Concetti base di: matematica, fisica, informatica, chimica generale ed inorganica, chimica fisica, chimica analitica, chimica organica, biochimica, biologia molecolare

Il corso fornisce i modelli concettuali della chimica organica indispensabili per studiare sistemi biologici, ibridi e artificiali. Gli studenti acquisiranno una solida conoscenza dei principi della catalisi, delle architetture strutturali di macromolecole e sistemi supramolecolari, nonché delle reti di reazioni lontane dall’equilibrio. Sarà approfondito come le interazioni tra i singoli componenti generino comportamenti collettivi e proprietà emergenti a livello statico e dinamico. Il percorso stimola la capacità di evidenziare i collegamenti interdisciplinari tra la chimica organica e i principi chimici della organizzazione biologica.

L'insegnamento mira a fornire i modelli concettuali indispensabili per la comprensione di ampie aree della chimica organica focalizzate sul design bioispirato e biomimetico di sistemi artificiali o semi-artificiali. Tali aree spaziano dai principi della catalisi bio-organica e del binding all’auto-associazione supramolecolare, dalle proprietà dei materiali alle proprietà emergenti delle reti di reazioni. Queste nozioni sono propedeutiche alla conoscenza dei sistemi molecolari complessi (systems chemistry) e alla comprensione di una svariata gamma di fenomeni di interesse chimico-biologico, di chemical biology e dei materiali innovativi.

Lezioni frontali, lavori di gruppo, esercitazioni numeriche/di laboratorio

Discussione di un saggio o una presentazione su tematiche a scelta, ma inerenti ai contenuti dell'insegnamento

Il corso di Chimica dei Sistemi esplora la costruzione bottom-up di cellule sintetiche nell'ambito della chimica dei sistemi e della biologia sintetica, affrontando sia gli aspetti teorico-epistemologici (LCQE) che quelli applicativi (LTC).

LCQE - Livello Concettuale e Quadro Epistemologico: Le cellule sintetiche come modello sperimentale per lo studio del vivente. Teoria dei sistemi; complessità, fenomeni emergenti, compartimentazione; organizzazione; informazione e comunicazione; autopoiesi e autonomia; cognizione; computazione molecolare; vita minima; auto-sostentamento; auto-riproduzione.

LTC - Livello Tecnologico Contemporaneo: Le cellule sintetiche come piattaforma bio-ingegneristica. Produzione controllata di vescicole e altri compartimenti; sistemi a compartimenti multipli; metodi batch e microfluidica; sintesi proteica in vitro; biosensori e circuiti logici; veicolazione e sintesi in situ di farmaci; interfacce ibride bio-sintetiche; applicazioni terapeutiche “intelligenti”.

Il corso è articolato in 4 moduli:

Modulo 1. Fondamenti ed Epistemologia. Costruire per comprendere: chimica dei sistemi, vita minima e cellule sintetiche.

Modulo 2. Compartimentazione e Biofisica delle Membrane. Compartimentazione: dalle vescicole prebiotiche alle piattaforme microfluidiche

Modulo 3. Reazioni Compartimentate e TX-TL in vitro. Reazioni compartimentate: metabolismo minimale, reti di reazioni, espressione genica in vitro.

Modulo 4. Integrazione, Autonomia e Applicazioni. Verso cellule sintetiche autonome: integrazione, comunicazione e applicazioni

Per maggiori informazioni circa il programma esteso, i contenuti, il materiale didattico, gli appunti delle lezioni: visitare la pagina web della didattica del docente P. Stano

Appunti delle lezioni, articoli scientifici forniti dal docente

Testo di approfondimento: Luisi, P. L. The emergence of life : from chemical origins to synthetic biology. Cambridge : Cambridge University Press (2016) [disponibile presso la biblioteca DiSTeBA]