Corso di Genomica 2010-2011 lezione 1-2 laurea magistrale Biotecnologia Industriale aula 6 orario : Martedì ore 14.00 - 16.00 Giovedì ore 13.00 - 15.00.

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1 corso di Genomica 2010-2011 lezione 1-2 laurea magistrale Biotecnologia Industriale aula 6 orario : Martedì ore 14.00 - 16.00 Giovedì ore 13.00 - 15.00 D. Frezza

2 definizione programma del corso che cosa è la genomica il programma si autostruttura in corso d’opera e consiste nel cercare di definire con esempi cosa è la genomica, quali applicazioni sta avendo e come si sta sviluppando e cercheremo di eliminare falsi concetti e false aspettative

3 citoplasma luoghi comuni informazioni verificate definizione di genoma specie vivente terrestre genoma falsi e veri concetti tutte le specie eucariotiche e procariotiche hanno le stesse strutture costituenti. Conservazione del materiale biologico durante l’evoluzione

4 vediamo di approssimare la definizione di genomica proviamo a fare degli esempi calzanti cominciamo a vedere quali funzioni svolge il genoma dalle più evidenti a quelle meno intuitive spesso le cattive esemplificazioni e generalizzazioni portano a creare dei falsi concetti troppo spesso gli viene data una importanza preponderante su tutte le funzioni biologiche come un DIO onnipotente al di sopra di tutto, immutabile ed intoccabile e alla fine può sembrare addirittura un entità a se stante quasi astratta

5 archeologia paleontologia ed evoluzione mondo vivente iniziale indizi per il mondo ad RNA evidenze molto interessanti più solide ? dell’ipotesi del mondo primordiale di amminoacidi del brodo primordiale ereditrietà conservazione e variabilità: possibile? si gioca tutto sulla variabile del tempo

6 genomica primordiale Knocking on the door of life: Self-replicating RNA synthesized by Kate Melville Scientists have long known that DNA carries the genetic sequence for advanced organisms and that RNA is dependent on DNA for performing roles such as building proteins. But one prominent theory about the origins of life, called the RNA World model, postulates that because RNA can function as both a gene and an enzyme, it might have arrived on the scene before DNA and acted as the ancestral precursor for all life.

7 il mondo ad RNA? For years, researchers have wondered whether there might be some simpler way to copy RNA, brought about by the RNA itself. Some tentative steps along this road have previously been taken, but no one has been able to demonstrate that RNA replication could be self-propagating, that is, result in new copies of RNA that also could copy themselves. qui potete trovare il resto dell’articolo: http://www.scienceagogo.com/news/20090011195733data_tr unc_sys.shtml

8 genomi sia a RNA che a DNA contengono l’informazione genetica della specie di appartenenza quindi il genoma è il depositario dell’informazione (genetica) della specie che deve essere invariabile ossimoro: come fa ad essere invariabile ed al tempo stesso variato lungo l’evoluzione

9 il contenuto di valore presente nella parola evoluzione non è facile giudicare se il mondo vivente ancestrale fosse migliore o peggiore (evolvere contiene un giudizio implicito di miglioramento) lana caprina, l’evoluzione biologica non ha un contenuto finalistico e una aspirazione a migliorare trasformazione del genoma evoluzione

10 trasformazione, cambiamento, i modi di costruzione rispondono ad esigenze diverse dalla capanna al cemento armato esigenze intrinseche ed ambientali esterne concetto evolutivo il bungalow rispetto al bunker ha poche lettere di differenza però è radicalmente diverso, ma non si può e deve dire che uno sia migliore dell’altro hanno funzioni diverse

11 concatenamento di esigenze ambientali esterne/interne ottimizzazione ? non obbligatoriamente meccanismi della trasformazione semplificazioni e complicazioni evoluzione biologica è stata attribuita forse involontariamente una intrinseca finalità al miglioramento in cui nella parte più alta c’era l’uomo, ma il punto di vista di un uccello è sicuramente diverso e vedrà con disprezzo i poveri pedestri pesanti attaccati al suolo

12 comunque la vediate ogni cambiamento è dato da una interazione del soggetto con “l’ambiente” (stimoli) in natura non c’è immutabilità, Lavoisier citoplasma genoma come è possibile conservare e cambiare Darwin-Lamark non c’è contraddizione il punto è liberarsi dal finalismo interazioni base delle trasformazioni

13 in natura non c’è immutabilità però gli hanno staccato la testa a 51 anni

14 perchè parliamo di evoluzione ? stiamo cercando di definire cosa sia il genoma e non possiamo accontentarci di una definizione da un vocabolario scientifico o di wikipedia attraverso le funzioni che svolge capiremo cosa è, da cui anche la definizione come prova in itinere ognuno elaborerà una definizione perchè è un metodo di studio della variabilità biologica

15 complessità e variabilità complessità confusa per finalismo ! se la mi nonna avesse le rote.......

16 informazione e variazione due parametri che sembrano contraddittori l’informazione genetica deve essere invariabile però ci deve essere elasticità per permettere l’interazione con l’ambiente esistono dei limiti alla capacità di rispondere all’interazione: la conservazione della specie in biologia i fenomeni permettono elasticità e recupero, l’adattabilità quando è finita porta all’estinzione della specie

17 informazione bidirezionale ambiente citoplasma genoma

18 inferenze storico temporali deduzioni storiche descrittive non sperimentali si possono trovare le cause ma non si può sapere cosa cambierebbe o sarebbe cambiato con altre variabili non si deve confondere causalità con finalismo si tratta di causalità e non casualità noi parliamo di casualità quando non conteniamo tutte le variabili

19 cosa dobbiamo saper dedurre perchè pórci tante domande i genomi sono concatenati dobbiamo trovare la logica corretta che li descriva la casualità provoca il cambiamento (mutazioni)* la causalità provoca la selezione * ma solo perchè non siamo capaci di seguire l’ evento nel dettaglio, non contraddice il fenomeno causa effetto

20 la casualità provoca il cambiamento (mutazioni) le mutazioni sono casuali ? ma non del tutto! da cosa si può vedere ? ce lo dicono i confronti tra genomi? micro e macro evoluzione

21 Conservazione e variazione disomogeneità delle strutture genomiche secondo le funzioni mutazioni puntiformi o duplicazioni, inversioni, ripetizioni (gene conversion), polimorfismi dopo fissazione delle mutazioni mutazioni: lo ripeterò fino alla noia dipendono dalla interazione del genoma con l’ambiente per ambiente si intende tutto ciò che è esterno al genoma anche all’interno del nucleo stesso

22 approcci diversi per studiare il genoma/cosa si studia con la genomica biotec bioinformatica proteomica genomica evoluzione

23 i vari livelli dell’informazione del genoma: approcci di studio informazione dinamica multidirezionale tempi diversi di espressione (regolazione, sviluppo) tempi evolutivi # dai tempi di funzionamento studio del presente e studio del passato confronti tra genomi diversi interspecie (polimorfismi) confronti tra genomi diversi intraspecie (evoluzione = mutazioni, cambiamenti, adattamenti) polimorfismi

24 genoma: informazione dinamica ma come Simplicius direbbe che è fissa e stabile, unidirezionale struttura e funzione anatomia e fisiologia (genotipo-fenotipo) la genomica analizza la struttura, senza vedere la funzione non si può capire la struttura dinamica lo fa interagire con l’ambiente ambiente: per il genoma comincia dalla struttura della cromatina, nucleo, citoplasma, matrice extracellulare.........

25 come invia informazioni e come le riceve fino agli anni 80 la biologia molecolare sui microrganismi la genetica sul fenotipo e gli incroci obbiettivo : le mappe genetiche (inizio della genomica) creano il collegamento del fenotipo con il genoma ed i cromosomi la struttura dei cromosomi era eucromatina ed eterocromatina sequenze ripetute, strutture selfish, l’evoluzione era studiata solo sulle strutture codificanti

26 studiare il genoma, come? fisso rispetto a Mendel dinamico (variabile) rispetto a Darwin chi ha ragione tutti e due o nessuno dei due presupposti oziosi? geometria Euclidea e a più di tre dimensioni

27 quali domande ci poniamo? se dobbiamo analizzare i meccanismi che intercorrono tra genotipo e fenotipo possiamo anche assumere che il genotipo sia fisso (1 fenotipo = 1 genotipo) se consideriamo i fenomeni in maniera globale da un genotipo si possono ottenere diversi fenotipi forse c’è un modo di osservare diverso rispetto a spazio e tempo i fenomeni di induzione fanno subito capire che il genoma è dinamico

28 prossimo argomaneto: dal sequenziamento in là col sequenziamento c’è stata l’illusione di poter sapere veramente tutto dei genomi e dell’informazione genetica, ma è nata la genomica perchè si capiva che il problema era più complesso