PRESENTAZIONE

Negli ultimi anni la libera circolazione di persone, delle merci e il crescente mercato di acquisti online sta rendendo sempre più necessario il ricorso a tecniche molecolari biotecnologiche a salvaguardia di settori sempre più numerosi della vita collettività. Tra le diverse tematiche a cui questa proposta in ambito biosicurezza vorrebbe rivolgersi sono: 1) Sicurezza della salute umana 2) monitoraggio della diffusione di specie provenienti da diverse ecoregioni/ecozone 3) Uso di approcci biotecnologici integrati 4) Messa a punto di approcci biotecnologici volti ad identificare tracce di nuove sostanze proibite 5) Messa a punto di tools biotecnologici per il monitoraggio di eventuali infezioni o contaminazioni in allevamenti sia vegetali che animali di interesse alimentare.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso ha come obiettivo di ampliare le conoscenze sui più attuali sistemi di monitoraggio della biosicurezza sempre più usati nella ricerca, ma anche nel controllo della circolazione delle merci, dei prodotti commercializzati in rete, delle sofisticazioni e delle frodi. 

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Il corso ha come obiettivo di ampliare le conoscenze sui più attuali sistemi di monitoraggio della biosicurezza sempre più usati nella ricerca, ma anche nel controllo della circolazione delle merci, dei prodotti commercializzati in rete, delle sofisticazioni e delle frodi. 

In particolare verranno trattati argomenti quali:

• Biosicurezza: Concetti generali e introduttivi;
• DNA profiling e suoi usi;
• Chimica e biochimica in biosicurezza;
• Microbiologia, Parassitologia e virologia in biosicurezza;
• Il DNA barcoding e la determinazione delle specie;
• La Real-Time PCR e la determinazione quantitativa di specie occultate in miscele e/o alimenti trasformati;
• Miniaturizzazione degli strumenti e analisi sul campo;
• Vantaggi e pericoli della Open Science. Il Biohackeraggio;
• Migrazioni di organismi e pericoli per la salute umana, animale e ambientale;
• La sicurezza nei laboratori di ricerca e la sicurezza dei prodotti della ricerca.

AL TERMINE LO STUDENTE SARA’ IN GRADO DI:

• Conoscere le modalità di analisi scientifica per la gestione di prodotti commerciali e alimentari;
• Conoscere vantaggi e svantaggi dei sistemi di gestione aperta delle informazioni scientifiche;
• Avere le conoscenze di base per poter affrontare le problematiche di biosicurezza, con le tecniche apopropriate e con verifica sperimentale ed esercitazioni in laboratorio;

PREREQUISITI

Gli studenti dovranno essere in possesso di nozioni di base di chimica, biochimica, biologia cellulare e colture cellulari.

MODALITA' DIDATTICHE

Il corso è costituito da 12 lezioni frontali di 2 ore ciascuna e 4 pomeriggi di 4 ore ciascuno in laboratorio

PROGRAMMA/CONTENUTO

Lezione 1: Concetti generali e introduttivi

-           Introduzione alla biosicurezza. Concetti generali.

-          Globalizzazione, circolazione merci e organismi viventi, Open Science e controllo dell’uso          delle informazioni scientifiche. La Genetica “DIY” e il biohackering, Cenni e         commercializzazioni.

-          Approccio integrato per la biosicurezza: Perché Genetica, Biologia, Chimica, Microbiologia        lavorano insieme. Alcuni casi pratici di problematiche trattate con approcci integrati e      necessità di integrazione delle informazioni.

-          Breve introduzione generale alle tecnologie e metodologie utilizzate e loro usi.

-          Il laboratorio sul campo. Evoluzione di sistemi e strumenti da trasferire sul campo con vantaggi per il tempo di risposta, la fruibilità e i costi. Smartphone e miniaturizzazione.

Lezione 2: DNA profiling e suoi usi

-          Tecniche di campionamento in diversi ambienti e pericolo della contaminazione. 

-          Diverse tecniche di estrazione di acidi nucleici e proteine di origine animale, vegetale,   batterica o virale; estrazione di molecole presenti in tracce. 

-          Il DNA Fingerprinting. Minisatelliti, Microsatelliti, Rapd, sistemi commerciali diversi di   amplificazione di STR in organismi eucariotici.

-          Discussione di casi e possibili usi in diversi campi: forense, alimentare, giuridico ed        economico.

-          DNA fingerprinting vegetale individuale. Discussione di casi.

Lezione 3: Chimica e biochimica in biosicurezza

-          Chimica e biochimica per identificazione di molecole in tracce.

-          Tecniche in uso: Spettrometria di massa, Fingerprinting chimico.

-          Utilizzi.

-          Casi pratici di proteine specifiche di alcune piante o animali e loro individuazione a fini di          sicurezza alimentare, forensi e/o commerciali. Discussione di casi (Olio di oliva italiano e      spettrometria RAMAN/NIR). Il problema del Blend (Miscele). 

Lezione 4: Microbiologia, Parassitologia e virologia al lavoro insieme

-          Microbiologia, parassitologia e virologia nella filiera alimentare. Le zoonosi. Metodi       usati per il monitoraggio. I prioni. Discussione di casi di contaminazione. Discussione di casi di infezione. Monitoraggio di epidemie in specie ad uso alimentare. West Nile, Sars-Cov-2,        Ebola ecc. Peste suina africana. Ipotesi dell’abbassamento immunitario in pippistrelli.

Lezione 5: il DNA barcoding e la determinazione delle specie in biosicurezza

-          Frodi alimentari e adulterazione di cibi: Sostituzione di specie, diluizione con specie diversa.

            Aspetti economici, aspetti nutrizionali e possibili risvolti sanitari. Es° di infrazione           brevettuale. 

-          Tecniche di individuazione delle specie: il DNA Barcoding. Utilità applicazioni e Discussione       di casi. Identificazione di cultivar diversi in campo vegetale. Un caso di interesse forense: i      diversi cultivar di canapa con differenti contenuti di alcaloidi. Adulterazione di formaggi.             Altri esempi.

Lezione 6: la Real-Time PCR e la determinazione quantitativa di specie occultate in miscele e/o alimenti trasformati

-          Identificazione di specie diverse tramite Real-Time PCR specie-specifica. 

            Possibilità di valutazione quantitativa di specie illegali occultate in miscele. Il caso del    Peganum Harmala. 

-          Utilizzo di sonde allele-specifiche.

-          Le piante adattogene, le piante psicotrope e la diffusione e commercializzazione in rete.           Droghe etniche e NPS.

-          Piante velenose e problemi per la salute umana. Casi. Monitoraggio tracce.

-          

Lezione 7: Miniaturizzazione degli strumenti. Analisi sul campo

-          Mini Real-Time PCR, 

-          Minisequenziamenti

-          Biosensori

-          PCR colorimetrica (Nanotecnologie in campo)

-          Narcotest colorimetrici

-          Smartphone e lentine. Il progetto Algawarning. 

-          L’analisi in remoto

-          Smartphone e analisi vetrini in zone impervie (individuazione di protisti)

Lezione 8: dalla pirateria informatica a quella biologica. Pericoli e rimedi

-          Open Science/Open Access: vantaggi e pericoli.

-          Il sistema crispr-cas9

-          Biohackering. Casi eclatanti.

-          Possibilità etnospecifiche

-          Resistenze antibiotiche e kit in vendita. 

-          Aspetti giuridici della transgenesi

-          Bioterrorismo: I principali agenti biologici.   

Lezione 9: La valutazione della tossicità e l’individuazione di nuove sostanze/prodotti rischiosi per         la salute

-          Metodi di valutazione della tossicità in vitro. 

-          MTT, Neutral reed Uptake, MEA, Narcotests, saggi colorimetrici specifici. 

-          Tossicologia in vitro su sostanze a rischio.

Lezione 10: Migrazioni di organismi e pericoli per la salute umana, animale e ambientale

-          Il sequenziamento in biosicurezza. 

-          Sequenziamento a nanopori e analisi sul campo

-          Identificazioni di profili di popolazioni batteriche contaminate da ceppi alloctoni. 

-          Esempi di sbilanciamenti ed effetti sulla salute umana e animale.

-          Pericolo per le specie autoctone e gli equilibri ecologici con l’introduzione di specie       eucariotiche alloctone. Progetto LIFE Asap.

-          Esempio dei pippistrelli e della resistenza ai virus. Discussione di casi di trasmissione     animale. (West Nile, Ebola, e altri).

-          Ecozone: problemi per organismi sia vegetali che animali di interesse alimentare.          l’approccio one health.

Lezione 11: La sicurezza nei laboratori di ricerca e la sicurezza dei prodotti della ricerca

-          Biosicurezza di prodotti di laboratorio: cellule, anticorpi monoclonali, vaccini a RNA,      liposomi. Sicurezza del sangue e dei suoi derivati (gel piastrinico). Possibilità future per          organoidi e ingegneria dei tessuti.

-          Discussione di casi nuovi presentati dagli studenti e loro idee di soluzioni possibili.

Lezione 12: Brainstorming; al lavoro tutti insieme

-          Discussione di casi reali presentati e scelti dagli studenti

ESERCITAZIONI

Esercitazione 1; (4 h): Determinazione della carica transgenica di un prodotto alimentare

-          Occorre identificazione e quantificazione di un transgene in un prodotto commerciale di           origine vegetale. Il caso della soia transgenica. Breve introduzione agli aspetti legali ed          economici del caso. 

            In pratica: a) Estrazione del campione di DNA. B) Reazione di amplificazione tramite Real-        Time PCR Quantitativa. 3) Analisi dei risultati e valutazione della quantità di transgene   presente nel   campione.

Esercitazione 2; (4h): DNA Profiling. Fingerprinting di caso costruito. 

            Eseguiremo un profilo di DNA di diversi campioni   identificando il “Match”e risolvendo il          quesito.

            In pratica: eseguiremo PCR di STR e elettroferogramma ed analizzeremo i profili ottenuti

Esercitazione 3; (4h): Identificazione quantitativa di una smart drug occultata in una miscela (Blend) di erbe legali o in un integratore alimentare 

            Analizzeremo un integratore miscela di erbe per identificare e quantificare il contenuto di        una specie pericolosa

            In pratica: eseguiremo estrazione di DNA e. una serie di Real-Time PCR costruendo una            taratura del sistema e verificando la percentuale della specie occultata nella miscela

Esercitazione 4; (4h): Identificazione quantitativa di una specie in un prodotto trasformato e verifica di quanto dichiarato in etichetta.

            Analizzeremo dei prodotti alimentari trasformati e lavorati per mettere in evidenza       eventuali sostituzioni di specie e/o diluizioni di specie che configurino frodi commerciali e potenziali pericoli per la salute eseguendo reazioni di PCR specie-specifiche.

            In pratica: utilizzeremo reazioni di PCR specie-specifiche per mettere in evidenza          adulterazioni in campioni commerciali 

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale verrà fornito dal docente e caricato su aulaweb

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

ALDO PAGANO (Presidente)

PAOLO GIANNONI

STEFANO VANIN

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Terzo anno secondo semestre

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

l'esame verrà svolto con modalità Scritta (Test a scelta multipla) e eventuale integrazione orale quando ritenuta necessaria dal docente

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

l'esame verrà svolto con modalità Scritta (Test a scelta multipla) e eventuale integrazione orale quando ritenuta necessaria dal docente