Corso di laurea: Biologia sperimentale e bioinformatica Programmazione per l'A.A. 2022/2023  

Il corso si propone di fornire concetti di base della programmazione nei linguaggi Python ed R, nonchè dell’introduzione all’ambiente Linux, in cui tali linguaggi possono essere utilizzati per sviluppare programmi per l’analisi e la gestione di enormi moli di dati biologici.
La capacità di lavoro in ambiente Linux e di sviluppo di programmi in Python ed R è considerata, nella comunità scientifica, un bagaglio indispensabile di conoscenze per:
• supportare lo studio e la ricerca nel campo delle scienze biomediche;
• affrontare e gestire l’analisi di enormi moli di dati biologici provenienti dalle attuali piattaforme sperimentali di tipo “High throughput”;
• acquisire gli strumenti per la modellazione dei big data biologici.
• acquisire competenze di calcolo HPC (High-Performance-Computing) per analisi di problemi biologici non risolvibili su risorse di calcolo standard.


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI:

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE. Al termine dell’attività formativa lo studente sarà in grado di applicare le proprie conoscenze per progettare e sviluppare pipeline di analisi dei big data biologici in Python o in R in ambiente di calcolo linux sia su singolo nodo server sia su un cluster multinodo (HPC).

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Le conoscenze acquisite dagli studenti saranno utili per poter analizzare e manipolare i big data biologici allo scopo di comprendere e modellare i meccanismi molecolari contenuti nei dati stessi.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO.
Gli studenti dovranno essere in grado di interpretare criticamente i risultati ottenuti attraverso lo sviluppo e l’esecuzione dei programmi discussi a lezione, nonché scegliere il linguaggio di programmazione più adatto per perseguire un determinato obiettivo.

ABILITA’ COMUNICATIVE. Gli studenti dovranno avere la capacità di trasmettere le conoscenze acquisite in modo chiaro e comprensibile, ad esempio associando ad ogni programma sviluppato uno pseudo-codice, e dovranno dimostrare l’abilità di presentare i programmi ad utenti esterni attraverso della documentazione dettagliata.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO. Gli studenti dovranno essere in grado di descrivere gli argomenti fondamentali della Programmazione, in forma orale. Tale abilità verrà sviluppata mediante il coinvolgimento attivo attraverso discussioni orali in aula ed esercitazioni svolte nell’ aula informatica su temi specifici inerenti il corso.

Il corso intende fornire le basi teoriche della proteomica, dell’interattomica e della matabolomica quali discipline scientifiche rilevanti capaci di fornire utili informazioni strutturali e dinamiche riguardo al proteoma e al metaboloma. Il corso introdurrà gli studenti ai principi e agli approcci sperimentali, gli obiettivi formativi verranno raggiunti presentando agli studenti lo stato dell'innovazione nel settore specifico con una sostanziale presenza nei laboratori. Particolare attenzione sarà dedicata allo studio delle tecniche di spettrometria di massa per l’identificazione delle proteine, metaboliti e delle alterazioni dell’espressione proteica, consentendo pertanto di poter far luce sulla complessità biologica di un tessuto allo scopo di differenziare/identificare uno stato patologico da quello fisiologico.
RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
1) Conoscenza e capacità di comprensione. Lo studente dovrà sviluppare la conoscenza dei principi di proteomica e di metabolomica. indispensabili per le analisi sperimentali e l'interpretazione dei risultati nel campo delle discipline biochimiche e biologiche molecolari.
2) Conoscenza e capacità di comprensione applicata. Lo studente verrà inoltre introdotto alla conoscenza delle principali classi di piccole molecole biologiche e metaboliti ed apprenderà le vie metaboliche di base attraverso cui queste molecole vengono degradate e sintetizzate. Avrà conoscenza dei principali metodi si separazione (2Dgel, HPLC) on line con spettrometri di massa ORBITRAP-MS\MS e avrà modo di utilizzare programmi bioinformatici per l’analisi dei dati, quali database di metaboliti e di sequenze per l'identificazione di proteine (MAVEN, SEQUEST, MASCOT, LIPID SEARCH, LIPID GATWAY, e METABOANALYST).
3) Autonomia di giudizio. Gli studenti saranno in grado di effettuare autonomamente osservazioni ed esperimenti nel settore della proteomica o metabolomica, inoltre avranno capacità di ragionamento critico e di valutazione dei dati per razionalizzarli in un modello interpretativo.
4) Abilità comunicative. Gli studenti saranno in grado di lavorare in gruppo e di comunicare in modo chiaro le proprie conoscenze o i risultati della propria ricerca.
5) Capacità di apprendere. Gli studenti dovranno apprendere in modo autonomo attingendo a testi avanzati in lingua italiana ed inglese che saranno forniti durante l'anno inoltre saranno in grado di eseguire ricerche bibliografiche anche di livello avanzato, selezionando gli argomenti rilevanti di proteomica e metabolomica.

L’insegnamento di BIOCHIMICA CELLULARE (MODULO A) E TECNICHE BIOMOLECOLARI (MODULO B) intende fornire agli studenti (i) conoscenze teoriche nell’ambito della biochimica cellulare, approfondendo i meccanismi che regolano il ciclo cellulare negli eucarioti, (ii) conoscenze teorico-pratiche in ingegneria proteica e conoscenze teorico-pratiche nell’ambito delle principali tecniche di biochimica e biologia molecolare applicate allo studio di geni e genomi, proteine e proteomi. Verranno affrontati approcci sperimentali, avvalendosi anche del supporto della bioinformatica, per affrontare temi complessi della biochimica e della biologia molecolare.
Nel dettaglio, per il MODULO A gli obiettivi riguardano:
1) approfondimento dei meccanismi biochimici e molecolari del controllo del ciclo cellulare negli eucarioti con particolare riguardo agli approcci sperimentali utilizzati per la sua delucidazione;
2) trasferire agli studenti elementi di ingegneria proteica che consentano la progettazione in silico di proteine ricombinanti attraverso tools bioinformatici, e in seguito, la loro espressione e purificazione utilizzando sia organismi procariotici che eucariotici. Questa ultima parte del corso prevede esercitazioni in laboratorio riguardanti il clonaggio di un gene eucariotico e la sua espressione in batteri.
Per il MODULO B gli obiettivi riguardano:
Trasferire agli studenti competenze specifiche per la manipolazione di acidi nucleici e proteine e la relativa analisi (tecniche di mutagenesi e genome editing, proteomica differenziale), per l'analisi dei livelli di espressione genica (qPCR, microarrays, trascrittomica differenziale) e della regolazione dell’espressione dei geni (studio delle modifiche epigenetiche e delle interazioni proteina-DNA), per lo studio dei pathways metabolici mediante l’analisi delle interazioni proteina-proteina. Saranno inoltre illustrati gli avanzamenti nel campo del sequenziamento di interi genomi e l’applicazione delle tecniche biomolecolari in ambito medico-diagnostico. Verranno utilizzati tools bioinformatici per predizioni in silico di interazione fra biomolecole, o come complementari per l’utilizzo delle tecniche trattate (per preparazioni di input o analisi di output). Sono infine previste esercitazioni di laboratorio riguardanti tecniche per lo studio di acidi nucleici e proteine.

b) RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
1) Conoscenza e capacità di comprensione:
Al termine del corso gli studenti dovranno:
MODULO A: Avere conoscenza approfondita delle basi biochimiche e molecolari del controllo del ciclo cellulare negli eucarioti. Inoltre avranno appreso le tecniche in silico e sperimentali principali per la progettazione ed espressione di proteine ricombinanti in sistemi eterologhi. In generale avranno sviluppato la capacità di comprendere gli approcci sperimentali fondamentali per il conseguimento delle conoscenze.
MODULO B: Avere conoscenza approfondita dei principi alla base delle tecniche biomolecolari impiegate nel campo della ricerca di base e nelle indagini medico-diagnostiche; conosceranno approfonditamente le tecniche molecolari e avanzate e i relativi tools bioinformatici di supporto ad esse; conosceranno l’importanza della validazione statistica dei risultati di un esperimento e dei controlli che rendono un esperimento scientificamente affidabile.
2) Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine del corso gli studenti:
MODULO A: Saranno stimolati ad utilizzare le conoscenze acquisite per la loro applicazione a problemi specifici, come la progettazione di nuove proteine con attività potenziata e/o più selettiva da utilizzare in vari campi di interesse (biomedico, agroalimentare etc.); saranno in grado di mettere in pratica le conoscenze acquisite per eseguire gli esperimenti pianificati durante le esercitazioni pratiche.
MODULO B: Saranno in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per valutare ed interpretare i risultati di un esperimento, individuarne le criticità e ottimizzarlo valutando il possibile impatto delle variazioni dei parametri in gioco; saranno in grado di orientarsi fra le principali metodologie qualitative e quantitative, per selezionare quella più idonea allo studio del problema biologico in esame; sapranno svolgere a livello pratico gli esperimenti affrontati durante le esercitazioni.
3) Autonomia di giudizio
MODULO A e MODULO B: Gli studenti dovranno essere in grado di interpretare e discutere i lavori scientifici presentati durante il corso ed essere in grado di progettare ed esprimere nuove proteine con caratteristiche differenti. Gli studenti dovranno acquisire la capacità di comprendere e discutere criticamente i risultati sperimentali ottenuti in laboratorio ed utilizzarli come base di partenza per la pianificazione degli esperimenti successivi.
4) Abilità comunicative
MODULO A: Durante le lezioni gli studenti saranno stimolati alla discussione e al confronto delle opinioni per sviluppare anche le loro abilità comunicative che saranno verificate in occasione delle prove di verifica in itinere e degli esami al termine delle attività formative.
MODULO B: Gli studenti dovranno avere la capacità di trasmettere le conoscenze acquisite in modo chiaro e comprensibile, anche a persone non competenti, e dovranno dimostrare l’abilità di presentare l’informazione anche con schemi e formule.
5) Capacità di apprendere
MODULO A e MODULO B: Gli studenti dovranno essere in grado di descrivere temi scientifici inerenti il corso. Tale abilità verrà sviluppata mediante il coinvolgimento attivo degli studenti attraverso discussioni orali in aula ed esperienze pratiche durante le ore dedicate alle esercitazioni pratiche.

L’insegnamento di BIOCHIMICA CELLULARE (MODULO A) E TECNICHE BIOMOLECOLARI (MODULO B) intende fornire agli studenti (i) conoscenze teoriche nell’ambito della biochimica cellulare, approfondendo i meccanismi che regolano il ciclo cellulare negli eucarioti, (ii) conoscenze teorico-pratiche in ingegneria proteica e conoscenze teorico-pratiche nell’ambito delle principali tecniche di biochimica e biologia molecolare applicate allo studio di geni e genomi, proteine e proteomi. Verranno affrontati approcci sperimentali, avvalendosi anche del supporto della bioinformatica, per affrontare temi complessi della biochimica e della biologia molecolare.
Nel dettaglio, per il MODULO A gli obiettivi riguardano:
1) approfondimento dei meccanismi biochimici e molecolari del controllo del ciclo cellulare negli eucarioti con particolare riguardo agli approcci sperimentali utilizzati per la sua delucidazione;
2) trasferire agli studenti elementi di ingegneria proteica che consentano la progettazione in silico di proteine ricombinanti attraverso tools bioinformatici, e in seguito, la loro espressione e purificazione utilizzando sia organismi procariotici che eucariotici. Questa ultima parte del corso prevede esercitazioni in laboratorio riguardanti il clonaggio di un gene eucariotico e la sua espressione in batteri.

b) RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI

1) Conoscenza e capacità di comprensione:
Al termine del corso gli studenti dovranno:
MODULO A: Avere conoscenza approfondita delle basi biochimiche e molecolari del controllo del ciclo cellulare negli eucarioti. Inoltre avranno appreso le tecniche principali sia in silico che sperimentali per la progettazione ed espressione di proteine ricombinanti in sistemi eterologhi. In generale avranno sviluppato la capacità di comprendere gli approcci sperimentali fondamentali per il conseguimento delle conoscenze.

2) Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine del corso gli studenti:
MODULO A: Saranno stimolati ad utilizzare le conoscenze acquisite per la loro applicazione a problemi specifici, come la progettazione di nuove proteine con attività potenziata e/o più selettiva da utilizzare in vari campi di interesse (biomedico, agroalimentare etc.); saranno in grado di mettere in pratica le conoscenze acquisite per eseguire gli esperimenti pianificati durante le esercitazioni pratiche.

3) Autonomia di giudizio
MODULO A: Gli studenti dovranno essere in grado di interpretare e discutere i lavori scientifici presentati durante il corso ed essere in grado di progettare ed esprimere nuove proteine con caratteristiche differenti. Gli studenti dovranno acquisire la capacità di comprendere e discutere criticamente i risultati sperimentali ottenuti in laboratorio ed utilizzarli come base di partenza per la pianificazione degli esperimenti successivi.

4) Abilità comunicative
MODULO A: Durante le lezioni gli studenti saranno stimolati alla discussione e al confronto delle opinioni per sviluppare anche le loro abilità comunicative che saranno verificate in occasione delle prove di verifica in itinere e degli esami al termine delle attività formative.

5) Capacità di apprendere
MODULO A : Gli studenti dovranno essere in grado di descrivere temi scientifici inerenti il corso. Tale abilità verrà sviluppata mediante il coinvolgimento attivo degli studenti attraverso discussioni orali in aula ed esperienze pratiche durante le ore dedicate alle esercitazioni pratiche.

L’insegnamento di BIOCHIMICA CELLULARE (MODULO A) E TECNICHE BIOMOLECOLARI (MODULO B) intende fornire agli studenti (i) conoscenze teoriche nell’ambito della biochimica cellulare, approfondendo i meccanismi che regolano il ciclo cellulare negli eucarioti, (ii) conoscenze teorico-pratiche in ingegneria proteica e conoscenze teorico-pratiche nell’ambito delle principali tecniche di biochimica e biologia molecolare applicate allo studio di geni e genomi, proteine e proteomi. Verranno affrontati approcci sperimentali, avvalendosi anche del supporto della bioinformatica, per affrontare temi complessi della biochimica e della biologia molecolare.
Nel dettaglio, per il MODULO B gli obiettivi riguardano:
Trasferire agli studenti competenze specifiche per la manipolazione di acidi nucleici e proteine e la relativa analisi (tecniche di mutagenesi e genome editing, proteomica differenziale), per l'analisi dei livelli di espressione genica (qPCR, microarrays, trascrittomica differenziale) e della regolazione dell’espressione dei geni (studio delle modifiche epigenetiche e delle interazioni proteina-DNA), per lo studio dei pathways metabolici mediante l’analisi delle interazioni proteina-proteina. Saranno inoltre illustrati gli avanzamenti nel campo del sequenziamento di interi genomi e l’applicazione delle tecniche biomolecolari in ambito medico-diagnostico. Verranno utilizzati tools bioinformatici per predizioni in silico di interazione fra biomolecole, o come complementari per l’utilizzo delle tecniche trattate (per preparazioni di input o analisi di output). Sono infine previste esercitazioni di laboratorio riguardanti tecniche per lo studio di acidi nucleici e proteine.

b) RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI per il MODULO B:
1) Conoscenza e capacità di comprensione:
Al termine del corso gli studenti dovranno:
MODULO B: Al termine del corso gli studenti dovranno aver acquisito conoscenza approfondita dei principi alla base delle tecniche biomolecolari impiegate nel campo della ricerca di base e nelle indagini medico-diagnostiche; conosceranno approfonditamente le tecniche molecolari e avanzate e i relativi tools bioinformatici di supporto ad esse; conosceranno l’importanza della validazione statistica dei risultati di un esperimento e dei controlli che rendono un esperimento scientificamente affidabile.
2) Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine del corso gli studenti:
MODULO B: Saranno in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per valutare ed interpretare i risultati di un esperimento, individuarne le criticità e ottimizzarlo valutando il possibile impatto delle variazioni dei parametri in gioco; saranno in grado di orientarsi fra le principali metodologie qualitative e quantitative, per selezionare quella più idonea allo studio del problema biologico in esame; sapranno svolgere a livello pratico gli esperimenti affrontati durante le esercitazioni.
3) Autonomia di giudizio
MODULO B: Gli studenti dovranno essere in grado di interpretare e discutere i lavori scientifici presentati durante il corso ed essere in grado di progettare ed esprimere nuove proteine con caratteristiche differenti. Gli studenti dovranno acquisire la capacità di comprendere e discutere criticamente i risultati sperimentali ottenuti in laboratorio ed utilizzarli come base di partenza per la pianificazione degli esperimenti successivi.
4) Abilità comunicative
MODULO B: Gli studenti dovranno avere la capacità di trasmettere le conoscenze acquisite in modo chiaro e comprensibile, anche a persone non competenti, e dovranno dimostrare l’abilità di presentare l’informazione anche con schemi e formule.
5) Capacità di apprendere
MODULO B: Gli studenti dovranno essere in grado di descrivere temi scientifici inerenti il corso. Tale abilità verrà sviluppata mediante il coinvolgimento attivo degli studenti attraverso discussioni orali in aula ed esperienze pratiche durante le ore dedicate alle esercitazioni pratiche.

Il corso di lingua inglese si pone l'obiettivo di far familiarizzare gli studenti con le tecniche di scrittura in lingua inglese che presentano delle differenze rispettano allo scrivere in italiano e consentire quindi anche la produzione di documenti e/o saggi brevi utili al loro corso di studi.
Il corso, quindi, si concentra su due delle quattro abilità linguistiche - writing and reading - senza tuttavia dimenticare listening and speaking.
Per realizzare questi obiettivi, le lezioni sono condotte esclusivamente in lingua inglese. Ed è per tale ragione che le basi grammaticali della lingua e i suoi aspetti fonologici non vengono trascurati ma vengono analizzati ogni qual volta se ne presenti la necessità.
L'obiettivo finale è il raggiungimento del livello B2 del Common European Framework of Reference (CEFR), adottato dal Consiglio di Europa per mezzo del quale lo studente:
*Comprende le idee principali di testi complessi su argomenti sia concreti che astratti, comprese le discussioni tecniche sul suo campo di specializzazione.
*E' in grado di interagire con una certa scioltezza e spontaneità che rendono possibile una interazione naturale con i parlanti nativi senza sforzo per l’interlocutore.
*Sa produrre un testo chiaro e dettagliato su un’ampia gamma di argomenti e spiegare un punto di vista su un argomento fornendo i pro e i contro delle varie opzioni.
Tali obiettivi vengono raggiunti sviluppando e consolidando le abilità linguistiche ma soprattutto applicazione la conoscenza linguistica che si va man mano acquisendo.
Particolare attenzione viene posta al testo e al contesto e vengono effettuate analisi di testi per l'individuazione del lessico specifico e pertinente, del registro da utilizzare e della modalità di stesura di un saggio.
Agli studenti vengono sottoposti testi di vari contenuti ma con un focus sulle tematiche scientifiche, oggetto del loro corso di studi e audio per sviluppare l'abilità di comprensione orale; inoltre, ad ogni lezione, gli studenti devono relazionare su argomenti di loro interesse attraverso presentazioni Power Point.

Il corso ha come finalità quella di introdurre e formare gli studenti in diversi settori della Bioinformatica, con particolare attenzione alla conoscenza di tools innovativi utilizzati a supporto di indagini in ambito biologico.
In dettaglio, gli obiettivi formativi riguardano:
1) Conoscenze di base sulle banche dati biologiche
2) Interrogazione di banche dati biologiche in maniera programmatica (esempi di interrogazione programmatica delle diverse banche dati dell’NCBI, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/guide/all/ , attraverso l’uso di API- application programming interface).
3) Algoritmi di allineamento a coppie di sequenze nucleotidiche e amminoacidiche;
4) Matrici di sostituzione;
5) Algoritmi euristici di allineamento locale di sequenze contro banche dati di sequenze.
6) Algoritmi di allineamento multiplo di sequenze
7) Metodi per la costruzione di alberi filogenetici
8) Metodi di ricerca in banca dati attraverso allineamenti multipli di sequenze
9) Algoritmi di predizione della struttura dell'RNA
10) Algoritmi di predizione di struttura secondaria delle proteine
11) Metodi per il confronto tra strutture di proteine
12) Algoritmi classici per la predizione del folding delle proteine
13) Algoritmi per la predizione del folding delle proteine, basati sul machine learning


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI:

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE. Gli studenti dovranno mostrare di aver appreso argomenti di bioinformatica previsti dal corso, ovvero: acquisizione dei principi base di bioinformatica, di come vengono progettate, gestite e popolate le banche dati biologiche, di come vengono effettuate ricerche di similarità di sequenza e allineamenti di sequenze singole o multiple, come si eseguono analisi evolutive di dati di sequenze mediante allineamenti multipli e costruzione di alberi filogenetici, come si eseguono predizioni di struttura secondaria e terziaria delle proteine.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Gli studenti dovranno avere una comprensione degli approcci computazionali discussi a lezione tale da essere in grado di applicare gli stessi a problemi biologici specifici.


AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Gli studenti dovranno essere in grado di interpretare criticamente i risultati ottenuti attraverso i tools bioinformatici discussi a lezione, nonché scegliere quelli più adatti per arrivare ad un determinato obiettivo.

ABILITA’ COMUNICATIVE. Gli studenti dovranno avere la capacità di trasmettere le conoscenze acquisite in modo chiaro e comprensibile, anche a persone non competenti, e dovranno dimostrare l’abilità di presentare l’informazione acquisita.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO. Gli studenti dovranno essere in grado di descrivere i vari argomenti della Bioinformatica, in forma orale. Tale abilità verrà sviluppata mediante il coinvolgimento attivo attraverso discussioni orali in aula ed esercitazioni svolte nell’ aula informatica su temi specifici inerenti il corso.

L'insegnamento è mirato a fornire agli studenti una cultura solida e integrata nella biologia sperimentale e nei diversi settori della biologia applicata e il conseguimento di competenze altrettanto solide e complete nell'uso di metodologie analitiche e di metodiche avanzate per lo studio e comprensione dei meccanismi molecolari dei processi biologici e per la loro applicazione in campo industriale, sanitario, ecologico-evolutivo e biotecnologico.
RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
Conoscenza e capacità di comprensione. Lo studente dovrà dimostrare di conoscere gli elementi teorici e metodologici della biologia sperimentale e applicata, con particolare riguardo all'aspetto molecolare, biotecnologico e biochimico dei processi biologici, alla conoscenza delle interazioni tra molecole, biomolecole e cellule, in condizioni normali o alterate.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate. Lo studente avrà acquisito competenze teoriche e metodologiche che gli permetteranno di applicare le corrette strategie di indagine per risolvere specifici problemi nel campo della biologia sperimentale e applicata. In particolare dovrà essere in grado di interpretare ed elaborare anche mediante strumenti bioinformatici i dati scientifici derivati dallo studio di articoli scientifici e banche dati che utilizzano gli approcci metodologici propri della biologia sperimentale e applicata.
Autonomia di giudizio. Acquisizione di un’autonomia di giudizio in riferimento alla valutazione e interpretazione di dati sperimentali riportanti nei articoli scientifici.
Abilità comunicative. Acquisizione di una capacità di espressione con una terminologia scientifica appropriata. Acquisizione di adeguate competenze e strumenti per la comunicazione con riferimento alla elaborazione e presentazione di dati.
Capacità di apprendere. Acquisizione di adeguate capacità per l’approfondimento di ulteriori competenze e conoscenze, con riferimento alla consultazione di materiale bibliografico per l'aggiornamento continuo.

L'uso di strumenti molecolari e bioinformatici sta dando grande impulso alla comprensione dei principali processi ecologici ed evolutivi alla base della genesi della biodiversità, nonché dei principi cardine della moderna biologia della conservazione. Il corso mira a fornire allo studente una conoscenza approfondita di questi strumenti, oltre che dei principali campi della ricerca ecologica ed evolutiva affrontabili ormai esclusivamente attraverso la loro applicazione. Il corso approfondirà inoltre i meccanismi molecolari alla base dell'adattamento degli organismi ai cambiamenti ambientali, sia correnti sia passati, i metodi molecolari per il monitoraggio dei diversi livelli gerarchici della biodiversità, nonché elementi di demografia molecolare.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
1. Conoscenza e capacità di comprensione. Gli studenti che completeranno con successo questo corso saranno in grado di affrontare problemi ecologici ed evolutivi utilizzando strumenti propri dell’ecologia molecolare. In generale avranno sviluppato la capacità di comprendere l’applicazione degli strumenti dell’ecologia molecolare utili alla comprensione dei principali processi eco-evolutivi che modellano la diversità nelle popolazioni naturali.
2. Conoscenza e capacità di comprensione applicate. Gli studenti che completeranno con successo questo corso saranno in grado di applicare le conoscenze ottenute utilizzando strumenti sperimentali e bioinformatici propri dell’ecologia molecolare per la risoluzione di problemi in ambito ecologico ed evolutivo. In particolare, questo tipo di conoscenze saranno applicate agli ambiti propri della biologia della conservazione e della biologia delle invasioni.
3. Autonomia di giudizio. Gli studenti che completeranno con successo questo corso dovranno essere in grado di applicare gli strumenti di revisione critica della letteratura scientifica per formulare ipotesi interpretative di dati sperimentali.
4. Abilità comunicative. Durante il corso gli studenti saranno stimolati alla discussione e al confronto delle opinioni per sviluppare le loro abilità comunicative. Alla fine del corso gli studenti dovranno avere la capacità di trasmettere le conoscenze acquisite in modo chiaro e comprensibile.
5. Capacità di apprendere. Al termine del corso gli studenti saranno in grado di formulare domande scientifiche solide, basate sull'evidenza, nonché di sviluppare percorsi sperimentali integrando via via letteratura scientifica e conoscenze tecniche acquisite.

Il principale obiettivo formativo del corso di Chimica delle Sostanze Organiche Naturali consiste nel fornire allo studente i concetti generali, le conoscenze specifiche, e gli adeguati esempi per essere in grado di classificare le sostanze organiche naturali sulla base della loro struttura chimica, di conoscerne l’origine biosintetica e le corrispondenti proprietà biologiche, analizzando durante il percorso di studi le più importanti classi di composti organici di origine naturale prodotti nel corso del metabolismo secondario dalla cellula animale e vegetale. L’obiettivo formativo sarà raggiunto anche grazie alla descrizione e all’impiego di esempi relativi all’applicazione della chimica computazionale e delle tecniche di bioinformatica per prevedere le relazioni struttura-attività ed identificare i principali farmacofori presenti nella molecola. Grazie a queste informazioni lo studente sarà in grado di riconoscere l’origine biosintetica e la famiglia strutturale di appartenenza di una sostanza organica naturale, e di collocarla in un contesto generale relativo alle sue possibili funzioni cellulari e alle sue possibili applicazioni in ambito farmaceutico, nutraceutico, cosmoceutico e cosmetico. Saranno inoltre fornite le adeguate conoscenze per comprendere le principali e più recenti applicazioni delle sostanze organiche naturali nel settore delle bionanotecnologie, con un particolare riferimento alla scienza dei materiali rinnovabili e biodegradabili, alla produzione di bioplastiche e di bioinchiostri, e alla progettazione e sviluppo di biocatalizzatori e di biosensori per gli impieghi sintetici, clinici ed ambientali. Lo studente verrà così in possesso di strumenti critici per associare la presenza di determinate caratteristiche strutturali nella molecola al meccanismo di azione esercitato dalle sostanze al livello molecolare, evidenziando le relazioni tra struttura ed attività, in modo da poter prevedere in senso critico le possibili attività biologiche associate ad una specifica architettura molecolare.
RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza dei motivi strutturali che permettono la classificazione di una sostanza organica naturale. Conoscenza delle principali attività biologiche associate alle diverse famigli di sostanze organiche naturali anche alla luce di analisi computazionali e bioinformatiche. Conoscenza delle vie di biosintesi dei metaboliti secondari nella cellula animale e vegetale. Conoscenza delle relazioni tra struttura chimica ed attività biologica. Conoscenza della applicazione delle sostanze organiche naturali in ambito biotecnologico.
• Conoscenza e capacità di comprensione applicate: In aggiunta alle conoscenze acquisite attraverso lo studio della chimica delle sostanze organiche naturali, gli studenti potranno approfondire i concetti acquisiti tramite la lettura guidata di pubblicazioni scientifiche e l’uso di software dedicati per la classificazione delle sostanze organiche in base alla loro struttura chimica, collegando gli argomenti trattati nel corso alla ricerca sperimentale.
• Autonomia di giudizio: Al termine del corso lo studente avrà acquisito la formazione necessaria per una completa autonomia di giudizio in merito alla possibilità di utilizzare una determinata sostanza organica naturale per lo sviluppo di un servizio, di un processo, o di un prodotto nell’ambito farmaceutico, nutraceutico, cosmoceutico, cosmetico, nella scienza dei materiali e nelle bionanotecnologie.
• Abilità comunicative: gli studenti saranno invitati in modo continuativo e costante ad una partecipazione attiva alla lezione allo scopo di approfondire l’argomento per raccogliere proposte di possibili soluzioni in caso di scenari complessi. In questa attività gli studenti saranno chiamati a confrontarsi al fine di supportare le proprie idee anche facendo uso di strumenti informatici, come ad esempio software dedicati alla rappresentazione e alla nomenclatura delle strutture chimiche. Lo stumento didattico è volto a far crescere le capacità comunicative e l’abilità di sapere lavorare e confrontarsi in un gruppo, il tutto finalizzato al consolidamento dei concetti acquisiti.
• Capacità di apprendere: Le capacità di apprendimento degli studenti saranno valutate durante lo svolgimento del corso tramite la discussione dei contenuti di pubblicazioni scientifiche che permetteranno di seguire lo stato di maturazione della conoscenza, evidenziando le capacità di restituzione e di problem solving dello studente.

Il corso, che prevede una conoscenza di livello almeno intermedio della lingua inglese, è finalizzato al potenziamento delle principali strutture linguistiche di livello B2 del CEFR.