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Oggetto:
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Biochemistry

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Biochemistry

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Academic year 2022/2023

Course ID
BIO0108B Pds 308-BIDD
Teacher
Riccardo Taulli (Lecturer)
Degree course
[0101M22] Molecular Biotechnology
Year
1st year
Teaching period
To be defined
Type
Distinctive
Credits/Recognition
5
Course disciplinary sector (SSD)
BIO/10 - biochemistry
Delivery
Formal authority
Language
English
Attendance
Obligatory
Type of examination
Written and oral
Type of learning unit
modulo
Modular course
PHYSIOLOGY - BIOCHEMISTRY (BIO0108 Pds 308-BIDD)
Oggetto:

Sommario del corso

Oggetto:

Course objectives

Biochemistry
Educational Aims

The aim of this course is to provide molecular knowledge on the biochemistry of the senses: smell, taste, sight, hearing and touch. In particular, the course will provide the tools to translate these skills in medical and industrial biotechnology. In the second part, the course will explore the phenomenon of drug tolerance, an atavistic mechanism of resistance to pharmacological treatments (including also molecular regimens), a process that shares single-cell organisms, as bacteria, with also cancer cells.

Biochimica
Obiettivi formativi

Lo scopo di questo corso è quello di fornire le conoscenze molecolari sulla biochimica dei sensi: olfatto, gusto, vista, udito e tatto.  In particolare l’insegnamento fornirà gli strumenti per traslare tali competenze nel settore delle biotecnologie mediche ed industriali. Nella seconda parte il corso approfondirà il fenomeno della “drug tolerance”, un meccanismo atavico di resistenza ai trattamenti farmacologici (anche molecolari di ultima generazione) che accumuna gli organismi unicellulari per eccellenza, i batteri, ma anche le cellule tumorali.

Oggetto:

Results of learning outcomes

Biochemistry
Expected results

It is expected that the student will become acquainted with: 1) the molecular mechanism underlying smell, taste, sight, hearing and touch,  2) how to generate an bio-electronic instrument, 3) the molecular mechanism underlying the status of persistence in bacteria and in cancer cells, 4) the potential clinical applications of these knowledges.

Biochimica
Risultati attesi

E' atteso che lo studente  apprenda: 1) i meccanismi molecolari alla base della percezione dell’ olfatto, gusto, vista, udito e tatto, 2) come generare uno strumento bio-elettronico, 3)  i meccanismi molecolari alla base dello stato di persistenza, 4) le applicazioni cliniche di tali conoscenze.

 

Oggetto:

Program

• The biochemistry of the senses. The sense of smell. The biochemistry of the olfactory receptors. The mechanisms of activation and modulation of the signal in the olfactory receptors.
• The discoveries of Nobel Prize winner R. Axel and L. Buck on the topographical map of the sense of smell. The various animal models for understanding the olfactory map. Introduction to the electronic nose.
• The various types of electronic nose sensors. The development and possible applications in the biotechnology of the electronic nose. The role of the sense of smell in Drosophila hematopoiesis.
• The development of the bioelectronic nose through the use of nanovesicles (NvBN). Applications and use of NvBNs to identify tumor biomarkers.
• The possible diagnostic and prognostic use of the electronic nose in the diagnosis of mesothelioma and its use to evaluate the response to immunotherapy.
• The perception of the sense of taste. The taste bud and the taste perception mechanism in type I, II, III cells.
• The translation of the signal into taste. The electronic language. The sense of vision: rhodopsin. The conversion of the light signal into an electrical impulse. Cones and rods. Color blindness.
• Hearing and inner ear. The functioning of stereocilia and the activation of mechanically sensitive potassium channels. The role of Notch in the regeneration of auditory hair cells. The sense of touch. The capsaicin receptor and the sensation of pain, temperature and acidity. The role of the piezo2 receptor in the transfer of mechanical force.
• Introduction to the concept of "noise in biology and bet hedging". The phenotype adaptation in bacteria.
• The discovery of "drug tolerant persisters" in bacteria.
• The role of chance and the metabolic adaptation capacity in bacterial persisters
• The role of the threshold effect in the TA module of bacteria. The role of microRNAs in controlling the threshold effect: use of the reporters genes model.
• The control of the identity and phenotypic variability of stem cells by the microRNA-dependent threshold effect.
• Analogies between bacteria and cancer cells in drug resistance mechanisms. The "tumor cell seeding" process. Introduction to precision medicine and resistance mechanisms in tumors.
• The role of drug tolerant persisters in precision medicine. Epigenetic change as a survival mechanism for persistent cells.
• The different models that explain the role of persisters in the development of acquired resistance to target molecular pharmacies.
• The fundamentals of cancer metabolism. The Warburg effect, aerobic glycolysis. Dysregulation of control mechanisms in metabolic pathways. The role of ATP in the control of glycolysis and in aerobic glycolysis. Cancer Metabolism as a therepeutic target to overcome drug resistance

 

  • La biochimica dei sensi. Il senso dell'olfatto. La biochimica del recettori olfattivi. Il meccanismi di attivazione e di modulazione del segnale nei recettori olfattivi.
  • Le scoperta del premio Nobel R. Axel e L. Buck sulla mappa topografica dell'olfatto. I vari modelli animali per la comprensione della mappa olfattiva. Introduzione al naso elettronico.
  • I vari tipi di sensori del naso elettronico. Lo sviluppo e le possibili applicazioni nelle biotecnologie del naso elettronico. Il ruolo dell'olfatto nell'ematopoiesi della drosofila.
  • Lo sviluppo del naso bioelettronico mediante l'uso delle nanovescicole (NvBN). Applicazioni e utilizzo dei NvBN per identificare i biomarcatori tumorali.
  • Il possibile uso diagnostico e prognostico del naso elettronico nella diagnosi del mesotelioma e il suo utilizzo per valutare la risposta all'immunoterapia.
  • La percezione del senso del gusto. La papilla gustativa e il meccanismo di percezione del gusto nelle cellule di tipo I,II,III.
  • La traduzione del segnale nel gusto. La lingua elettronica. Il senso della visione: la rodopsina. La conversione del segnale luminoso in impulso elettrico. I coni e i bastoncelli. Il daltonismo.
  • L'udito e l'orecchio interno. Il funzionamento delle stereocilia e l'attivazione dei canali al potassio meccano-sensibili. Il ruolo di Notch nella rigenerazione delle cellule ciliate uditive. Il tatto. Il recettore della capsaicina e la sensazione di dolore, temperatura e acidità. Il ruolo del recettore piezo2 nella trasduzione della forza meccanica.
  • Introduzione al concetto di "noise in biology and bet hedging". L'adattamento fenotipo nei batteri.
  • La scoperta dei "drug tollerant persisters" nei batteri.
  • Il ruolo del caso e la capacità di adattamento metabolico nei persisters batterici
  • Il ruolo dell'effetto soglia nel modulo TA dei batteri. Il ruolo dei microRNAs nel controllo dell'effetto soglia: uso del modello dei geni reporters.
  • Il controllo dell'identità e della variabilità fenotipica delle cellule staminali ad opera dell'effetto soglia microRNA-dipendente.
  • Analogie tra i batteri e le cellule tumorali nei meccanismi di resistenza ai farmaci. Il processo di "tumor cell seeding". Introduzione alla medicina di precisione e ai meccanismi di resistenza nei tumori.
  • Il ruolo dei "drug tollerant persisters" nella medicina di precisione. Il cambiamento epigenetico come meccanismo di sopravvivenza delle cellule persistenti.
  • I diversi modelli che spiegano il ruolo dei persisters nello sviluppo della resistenza acquisita ai farmacia bersaglio molecolare.
  • I fondamenti del metabolismo del cancro. Il Warburg effect, la glicolisi aerobia. La disregolazione dei meccanismi di controllo nei pathways metabolici. Il ruolo del ATP nel controllo della glicolisi e nella glicolisi aerobia. Il metabolismo tumorale come bersaglio terapeutico per superare la resistenza ai farmaci

 

 

 

Oggetto:

Course delivery

 

 

The course will consist of a series of introductory lectures on the topics illustrated in the Syllabus given by the Professor, using power point slides which will be made available to the students.  The students will also receive the relevant bibliography, which will be useful to prepare their own presentations which will be discussed during the second part of the course and will be centered on the most most  important topics, chosen with the help of the Professor. The Course can also be followed remotely for the entire program.

Il corso consisterà di ciclo introduttivo di lezioni durante le quali la docente svolgerà  gli argomenti del programma illustrandoli mediante diapositive power point che saranno messe a disposizione degli studenti. Queste saranno  corredate dall'indicazione di reviews e articoli recenti che gli studenti potranno utilizzare per la preparazione delle loro presentazioni (discusse a lezione nella seconda parte del corso) in cui verrà richiesto di approfondire i più importanti argomenti concordandone la scelta con il docente. L'insegnamento potrà anche essere seguito a distanza per l’intero programma.

 

Oggetto:

Learning assessment methods

Biochemistry

 

Each student will provide an oral presentation (max 30 min), using power point slides, in which the most recent scientific articles, from a list proposed also by the teacher, will be discussed together. The students are invited to start their presentation with an adequate introduction. After the oral presentation there will be a session of questions based on the principal topics of the course. This presentation will provide a bonus (1 score max.) for the exam.

 

The exam will consist of:

-either a written test including 4 open questions (score from 0 to 7 according to the accuracy of the answer) and 4 multiple choice questions (score 1)

 

-or an oral examination where each student will be asked questions on the main topics of the program carried out during classes.

 

Specifically, will be evaluated the capability to discuss in depth and properly the main topics of the course, including also logic, reasoning ability, criticism, quality of the exposure and the appropriateness in the use of scientific terminology

Biochimica

Ciascuno studente preparerà una presentazione orale (max 30 min), utilizzando diapositive power point, in cui verrà discusso  gli articoli scientifici più recentitratti da una lista proposta anche dal docente. 
Gli studenti sono invitati ad iniziare la loro presentazione con un'adeguata introduzione. Dopo la presentazione orale seguirà una sessione di domande sui principali argomenti del corso. Questa presentazione fornirà un bonus (1 punteggio massimo) per l'esame.

 

L'esame consisterà in:

- una prova scritta comprendente 4 domande aperte (punteggio da 0 a 7 in base alla correttezza della risposta) e 4 domande a risposta multipla (punteggio 1)

-oppure una prova orale in cui ad ogni studente verranno poste domande sui principali argomenti del programma svolto durante le lezioni.

Nello specifico, sarà valutata la capacità di discutere in modo approfondito e corretto i principali argomenti del corso, includendo anche la logica, la capacità di ragionamento, la critica, la qualità dell'esposizione e l'appropriatezza nell'uso della terminologia scientifica

 

Suggested readings and bibliography



Oggetto:
Libro
Title:  
Biochimica
Year of publication:  
2020
Publisher:  
Zanichelli
Author:  
Jeremy M Berg, John L Tymoczko, Gregory J. Gatto, Lubert Stryer
Required:  
Si
Oggetto:

Original scientific articles will be illustrated during classes. Power point presentations of the lectures will be made available to the students.  A list of recent articles will be provided, from which each student will select a few for the oral presentation. A list of reviews will be also provided.

  • The availability of digital texts has been requested at the library service of the University

 

 

 



Oggetto:

Notes

Le modalità di svolgimento dell'attività didattica potranno subire variazioni in base alle limitazioni imposte dalla crisi sanitaria in corso. In ogni caso è assicurata la modalità a distanza per tutto l'anno accademico

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    Last update: 20/07/2022 22:45
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