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:

Introduzione generale: metagenomica, ecosistemi microbici e microbiomi — definizioni, importanza e applicazioni; principali aspetti tecnici; obiettivi di uno studio metagenomico; tipologie di studi metagenomici; sequenziamento NGS; piattaforme NGS di seconda e terza generazione.

Sequenziamento NGS: campionamento; estrazione del DNA da diverse matrici (suolo, aria, acqua e campioni biologici); multiplexing e preparazione delle librerie; reazione di sequenziamento NGS; sequenziamento del gene marcatore 16S e metagenomica shotgun.

Analisi bioinformatica: demultiplexing; filtraggio di qualità; mappatura delle letture; ricostruzione dei contig; assegnazione ai database di riferimento; costruzione de novo di specie metagenomiche e modelli metabolici su scala genomica.

Biostatistica: statistica multivariata; ordinamento esplorativo; clustering; correlazione canonica; metodi discriminanti e machine learning; analisi della varianza; test di permutazione; costruzione e topologia di reti.

Regole ecologiche e dinamiche dominanti delle comunità microbiche.

Il microbioma umano: ruolo nella biologia umana, traiettoria coevolutiva, impatto della modernizzazione e medicina personalizzata.

I microbiomi terrestri: centralità ecologica, microbiomi ambientali e animali, ruolo nella biologia delle piante e connessioni con i cambiamenti globali.

Paleometagenomica: dal paleobioprospecting ai registri paleoclimatici e alla coevoluzione a lungo termine.

Biotecnologia del microbioma: applicazioni basate sul microbioma per una produzione alimentare più sostenibile; sviluppo di bioprocessi e bioconversioni microbiome-based per la valorizzazione dei sottoprodotti nell’economia circolare.

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