Corso di laurea: BIOTECNOLOGIE PER LA SICUREZZA E LA QUALITA' AGRO-ALIMENTARE (LM-7) Programmazione per l'A.A. 2018/2019  

Vengono introdotte le diverse famiglie di sostanze naturali sulla base dei precursori e delle principali sequenze metaboliche che conducono alla loro biosintesi. Di ciascuna famiglia di sostanze naturali vengono approfonditi gli aspetti strutturali, le proprietà, le attività biologiche e le applicazioni in campo agronomico, alimentare, cosmetico, farmaceutico e nutraceutico. Tra le varie classe di composti, vengono approfondite in modo particolare le sostanze fenoliche e tra le varie attività biologiche, quella antiossidante. Sono previste esercitazioni di laboratorio su tecniche di estrazione, purificazione e caratterizzazione strutturale delle sostanze naturali.

Chimica, Biosintesi e Bioattività delle Sostanze Naturali - P. M. Dewick, Piccin. Edizione italiana a cura di E. Fattorusso

Il corso è principalmente strutturato in tre sezioni: una sezione iniziale a carattere più generale, una sezione specifica sull’ utilizzo delle piante per la produzione di proteine ricombinanti ed una terza sezione dove gli studenti presentano in classe, in italiano, un articolo scientifico in lingua inglese. Inoltre durante il corso sono previsti tre seminari tenuti da esperti esterni all’Università su diverse tematiche del programma.
Nella sezione iniziale sono introdotti gli scopi generali delle biotecnologie farmaceutiche ed i farmaci ottenuti mediante produzione biotecnologica, a tal proposito vengono fornite alcune definizioni di biofarmaco ed esempi specifici nonché la trattazione del loro mercato mondiale. Inoltre i farmaci biotecnologici vengono paragonati ai farmaci tradizionali con particolare riferimento ai nuovi approcci per la loro realizzazione. In questo contesto sono anche forniti cenni ricapitolativi sulla tecnologia del DNA ricombinante strettamente applicata ai prodotti farmaceutici. Vengono trattati tutti i principali sistemi biologici per la produzione: batteri soprattutto E. coli, lieviti, cellule di insetto, diversi tipi di cellule di mammifero e uova di pollo. Tematiche di produzione su ampia scala sia a livello di “upstream processing” che di “downstream processing” vengono affrontate anche alla luce degli standard qualitativi internazionali e della procedura di “Good Manufacturing Practice” (GMP), in particolare lezioni specifiche sono dedicate alle biofermentazioni, alla lavorazione del prodotto, alle tecniche di analisi e purificazione delle macromolecole biologiche e alla loro formulazione in vista del rilascio sul mercato. Dopo un’ introduzione all’ immunità, alla immunogenicità ed al sistema immunitario degli esseri umani, vengono definiti e descritti anche tramite casi studio specifici tutte le principali tipologie di biofarmaci: vaccini, anticorpi policlonali, anticorpi monoclonali, proteine immunomodulatorie ed enzimi e le patologie verso le quali questi farmaci sono diretti. A conclusione della sezione generale vengono illustrati i recenti sviluppi delle nanotecnologie in biomedicina e diagnostica e le possibili future applicazioni in biofarmaceutica.
Nella seconda sezione, tutta incentrata sull’ uso delle piante per l’espressione ricombinante di polipeptidi con attività farmaceutica, sono all’ inizio trattati i virus vegetali da un punto di vista molecolare per l’ importanza che hanno avuto e continuano ad avere nello sviluppo di sistemi di espressione. In particolare vengono affrontate le varie strategie di espressione e di replicazione dei più conosciuti virus vegetali e vengono analizzati nel dettaglio i sistemi che fanno uso di questi virus per l’espressione eterologa transiente nelle piante. Successivamente sono trattate le piante più utilizzate in biofarmaceutica (tabacco, benthamiana, riso, mais, patata e pomodoro) ed i diversi tipi di modificazione genetica applicabili a queste specie (trasformazione nucleare stabile, trasformazione plastifica e trasformazione transiente). Numerosi casi studio di biofarmaci sviluppati in pianta verrano presentati e analizzati nel dettaglio per esemplificare i diversi approcci relativi a tipo di biofarmaco, alla patologia e alla specie ricevente (ad uso umano o veterinario).
La terza sezione si focalizza sull’acquisizione di familiarità nell’analisi di elaborati scientifici in inglese e sull’acquisizione di capacità nella presentazione ed esposizione di contenuti tecnici. A questo scopo gli studenti scelgono un articolo, tratto da una lista di pubblicazioni selezionate dal docente e preparano una presentazione power point di 20 minuti circa per spiegare ai compagni, la tematica, l’approccio sperimentale, i risultai e le prospettive del lavoro. Tutte le pubblicazioni selezionate vertono sulla ideazione, realizzazione e sviluppo di biofarmaci in pianta.
I tre seminari che si svolgono durante il corso sono:i) elementi di immunologia tenuto dalla Dott.ssa Selene Baschieri del centro ricerca ENEA Casaccia; ii) principi di vaccinologia tenuto dalla Dott.ssa Chiara Lico del centro ricerca ENEA Casaccia.

Biotecnologie farmaceutiche; Crommelin D. J., Sindelar R. D.; Zanichelli; 2000; ISBN: 8808094197.

Elementi di Virologia Vegetale; Giunchedi, Conti, Gallitelli, Martelli; 2007; ISBN: 978-88-299-1838-6.

Programma Modulo di spettroscopia Spettroscopia di assorbimento: principi base, analisi spettroscopica di biopolimeri, effetti della conformazione sull’assorbimento. Attività Ottica e misura sperimentale. Dispersione ottica rotatoria e dicroismo circolare: Applicazione a sistemi biologici. Spettroscopia di Fluorescenza: principi base, analisi dei fattori che governano l’intensità della fluorescenza, proprietà dei gruppi fluorescenti, trasferimento di energia singoletto-singoletto e misura di distanze intercromofori trasferimento di energia singoletto-singoletto e misura di distanze intercromofori. Anisotropia di fluorescenza. Applicazioni nello studio di molecole biologiche Spettroscopia NMR: principi generali, caratteristiche degli spettri NMR monodimensionali. Spettroscopia NMR bidimensionale e multidimensionale per lo studio di macromolecole biologiche. Utilizzo della spettroscopia NMR per la determinazione della struttura di proteine. Cenni di spettroscopia NMR a stato solido per lo studio di sistemi biologici. (Metodi per il calcolo di strutture a partire da parametri NMR).

Cantor and Schimmel: Biopysical Chemistry Parts I, II and III. W.H Freeman and Company, San Francisco CA. Zaccai, Serdyuk
Zaccai: Methods in Molecular Biophysics Cambridge (II Ed)
Freifelder, D., Physical Biochemistry, W.H Freeman and Company, New York. ·
T. E. Creighton, Proteins: Structures and Molecular Properties. W.H Freeman and Company, New York. J.
Cavanagh,W.J. Fairbrother, A.G. Palmer III, N.J. Skelton, Protein NMR Spectroscopy: Principles and Practice, Academic Press, inc.

Dispense del corso

Cenni di immunobiologia comparata. Immunità innata e specifica: un confronto. Principali tappe nell’evoluzione dell’immunità. Saggi immunologici d’interesse per la bio-diagnostica. Anticorpi derivati da specie animali (monoclonali, lambodies, nanobodies) e loro utilizzo in campo bio-medico. Biofarmaci ottenuti da adattamenti delle specie animali e loro utilizzo in campo bio-medico, casi di studio: peptidi antimicrobici come nuovi antibiotici, farmaci antitumorali, silicateine. Discussione di lavori scientifici riguardanti le tematiche e gli approcci metodologici affrontati durante il corso. Cenni sui progetti europei nel campo delle biotecnologie animali. Visualizzazione in laboratorio dell’utilizzo di metodologie molecolari.

Il docente fornirà delle dispense durante lo svolgimento del corso che saranno presenti sulla piattaforma Moodle.