95725 - ARCHEOLOGIA BIOMOLECOLARE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente ha competenze tecnico-scientifiche di base e applicative concernenti l'impiego delle tecnologie biomolecolari allo studio e alla conservazione di materiali biologici provenienti da contesti archeologici, in particolare per quanto riguarda l'analisi del DNA estratto da resti umani, animali e vegetali, finalizzato alla loro caratterizzazione e identificazione genetica e alle connesse problematiche scientifiche.

Contenuti

Il corso verte sullo studio delle principali biomolecole (DNA, proteine, lipidi, carboidrati) e degli isotopi stabili, che spesso si conservano in reperti paleontologici, archeologici e storici (resti umani, animali e vegetali, residui alimentari, manufatti, ecc.), finalizzato a contribuire alla ricostruzione di diversi aspetti della storia bioculturale umana: le origini evolutive, la biodiversità e le dinamiche migratorie del genere Homo; i processi di adattamento e le risposte ai cambiamenti climatici e ambientali e alle innovazioni culturali e tecnologiche; la struttura demografica e sociale, la mobilità, i modelli di vita e di sussistenza nonché le condizioni di salute e le malattie delle popolazioni del passato. In quest’ottica, il corso, pur trovando il suo campo privilegiato d’interesse in ambito storico-archeologico e antropologico offre ricadute significative anche per le scienze naturali, ambientali e biomediche.

Il programma del corso è articolato in tre parti. La prima mira a fornire le conoscenze scientifiche e tecnico-applicative di base sulle biomolecole e sugli isotopi stabili nonché sulle metodologie analitiche impiegate per il loro studio in reperti antichi, riconducibili sinteticamente ai punti di seguito riportati.

• Panoramica delle potenzialità e delle risposte che l’analisi delle principali biomolecole e degli isotopi stabili, che residuano in reperti antichi, può fornire nel campo della ricerca storico-archeologica e antropologica, e relative problematiche.
• Nozioni preliminari di chimica e biologia delle biomolecole (acidi nucleici, proteine, lipidi e carboidrati).
• Biomolecole residue nei reperti antichi: criteri e modalità di campionamento; problemi di preservazione, degradazione e contaminazione; tecniche di estrazione; metodi di nuova generazione per l’analisi e il sequenziamento Next Generation Sequencing; Spettrometria di massa; significati e limiti applicativi.
• Nozioni di chimica, geochimica e biologia degli isotopi stabili; metodi di analisi degli isotopi stabili di carbonio, azoto, stronzio e ossigeno; rapporti isotopici nel collagene e in altre proteine antiche e nella fase minerale dei reperti scheletrici.

La seconda parte del programma è dedicata ad illustrare le applicazioni più rilevanti delle analisi biomolecolari e isotopiche alle indagini archeologiche, bioarcheologiche, paleoantropologiche e paleopatologiche riferibili ai punti seguenti:

• contributo alla ricostruzione della filogenesi e della storia evolutiva dell’uomo, nonché delle dinamiche migratorie e di dispersione delle popolazioni umane;
• ricostruzione del profilo biologico individuale (sesso, età di morte, caratteri fenotipici), determinazione della dieta e inferenze sulla mobilità umana; individuazione di geni potenzialmente coinvolti in malattie genetiche o multifattoriali, ai fini della diagnostica paleopatologica, in resti umani di provenienza archeologica;
• determinazione delle relazioni familiari e contributo alla ricostruzione della struttura biodemografica e sociale di gruppi umani antichi rappresentati da resti umani;
• identificazione personale e accertamento dell’autenticità di resti umani attribuiti a personaggi del passato;
• ricostruzione delle origini e della storia epidemiologica delle malattie infettive, identificazione dei patogeni e studio della loro evoluzione e diffusione; analisi dei microbiomi;
• diagnosi tassonomica di resti faunistici e vegetali e studio dei loro processi evolutivi, anche in relazione ai cambiamenti climatici e ai processi bio-culturali, come la domesticazione, l’agricoltura e l’allevamento.

La terza parte del programma ha carattere pratico-applicativo e consiste nello svolgimento di esperienze pratiche in laboratorio riguardanti il campionamento dei reperti, la preparazione dei campioni, le tecniche di estrazione e analisi, nonché il trattamento biostatistico (inclusi cenni di bioinformatica applicata) e la interpretazione critica dei dati ottenuti.

Nello specifico, lo studente potrà così acquisire competenze ed esperienze pratiche:

• ·nelle tecniche di prelievo e preparazione dei campioni da sottoporre ad analisi del DNA antico, delle proteine e degli isotopi;
• ·nell’applicazione pratica in laboratorio di protocolli di estrazione, quantificazione e processamento dei campioni in esame;
• ·nel trattamento statistico, incluse nozioni di base di bioinformatica applicata, nonché nella interpretazione dei dati generati.

Questo corso è collegato al corso di "Laboratorio di Archeogenetica", della durata di 50 ore e che si svolge solitamente durante il mese di giugno, nel quale lo studente interessato potrà approfondire gli aspetti teorici e pratici di genetica e genomica relativi alle analisi del DNA estratto da reperti antichi (per informazioni contattare la Prof.ssa Elisabetta Cilli).

Testi/Bibliografia

- Brown T., Brown K.- Biomolecular archaeology. An introduction. Wiley-Blackwell, 2011.

- Richards M.P., Britton K. - Archaeological Science. An introduction. Cambridge University Press 2020.

- Caramelli D. - Antropologia molecolare: manuale di base. Firenze University Press, 2009.

- Donati C., Stefani M., Taddei N. - Biologia & Genetica, Zanichelli 2019. 

- Orlando, L., Allaby, R., Skoglund, P. et al. (2021) Ancient DNA analysis. Nat Rev Methods Primers 1, 14.

- Cappellini E., Prohaska A., Racimo F. et al. (2018) Ancient Biomolecules and Evolutionary Inference. Annual Review of Biochemistry, 87:1, 1029-1060.

- Cilli E. (2022) Archaeogenetics. Encyclopedia of Archaeology. 2nd ed.

 

Su Insegnamenti OnLine IOL saranno caricati l' elenco delle pagine dei testi da studiare per il programma e gli articoli scientifici trattati a lezione.

 

Letture consigliate

-Paabo S. - L'uomo di Neanderthal. Alla ricerca dei genomi perduti. Einaudi, 2014.

-Reich D. - Chi siamo e come siamo arrivati fin qui. Raffaello Cortina, 2019.

-Barbujani G. - Sillabario di genetica. Bompiani, 2019.

Metodi didattici

Il corso sarà svolto attraverso lezioni frontali inerenti gli argomenti del programma che potranno essere integrate da attività seminariali su argomenti specifici. Gli studenti saranno sollecitati a prendere parte attiva alle lezioni attraverso interventi, domande, richieste di chiarimenti e/o approfondimenti. Durante le lezioni saranno proiettate slide organizzate tramite PowerPoint, che saranno rese disponibili agli studenti.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento consiste in una prova orale. La prima parte consisterà in una esposizione di un caso studio, preferibilmente tramite una presentazione in PowerPoint, in cui lo studente illustrerà un articolo scientifico, che potrà essere scelto tra i vari casi studio presentati a lezione o tra altri che hanno catturato l’interesse dello studente. L’argomento deve essere concordato con la Prof.ssa Cilli e la presentazione deve essere inviata almeno una settimana prima dell’esame. La seconda parte dell’esame riguarderà la verifica della preparazione sugli argomenti del programma.

Ai fini del superamento dell’esame lo studente dovrà dare prova di aver acquisito adeguate conoscenze, sia di carattere generale che sistematico, sui vari argomenti in programma e di essersi impadronito degli strumenti scientifici e metodologici propri della disciplina. Ai fini del voto finale della prova saranno valutati:

• il grado di approfondimento scientifico e metodologico degli argomenti trattati;
• la capacità di sostenere una disanima critica e ragionata sugli argomenti in programma e di eseguire i necessari collegamenti logico-deduttivi;
• la capacità effettuare collegamenti interdisciplinari;
• la proprietà di linguaggio e la qualità espositiva.

Valutazione dell'esame

L'esame prevede una valutazione del livello di apprendimento degli argomenti in programma con un voto espresso in trentesimi.

Graduazione del voto finale:

• Conoscenza molto approfondita degli argomenti unitamente ad elevate capacità di analisi critica, di collegamento e sicura padronanza della terminologia specifica: voto 30-30L;
• Conoscenza approfondita degli argomenti unitamente a buone capacità di analisi e di critica e al possesso di una adeguata padronanza della terminologia specifica: voto 27-29;
• Preparazione tecnicamente adeguata e capacità di analisi sufficiente, anche se non particolarmente articolate, espresse in un linguaggio corretto: voto 23-26;
• Preparazione e capacità di analisi sufficienti, espresse in un linguaggio appena formalmente corretto: voto 18-22.

Studenti non frequentanti. Il programma del corso è il medesimo sia per gli studenti frequentanti sia per i non frequentanti. La frequenza delle lezioni è caldamente consigliata per il conseguimento di un buon profitto, tuttavia, gli studenti che per valide ragioni non possono frequentare sono invitati a rivolgersi al docente, nell’orario di ricevimento, per il suggerimento dei necessari testi integrativi.

Strumenti a supporto della didattica

Il materiale didattico, composto dalle slide utilizzate durante le lezioni e dagli articoli scientifici trattati a lezione, sarò reperibile in Insegnamenti on line IOL

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Elisabetta Cilli