Andrea Crisanti Università degli Studi di Perugia

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1 Centro di Genomica e Polo di Innovazione GGB: La ricerca genetica e genomica per l innovazione in agricoltura Andrea Crisanti Università degli Studi di Perugia

2 La genomica Punto di incontro tra biologia molecolare, analisi computazionale e robotica per studiare ed analizzare il genoma degli organismi; Utilizza tecnologie e strumenti per l analisi del DNA ex., sequenziamento del DNA, analisi dell attivazione genica Utilizza tecnologie con elevate prestazioni e rese e.g., robotica e sequenziamento Utilizza l analisi computazionale per processare ed analizzare la grande mole di dati derivati dal sequenziamento del genoma.

3 Impatto trasversale nei campi della medicina, biologia, botanica, veterinarie, scienze agrarie ed informatica In ogni specie il DNA di ogni singolo individuo presenta delle differenze che ne determinano l unicità 100 milioni di specie Il sequenziamento del DNA genomico e l identificazione delle variazioni di sequenza può portare alla scoperta delle basi molecolari della suscettibilità alle malattie nell uomo, della virulenza e resistenza ai farmaci nei micro-organismi, di proprietà di crescita, peso e forma nella botanica e zoologia

4 Nuova tecnologia di sequenziamento 1/6x del genoma umano Sequencer ATGCGTC Strumentazione per il sequenziamento massivo Capacita sequenziamento ~500 Mb (lane) o 50x di una frazione di 10Mb del genoma umano

5 Analisi della sequenza genomica Anologia: L opera completa di un autore Scritta in un lingua parzialmente conosciuta Due approcci Pagina per pagina Tutto insieme

6 Dinamica dei prezzi di sequenziamento per nucleotide

7 Opportunità scientifica e tecnologica Sviluppo di nuove tecnologie di sequenziamneto del DNA Proggetto Genoma Umano ( ) $3 miliardi 3 miliardi di nucleotidi ,000 miliardi di nucleotidi ,000 miliardi di nucleotidi ,700,000 miliardi di nucleotidi

8 Sequenziamento pagina per pagina Sequenza= Identificare le lettere di ogni parola in ogni singola pagina Assemblaggio= mettere insieme le parole nell ordine corretto

9 Sequenziamento totale Scomporre tutta l opera in piccole strisce di carta; Decifrare le parole in ogni singola striscia; Identificare le regioni di sovrapposizione ed assemblare il testo

10 In ogni specie il DNA di ogni singolo individuo presenta delle piccole differenze che ne determinano l unicità 100 milioni di specie L identificazione di queste variazioni di sequenza può portare alla scoperta delle basi molecolari della suscettibilità alle malattie nell uomo, della virulenza e restenza ai farmaci nei microorganismi, di proprieta di crescita, peso e forma nella botanica e zoologia

11 L identificazione di elementi (geni) conservati tra specie permette di scoprire componenti essenziali Paragona i componenti Orologio a pendolo Orologio da tasca Orologio da polso Identifica gli elementi essenziali per la misura del tempo Ingranaggi, lancette, etc. Componenti non essenziali Bracciale, contenitore

12 Genomica degli animali da allevamento Sequenziamento del genoma completato per maiali, bovini, pecore, polli, cavalli e numerose altre specie di mammiferi

13 Genomica applicata all agricoltura Sequenziamento del genoma completato per riso, avena, grano, mais pomodoro, vite e pioppo; Identificazioni di geni responsabili per tratti vantaggiosi; Elaborazioni di linee guida per la selezione di tratti genetici economicamente rilevanti

14 Sequenziamento di microorganismi patogeni per l agricoltura Patogeni animali Brucella suis (bacterium) Infetta sia gli animali che l uomo Il sequenziamento genomico ha rivelato delle similarita inattese con Agrobacterium Patogeni delle piante Agrobacterium, Phytophtora (potato blight), Fusarium 2005 Prentice Hall Inc. / A Pearson Education Company /

15 U.S. Department of Energy Genome Programs, Genomics and Its Impact on Science and Society, 2003 Benefici delle conoscenze derivate dall analisi genomica Medicina Molecolare e Veterinaria Migliorare la diagnosi di malattie Identificare la predisposizione genetica alle malattie Sviluppo di farmaci e terapie geniche Genomica Microbica Identificazione rapida di micro-organismi Sviluppo di nuove fonti energetiche (biofuels) Controllo dell ambiente per l identificazione di contaminanti Rimuovere sostanze tossiche dall ambiente

16 U.S. Department of Energy Genome Programs, Genomics and Its Impact on Science and Society, 2003 Benefici delle conoscenze derivate dall analisi genomica Agricoltura, Zootecnia e Bio-processi Sviluppo di piante resistenti alle malattie, agli insetti ed alla siccità; Selezione di animali di allevamento con accrescimento rapido e resistenza a malattie; Sviluppo di prodotti con maggiori proprietà nutritive Sviluppo di bio-pesticidi Analisi delle parentela genetiche tra specie e razze di animali e Analisi di tracciabilità su prodotti alimentari piante

17 Il Centro di Genomica dell Università di Perugia

18 Missione Il Centro di Genomica Funzionale ha l obiettivo di fornire alla comunità scientifica dell Ateneo ed alle attività produttive operanti sul territorio della Regione Umbria la formidabile capacità investigativa del sequenziamento genomico ultra rapido, della tipizzazione genica ad alta densità e dell analisi informatica.

19 Sequenziamento ultrarapido Tipizzazione genetica Diagnosi molecolare Analisi bioinformatica Struttura e realizzazione del CGF Trasferimento Internazionalizzazione Risorse umane Strumentazione Infrastruttura

20 L infrastruttura Polo di Medicina Perugia Laboratorio di Biotecnologie Terni

21 La strumentazione

22 Le risorse umane

23 I-Move Proponenti: Regione Umbria, Università di Perugia Aperto a ricercatori euripei che vogliono svolgere progetti di ricerca e sviluppo collegati ad enti di ricerca pubblici e privati della Regione Umbria nel campo delle scienze della vita applicato a tematiche di genetica e genomica

24 Il Polo di Innovazione Scienze della Vita Interno - aziende aderenti al polo Esterno aziende, centri di ricerca, istituzioni Ambiente Agroalimentare Diagnostica

25 Polo Innovazione Il Polo d Innovazione GGB risponde al fabbisogno ed alla domanda di innovazione in materia di genetica, genomica e biologia espressa dalle imprese, rovesciando le logiche di trasferimento tecnologico che, di norma, muovono dall offerta di conoscenze e tecnologie per verificarne l applicabilità in contesti produttivi.

26 Prodotti e servizi Studi di Fattibilità; Analisi diagnostica; Sviluppo di protocolli per la tracciabilità; Sequenziamento, tipizzazione e analisi di genomi, geni e proteine nei settori della diagnostica umana e agroalimentare; Il valore aggiunto del Polo, rispetto ad altri soggetti operanti nel mercato, consiste nella capacità di rispondere a tutti i problemi proposti dalle aziende in materia di genetica, genomica e biologia offrendo un prodotto chiavi in mano Dalla raccolta del campione all interpretazione del risultato

27 Impatto sulla comunità scientifica dell Umbria Aumento della competitività Sostegno tecnologico e scientifico di eccellenza Progettazione di attività scientifiche innovative Incremento del tasso di successo, a livello nazionale ed europeo, dei progetti di ricerca presentati, con un conseguente incremento della capacità dell Università di reperire finanziamenti.

28 Impatto sulla realtà produttiva Produttività e riduzione dei costi di ricerca attraverso l accesso ad una struttura di assoluta eccellenza; Creazione di valore aggiunto correlato alle attività di trasferimento tecnologico dei risultati della ricerca.

29 Contributo al Progetto PSR Umbria Asse 1 Formazione di capitale umano; Introduzione di nuove tecnologie per il miglioramento della qualità delle produzioni agricole e zootecniche; Risultati attesi: Aumento della competitività

30 Mille Grazie!!

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