Genetica e Biologia Molecolare - Genetics and Molecular Biology

FABRIZIO LOMBARDO

Obiettivi principali
L’insegnamento di Parassitologia Molecolare si propone di fornire agli studenti le conoscenze sui meccanismi molecolari alla base della biologia di parassiti e vettori, della loro patogenicità e della loro coevoluzione con l’ospite, con particolare interesse alle interazioni molecolari vettore-parassita e ospite-parassita. Verranno trattati protozoi, elminti ed artropodi parassiti dell’uomo, con particolare attenzione alla biologia molecolare dei vettori.
Le lezioni affronteranno diversi aspetti delle relazioni parassitologiche, a partire dagli aspetti biologici fondamentali fino ai meccanismi molecolari specifici della vita parassitaria, come per esempio l’evasione del sistema immunitario dell’ospite, la mimesi molecolare, la penetrazione nelle cellule ospiti, eccetera. Verranno trattati anche gli approcci biotecnologici (-omics, transgenesi, creazione di nuovi modelli sperimentali, ecc.) che hanno permesso negli ultimi anni di ampliare le conoscenze genomiche, genetiche, molecolari e biochimiche sui parassiti e sulle complesse interazioni tra diversi organismi eucariotici.

Obiettivi specifici
Al termine delle lezioni lo studente avrà acquisito le competenze biologiche di base sulla disciplina della Parassitologia e soprattutto le conoscenze specifiche sulle basi molecolari delle relazioni parassitologiche, delle interazioni vettore-parassita-ospite, del metabolismo e della patogenicità dei parassiti.
A) Conoscenza e capacità di comprensione.
Durante il corso, lo studente verrà guidato verso la comprensione dell’importanza dello studio della materia sia dal punto di vista della ricerca di base sia dal punto di vista delle numerose possibili applicazioni nella ricerca biomedica, considerato il notevole impatto delle malattie parassitarie (neglette e non) sulla sanità pubblica a livello globale.
B) Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Al termine delle lezioni, gli studenti avranno acquisito le competenze biologiche e terminologiche proprie della materia. Uno degli scopi dell’insegnamento è quello di fornire agli studenti strumenti utili per l’analisi di problemi e di quesiti biologici e per l’identificazione delle relative strategie molecolari utili per il loro studio.
C) Autonomia di giudizio.
Durante il corso verrà stimolata la capacità dello studente di applicare il metodo scientifico alla Parassitologia Molecolare. Molti aspetti delle interazioni molecolari che regolano la vita parassitaria con gli ospiti e con i vettori rappresentano infatti a tutt’oggi questioni aperte, oggetto di studio in numerosi laboratori nel mondo. Lo studente verrà incoraggiato a sviluppare la capacità di comprendere le questioni scientifiche, interpretare le strategie sperimentali intraprese e valutare le conclusioni raggiunte.

D) Abilità comunicative.
Il percorso formativo del corso prevede diversi momenti di comunicazione diretta dello studente al docente ed alla classe, per esempio attraverso l’approfondimento (in gruppi o singolarmente) e l’esposizione di specifici argomenti del programma. Lo studente verrà indirizzato verso la scelta della letteratura appropriata e sarà seguito nell’esposizione dello specifico approfondimento.
E) Capacità di apprendimento.
Le capacità di apprendimento verranno stimolate continuamente attraverso l’applicazione un metodo di studio integrato tra testi, materiale didattico fornito dal docente, articoli originali, reviews tematiche, in particolar modo attraverso la revisione della letteratura scientifica più recente.

Risultati di apprendimento attesi secondo gli indicatori di Dublino

1. Conoscenza e capacità di comprensione (Knowledge and understanding)
Al termine del corso, lo studente:
• conosce le basi della biologia dei parassiti di interesse umano, le nozioni essenziali di epidemiologia e patologia delle malattie che causano;
• possiede una conoscenza approfondita dei principi biologici e molecolari che regolano la vita dei parassiti e dei loro vettori;
• comprende i meccanismi molecolari alla base della patogenicità, dell’adattamento parassitario e delle interazioni vettore–parassita–ospite;
• conosce le tecniche biotecnologiche e -omiche (genomica, trascrittomica, proteomica, transgenesi) che hanno permesso di chiarire le basi molecolari delle relazioni parassitologiche;
• è in grado di collegare le conoscenze acquisite alla ricerca di base e biomedica, comprendendo l’impatto delle malattie parassitarie sulla salute pubblica.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (Applying knowledge and understanding)
Lo studente è in grado di:
• applicare le conoscenze acquisite per analizzare criticamente problemi biologici complessi relativi ai parassiti e ai vettori;
• individuare le strategie molecolari e metodologiche più adeguate per lo studio dei processi parassitari e delle loro interazioni;
• utilizzare in modo consapevole la terminologia tecnico-scientifica propria della Parassitologia Molecolare.

3. Autonomia di giudizio (Making judgements)
Lo studente sarà in grado di:
• applicare il metodo scientifico all’analisi di problemi aperti della Parassitologia Molecolare;
• valutare criticamente strategie sperimentali, risultati e interpretazioni della letteratura scientifica (anche attraverso l’insegnamento capovolto);
• sviluppare autonomia di pensiero e capacità di formulare ipotesi e giudizi indipendenti in ambito parassitologico e molecolare.

4. Abilità comunicative (Communication skills)
Al termine del corso, lo studente sarà in grado di:
• comunicare in modo chiaro ed efficace, durante il corso e la prova orale, concetti e risultati scientifici nel campo della Parassitologia Molecolare;
• presentare in modo sintetico e rigoroso un argomento specifico del programma, anche attraverso l’insegnamento capovolto, svolto in gruppo o individualmente;
• selezionare e utilizzare in modo appropriato la letteratura scientifica per supportare le proprie argomentazioni.

5. Capacità di apprendimento (Learning skills)
Lo studente dimostra di:
• saper integrare diverse fonti di apprendimento (libri di testo, articoli originali, materiale didattico, review tematiche);
• possedere la capacità di aggiornare autonomamente le proprie conoscenze sulla base della letteratura scientifica più recente;
• aver sviluppato un metodo di studio critico e autonomo, utile per la formazione continua e la ricerca scientifica nel campo della biologia molecolare dei parassiti e dei vettori.

Conoscenze di base di biologia, genetica, biologia molecolare e cellulare.

L’insegnamento si propone di approfondire i meccanismi molecolari alla base della biologia di parassiti e vettori, della loro patogenicità e della loro coevoluzione con l’ospite, con particolare interesse alle interazioni molecolari vettore-ospite-patogeno.
Di seguito, il programma dettagliato con un'indicazione della successione temporale degli argomenti:

1. Principi generali di Parassitologia (lezioni I e II)
a. Evoluzione del parassitismo; vie di trasmissione ed infezione
b. Epidemiologia e strategie di controllo di protozoi e metazoi parassiti
c. Impatto di parassiti e vettori sulla Sanità

2. Cicli vitali e principali processi metabolici coinvolti (lezioni II e III)
a. Meccanismi patogenetici; specificità parassitaria
b. Genomica dei parassiti

3. Principali meccanismi di evasione del sistema immunitario dell’ospite (lezioni III e IV)
a. Modulazione della risposta immunitaria dell’ospite
b. Strategie adottate da parassiti protozoi
c. Strategie adottate da parassiti metazoi

4. Invasione della cellula ospite: subphylum Apicomplexa (lezioni V, VI e VII)
a. Toxoplasma gondii, Cryptosporidium parvum, Plasmodium falciparum
b. Rimodellamento della cellula ospite
c. Secrezione di proteasi – esosomi e ncRNA – meccanismi ligando-recettore
d. Formazione del vacuolo parassitoforo: gliding, invasione ed egress; ruolo dei microdomini di membrana

5. Invasione della cellula ospite: famiglia Trypanosomatidae (lezioni VIII e IX)
a. Leishmania spp
b. Trypanosoma cruzi

6. Variazione antigenica (lezioni X e XI)
a. Plasmodium spp
b. Trypanosoma brucei

7. Mimesi molecolare nei metazoi (lezioni XII e XIII)
a. Schistosoma spp e filarie
b. Glicobiologia

8. Sviluppo di farmaci e vaccini (lezione XIV)
a. Plasmodium falciparum quale organismo modello

9. Maccanismi di resistenza ai farmaci (lezione XV)
a. Plasmodium falciparum
b. Leishmania spp
c. metazoi

10. Biologia dei vettori (lezioni XVI, XVII e XVIII)
a. Patogeni trasmessi da vettori: protozoi, metazoi, arbovirus
b. Trasmissione e basi molecolari della competenza vettoriale: interazioni vettore – ospite – patogeno
c. Vettori ed adattamenti degli artropodi all’ematofagia
d. Ruolo dell’immunità innata nelle interazioni vettore-patogeno
e. Basi molecolari della resistenza agli insetticidi

11. Manipolazione genetica di vettori e parassiti (lezione XIX)
a. Approcci transgenici al controllo dei vettori
b. Ruolo dei simbionti e paratransgenesi
c. Manipolazione genetica di parassiti di interesse sanitario: gene KO, gene KD, mutagenesi condizionale

12. Tassonomia molecolare ed evoluzione (lezione XX)

Almeno due lezioni verranno dedicate all'insegnamento capovolto.
Due lezioni verranno dedicate a seminari di docenti italiani o stranieri esperti di qualche tema del programma.

Materiale didattico disponibile sul sito http://elearning2.uniroma1.it/
Verranno messi a disposizione degli studenti i file pdf delle presentazioni utilizzate dal docente durante le lezioni. Inoltre, reviews aggiornate ed articoli originali sugli argomenti del programma verranno forniti agli studenti per la preparazione dell’esame.

Informazioni generali verranno ottenute dal materiale presente sui seguenti siti:
https://www.cdc.gov/dpdx/az.html
https://www.euro.who.int/en/health-topics/communicable-diseases/vector-borne-and-parasitic-diseases

Verranno utilizzati capitoli del seguente testo:
Molecular Parasitology - Protozoan Parasites and their Molecules
Julia Walochnik and Michael Duchêne
Springer Link, 2016

Reviews ed articoli su ogni argomento saranno disponibili sul sito: http://elearning2.uniroma1.it/

Lezioni frontali, seminari di docenti italiani e stranieri e lezioni capovolte.

La frequenza, anche se non obbligatoria, è fortemente consigliata.

L'esame si svolge con una prova orale sul programma del corso. Verranno valutate anche le presentazioni degli insegnamenti capovolti.

Modalità di trasmissione dei parassiti.
Rapporto tra i parassiti ed il sistema immunitario umano.
Strategie parassitarie di evasione dal sistema immunitario umano.
Meccanismi di invasione della cellula da parte di protozoi parassiti intracellulari.
Meccanismi molecolari alla base della variabilità antigenica e del mimetismo molecolare.
Evoluzione dei parassiti ed adattamento alla vita parassitaria da un punto di vista genetico e molecolare.
Applicazione della transgenesi nel controllo dei vettori e dei parassiti.

• Principi generali di Parassitologia
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense


• Principali meccanismi di evasione del sistema immunitario dell’ospite
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense


• Invasione della cellula ospite: subphylum Apicomplexa
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense


• Invasione della cellula ospite: famiglia Trypanosomatidae
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense


• Stadi e parassiti extracellulari: variazione antigenica
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense


• Altri protozoi parassiti: variazione antigenica e ruolo delle proteasi
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense


• Manipolazione genetica di parassiti
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense


• Altri protozoi parassiti
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense


• Biologia dei vettori: interazione vettore-patogeno-ospite
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense


• Strategie di controllo dei vettori
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense


• Metazoi parassiti: immunità ed allergia
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense


• Evoluzione, simbiosi e comunicazione
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense


• Simbionti (Wolbachia); ncRNA e vescicole
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense


• Basi genetiche della resistenza ai parassiti (malaria e leishmania)
  • Testi di riferimento: Articoli, dispense