31648 - METODI FISICI DELLA BIOLOGIA CON LABORATORIO

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente acquisisce una visione generale della biologia e dei suoi problemi, in relazione ai vari livelli di complessità, e ai metodi fisico-quantitativi e computazionali per affrontarne alcuni aspetti, soprattutto quelli sistemici ('System Biology'), con particolare atenzione al Sistema Nervoso e Immunitario (Apprendimento e Memoria). In particolare, lo studente conosce i principi di alcune tecniche sperimentali di tipo fisico applicabili allo studio dei sistemi biologici con particolare riguardo: - agli aspetti elettrofisiologici; - alle tecniche di 'imaging cellulare e subcellulare' (tra cui microscopia ottica, confocale, tecniche di fluorescenza, microscopia elettronica e a forza atomica, patch clamp ecc.); - alle tecniche di biologia molecolare e di analisi su larga scala dell'espressione genica allo scopo di costruire modelli predittivi multiscala di funzioni biologiche.

Contenuti

(2 h per argomento)

Introduzione al corso: schema del corso, e sua divisione. Caratteristiche fondamentali degli organismi viventi

Composizione degli organismi: natura fisico-chimica degli organismi, principali composti chimici

Struttura di un organismo: cellule, tessuti, organi; in particolare struttura e funzione dei vari compartimenti e organuli cellulari

Richiami di termodinamica; termodinamica e metabolismo

Processi metabolici fondamentali, alla luce della termodinamica

Enzimi: loro proprietà generali e cinetica

Richiami sulle funzioni fondamentali degli organismi: evoluzione e genetica

Processi fondamentali in una cellula: replicazione (mitosi e meiosi), trascrizione e traduzione

Processi fondamentali in un cellula: signalling cellulare

Trasporto di informazione negli organismi viventi

Evoluzione degli organismi (cenni)

Struttura e funzione dei neuroni, loro proprietà elettriche

Nel primo modulo sono incluse le descrizioni delle seguenti tecniche con visita ai laboratori specifici:

a) citofluorimetria

b) Microscopio confocale (e alcune applicazioni di microscopia a fluorescenza)

c) Microscopio elettronico

d) Microscopio a forza atomica

(gli altri laboratori saranno visti all'interno del secondo modulo)

Introduzione ai modelli biologici

Principali caratteristiche del signaling elettrico-biochimico intra ed intercellulare; plasticità sinaptica e reti neurali: modello Hebbiano, anti-Hebbiano e BCM. Modelli fisici del sistema immunitario e del sistema nervoso. Studio delle reazioni biochimiche cellulari, delle interazioni geniche e proteiche con un approccio cinetico-dinamico e cenni al ruolo del noise ed alla Master equation in Biofisica e Biologia dei sistemi (noise estrinseco ed intrinseco).

Basi teoriche

Imaging: cenni di ottica e ottica non lineare; fenomeni di fluorescenza, fosforescenza, luminescenza

Genomica/proteomica: meccanismi di controllo dell'espressione genica; RNA interferenza e silenziamento genico; approccio Systems Biology

Biochimica e biologia sintetica: motori molecolari; nano e microbiotecnologie, microfluidica.

Bioelettromagnetismo: meccanismi di interazione campi e.m. e materia biologica; neurobiofisica.

Tecniche sperimentali

Tecniche di coltura cellulare su diversi substrati.

Microscopia a fluorescenza; imaging molecolare a singola cellula (TIRF, Time Lapse Imaging); Tecniche di misurazione dell'attività elettrica cellulare: Patch Clamp; registrazione di correnti cellulari macroscopiche (whole cell recording); registrazione di correnti da singolo canale ionico (single channel recording).

Misure di espressione genica: RT-PCR, microarray, Chip-Chip array, exon array.

Argomenti avanzati

Origine della vita

Esobiologia ed Astrobiologia

Costruzione di apparati di misura e progettazione di esperimenti

Testi/Bibliografia

Dispense ed appunti delle lezioni
Cellular Biophysics Weiss MIT Press

Metodi didattici

Lezioni teoriche ed esercitazioni pratiche

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale finale: illustrazione di una tematica a scelta dello studente con due domande a scelta del docente.

Strumenti a supporto della didattica

Dispense ed esercitazioni al computer

Link ad altre eventuali informazioni

http://www.fisica-astronomia.unibo.it/it/dipartimento/servizi-e-strutture/strutture/laboratori-di-ricerca-1/laboratorio-biofisica/index.html

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Gastone Castellani