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

SCHEMA I MODULO (docente: Ferdinando Bersani)

 

(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)

 

SCHEMA II MODULO (Docente: Gastone Castellani)

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

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 rispettivamente sul primo e secondo modulo.

Strumenti a supporto della didattica

Si terranno visite a vari laboratori biologici e biomedici dell'Università di Bologna, con particolare riferimento al Laboratorio di Biofisica presso il DIpartimento di Fisica (vedi programma).

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Ferdinando Bersani

Consulta il sito web di Gastone Castellani