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. Per le esperienze di laboratorio vi è l'obbligo di frequenza di almeno l’80% dei giorni di laboratorio, 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 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 alternate a presentazioni PowerPoint di articoli scientifici da parte di studenti;
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 combinato della lavagna tradizionale e delle diapositive su PowerPoint. Le lezioni in aula saranno interattive e comprenderanno un’introduzione generale del tema trattato seguito dalla presentazione e discussione di uno o più articoli scientifici da parte di studenti. Gli articoli scientifici selezionati dal docente saranno attinenti al corso e dovranno essere illustrati da parte degli/delle studenti/studentesse per mezzo di presentazioni tipo breve conferenza (30 min) con diapositive PowerPoint. Gli/Le studenti/studentesse saranno guidati dal docente alla comprensione e alla corretta interpretazione degli articoli scientifici assegnati. Alla presentazione, seguiranno domande da parte del docente e dei compagni di corso per verificare che lo/la studente/studentessa sia in grado di discutere gli argomenti dell'articolo esposto e collegarli con il contesto generale del corso.
Per quanto riguarda le esperienze partiche 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. 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.
Il materiale didattico e gli articoli scientifici discussi 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