96032 - CRISPR-CAS SYSTEMS: FROM BACTERIAL ADAPTIVE IMMUNITY TO GENOME-EDITING APPLICATIONS

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede conoscenze approfondite dei meccanismi molecolari alla base del funzionamento dei principali sistemi CRISPR/Cas presenti nei batteri; dell’utilizzo di tali sistemi nella modulazione dell’espressione genica e dell’editing del genoma; delle principali applicazioni in campo biotecnologico. In particolare lo studente è in grado di: - analizzare e discutere con padronanza argomenti riguardanti i meccanismi di base e le applicazioni dei sistemi CRISPR/Cas; - comprendere ed analizzare criticamente la letteratura biomolecolare in tutti i suoi aspetti; - progettare approcci sperimentali dettagliati su problematiche generali di carattere biomolecolare.

Contenuti

Sistemi CRISPR-Cas nel loro contesto biologico naturale.

Dalle prime osservazioni fino alla caratterizzazione del sistema CRISPR-Cas come sistema immunitario procariotico adattativo ed ereditabile.

Caratteristiche generali e punti cardine del sistema. Classificazione e complessità dei vari sistemi CRISPR osservati fino ad oggi in natura.

Le diverse fasi dell’immunità CRISPR-Cas: acquisizione di nuovi spacers, espressione del locus e maturazione del trascritto precursore; interferenza.

Descrizione dettagliata del meccanismo di interferenza dei sistemi più studiati (Cas9; Cas12; Cas13; Cascade-Cas3).

Principali meccanismi alla base della discriminazione tra DNA self e non-self.

Applicazioni del sistema CRISPR-Cas.

Applicazioni di sistemi CRISPR-Cas per la generazione di rotture a doppio filamento (double-strand breaks) sul DNA: metodologie di gene-editing basate sul meccanismo Non-Homologous End Joining (NHEJ); metodologie di gene-editing basate sui meccanismi Microhomology-Mediated End Joining (MMEJ) e Homology-Directed Repair (HDR). Confronto con le principali tecniche attualmente utilizzate per il genome-editing quali nucleasi Zinc-Finger (ZFNs) e transcription activator-like effector nucleases (TALENs).

Applicazioni di genome-editing che non prevedono la generazione di rotture a doppio filamento (double-strand breaks) sul DNA: base editors, prime editors.

Utilizzo di sistemi CRISPR-Cas per la modulazione dell’espressione genica in organismi procariotici ed eucariotici (CRISPRi/CRISPRa); epigenetic engineering technology (CRISPRoff).

Altre applicazioni in ambito biotecnologico.

Considerazioni etiche.

Testi/Bibliografia

Reviews e articoli scientifici scelti in letteratura.

Metodi didattici

Lezioni frontali, analisi e discussione in aula sugli argomenti trattati e su articoli scientifici.

Presentazioni PowerPoint riassuntive.

Gruppi di lavoro e sessioni interattive per la verifica dell'apprendimento in itinere mediante strumenti di didattica innovativa.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova d'esame mira a verificare il raggiungimento dei principali obiettivi didattici:

1) analizzare e discutere con padronanza argomenti riguardanti i meccanismi alla base dei sistemi CRISPR-Cas e le loro applicazioni;

2) comprendere ed analizzare criticamente la letteratura biomolecolare in tutti i suoi aspetti;

3) progettare approcci sperimentali dettagliati su problematiche generali di carattere biomolecolare.

La prova di accertamento consisterà di due parti. La prima parte dell'esame consisterà nella rielaborazione e presentazione in aula durante lo svolgimento delle lezioni di un articolo scientifico di approfondimento su una tematica affrontata durante il Corso (verifica dell'obiettivo formativo 2, max 10 punti). La seconda parte in un colloquio orale su due quesiti riguardanti diverse parti del programma (verifica degli obiettivi formativi 1 e 3, max 20 punti). Per ogni quesito lo studente riceve un voto, in base alla capacità dimostrata di esporre in modo sintetico e compiuto le specifiche tematiche, con alcuni spunti di analisi critica. I diversi voti parziali del colloquio orale, combinati con la valutazione dell'esposizione orale dell'articolo scientifico, concorrono al voto finale in trentesimi.

Strumenti a supporto della didattica

Reviews e lavori scientifici forniti dal docente. PC e videoproiettore. Il materiale didattico presentato a lezione verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico tramite il portale Insegnamenti Online: hhttps://virtuale.unibo.it

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Davide Roncarati