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Insegnamento
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Ore Lezione
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Ore Eserc.
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Ore Lab
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Ore Studio
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Attività
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Lingua
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1017325 -
BIOINFORMATICA
(obiettivi)
La complessità e la quantità di dati biomolecolari e genomici oggi disponibili richiedono l’uso di metodi computazionali sia per la loro gestione che, soprattutto, per l’estrazione di informazione biologica e funzionale. La Bioinformatica è la disciplina che si occupa dell’analisi e dell’attribuzione di significato biologico alla massa di dati molecolari disponibile fino ad oggi e rappresenta uno strumento imprescindibile nell’ambito delle attività biochimiche, biologico-molecolari, biomediche e biotecnologiche.
Il corso di Bioinformatica ha l’obiettivo di introdurre lo studente di Biotecnologie alla comprensione delle basi logico-matematiche e algoritmiche dei più comuni strumenti computazionali oggi in uso nelle analisi bioinformatiche di strutture di proteine e acidi nucleici e all’acquisizione delle capacità di utilizzo pratico.
Gli studenti che supereranno l’esame saranno avranno acquisito le competenze e conoscenze nelle seguenti aree:
a) conoscenza e capacità di comprensione
della natura dei dati biomolecolari e relative banche dati
della logica sottostante gli algoritmi dei programmi bioinformatici di analisi dati più diffusi
di elaborare processi anche complessi di analisi bioinformatiche di dati in ambito applicativo e di ricerca
b) capacità di applicare conoscenza e comprensione
capacità d i interrogare le banche dati e recuperare l’informazione desiderata
capacità di utilizzare razionalmente ed efficacemente gli strumenti bioinformatici più diffusi e significativi
individuare con efficacia lo strumento adatto alla soluzione di un determinato problema
applicare soluzioni complesse
progettare il trasferimento dei risultati nella pratica sperimentale biotecnologica
c) autonomia di giudizio
saper individuare i limiti di applicazione degli strumenti bioinformatici
saper interpretare e applicare criticamente e correttamente i risultati ottenuti
d) abilità comunicative
saper illustrare la logica utilizzata per sviluppare una soluzione a un problema bioinformatico
saper comunicare e spiegare il significato dei risultati dei programmi bioinformatici
e) capacità di apprendimento
acquisire le conoscenze di base per progredire autonomamente nell’apprendimento dell’uso e del funzionamento di strumenti più avanzati di bioinformatica
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PASCARELLA STEFANO
( programma)
- Descrizione delle principali banche di dati biologiche e delle modalità di interrogazione (3 ore)
- Confronto di due sequenze con algoritmi esatti ed euristici; confronto di due genomi (4 ore)
- Matrici di punteggio (1 ora)
- Ricerche in banche dati per somiglianza di sequenza (4 ore)
- Metodi per calcolare allineamenti multipli di sequenze (4 ore)
- Costruzione di profili e PSSM (2 ore)
- Ricerche con profili in banche dati; banche dati di profili (4 ore)
- Modelli di Markov Nascosti (HMM) e uso per ricerche in banche dati, allineamento di sequenze, previsione di strutture proteiche, previsione di geni (4 ore)
- Reti neurali e algoritmi di classificazione automatica; applicazione alla previsione di strutture secondarie, dell’accessibilità al solvente, peptidi segnale, epitopi antigenici, zone di interazione proteina-proteina (4 ore)
- Uso di progammi di grafica molecolare (2 ore)
- Confronto e sovrapposizione di strutture proteiche (2 ore)
- Metodi di previsione della struttura tridimensionale delle proteine: metodi di riconoscimento di fold (2 ore)
- Metodi di modellizzazione per omologia e di valutazione dei modelli (6 ore)
- moduli specialistici (6 ore)
· filogenesi molecolare
· docking
· cenni di meccanica molecolare
 Il materiale didattico è disponibile sul sito elearning (https://elearning.uniroma1.it/course/edit.php?id=309) sotto forma di videolezioni e file pdf.
Testo facoltativo:
Pascarella Paiardini, Bioinformatica, Zanichelli
(Date degli appelli d'esame)
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6
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BIO/10
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48
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-
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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1017413 -
Statistica
(obiettivi)
Obiettivi formativi:
Obiettivo formativo dell'insegnamento è l'apprendimento, da parte degli studenti, degli strumenti di base dell'inferenza statistica.
Conoscenza e capacità di comprensione
Alla fine del corso, gli studenti hanno una conoscenza di base della teoria della stima puntuale, intervallare e di alcuni casi specifici della verifica di ipotesi parmaetriche
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Alla fine del corso, gli studenti sono in grado di utilizzare le principali tecniche di inferenza statistica per campioni da popolazione normale
Autonomia di giudizio
L'autonomia di giudizio degli studenti è stimolata utilizzando casi empirici, ed il confronto tra tecniche differenti
Abilità comunicativa
La capacità comunicativa degli studenti è stimolaata dalla discussione della teoria di base dell'inferenza
Capacità di apprendimento
Gli studenti che superano l'esame hanno la capacità di confrontarsi con casi empirici reali di limitata complessità
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ALFO' MARCO
( programma)
• Introduzione
• Concetto di esperimento e probabilità
• Variabili aleatorie
• Modelli di variabili aleatorie
• Distribuzione delle statistiche campionarie
• Stima parametrica puntuale
• Stima parametrica per intervalli
• Verifica di ipotesi parametriche, introduzione
• Verifica di ipotesi parametriche, confronto tendenza centrale uno/due campioni, potenza di un test
Sheldon M. Ross "Probabilità e statistica per l'ingegneria e le scienze", Edizione Apogeo, Milano, 2003, Capitoli 1-8.
(Date degli appelli d'esame)
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6
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SECS-S/01
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48
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-
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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1035083 -
BIOTECNOLOGIE MICROBICHE INDUSTRIALI E AMBIENTALI
(obiettivi)
L’insegnamento di Biotecnologie Microbiche industriali e Ambientali ha l’obiettivo di fornire i principi basilari della biodiversità nel mondo dei microrganismi, evidenziando gli aspetti di interazione e interdipendenza dei componenti delle comunità microbiche. Specifici obiettivi formativi sono: conoscenze delle diverse metodiche per l’isolamento e la caratterizzazione dei microrganismi da campioni ambientali di diversa origine, in modo da essere in grado di isolare microrganismi in possesso di specifiche caratteristiche fisiologiche; conoscenze delle principali metodiche molecolari e genomiche per la caratterizzazione delle comunità microbiche complesse, finalizzati anche alla ricerca di geni funzionali potenzialmente interessanti per successive applicazioni biotecnologiche; conoscenze dei principali approcci molecolari per la caratterizzazione e lo studio di comunità microbiche non coltivabili. Le conoscenze e competenze acquisite nel presente insegnamento costituiranno un quadro di riferimento per la progettazione di analisi genomica applicata anche in contesti non convenzionali e per la comprensione delle potenziali applicazioni biotecnologiche.
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)
- le origini e la scala di complessità della biodiversità microbica
- le interazioni e le problematiche connesse nel funzionamento delle comunità microbiche;
- le problematiche relative alla costruzione di un biocatalizzatore microbico ricombinante e/o geneticamente modificato e con proprietà migliorate nel processo;
- le strategie da impiegare per identificare i principali limiti fisiologici e molecolari che possono impedire o rendere poco vantaggioso l’impiego di un microrganismo in un processo biotecnologico e le possibili alternative;
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite):
- saper progettare lo sviluppo di processi di produzione industriale o di applicazioni ambientali con impiego di biocatalizzatori microbici;
- saper indicare metodologie per valutare le sue performances, e saper proporre nuove soluzioni per superare eventuali limiti fisiologici o molecolari evidenziati in sede di valutazione del processo;
- saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base sulle metodologie, i principi e le possibilità applicative della microbiologia industriale;
- saper presentare un elaborato o riassumere in maniera completa ma concisa i risultati raggiunti utilizzando correttamente il linguaggio tecnico.;
- essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera autonoma a testi, articoli scientifici, mediante la consultazione delle principali banche dati disponibili in rete.
L’insegnamento di Biotecnologie Microbiche industriali e Ambientali – Modulo II ha l’obiettivo di fornire gli strumenti metodologici essenziali allo sviluppo e all’analisi di modelli matematici di processi biotecnologici industriali. A tal fine, i principi elementari dell’ingegneria di processo sono presentati nella prima parte del corso e successivamente discussi attraverso l’analisi di processi di interesse delle biotecnologie industriali. Specifici obiettivi formativi del corso sono: conoscenza delle metodologie di sviluppo e analisi di modelli matematici a parametri concentrati di bioreattori attraverso formulazione di equazioni di bilancio di materia; conoscenza delle metodologie di sviluppo di modelli cinetici di crescita microbica; conoscenza dei principali approcci finalizzati allo sviluppo di modelli cinetici di processi catalizzati da enzimi; conoscenza degli approcci che possono essere impiegati ai fini della identificazione parametrica di modelli matematici di processo attraverso analisi di dati sperimentali. Le conoscenze e competenze acquisite nel presente insegnamento costituiranno un quadro di riferimento per lo studio della dinamica e per il controllo di processi industriali di sintesi e/o risanamento ambientale basati sulla applicazione di comunità di microrganismi.
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)
- le problematiche di progettazione e controllo di impianti di interesse delle biotecnologie industriali.
- la complessità dell’interazione tra i meccanismi di trasporto e chimico-fisici che governano la dinamica di sistemi di processo basati sulla applicazione di comunità di microrganismi.
- le strategie da adottare ai fini dello sviluppo di modelli matematici di processi delle biotecnologie industriali;
- le strategie da impiegare ai fini della ottimizzazione e del controllo di processi basati sulla applicazione di microrganismi.
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite):
- Illustrare l’applicazione di modelli matematici ai fini della identificazione dei meccanismi che governano la dinamica di sistemi di processo, e dello sviluppo di strategie di ottimizzazione e controllo di processo.
- sviluppare, attraverso applicazione dei principi primi di conservazione, modelli matematici a parametri concentrati di sistemi di processo basati sulla applicazione di microrganismi.
- valutare, attraverso analisi dei modelli matematici formulati, come la dinamica di un sistema di processo cambia al variare dei parametri operativi e di progetto.
- descrivere qualitativamente le metodologie che possono essere adottate per identificare, attraverso analisi dati sperimentali, modelli matematici di sistemi di processo.
- saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base sulle metodologie di sviluppo, i principi e le possibilità applicative di modelli matematici di processo;
- saper presentare un elaborato o riassumere in maniera completa ma concisa i risultati raggiunti utilizzando correttamente il linguaggio tecnico.;
- essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera autonoma a testi, articoli scientifici, mediante la consultazione delle principali banche dati disponibili in rete.
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MODULO I
(obiettivi)
L’insegnamento di Biotecnologie Microbiche industriali e Ambientali ha l’obiettivo di fornire i principi basilari della biodiversità nel mondo dei microrganismi, evidenziando gli aspetti di interazione e interdipendenza dei componenti delle comunità microbiche. Specifici obiettivi formativi sono: conoscenze delle diverse metodiche per l’isolamento e la caratterizzazione dei microrganismi da campioni ambientali di diversa origine, in modo da essere in grado di isolare microrganismi in possesso di specifiche caratteristiche fisiologiche; conoscenze delle principali metodiche molecolari e genomiche per la caratterizzazione delle comunità microbiche complesse, finalizzati anche alla ricerca di geni funzionali potenzialmente interessanti per successive applicazioni biotecnologiche; conoscenze dei principali approcci molecolari per la caratterizzazione e lo studio di comunità microbiche non coltivabili. Le conoscenze e competenze acquisite nel presente insegnamento costituiranno un quadro di riferimento per la progettazione di analisi genomica applicata anche in contesti non convenzionali e per la comprensione delle potenziali applicazioni biotecnologiche.
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)
- le origini e la scala di complessità della biodiversità microbica
- le interazioni e le problematiche connesse nel funzionamento delle comunità microbiche;
- le problematiche relative alla costruzione di un biocatalizzatore microbico ricombinante e/o geneticamente modificato e con proprietà migliorate nel processo;
- le strategie da impiegare per identificare i principali limiti fisiologici e molecolari che possono impedire o rendere poco vantaggioso l’impiego di un microrganismo in un processo biotecnologico e le possibili alternative;
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite):
- saper progettare lo sviluppo di processi di produzione industriale o di applicazioni ambientali con impiego di biocatalizzatori microbici;
- saper indicare metodologie per valutare le sue performances, e saper proporre nuove soluzioni per superare eventuali limiti fisiologici o molecolari evidenziati in sede di valutazione del processo;
- saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base sulle metodologie, i principi e le possibilità applicative della microbiologia industriale;
- saper presentare un elaborato o riassumere in maniera completa ma concisa i risultati raggiunti utilizzando correttamente il linguaggio tecnico.;
- essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera autonoma a testi, articoli scientifici, mediante la consultazione delle principali banche dati disponibili in rete.
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UCCELLETTI DANIELA
( programma)
Biodiversità nel mondo microbico (8 ore)
Biodiversità microbica come componente essenziale della biodiversità globale – Rilevanza della biodiversità microbica per le applicazioni biotecnologiche – Esempi dalla letteratura – Ruolo e interazioni dei microrganismi nel mondo vivente: numerosità e diffusione – “Culture collections” e gruppi di rischio biologico - The “Great colony count anomaly” concetto generale e microrganismi non coltivabili – Problematiche ed approcci alla non-coltivabilità in laboratorio: le comunità microbiche.
Comunità microbiche e Metagenomica (14 ore)
Approcci coltura-indipendenti alle comunità microbiche: Metagenoma e Metagenomica – approcci “descrittivi” e DGGE – Metagenoteche: allestimento, problematiche e limiti – Utilizzo metagenoteche: approcci sperimentali, studio di sequenze ed analisi funzionale – metodi di arricchimento delle metagenoteche - Metagenomica nella ricerca di base ed applicazioni ambientali, industriali e biomediche. Genomica a livello di singola cellula – Database e genomica: problematiche di gestione e dimensioni.
Estremofili (14 ore)
Ambienti estremi: il dominio ARCHAEA, una riserva inesplorata di potenzialità biotecnologiche – caratteri distintivi del dominio - Phylum Euryarcheota: biologia, genomica, esempi di applicazioni di generi rappresentativi - alofili estremi – principali generi metanogeni - principali generi termoacidofili e termofili - Phylum Crenarchaeota: ipertermofili estremi: limiti fisici – Virus degli Archaea – Casistica di applicazioni biotecnologiche: enzimi, estremoliti, molecole di interesse terapeutico, biopolimeri, bioremediation.
Biotecnologie Microbiche: interazioni con tecnologie in sviluppo (4 ore)
Nanotecnologie: definizioni e concetti essenziali – Biotecnologie microbiche e interfaccia con le scienze su nanoscala – nanoparticelle prodotte naturalmente da microrganismi – Sistemi modello biologici e risk assessment.
Esercitazioni (12 ore)
Esercitazioni in laboratorio :
Isolamento di microrganismi con potenzialità applicative da campioni ambientali (es. resistenza a metalli pesanti) – coltura di singoli isolati in condizioni di laboratorio ed estrazione di DNA genomico degli isolati selezionati – amplificazione rDNA 16 S con primers universali – ottenimento della sequenza degli amplificati (a cura di un servizio esterno) – utilizzo delle sequenze per ricerche in databases ed identificazione degli isolati a livello di Genere e Specie.
Non è necessario l'acquisto di testi specifici. All’inizio del corso viene fornito l’insieme completo delle diapositive impiegate; vengono fornite a lezione le coordinate per reperire il materiale on-line sotto forma di review e/o pubblicazioni specifiche su riviste del settore. Ove necessario, il materiale viene distribuito a lezione.
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6
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CHIM/11
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40
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12
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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MODULO II
(obiettivi)
Obiettivi generali
L’insegnamento di Biotecnologie Microbiche industriali e Ambientali – Modulo II ha l’obiettivo di fornire gli strumenti metodologici essenziali allo sviluppo e all’analisi di modelli matematici di processi biotecnologici industriali. A tal fine, i principi elementari dell’ingegneria di processo sono presentati nella prima parte del corso e successivamente discussi attraverso l’analisi di processi di interesse delle biotecnologie industriali. Specifici obiettivi formativi del corso sono: conoscenza delle metodologie di sviluppo e analisi di modelli matematici a parametri concentrati di bioreattori attraverso formulazione di equazioni di bilancio di materia; conoscenza delle metodologie di sviluppo di modelli cinetici di crescita microbica; conoscenza dei principali approcci finalizzati allo sviluppo di modelli cinetici di processi catalizzati da enzimi; conoscenza degli approcci che possono essere impiegati ai fini della identificazione parametrica di modelli matematici di processo attraverso analisi di dati sperimentali. Le conoscenze e competenze acquisite nel presente insegnamento costituiranno un quadro di riferimento per lo studio della dinamica e per il controllo di processi industriali di sintesi e/o risanamento ambientale basati sulla applicazione di comunità di microrganismi.
Obiettivi specifici
A) Conoscenza e capacità di comprensione
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere
(conoscenze acquisite)
- le problematiche di progettazione e controllo di impianti di interesse delle
biotecnologie industriali.
- la complessità dell’interazione tra i meccanismi di trasporto e chimico-fisici che
governano la dinamica di sistemi di processo basati sulla applicazione di comunità
di microrganismi.
- le strategie da adottare ai fini dello sviluppo di modelli matematici di processi delle
biotecnologie industriali;
- le strategie da impiegare ai fini della ottimizzazione e del controllo di processi basati
sulla applicazione di microrganismi.
B) Capacità applicative
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di:
- Utilizzare modelli matematici ai fini della identificazione dei meccanismi che
governano la dinamica di sistemi di processo, e dello sviluppo di strategie di
ottimizzazione e controllo di processo.
- Sviluppare, attraverso applicazione dei principi primi di conservazione, modelli
matematici a parametri concentrati di sistemi di processo basati sulla applicazione
di comunità di microrganismi.
- Valutare, attraverso analisi dei modelli matematici formulati, come la dinamica di un
sistema di processo cambia al variare dei parametri operativi e di progetto.
C) Autonomia di giudizio
- Essere in grado di formulare una propria valutazione e/o giudizio sulla base della
interpretazione delle informazioni disponibili nell'ambito della analisi e del controllo
di processi di interesse delle biotecnologie industriali e ambientali.
- Essere in grado di individuare e raccogliere informazioni aggiuntive per con-seguire
una maggiore consapevolezza.
- Avere la capacità del saper fare, del saper prendere iniziative e decisioni tenendo
conto dei vari aspetti di interesse della analisi e del controllo di processi di interesse
delle biotecnologie industriali.
D) Abilità nella comunicazione
- Descrivere qualitativamente le metodologie che possono essere adottate per
identificare, attraverso analisi dati sperimentali, modelli matematici di sistemi di
processo.
- saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base sulle metodologie di
sviluppo, i principi e le possibilità applicative di modelli matematici di processo;
- saper presentare un elaborato o riassumere in maniera completa ma concisa i
risultati raggiunti utilizzando correttamente il linguaggio tecnico.;
E) Capacità di apprendere
- Essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in
maniera autonoma a testi, articoli scientifici, sia in italiano che in inglese, mediante
la consultazione delle principali banche dati disponibili in rete.
- Avere le capacità di apprendimento che sono necessarie ai fini di un continuo
aggiornamento nell'ambito della dinamica e del controllo di processi biochimici
industriali.
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6
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ING-IND/26
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48
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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10596046 -
BIOTECNOLOGIE APPLICATE E EVOLUZIONE
(obiettivi)
Obiettivi formativi
Scopo dell’insegnamento di Ecologia Molecolare è lo studio dei meccanismi genetici ed evolutivi alla base delle risposte degli organismi all’ambiente. L’articolazione dell’insegnamento intende fornire::- una comprensione dei meccanismi che sono alla base della formazione e mantenimento della diversità genetica;- una conoscenza dell’importanza dei meccanismi adattativi in ambito biotecnologico; -- una comprensione del destino dei biotech nei sistemi naturali, recettori ultimi di tali prodotti; -- una visione critica sui costi e benefici dell’applicazione delle biotecnologie.
Gi studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite):
- i principi di base della genetica ecologica
- i metodi molecolari utilizzati in ecologia molecolare e la loro applicazione appropriata nella risoluzione di tematiche ecologiche ed evolutive;
- la struttura genetica delle popolazioni naturali;
- il ruolo delle forze evolutive nel modificare i pattern di diversità;
- le basi genetiche dell'adattamento;
- i principi della biodiversità: misure, minacce, valore ed importanza della sua conservazione
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite):
- riconoscere e misurare la diversità genetica;
- utilizzare la diversità genetica come strumento nelle biotecnologie;
- sviluppare, attraverso l'analisi scientifica, una visione indipendente e critica dei principali aspetti globali legati alla biodiversità;
- applicare i principi della genetica ecologica alla ricerca biotecnologica.
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6
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BIO/07
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48
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
