TANIA GIOIA | Metodologie genetico-molecolari per la qualità degli alimenti

Italiano

L’obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti le conoscenze delle principali metodologie genetiche e molecolari da applicare per il controllo della qualità e sicurezza di prodotti alimentari derivati.

Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza di metodologie genetiche e molecolari per il controllo della qualità degli alimenti. Conoscenza di metodologie di trasformazione genetica per il rilevamento qualitativo e quantitativo di organismi geneticamente modificati. Conoscenze di metodologie per l’identificazione e la certificazione di materie prime e prodotti alimentari derivati.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di integrare le conoscenze genetiche e molecolari acquisite per la produzione, la tutela e la qualità dei prodotti alimentari. Capacità di sviluppare strategie per l’identificazione di materie prime e di prodotti alimentari trasformati. Capacità di utilizzare software per l’elaborazione dei dati ottenuti da analisi genetiche e molecolari.

Autonomia di giudizio: Capacità di comprendere e descrivere in modo autonomo i meccanismi genetici che regolano l’espressione dei caratteri quanti-qualitativi di interesse agroalimentare. Capacità di comprendere e gestire le metodologie genetiche da applicare per la qualità e la sicurezza di materie prime e prodotti alimentari derivati.

Abilità comunicative: Capacità di comunicare con un linguaggio tecnicamente e scientificamente corretto. Capacità di interagire con organismi, imprenditori e tecnici del settore. Capacità di comunicare in modo chiaro ai non tecnici della materia.

Capacità di apprendimento: Capacità di accedere a fonti bibliografiche e a tools informatici per integrare e approfondire le conoscenze nel settore della tracciabilità genetica.

E’ consigliato il possesso di una buona preparazione nei fondamenti della Genetica.

CFU-1 (8 h lezione):

Fondamenti di Genetica molecolare. Ripasso delle proprietà del materiale genetico: il DNA, il portatore dell'informazione genetica. RNA, Il flusso dell’informazione genica. Struttura del gene eucariotico. Il genoma eucariotico. Organizzazione dei genomi. Dimensioni dei genomi. Le variazioni nel numero e nella struttura dei cromosomi. La struttura primaria del DNA: geni e sequenze non codificanti. Le variazioni della sequenza del DNA. I genomi degli organelli citoplasmatici. Il plastoma: dimensioni, contenuto genico e organizzazione. Il condrioma: dimensioni, contenuto genico e organizzazione.

CFU-2 (8 h lezione):

Le principali Biotecnologie. Come si studiano i geni. Metodi per l'isolamento degli acidi nucleici; Spettro di assorbimento; denaturazione e rinaturazione della doppia elica; ibridazione DNA-DNA e DNA-RNA. Enzimi di restrizione: ruolo naturale ed uso in laboratorio; preparazione di una digestione enzimatica. Clonaggio di sequenze di DNA: Vari tipi di vettori di clonaggio; preparazione del DNA da clonare e formazione delle molecole ricombinanti. Trasformazione di cellule batteriche e metodi di selezione; Genoteche di DNA genomico e di cDNA e analisi delle stesse. Elettroforesi degli acidi nucleici; Analisi di DNA (Southern blot), di RNA (Northern blot) e proteine (Western blot); La reazione a catena della polimerasi (PCR) e sue applicazioni.

CFU-3 (8 h lezione):

La regolazione dell’espressione genica. Regolazione trascrizionale. Regolazione post-trascrizionale. Regolazione traduzionale. Regolazione post-traduzionale. Regolazione dell’espressione genica trascrizionale e traduzionale mediata da piccole molecole di RNA. Epigenetica ed epigenomica.  Analisi dell’espressione genica e bioinformatica: Northern blot, RT-PCR semiquantitativa e PCR quantitativa Real-Time.

Introduzione: genomica strutturale e funzionale. Metodi di sequenziamento: 1) Sequenziamento mediante metodo chimico (Maxam-Gilbert) 2) Sequenziamento mediante metodo enzimatico (Sanger) 3) Applicazione del sequenziamento di seconda generazione nello studio dei genomi di specie di interesse agrario; 4) Sequenziamento di terza generazione: HELICOS (Helicos Biosciences); PacBio (Pacific Biosciences); Nanopore (Oxoford Nanopore).

CFU-4 (8 h lezione):

La bioinformatica come strumento di tracciabilità. Strategie di sequenziamento di genomi interi: metodo gerarchico e WHOLE GENOME SHOTGUN. Annotazione genica. Annotazione funzionale. Illustrazione dei principali database (NCBI, EMBL, DDBJ), ricerche in banche dati biologiche (BLAST), software per l’allineamento di sequenze e per il disegno di oligonucleotidi. Studio della funzione genica in specie di interesse agrario: sovraespressione e knock-out genico (RNA antisenso, RNA interference) in piante transgeniche e cisgeniche. Mutagenesi chimica e TILLING. Applicazione della mutagenesi per studi funzionali e in programmi di miglioramento genetico. Modificazioni geniche sito-specifiche. Metodi di “genome editing”: 1) nucleasi a dita di zinco (ZFN), 2) transcription activator-like effector nucleases (TALENs) e 3) brevi ripetizioni palindromiche interspaziate, regolarmente raggruppate (CRISPR/Cas). Applicazione di metodi "genome editing" per il miglioramento genetico di specie di interesse agrario.

CFU-5 (8 h lezione):

Tracciabilità e rintracciabilità degli alimenti. Prodotti tipici e a marchio (DOP, DOC, IGP, IGT); applicazione di metodologie molecolari avanzate per la tracciabilità di materie prime e alimenti derivati. I marcatori molecolari. Sviluppo di diverse tipologie di marcatori molecolari. RFLP, RAPD, AFLP, STR, SSR: utilizzazione nello studio dei genomi vegetali e animali. SNPs. Applicazione dei marcatori molecolari nella caratterizzazione di piante e animali di interesse commerciale. Caratterizzazione individuale (genotyping) e varietale (DNA fingerprint). DNA barcoding nella tipizzazione di organismi animali e vegetali, e nella tracciabilità dell’industria alimentare. Mini-barcodes. Progetto FISH-BOL. Kit diagnostici per determinare il DNA barcoding nei pesci. Il caso salmonidi. La tracciabilità e rintracciabilità nell'industria alimentare. Tecniche di genomica al servizio della sicurezza alimentare. Metodi basati sul DNA per l’autenticazione dei prodotti alimentari di origine animale e vegetale. Caratterizzazione dell’olio d’oliva DOP lungo la filiera produttiva. Caratterizzazione della mozzarella di bufala e determinazione delle frodi. Tracciabilità delle paste alimentari: paste a grano duro e tenero. Determinazione delle specie presenti in prodotti a base di carne mediante DNA chip.

Organismi geneticamente modificati (OGM). Tracciabilità degli OGM: ricerca e quantificazione negli alimenti. Test di screening, di identificazione e quantificazione mediante PCR. Caso di studio: ricerca di mais e soia geneticamente modificati in farine di uso zootecnico. Analisi quantitativa della presenza di OGM mediante Real-Time PCR.

CFU-6 (20 h esercitazione):

1) Ricerca in banche dati di sequenze nucleotidiche e proteiche.

Utilizzo di tool bioinformatici per aprire file di sequenze (DNAMAN, FINCH TV, GENEIOUS).

Utilizzo dell'algoritmo BLAST per cercare nei database sequenze nucleotidiche o proteiche simili ad una sequenza nota.

Allineamento di sequenze nucleotiche e ammino acidiche mediante i programmi CLUSTAL OMEGA e GENEIOUS.

Costruzione di alberi filogenetici.

2) Identificazione di mutazioni di tipo SNP su geni di interesse mediante approccio TILLING in frumento duro.

3) Realizzazione di costrutti genici per la produzione di piante cis-geniche.

4) Identificazione di piante transgeniche e cis-geniche mediante PCR diretta su dischi fogliari.

Il corso prevede 60 ore di didattica tra lezioni ed esercitazioni. In particolare sono suddivise in 40 ore di lezione frontali in aula e 20 ore di esercitazioni guidate in laboratorio e in aula informatica.  Gli argomenti del corso saranno trattati con l’ausilio di attrezzature multimediali. Durante le esercitazioni gli studenti parteciperanno attivamente a esperienze di laboratorio che hanno lo scopo di fornire gli strumenti genetici utili nel settore agroalimentare.

Viene normalmente richiesta la presentazione PowerPoint relativa a un argomento a scelta dello studente, ma concordato col docente, seguita da due domande generali sul programma. Viene scelto un prodotto di origine vegetale (non necessariamente tra quelli trattati a lezione) in base al quale il docente assegna almeno 2-4 lavori specifici sui quali lo studente si basa per elaborare la propria tesina.
Viene attribuito un punteggio da 0 a 10 alla presentazione e a ciascuna delle risposte alle due domande generali, tenendo conto del livello di conoscenza dei contenuti, della capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti interdisciplinari, della capacità di senso critico e della chiarezza espositiva. Il voto finale corrisponde alla somma dei singoli voti.

Il materiale didattico di riferimento è costituito da testi di riferimento, integrati con materiale didattico fornito dal docente durante le lezioni e le esercitazioni.

•            Food Authentication Using Bioorganic Molecules. Editore Stefano Sforza, Ph.D., University of Parma

•            BARCACCIA G., FALCINELLI M. Genetica e genomica, Volumi III, Liguori Editore.

•            Appunti dalle lezioni e materiale didattico distribuito durante il corso

•            Articoli su riviste del settore.

All’inizio del corso, dopo aver descritto obiettivi, programma e metodi di verifica, il docente raccoglie l’elenco degli studenti che intendono iscriversi al corso, corredato di nome, cognome, matricola ed email.

Orario di ricevimento presumibile: lunedì e venerdì dalle 15.30 alle 17.00 presso lo studio del docente (SAFE 4 piano –studio 3A412, Via dell’Ateneo Lucano n. 10, Potenza). Tali orari potranno variare in funzione di eventuali lezioni o impegni accademici che saranno comunicati in apposita bacheca.

Oltre all’orario di ricevimento settimanale, il docente e? disponibile per un contatto con gli studenti, attraverso la propria e-mail o mediante contatto telefonico, skype o whatsapp.

10/01/2024, 09/02/2024, 01/03/2024, 05/04/2024, 03/05/2024, 07/06/2024, 05/07/2024, 13/09/2024, 04/10/2024, 08/11/2024, 06/12/2024

Si

COMMISSIONE D'ESAME:

Prof.ssa LOGOZZO Giuseppina, Prof. MARTELLI Giuseppe, Prof.ssa GIOIA Tania, Prof.ssa NUZZACI Maria, Prof. SCOPA Antonio