Il genoma umano: struttura, funzioni e principali marcatori. La paleogenetica e la paleogenomica. Caratteristiche del DNA antico. Come si effettua uno studio sul DNA antico. Il laboratorio di paleogenetica. Tecniche biomolecolari tradizionali e di nuova generazione per lo studio di reperti antichi. Analisi bioinformatiche per la ricostruzione delle sequenze di DNA. Applicazioni: il DNA antico nello studio della storia evolutiva del genere Homo e delle popolazioni umane.
David Caramelli 2009. Antropologia Molecolare - Manuale di base. Firenze University Press
David Caramelli & Martina Lari 2004. Il DNA antico: metodi di analisi e applicazioni. Angelo Pontecorboli
Obiettivi Formativi
Conoscenze:
Struttura del genoma umano; concetto di evoluzione molecolare; analisi genetiche su reperti antichi e degradati per studi a carattere evolutivo e applicativo (e.g. discipline forensi)
Competenze acquisite
Funzionamento delle metodologie di estrazione, quantificazione, amplificazione e sequenziamento del DNA da campioni umani; principi del sequenziamento di nuova generazione (Next Generation Sequencing, NGS); rudimenti sull’utilizzo di software bionformatici per la ricostruzione ed analisi delle sequenze geniche.
Capacità acquisite al termine del corso:
Flusso di lavoro dalla preparazione del reperto fossile alla determinazione delle sequenze delle molecole in esso contenute; utilizzo di tecnologie biomolecolari innovative atte alla caratterizzare genomi antichi sia in campo evolutivo che applicativo come quello forense.
Prerequisiti
Insegnamenti contenenti i prerequisiti (vincolanti e/o consigliati)
Numero di ore totali del corso: 150
Numero di ore per studio personale e altre attività formative di tipo individuale: 100
Numero di ore relative alle attività in aula: 46
Numero di ore relative ad attività di laboratorio (lezioni in laboratorio): 4
Altre Informazioni
Frequenza delle lezioni ed esercitazioni:
4 ore di lezioni settimanali; altamente consigliata.
Strumenti a supporto della didattica:
Laboratorio di Antropologia Molecolare/ paleogenetica
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale
Programma del corso
Introduzione all’antropologia molecolare. Cenni sulla struttura del genoma umano. Variabilità del genoma umano e principali marcatori (SNPs, STRs). Concetto di evoluzione molecolare.
Il DNA mitocondriale come principale marcatore negli studi di antropologia molecolare. Struttura del DNA mitocondriale. Eredità del DNA mitocondriale. Teoria dell’orologio molecolare. Albero filogenetico del DNA mitocondriale umano e aplogruppi mitocondriali.
Il DNA antico e la paleogenetica. Caratteristiche del DNA antico. Principali problematiche legate allo studio del DNA antico. La contaminazione. Criteri per l’autenticazione dei risultati. Come si effettua uno studio sul DNA antico. La struttura del laboratorio di paleogenetica.
Metodiche tradizionali per l’analisi del DNA antico: preparazione dei campioni, estrazione del DNA, PCR, clonaggio, sequenziamento di Sanger, software per l’analisi dei dati di sequenziamento e la ricostruzione delle sequenze consenso.
Metodiche di nuova generazione per lo studio del DNA antico: principi e principali piattaforme di Next Generation Sequencing (NGS); preparazione delle librerie genomiche, quantificazione delle librerie tramite PCR quantitativa real-time; cattura del genoma mitocondriale tramite ibridazione con sonde biotinilate; cenni sul workflow bioinformatico per la ricostruzione delle sequenze consenso del genoma mitocondriale.
DNA antico ed evoluzione umana. Variabilità genetica nei Neandertaliani e implicazioni per l’origine dell’uomo anatomicamente moderno. Caratteristiche fenotipiche dei Neandertaliani. Dalle paleogenetica alla paleogenomica. Genoma dei Neandertaliani e degli ominidi di Denisova. Flusso genico tra antiche popolazioni di ominidi e contributo al genoma umano attuale.
Storia genetica dell’Europa. Analisi del DNA moderno e del DNA antico. Primo popolamento dell’Europa. Transizione paleolitico-mesolitico-neolitico da un punto di vista genetico. Studio dei processi di domesticazione. Analisi genetica di antiche popolazioni protostoriche e storiche.
Cenni di genetica forense per l’identificazione personale. Pannelli di STRs autosomici e del cromosoma Y. Metodi di tipizzazione genetica: PCR multiplex ed elettroforesi capillare. Random match probability e database di confronto.