Lo scopo del corso è introdurre i principi fondamentali di Biologia e Fisiologia vegetale per poi trasmettere le conoscenze inerenti ai metodi di biotecnologia avanzata che sottendono alla produzione di molecole importanti per la salute, con particolare enfasi all’utilizzo di sistemi vegetali come bioreattori. Il percorso formativo prevede inoltre la conoscenza di strategie di ingegneria genetica e ingegneria metabolica sviluppati in campo vegetale.

Gli obiettivi specifici di ogni modulo sono:

1.  Conoscere i fondamenti di Biologia e Biotecnologie vegetali

2.  Approfondire le tecniche per la generazione e caratterizzazione di bioreattori vegetali

3.  Utilizzo di organismi verdi per la produzione di biofarmaci importanti per immunità passiva e attiva

4.  Ottimizzazione della produzione di molecole bioattive di origine vegetale utili nella salvaguardia della salute umana.

MODULO 1: Introduzione all'uso delle piante come bioreattori

Presentazione al corso: dalle Scienze della vita alle Biotecnologie avanzate, dai farmaci tradizionali ai farmaci di ultima generazione

Fondamenti di Biologia vegetale: Principi di morfologia & fisiologia delle piante, Basi di biologia molecolare & biochimica delle piante

MODULO 2: Approfondimenti di biotecnologie vegetali

Principali metodi di modificazione genetica di organismi verdi; esempi di trasformazione stabile di genoma nucleare e plastidiale; esempi di trasformazione transiente mediata da agenti biologici

Piante Geneticamente Modificate: legislazione in EU e US, caratterizzazione mediante tecniche tradizionali e innovative (OMICS)

Manipolazione di geni dello sviluppo per l’ottimizzazione di piattaforme vegetali 

Produzione di proteine ricombinanti in pianta (biosintesi, modificazioni post-traduzionali, localizzazione cellulare)

MODULO 3: Produzione di proteine eterologhe in bioreattori vegetali

Complessi proteici & anticorpi

Vaccini ricombinanti & vaccini edibili

Trattamenti innovativi per malattie tropicali in espansione con il cambiamento climatico

MODULO 4: Applicazioni di Plant Molecular Farming

Ottimizzazione della biosintesi di molecole vegetali con proprietà anti-ossidanti e anti-infiammatorie (e.g., vitamine, curcuminoidi, carotenoidi, flavonoidi)

Miglioramento della produzione di molecole vegetali con proprietà anti-proliferative e attività sul sistema nervoso (e.g., terpenoidi, alcaloidi)

Progetti di ricerca in corso all’Orto Botanico di Urbino

Non sono previste propedeuticità. Si consiglia di aver precedentemente acquisito nozioni di base delle seguenti discipline: Biologia molecolare, Biochimica, Genetica.

Conoscenza e capacità di comprensione. Gli studenti dovranno aver assimilato in modo critico e approfondito le principali tematiche della fisiologia vegetale e dei meccanismi di biologia di base per poi introdurre le conoscenza inerenti alle tecniche di biotecnologia molecolare che sottendono alla produzione di biofarmaci e molecole bioattive.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate. Gli studente dovranno essere in grado di individuare le relazioni di causa-effetto tra l'introduzione o la manipolazione di geni esogeni/endogeni e la produzione e accumulo di prodotti di interesse farmaceutico/nutraceutico. Dovranno avere acquisito conoscenze sulle principali procedure metodologiche (biochimiche, biomolecolari e biotecnologiche) e strumentali utilizzate per la ricerca biologica e i loro campi di applicazione, nonché sviluppato un approccio scientifico alle problematiche bioetiche (OGM).

Autonomia di giudizio. Gli studenti dovranno essere in grado di interpretare e prevedere le risposte fisiologiche delle cellule vegetali alle biotecnologie, nonchè sviluppare conoscenze atte a comprendere il corretto ripiegamento, trasporto e siti di accumulo di proteine ricombinanti. Dimostrare consapevole autonomia di giudizio in riferimento a valutazione e interpretazione di dati sperimentali di laboratorio e capacità di comparazione con dati esistenti in letteratura.

Abilità comunicative. Gli studenti saranno preparati ad utilizzare un linguaggio tecnico specifico per comunicare informazioni e idee relative alle conoscenze apprese durante il corso. Acquisizione di adeguate competenze e strumenti per la comunicazione con riferimento a elaborazione e presentazione dati

Capacità di apprendere. Gli studenti, grazie alle competenze teoriche acquisite, saranno in grado di comprendere e discutere con senso critico gli aspetti salienti delle biotecnologie e biologia molecolare vegetale. Inoltre, grazie all’utilizzo delle banche dati disponibili saranno in grado di approfondire ed aggiornare le loro conoscenze. La verifica della capacità di applicare le conoscenze acquisite avverrà tramite: a) discussione in aula e risoluzione di problemi e b) superamento delle prove di esame.

Il materiale didattico predisposto dalla/dal docente in aggiunta ai testi consigliati (come ad esempio diapositive, dispense, esercizi, bibliografia) e le comunicazioni della/del docente specifiche per l'insegnamento sono reperibili all'interno della piattaforma Moodle › blended.uniurb.it

Laboratorio didattico (6h): esercitazioni pratiche sull'utilizzo di tecniche in vitro per la coltura di cellule/tessuti vegetali, micropropagazione di organismi vegetali, analisi (biologia molecolare, microscopia) di specie botaniche comunemente usate come bioreattori

Walking biology (2h): Visita guidata del giardino dei semplici dell’Orto botanico di Urbino, alla scoperta delle principali piante medicinali ed aromatiche studiate dal nostro gruppo di ricerca

Modalità didattiche

Il corso prevede lezioni frontali, seminari di approfondimento su tematiche attuali, verifica dell'apprendimento tramite presentazioni degli studenti 

La modalità didattica in presenza verrà arricchita con esercitazioni e approfondimenti, individuali e di gruppo.

Didattica innovativa

Problem-based learning: gli studenti prepareranno una proposta di progetto di ricerca volto a migliorare la produzione di un biofarmaco di interesse in sistemi vegetali, basandosi su conoscenze acquisite durante il corso e approfondimenti mediante ricerca bibliografica. I lavori presentati verranno discussi nel corso di lezioni partecipate

Debate: per quanto riguarda argomenti controversi come l'uso di piante geneticamente modificate, si organizzerà un dibattito in cui verranno discusse le criticità relative alle normative sugli OGM, la loro sicurezza per la salute dell'uomo e il pianeta, e vantaggi/svantaggi delle Biotecnologie verdi

Learning by doing: esercitazioni pratiche in laboratorio e riconoscimento di piante medicinali all'Orto botanico

Obblighi

Consigliata la partecipazione alle lezioni e alle esercitazioni

Testi di studio

Biopharmaceuticals in plants by Kathleen Laura Hefferon Taylor& Francis (2009)

Biotecnologie vegetali Pasqua G. Forni, C. Piccin (2022)

Diapositive della docente, con links a materiale didattico e divulgativo digitale (disponibile gratuitamente online).

Modalità di
accertamento

Colloquio orale. L'esame si articola su una serie di tre-quattro domande che richiedono la presentazione dei processi biotecnologici studiati, la discussione dell'argomento proposto e collegamenti con altri concetti in modo da valutare, oltre che le conoscenze acquisite e la capacità di ragionamento, anche le abilità comunicative e di risoluzione di problemi di natura pratica in accordo con quanto indicato dai descrittori di Dublino.

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.

Modalità didattiche

Il corso prevede lezioni frontali e seminari di approfondimento su tematiche attuali (materiale digitale relativo a disposizione sulla piattaforma Blended)

Obblighi

Consigliata la partecipazione a qualche sessione ibrida

Testi di studio

“per dare la possibilità alle studentesse e agli studenti non frequentanti di compensare con lo studio autonomo quanto è svolto durante le lezioni, sono indicati i seguenti materiali riferiti ai medesimi contenuti del programma ai fini di promuoverne la piena comprensione”.

Biopharmaceuticals in plants by Kathleen Laura Hefferon Taylor& Francis (2009)

Biotecnologie vegetali Pasqua G. Forni, C. Piccin (2022)

Diapositive della docente, con links a materiale didattico e divulgativo digitale (disponibile gratuitamente online).

Modalità di
accertamento

Colloquio orale. L'esame si articola su una serie di tre-quattro domande che richiedono la presentazione dei processi biotecnologici studiati, la discussione dell'argomento proposto e collegamenti con altri concetti in modo da valutare, oltre che le conoscenze acquisite e la capacità di ragionamento, anche le abilità comunicative e di risoluzione di problemi di natura pratica in accordo con quanto indicato dai descrittori di Dublino.

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.