Scuola di Medicina e Chirurgia

Obiettivi del Corso e Risultati di apprendimento attesi

 

1. Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)

Capire quali sono le informazioni necessarie per costruire un modello di un sistema biologico. Mettere in relazione i vari termini matematici di un modello con i fenomeni di interazione tra i componenti del sistema.

 

1. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

Costruire un modello di un sistema biologico a partire dalla conoscenza dei componenti di base e dei fenomeni di interazione tra di essi. Studiare il comportamento del sistema mediante i metodi di analisi dei sistemi nonlineari (studio dei punti di equilibrio, stabilità, biforcazioni, sensitività).

 

• Autonomia di giudizio (making judgement)

Comprendere che tipologia di modello utilizzare per un dato sistema, tenendo conto della scala e del dettaglio delle conoscenze sul sistema. Comprendere che tipo di analisi utilizzare per esaminare uno specifico comportamento del sistema.

 

 

1. Capacità di apprendimento (learning skills)

Apprendere a sviluppare e/o utilizzare modelli matematici di sistemi biologici, con i relativi metodi/software di analisi, come strumenti per supportare e velocizzare la ricerca biomedica di base e clinico-traslazionale.

1. Abilità comunicative (communication skills)

Esporre i risultati dell’analisi del comportamento di un sistema  biologico, utilizzando opportuni strumenti software/grafici. Utilizzare formati descrittivi standard (ad es., SBML, SBGN), per la descrizione e la condivisione di modelli di sistemi biologici.

Programma

Introduzione alla Biologia dei Sistemi.

 

Modelli di popolazioni monospecie: modelli di Malthus e Verhulst; esempio di modello con termine di predazione; adimensionalizzazione; punti di equilibrio e stabilità; modelli con ritardo e ciclo limite; esempio di ottimizzazione del raccolto.

 

Modelli di popolazioni multispecie: modello preda-predatore di Lotka-Volterra, modello avanzato preda-predatore; studio dei p. di equilibrio e biforcazioni; modelli di competizione e di simbiosi.

 

Modelli epidemiologici: il modello SIR,  il parametro R0 e i metodi di contenimento; cenni su modelli estesi.

 

Cinetiche di Reazione: cinetica enzimatica; modello di Michaelis-Menten; approssimazioni di pseudo-regime QSSA e tQSSA; modelli di reazioni enzimatiche cooperative, curve di Hill; autocatalisi; grafico di Lineweaver-Burke; Metodo di King-Altman; reazioni uni-uni e bi-bi; modelli di enzimi allosterici, Monod-Wyman-Changeux; modello di fosforilazione/defosforilazione di Goldbeter-Koshland; reazioni enzimatiche di inibizione; modelli fenomenologici.

 

Modelli basati su flussi: matrice stechiometrica; analisi dei flussi all’equilibrio; elementary flux modes; relazioni di conservazione; flux balance analysis ed esempi di applicazione.

 

Modelli di reti di segnalazione e regolazione: standard SBML, SBGN; database BioModels; introduzione al software COPASI; analisi del modello di “crosstalking tra i pathway Wnt ed ERK”; analisi parametrica dei modelli biologici; modelli di regolazione genica; multistabilità e regioni di attrazione dei punti di equilibrio; studio delle biforcazioni; introduzione al software MatCont; studio della regolazione della differenziazione di cellule ematopoietiche.

 

Identificazione di modelli biologici: regressione di modelli nonlineare; stima dei parametri e intervalli di confidenza.

Stima dell’impegno orario richiesto per lo studio individuale del programma

Didattica Frontale 48 Ore

Studio Individuale 102 Ore

Risorse per l'apprendimento

Libri di testo

Edda Klipp, Wolfram Liebermeister, Christoph Wierling, Axel Kowald. Systems Biology: A Textbook, Jun 2016, Wiley-Blackwell.

J.D. Murray, Mathematical Biology, 2002, Springer.

 

Ulteriori letture consigliate per approfondimento

 

Altro materiale didattico

Diapositive scaricabili dal sito e-learning

Attività di supporto

Seminari

Modalità di frequenza

Le modalità sono indicate dal Regolamento didattico d’Ateneo.

Integrare con le modalità di rilevazione della presenza-

Modalità di accertamento

Le modalità generali sono indicate nel regolamento didattico di Ateneo all’art.22 consultabile al link http://www.unicz.it/pdf/regolamento_didattico_ateneo_dr681.pdf

 

 

L’esame finale sarà svolto in forma  orale

I criteri sulla base dei quali sarà giudicato lo studente sono:

Se in forma scritta indicare quante domande con quante risposte corrette si supera l’esame ecc. Se in forma orale indicare i criteri o possibilmente una griglia come ad es.

 

	Conoscenza e comprensione argomento	Capacità di analisi e sintesi	Utilizzo di referenze
Non idoneo	Importanti carenze. Significative inaccuratezze	Irrilevanti. Frequenti generalizzazioni. Incapacità di sintesi	Completamente inappropriato
18-20	A livello soglia. Imperfezioni  evidenti	Capacità appena sufficienti	Appena appropriato
21-23	Conoscenza routinaria	E’ in grado di analisi e sintesi corrette. Argomenta in modo logico e coerente	Utilizza le referenze standard
24-26	Conoscenza buona	Ha capacità di a. e s. buone gli argomenti sono espressi coerentemente	Utilizza le referenze standard
27-29	Conoscenza più che buona	Ha notevoli capacità di a. e s.	Ha approfondito gli argomenti
30-30L	Conoscenza ottima	Ha notevoli capacità di a. e s.	Importanti approfondimenti