Introduzione alla Bioinformatica. Origine e sviluppo della Bioinformatica.
Relazione tra Scienze "omiche" e Bioinformatica. Oggetto di studio della
Bioinformatica. Bioinformatica e Genomica. Progetto Genoma umano.
Concetto di analisi di sequenza. Gene finding e Genome assembly.
Annotazione di genoma. Elaborazione banche dati genomiche.
Comparazione e Variabilità genica e genomica. Ruolo della Bioinformatica
in: Filogenesi ed evoluzione, Genetica di popolazione e Biodiversità,
Archeologia genetica: Eva mitocondriale. Integrazione dati genomici
tramite applicazioni bioinformatiche. Malattie di tipo mendeliano e loro
variabilità fenotipica secondo differente background genico (es.
Osteogenesi imperfetta), studi di associazione genome-wide (GWAS)
(ipercolesterolemia, diabete di tipo I, ipertensione e morbo di Crohn).
Metagenomica e Metatrascrittomica. Microbioma e implicazioni cliniche
(obesità). Teoria dei sistemi e complessità biologica. Systems Biology:
Scienza della complessità, computational modelling, integrazione
discipline e dati. "Evoluzione" tools bioinformatici e flusso nozionistico in
ambito genomico, trascrittomico e proteomico. La Bioinformatica e il
complesso dinamismo proteico. Proteomica e Genomica a confronto.
Functional analysis. Cluster analysis: risorsa bionformatica DAVID;
pathway analysis: MetaCore, SRING. Matrici di espressione. Internet,
World Wide Web, server web, web browser, URL, pagine web, ipertesto,
sito web, motori di ricerca. Parole chiave e operatori booleani. Banche
dati: unità strutturali e logica, qualità e concetto di ridondanza,
archiviazione e divulgazione. Banche dati in Biologia Molecolare. Banche
dati primarie e secondarie. INSDC: EMBL, GenBank e DDBJ; dbEST. NCBI
(National Centre for Biotechnology Information), Entrez e NCBI databases.
Medline e PubMed (PubMed Central). Ricerche bibliografiche in PubMed .
Risorsa bioinformatica ExPASy: tools e databases per applicazioni in
ambiti di Scienze della Vita. UniProt consortium (EMBL-EBI, SIB, PIR).
UniProtKB: SwissProt e TrEMBL database. UniRef, UniParc, UniMES,
Proteomes. Gene Ontology (GO). Modalità di annotazione funzionale di
una sequenza: automatica e manuale. Database secondari principali:
PROSITE, HAMAP, IntEnz, IntAct, InterPro, PRIDE, PeptideAtlas, PDB. Altri
database: Pfam, PRINTS, ProDom, SMART, TIGRFAMs, PIRSF,
SUPERFAMILY, CATH-Gene3D, PANTHER Treefarm, PhylomeDB. Principi di
elettroforesi bidimensionale, database Swiss-2D-PAGE e Siena-2D-PAGE.
Principi di Spettrometria di Massa: peptide mass fingerprinting e massa in
tandem, utilizzo software Mascot. Identificazioni intra- e inter-specie.
Analisi di sequenza tramite tools specifici reperibili in ExPASy, quali:
Compute pI/Mw, NetPhos, PeptideCutter e PeptideMass. Dalla
classificazione su base morfologica a quella su base molecolare. Modelli
evolutivi: deterministico e stocastico. Deriva genetica. Evoluzione
divergente e convergente. Mutazioni in avanti e reversioni. Duplicazione
genica, gli pseudogeni. Famiglie e superfamiglie geniche/proteiche.
Concetto di similarità, identità, omologia (paralogia, ortologia, xenologia).
Evoluzione proteica: orologio molecolare, fissazione della mutazione
(aree calde e aree fredde), inserzioni e delezioni (concetto di gap).
Concetto di allineamento: perchè allineare due o più sequenze proteiche
(geniche). Predizione funzionale della sequenza. Allineamento manuale,
globale e locale. Dot plot, Matrici di sostituzione: PAM e BLOSUM.
Algoritmi di allineamento dinamici ed euristici. Programmi di
allineamento: FASTA e BLAST. Allineamento di sequenze proteiche
tramite il programma di allineamento BLASTp. Valutazione qualità di
allineamento prodotto (significatività statistica e biologica), annotazione
funzionale di sequenze.