85300 - METAGENOMICS

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce: i) i principali metodi per la profilazione tassonomica, l'analisi funzionale e il confronto della comunità di genomi e trascrittomi estratti da un campione ambientale o da una biopsia. Conosce come descrivere la biodiversità di qualunque nicchia ambientale attraverso l'analisi del materiale genetico in essa presente.

Contenuti

Argomenti generali: (i) principali applicazioni degli studi di metagenomica applicata alle scienze dei microbioti; (ii) tecniche e tecnologie per l’analisi di metagenomi, includendo gli aspetti bioinformatici e biostatistici; (iii) centralità dei microbiomi per la biologia del pianeta, microbioti ambientali e associati all’ospite, aspetti eco-evolutivi e co-evolutivi; (iv) importanza dei microbioti nella biologia umana, modernizzazione e medicina personalizzata; (v) mentagenomica del DNA antico, applicazioni in paleo-archeo microbiologia e bioprospecting; (vi) innovazioni e prospettive delle biotecnologie basate su microbiomi, applicazioni in economia circolare

1. General Introduction: metagenomics, microbial ecosystems and microbiomes, definitions, importance and applications, main technical aspects, goals for a metagenome study, types of metagenome studies, NGS sequencing, second-and third-generation NGS platforms;
2. NGS sequencing: sampling, DNA extraction from different matrices (soil, air, water and biological samples), multiplexing and library preparation, NGS sequencing reaction; marker gene 16S sequencing and shotgun metagenomics;
3. bioinformatic analysis: demultiplexing, quality filtering, reads mapping, contigues reconstruction, assignment on reference databases, de novo con construction of metagenomic species and genome scale metabolic models;
4. biostatistics: multivariate statistics, exploratory ordination, clustering, canonical correlation, discriminatory methods and machine learning, analysis of variance, permutation, networks construction and topology;
5. Ecological rules and dominant dynamics of microbial communities
6. The human microbiome, role in the human biology, co-evolutionary trajectory, modernization and personalized medicine
7. Earth microbiomes, ecological centrality, environmental and animal microbiomes, roles in the planted biology and connections with global changes
8. Paleometagenomics, from paleobioprospecting to paleoclimatic records and long term co-evolution
9. Microbiome biotechnology, microbiome-based applications for a more sustainable food production, set up of microbiome based bioprocess and bioconversions for side stream valorization in circular economy

Testi/Bibliografia

Lesk Introduction to Bioinformatics (V Edition_2019)

Metagenomics, perspectives, methods and applications, M Nagarajan (2017)

R in action, third edition

Multivariate analysis of ecological data with ADE4

Brook, biology of microorganisms 15^th edition

Papers and reviews suggested by the teacher

Laboratory notes

Metodi didattici

Frontal lessons and laboratory experiences

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Oral examination

Strumenti a supporto della didattica

Board, projector and bioinformatic lab

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Candela