e selezionati tra sei articoli assegnati dal docente.
Gli/Le studenti/studentesse devono in tal modo dimostrare sia l’apprendimento critico degli argomenti dell’intero programma svolto sia la capacità di esporli in maniera formale e concisa utilizzando un linguaggio scientifico appropriato.
La valutazione è espressa in trentesimi. Gli appelli avverranno all’interno delle date stabilite dal calendario accademico.

L’insegnamento è organizzato in:
i) lezioni teoriche frontali da parte del docente;
ii) esperienze pratiche di laboratorio in cui gli/le studenti/studentesse, lavorando in gruppi di tre persone, realizzano la raccolta dei dati sperimentali e la successiva elaborazione.
Le lezioni teoriche frontali in aula da parte del docente si svolgono mediante l’utilizzo di diapositive su PowerPoint. Si ricorda che vi è l'obbligo di frequenza di almeno l’80% delle lezioni, pena la mancata possibilità di effettuare e superare l’esame. La presenza degli studenti a lezione viene verificata utilizzando una delle due seguenti modalità: utilizzo di un foglio firme da distribuire e far firmare ad ogni lezione oppure tramite l’applicativo “Attendance list” presente su piattaforma e-learning Moodle di Ateneo.
Per quanto riguarda le esperienze pratiche di laboratorio, gli/le studenti/studentesse saranno guidati dal docente in tutte le attività pratiche proposte, e saranno accompagnati alla comprensione e alla corretta interpretazione dei risultati ottenuti dall’esperienza di laboratorio. Anche per le esperienze di laboratorio vi è l'obbligo di frequenza di almeno l’80% delle lezioni, pena la mancata possibilità di effettuare e superare l’esame. La verifica della comprensione dell’esperienza pratica di laboratorio sarà effettuata nell'esame orale finale.
Si ricorda agli/alle studenti/studentesse che per poter accedere alle attività didattiche di laboratorio dovranno presentarsi al primo giorno di laboratorio portando con sé gli attestati di superamento dei corsi obbligatori sulla “Formazione generale degli studenti in materia di sicurezza e salute sul lavoro” e sulla “Formazione specifica degli studenti impiegati nelle attività scientifiche nei laboratori di didattica, ricerca e analisi - Classe di rischio alto”. In assenza di questi attestati lo/la studente/studenteesa non potra’ frequenatre le attività didattiche di laboratorio
Il materiale didattico sono presenti e scaricabili dalla piattaforma e-learning Moodle di Ateneo.

Inglese

Accessibilità, Disabilità e Inclusione

Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento: Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA: disabilita@unive.it

orale

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Capitale umano, salute, educazione" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile