Corso di Laurea Magistrale in Biotecnologie Molecolari

Corso NanoBioTecnologie

(ultima modifica: 8 Gennaio 2017).

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Corso di NanoBioTecnologie, Anno Accademico 2016/2017

Ricevimento degli studenti: si riceve previo appuntamento telefonico o per email.

Per la partecipazione alla dimostrazione di AFM del 10/01/2017, seguite le istruzioni ed il calendario nella tabella, al fondo di questa pagina ed iscrivetevi: http://doodle.com/poll/seiitsvh34uvqdts

Programma e materiali didattici

(ove possibile le diapositive delle lezioni sono fornite anche con le animazioni inserite nel PDF: per visualizzare occorre clickarle sopra: vedrete che il cursore normale di Acrobat si trasforma in (pointedfinger). Attenzione: generalmente questi PDF sono di grandi dimensioni)

Unità didattica (argomento) Descrizione e materiali obbligatori Materiali didattici integrativi proposti
Alcune note sulle pubblicazioni scientifiche e la ricerca bibliografica (non mostrate a lezione, consigliate come integrazione)

 

diapositive (PDF)

Un articolo di George Whitesides su come organizzare gli articoli di ricerca (PDF)

Wikipedia sul peer review. Un dibattito sul peer-review su Nature.

Introduzione alle nanotecnologie () Cosa sono le nanotecnologie (e a cosa servono e serviranno: costruzioni e studi di proprietà sulla nanoscala). Esempi e temi generali sulle biotecnologie (concetto di scala, approcci top-down e bottom-up, nanocostruzioni, nanomanipolazioni; strumenti per operare sulla nanoscala; lo stato attuale delle nanotecnologie, miti illusioni e paure sulle nanotecnologie, etc.); glossario dei termini di uso più comune. Introduzione alle NanoBiotecnologie. Cosa sono le nanobiotecnologie. Studi di singole molecole. La nanomedicina.
  • Le diapositive usate a lezione (PDF 1a parte generale, 2a parte nanoparticelle, 3a parte self-assembly)
  • La nanomedicina e i temi correlati (PDF diapositive)
  • Un articolo del gruppo di Paul Alivisatos su come sfruttare nanoparticelle per misurare l'azione di enzimi sul DNA (PDF).
  • Esercizio proposto: prova a fare una stima (geometrica) di quante molecole di DNA potrebbero essere legate alle nanoparticelle oggetto dell'articolo di cui sopra. Prova a supporre quale tipo di considerazioni potrebbero rendere tale stima un limite superiore difficile da raggiungere.
  • Un articolo del National Geographic Magazine sulle nanotecnologie(PDF, 5MB).
  • Un opuscolo sulle nanotech della Comunità Europea ( PDF, 3.7 MB)
  • Wikipedia: La risonanza plasmonica; nanoparticelle; oro colloidale
  • la parte introduttiva della tesi di laurea di un mio studente: non è programma del corso ma può rappresentare una formulazione discorsiva di parte degli argomenti trattati ed aiutare nello studio (PDF)
Alcune tecniche di indagine nanobiotecnologiche ()

Introduzione alle tecniche microscopiche: i principi operativi delle microscopie ottiche (incluse la confocale e le optical tweezers). Cenni di funzionamento della microscopia a fluorescenza. Principi operativi e preparazione dei campioni per la microscopia elettronica; criomicroscopia elettronica. Le microscopie a sonda. Introduzione alle tecniche, principi ed applicazioni. La microscopia STM e le altre microscopie di questa classe. La microscopia AFM: introduzione, principi, parti dello strumento, preparazione dei campioni. La risoluzione in AFM.

- tecniche microscopiche nella nanoscala (microscopia elettronica e tecniche ottiche): le diapositive mostrate a lezione (PDF diapositive di microscopia elettronica) (PDF diapositive sulle tecniche ottiche: il file contiene alcune animazioni. Alcuni reader non le visualizzano - Acrobat e Firefox si, Chrome apparentemente no)

 

- Le microscopie a sonda: le diapositive mostrate a lezione (PDF delle diapositive. Il file contiene alcune animazioni. Alcuni reader non le visualizzano - Acrobat e Firefox si, Chrome apparentemente no)

- un articolo che caratterizza la dinamica di singole molecole della giunzione di Holliday (PDF)

- un articolo che caratterizza la dinamica di singole proteine del capside dell'HIV (PDF, PDF Mat Supp)

- i nanopori: le diapositive mostrate a lezione (PDF con filmati, filmato della Oxford Nanopore sul sequencing [link], nell'analisi dei miRNA [link] o anche delle proteine, attraverso gli aptameri [link])

- un articolo del gruppo di Cees Dekker sulla traslocazione del DNA attraverso nanopori ottenuti su grafene (PDF)(PDF Supp Info)

La struttura e le proprietà degli acidi nucleici nella nanoscala ()

Revival sulla struttura ed il comportamento degli acidi nucleici. Cosa sono gli acidi nucleici; struttura fondamentale; conformazione dello zucchero; scheletro fosfodiestereo; DNA vs RNA; doppia elica (perché); strutture secondarie canoniche del DNA (scarica i PDB di A-DNA , B-DNA e Z-DNA da aprire con RasMol, Chime, o analoghi programmi di molecular modeling); Conformazioni e stabilità degli acidi nucleici; Strutture anomale degli acidi nucleici: la Holliday junction (PDB), la tripla elica (Hoogsteen), la G tetraplex (PDB); Variazioni moderne (o no) sul tema: PNA, LNA, TNA, basi XL di Kool.Struttura del DNA dipendente dalla sequenza; parametri geometrici delle coppie di basi; curvatura del DNA; flessibilità del DNA; interazione specifica del DNA con le superfici; flessibilità del DNA e comportamento sotto tensione; cenni sull'interazione DNA-proteine; Una serie di file in formato PDB con strutture di DNA (zip, 0.3 MB, le sequenze nel nome del file, DDD è il dodecamerto di Dickerson e Drew; i modelli si aprono con Rasmol o applicativi simili).

  • Diapositive di 'revival' della struttura degli acidi nucleici (PDF)
  • Le dipositive sugli aptameri esposte a lezione (PDF).
  • Un articolo su un metodo di selezione degli aptameri (per signaling aptamers) (PDF)

 

Nanostrutture a base di acidi nucleici ()

Programmare l'autoassemblaggio degli acidi nucleici; stability vs specificity; La giunzione di Holliday e la J1; Ligazione informatica o reale per ottenere parallelogrammi; geometria della giunzione; strutture ripetute basate su J1; altri tipi di strutture proposte da Seeman ( DX, etc.); polimeri di parallelogrammi a topologia lineare; altri esempi di strutture basate sugli acidi nucleici (Turberfield etc.); strutture ibride di DNA e proteine (Niemeyer); DNA e nanosfere (Mirkin); Strutture a DNA per posizionare altri nano-oggetti (proteine, nanosfere). Il concetto di motore o macchina molecolare; motori che sfruttano variazioni conformazionali degli acidi nucleici (B->Z, tetraplex, i-motif, triplex); pinzette a DNA ed il concetto di ibridizzazione competitiva (Yurke); motori a DNA semoventi e autonomi.

  • Le diapositive sulla DNA nanotechnology mostrate a lezione (PDF)
  • Un articolo sull'impiego dei tetraedri di DNA come sonde cellulari e per veicolare siRNA (PDF).

Materiale aggiuntivo/facoltativo:

Alcuni riferimenti bibliografici su nanostrutture di DNA citate a lezione o correlate (origami e simili):

Un ottaedro autoassemblato su una catena di 1.7 kb (William Shih);

Articolo originale di Paul Rothemund sugli origami di DNA;

Un origami ripiegato per fare un tetraedro;

Il ripiegamento degli origami per fare nanostrutture 3D (W. Shih);

DNA origami sphere (Hao Yan);

Un articolo molto recente del gruppo di Shih su 'mattoncini lego' per costruzioni 3D fatte di DNA (senza templato fagico);

Posizionare origami su DNA su nanopori per fare esperimenti di traslocazione molecolare (Rant e Dietz);

Un articolo metodologico sulla costruzione degli origami 3D (Dietz);

Origami costruiti su templati fatti di sequenze ripetute (no DNA fagico);

Il folding proteico e le tecniche a molecole singole () non verrà incluso nel programma questo AA  
Dimostrazione di AFM (max 30 minuti per gruppo):

una dimostrazione pratica (a piccoli gruppi) della strumentazione AFM.

da effettuarsi il: 10/01/2017 dalle 16:15

Iscrivetevi su: http://doodle.com/poll/seiitsvh34uvqdts

luogo: NanoLab, Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie, Via S. Giacomo, 11.

 

 

 

 

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