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Oggetto:

Tecniche biomolecolari applicate all'ambiente

Oggetto:

Biomolecular techniques applied to the environment

Oggetto:

Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
SVB0244
Docenti
Prof. Mariangela Girlanda
Dr. Alex Laini
Dott.ssa Silvia Bonetta
Corso di studio
[f008-c508] LM in Biologia dell'Ambiente (Classe LM-06)
Anno
1° anno
Periodo
II semestre
Tipologia
Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
BIO/03 - botanica ambientale e applicata
BIO/05 - zoologia
MED/42 - igiene generale e applicata
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Lezioni facoltative e esercitazioni obbligatorie
Tipologia esame
Scritto
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Obiettivo generale è fornire gli strumenti teorico-pratici per l’applicazione alla biologia ambientale di tecniche biomolecolari finalizzate all’identificazione, caratterizzazione e tracciamento sia di singole entità d’interesse sia di comunità di organismi. L'insegnamento concorre pertanto agli obiettivi formativi del corso di Laurea magistrale in Biologia dell'Ambiente, contribuendo allo sviluppo della capacità del Biologo Ambientale di individuare e valutare le risorse biologiche nei sistemi ambientali naturali e antropizzati, diagnosticare e prevenire le alterazioni ambientali di origine naturale e antropica, nonché predisporre piani sperimentali per la rilevazione di componenti biotiche e per il monitoraggio ambientale. Le nozioni apprese saranno propedeutiche in vista di un possibile impiego in studi di consulenza, enti pubblici o della continuazione degli studi.

 

This course provides practical and theoretical knowledge about biomolecular techniques for the identification, characterization and tracing of entities of interest as well as ecological communities. This course thus contributes to the learning objective of the master's degree in Environmental Biology, providing Environmental Biologists with the basic skills i) to identify and evaluate biological resources in both natural and altered environments, ii) to detect and prevent environmental degradation and iii) to plan monitoring programs for evaluating target biological entities. The knowledge acquired during this course is preparatory for working outside or inside the Academia.

 

 

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente dovrà essere in grado di:

  • Elencare e descrivere le tecniche sperimentali e bioinformatiche necessarie per estrarre l’informazione genetica in una modalità utile agli studi ambientali
  • Conoscere i principi dell'identificazione molecolare
  • Comprendere le principali tecniche bio-molecolari impiegate in Igiene Ambientale per la valutazione dei rischi igienico-sanitari di origine microbica (in particolare associati alle matrici acquose)
  • Descrivere i principali campi di applicazione delle tecniche biomolecolari utilizzate in ambito zoologico e microbiologico

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

  • Applicare in autonomia l’analisi dei dati ottenuti attraverso le tecniche illustrate
  • Applicare le principali tecniche bioinformatiche imparate durante il corso a nuovi dataset

Autonomia di giudizio

  • Capacità di interpretare e valutare criticamente i risultati di analisi molecolari applicate a campioni ambientali

Abilità comunicative

  • Capacità di illustrare i risultati delle analisi tramite terminologia appropriata

Capacità di apprendimento

  • capacità di valutare ed interpretare i dati analitici prodotti dalle analisi biomolecolari affrontate nell’insegnamento e valutare le eventuali relazioni di associazione

Knowledge and understanding
At the end of the course the student will be able to:

  • List and describe the main bioinformatic tools to get genetic information useful for environmental studies
  • Understand the principles of molecular identification
  • Understand the main bio-molecular techniques used in environmental hygiene for the assessment of health and risks of microbial origin for human health associated with aqueous matrices
  • Describe main application fields of the biomolecular tools used in zoological and microbiological studies

Ability to apply knowledge and understanding
At the end of the course the student will be able to:

  • Apply bioinformatic techniques to new datasets
  • Apply data analysis techniques to datasets obtained from metabarcoding

Autonomy of judgement
At the end of the course the student will be able to:

  • Critically evaluate the results obtained from bioinformatic analysis of environmental samples

Communication skill
At the end of the course the student will be able to:

  • acquire the ability to critically present the results obtained

Learning skills
At the end of the course the student will be able to:

  • evaluate the analytical data produced by the biomolecular analysis presented in the teaching and any association relationships
Oggetto:

Programma

L’insegnamento si articola in tre moduli complementari mirati a illustrare applicazioni delle tecniche molecolari in ambiti diversi.

Modulo Tecniche biomolecolari nell'Igiene Ambientale
Principali tecniche biomolecolari applicate allo studio dei rischi igienico-sanitari delle matrici ambientali con particolare riguardo alla matrice acqua. Principali tecniche di: concentrazione del campione, purificazione ed estrazione di acidi nucleici (DNA e RNA), metodiche molecolari (PCR, qPCR, qRT-PCR, DigitalPCR) impiegate per la ricerca di batteri, virus e protozoi patogeni nelle matrici acquose. Esempi di applicazioni delle tecniche bio-molecolari per valutazioni igienico-sanitarie in matrici acquose (es. Wastewater-based-epidemiology, antimicrobico-resistenza, efficacia trattamenti di depurazione).

ATTIVITA' DI LABORATORIO – Valutazione della presenza di geni associati all’antibiotico resistenza in campioni d’acqua con tecniche molecolari (PCR). Determinazione di virus (es. Sars-CoV-2, Adenovirus) o batteri (es. Legionella, VTEC) con metodi molecolari (qPCR) in campioni acquosi.

Modulo Tecniche applicate alla zoologia
Parte in comune con il modulo Tecniche meta-omiche applicate alle comunità microbiche:
Descrizione delle principali piattaforme per il sequenziamento genetico di nuova generazione (Next generation sequencing, NGS).
Tecniche bioinformatiche per estrarre le informazioni generate da metodi NGS (read quality, demultiplexing, trimming, reverse complement, forward-reverse merge, filter by length, expected error quality filtering). Descrizione dei concetti di OTU e ASV.
Assegnazione tassonomica delle sequenze attraverso l’interrogazione delle principali banche dati open-access.

Parte specifica
Principali tecniche meta-omiche utilizzate in ambito zoologico (metagenomica, metabarcoding) ed esempi di utilizzo.
Campi di applicazione del metabarcoding in ambito zoologico (ecologia di comunità, biomonitoraggio, DNA ambientale).
Scelta dei marcatori molecolari e descrizione delle metodiche di laboratorio per il metabarcoding, con particolare focus sugli invertebrati.
Phylogenetic placement.
Principali tecniche di analisi dei dataset ottenuti attraverso la tecnica del metabarcoding (comparazione dei risultati a diversi livelli tassonomici attraverso metodi univariati e multivariati, diversità filogenetica, UNIFRAC distance).

Modulo Tecniche meta-omiche applicate alle comunità microbiche
Analisi di metabarcoding delle comunità microbiche: per la parte metodologica (pipeline bioinformatica) si rimanda a quanto specificato per ill modulo di Tecniche applicate alla zoologia.

Parte specifica del modulo
Principi di campionamento per l’analisi delle comunità microbiche.
Marcatori molecolari utilizzati per l’identificazione dei microrganismi. Banche dati di riferimento.
Uso dei dati di metabarcoding per l’analisi dei network di associazione.
Altri approcci meta-omici: metagenomica, metatrascrittomica, metaproteomica.
Esempi di applicazione degli approcci meta-omici alla descrizione della diversità sistematica e funzionale dei microrganismi nell’ambiente (con particolare riferimento ai funghi). Il microbiota di piante e animali. Le comunità microbiche nelle diverse matrici (aria, acqua, suolo, materiali artificiali) in ambienti naturali e antropizzati. Biogeografia microbica.

 

This course covers three complementary modules showing the usage of biomolecular techniques in multiple fields of application:

Module 1: Biomolecular techniques In Environmental Hygiene
Main biomolecular techniques applied to the study of the human health risks of environmental matrices especially in water. Main techniques regarding sample concentration, purification and extraction of nucleic acids (DNA and RNA), molecular methods (PCR, qPCR, qRT-PCR, DigitalPCR) used for the detection of pathogenic bacteria, viruses and protozoa in water samples. Examples of applications of bio-molecular techniques utilised for human health assessments in water (eg Wastewater-based-epidemiology, antimicrobial-resistance, effectiveness of wastewater treatments).

LABORATORY ACTIVITIES - Evaluation of antibiotic resistance genes presence in water samples using molecular techniques (PCR). Determination of viruses (es. Sars-CoV-2, Adenovirus) or bacteria (es. Legionella, VTEC) by molecular methods (qPCR) in water.

Module 2: Techniques applied to Zoology
Shared with Meta-omics approaches applied to microbial communities:
Main platforms used for next generation sequencing (NGS).
Bioinformatic techniques to get genetic information from NGS outputs (read quality, demultiplexing, trimming, reverse complement, forward-reverse merge, filter by length, expected error quality filtering, subsetting). OTU and ASV concepts. Taxonomic assignment of genetic sequences through freely available sequence repositories.

Specific to Techniques applied to Zoology
Main meta-omics techniques used in zoology (metagenomics, metabarcoding) and usage examples.
Area of application of metabarcoding in zoology (community ecology, biomonitoring, environmental DNA).
Choice of molecular markers and description of laboratory techniques for metabarcoding, with a focus on invertebrates.
Phylogenetic placement.
Main data analysis techniques to be used with metabarcoding generated data (comparison among results obtained at multiple taxonomic levels with both univariate and multivariate techniques, phylogenetic diversity, UNIFRAC distance).

Module 3: Meta-omics approaches applied to microbial communities
Metabarcoding of microbial communities: the description of bioinformatic pipelines is shared with the module Techniques applied to Zoology.

Specific to Meta-omics approaches applied to microbial communities
Sampling of microbial communities for environmental studies.
Molecular markers for the identification of microorganisms. Reference databases.
Association network analysis with metabarcoding data.
Overview on other meta-omics approaches: metagenomics, metatranscriptomics, metaproteomics.
Case studies on meta-omics approaches for the description of taxonomic and functional diversity of microorganisms in environmental studies (with a focus on fungi). Microbiome of plants and animals. Microbial communities in different media (air, water, soil, artificial substrates) in both natural and man-modified environments. Microbial biogeography.

 

 

Oggetto:

Modalità di insegnamento

L’insegnamento prevede lezioni frontali ed attività pratiche/di laboratorio (come specificato nelle schede dei singoli moduli).
L’attività didattica sarà svolta in presenza. La modalità a distanza (in streaming) potrà essere introdotta su indicazione dell'Ateneo in base alle misure sanitarie relative allo sviluppo della pandemia di COVID-19.

 

This course includes both lectures and laboratory activities. All lessons will be delivered in presence. Alternative online teaching (by streaming) may be introduced according to the University recommendations related to the status of the COVID-19 pandemic.

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame prevede il superamento di una prova scritta per ciascun modulo (per i dettagli si vedano le schede dei singoli moduli).
Il voto complessivo consiste nella media dei tre voti. L'esame è superato se viene raggiunta la sufficienza (18/30) in tutte le parti.
Gli studenti con DSA sono invitati a prendere contatto con i docenti per concordare idonee modalità d'esame.
L’esame potrà essere condotto in modalità online (WebEx), nei casi e nelle modalità raccomandate dall'Ateneo in base alle misure sanitarie relative allo sviluppo della pandemia di COVID-19.

 

The evolution will be performed with a written test for each module (see module’s webpages for further information). The final score results from the mean value of each module’s score. The exam is passed if at least a score of 18/30 for each module is reached

Remote examinations may be introduced according to the University recommendations related to the status of the COVID-19 pandemic.

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Attività di supporto

Colloqui individuali previo appuntamento.

 

Individual interviews by appointment.

Testi consigliati e bibliografia



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Moduli didattici

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    Ultimo aggiornamento: 22/09/2022 18:00
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