Unità didattiche: prima fase: Progetto Lars-Biotec Laboratorio di Ricerca sperimentale nel settore delle Biotecnologie Bioinformatica: vengono scelti e analizzati geni appartenente al genoma umano conosciuti e non, utilizzando le banche dati presenti in rete. seconda fase e terza fase: Taglio, integrazione e clonazione di un gene: grazie a particolari sostanze (enzimi di restrizione) tale gene viene isolato dal filamento di DNA. Attraverso il processo di reazione a catena della polimerasi (PCR), vengono prodotte milioni di copie di una quantità molto ristretta di DNA iniziale. Il gene estratto viene inserito in un batterio quarta fase: DNA ricombinante: il batterio viene moltiplicato e una volta ottenuta una colonia sufficientemente grande, viene spinta all'espressione del gene, cioè viene attivata la produzione della proteina corrispondente al gene "trapiantato" (il processo viene chiamato tecnologia del DNA ricombinante ed e lo stesso procedimento con cui viene prodotta 1'insulina per i diabetici ormai da 30 anni) quinta fase: Analisi di proteine: le proteine così prodotte vengono isolate e purificate con la microcentrifuga, infine analizzate tramite elettroforesi su gel di poliacrilammide (PAGE); l analisi della concentrazione proteica viene effettuata con lo spettrofotometro dopo un accurata costruzione della curva di calibrazione. Seguono le Unità didattiche per la prima e la quinta fase (UD svilupopate durante l anno scolastico 2011-2012)
Bioinformatica Bioinformatica: vengono scelte e analizzate proteine e geni appartenente al genoma umano conosciuti e non, utilizzando le banche dati presenti in rete. OBIETTIVI GENERALI Il progetto si pone come obbiettivo generale quello di sviluppare un percorso di reale ricerca, sia progettuale sia operativo, in un campo estremamente attuale, come quello delle biotecnologie, fornendo allo studente la possibilità di appropriarsi di metodi di indagine a cui solitamente ci si avvicina alla fine di un percorso universitario. Potrebbe infine divenire un ottimo banco di prova per aumentare e specializzare l attività laboratoriale curricolare. Obiettivo generale sarà quindi far acquisire allo studente le competenze scientifiche e tecnologiche finalizzate alla conoscenza dei processi operativi riguardanti la ricerca, ma anche la produzione e utilizzazione di prodotti biotecnologici. OBIETTIVI INTERMEDI: Sviluppare le capacità di osservazione, riflessione e analisi di sistemi complessi. PREREQUISITI Gli alunni devono sapere: le principali nozioni di genetica i principi su cui si basa la tecnologia del DNA ricombinante Gli alunni devono saper fare: usare i principali strumenti del laboratorio di chimica possedere le conoscenze base di sistemi informatici OBIETTIVI SPECIFICI FORMATIVI Conoscenze Conoscenze di genomica strutturale (sequenziamento del genoma e mappaggio fisico dei geni) conoscenze di genomica comparativa (estensione di informazioni ottenute su un dato organismo ad altri organismi) conoscenze di genomica funzionale (analisi del ruolo che singoli geni o gruppi di geni svolgono all interno di un dato organismo). Comprensione riconoscere il codice genetico comprendere la complessità dei sistemi complessi quali quelli delle banche dati online
Applicazione Analizzare con strumenti bioinformatici le sequenze e strutture nucleotidiche e proteiche. Interrogare efficacemente le banche dati biologiche. Utilizzare metodi di analisi di dati funzionali di genomica e proteomica. CONTENUTI Consultazione delle banche dati biologiche, sia online (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/ per sequenze e http://www.rcsb.org/ per strutture) sia utilizzando programmi standalone (Genome Workbench) che permettono di visualizzare e analizzare le banche dati internazionali. - Analisi di sequenze di DNA e di proteine - Blast (allineamento e confronto di sequenze amminoacidiche) sia con Genome Workbench che con Serial Cloner - Visualizzazione di strutture proteiche (VMD - Visual Molecular Dynamics e http://www.rcsb.org/ ) METODOLOGIA: Gli alunni verranno avviati all utilizzo delle banche dati internazionali su genomi, in un primo momento solo in forma di consultazione, poi come utilizzatori, confrontando diverse sequenze sia nucleotidiche sia aminoacidiche di geni o proteine simili. Per questa parte del progetto la metodologia didattica è legata all uso del computer. STRUMENTI: lezione interattiva alunno-docente / alunno-alunno lavori di gruppo computer con connessione alla rete e programmi stand-alone TEMPI: 6 ore di lezione interattiva 6 ore di applicazione sperimentale delle conoscenze acquisite
Analisi di proteine Analisi di proteine: le proteine vengono analizzate tramite elettroforesi su gel di poliacrilammide (PAGE); l analisi della concentrazione proteica viene effettuata con programmi informatici per lo studio diretto di foto o scan dei gels (imagej) e con lo spettrofotometro dopo un accurata costruzione della curva di calibrazione. OBIETTIVI GENERALI Il progetto si pone come obiettivo generale quello di sviluppare un percorso di reale ricerca, sia progettuale sia operativo, in un campo estremamente attuale, come quello delle biotecnologie, fornendo allo studente la possibilità di appropriarsi di metodi di indagine a cui solitamente ci si avvicina alla fine di un percorso universitario. Potrebbe infine divenire un ottimo banco di prova per aumentare e specializzare l attività laboratoriale curricolare. Obiettivo generale sarà quindi far acquisire allo studente le competenze scientifiche e tecnologiche finalizzate alla conoscenza dei processi operativi riguardanti la ricerca, ma anche la produzione e utilizzazione di prodotti biotecnologici. OBIETTIVI INTERMEDI: Sviluppare le capacità di osservazione, riflessione e di formulare ipotesi e cercare soluzioni e acquisire capacità operative funzionali alla pratica sperimentale di laboratorio PREREQUISITI Gli alunni devono sapere: le principali nozioni di genetica i principi su cui si basa la tecnologia del DNA ricombinante Gli alunni devono saper fare: usare i principali strumenti del laboratorio di chimica OBIETTIVI SPECIFICI FORMATIVI Conoscenze tecniche di separazione delle proteine conoscenza delle metodologie per l analisi sistematica dei processi biotecnologici: analisi quantitativa e qualitativa delle proteine Comprensione comprendere la complessità delle metodologie di analisi utilizzate polimerizzazione del gel per elettroforesi migrazione di molecole precedentemente ionizzate
relazione tra Rf * (mobilità elettroforetica espressa in cm) e log MW (molecular weight espresso in dalton) Applicazione Analizzare sperimentalmente strutture proteiche e il loro comportamento elettroforetico. Analisi e interpretazione dei risultati ottenuti. Utilizzare metodi di analisi qualitativa e quantitativa proteomica. CONTENUTI L'elettroforesi di proteine: separazione di molecole presenti in soluzione sotto forma di specie elettricamente cariche, basata sulla differente velocità di migrazione di queste specie cariche su gel di poliacrilammide. Analisi quantitativa della concentrazione utilizzando programmi informatici per lo studio diretto di foto o scan dei gels (imagej). Analisi quantitativa della concentrazione di molecole che assorbono la luce come le proteine e gli acidi nucleici tramite spettroscopia: determinazione della concentrazione delle proteine con il metodo di Lowry (dosaggio colorimetrico relativo, il metodo si basa sulla reazione del biureto). METODOLOGIA : Gli alunni utilizzano strumenti specifici per l analisi qualitativa e quantitativa delle proteine: sviluppano il procedimento di preparazione del substrato (running e stacking gel) per l elettroforesi delle proteine, di costruzione delle curve di calibrazione e di analisi quantitativa delle proteine stesse. STRUMENTI: lezione interattiva alunno-docente / alunno-alunno lavori di gruppo apparecchiature per l'elettroforesi (per proteine e per DNA) spettrofotometro TEMPI : 6 ore di lezione interattiva 6 ore di applicazione sperimentale delle conoscenze acquisite * Rf : mobilità relativa delle proteine: rapprto tra la distanza percorsa dalla proteina rispetto a quella percorsa dal colorante