MICROBIOLOGIA APPLICATA

L’insegnamento è una delle attività formative di base del corso di laurea magistrale (LM) “Controllo e Risanamento dell'Ambiente” in Scienze Ambientali. Il corso consente allo studente di acquisire la conoscenza delle principali applicazioni in Scienze Microbiologiche con indirizzo ambientale dei procarioti per il controllo e risanamento dell’ambiente.
 Obiettivi formativi dell’insegnamento sono: 1) sviluppare la capacità di comprendere le tecniche molecolari per studiare i microrganismi nel loro ambiente; 2) Favorire e stimolare l’interesse per l’evoluzione dei processi metabolici di adattamento in ambienti anche estremi; 3) Apprendere le tecniche di biorisanamento applicate a ridurre le contaminazioni da metalli e idrocarburi. 4) sviluppare manualità, dimestichezza e autonomia nell’affrontare le tecniche di base sperimentali, sia da soli sia in piccoli gruppi di lavoro. 5) Saper trattare e interpretare i dati sperimentali raccolti durante l’esercitazione in laboratorio

1. Conoscenza e comprensione

A) Conoscere le principali metodologie molecolari per studiare l’enorme variabilità metabolica dei procarioti.
B) La comprensione di processi metabolici più importanti per applicazioni nel campo ambientale.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione

A) Saper comprendere e utilizzare le conoscenze della biodiversità microbiologica per ridurre la contaminazione ambientale e l’utilizzo di biomasse per la produzione di energia.
B) Saper comprendere come i prodotti dei processi metabolici possono essere utili a modificare l’ambiente innescando l’attività di procarioti specializzati.

3. Capacità di giudizio

A) Saper valutare come delle trasformazioni microbiche possano influenzare le variabili fisico-chimiche ambientali.
B) Saper riconoscere e distinguere i processi microbiologici da quelli chimici e fisici e valutare i sistemi enzimatici evoluti per applicazioni biotecnologiche.

4. Abilità comunicative

A) Saper comunicare le conoscenze apprese e il risultato della loro applicazionei utilizzando una terminologia appropriata.
B) Saper interagire con il docente e con i compagni in modo rispettoso e costruttivo, in particolare durante i lavori sperimentali realizzati in gruppo.

5. Capacità di apprendimento
Saper studiare interpretare e capire i processi metabolici importanti per potenziali applicazioni biotecnologici.

Per seguire il corso, si suggerisce una buona conoscenza delle discipline di base in chimica organica, biochimica e microbiologia generale e di aver ben superato l’esame di questi insegnamenti nel percorso della laurea triennale. In particolare lo studente dovrebbe manifestare un certo interesse per apprendere le potenzialità molecolari e fisiologiche dei microrganismi verso le innumerevoli potenzialità applicative dei microrganismi nei processi ambientali.
Per iscriversi all'esame finale, gli studenti devono aver frequentato almeno 12 ore di laboratorio su 16 ore complessive.

Adattamento: Importanza dei meccanismi di adattamento nei procarioti, funzionalità dei geni nell'adattamento, i geni fossili, le mutazioni e il loro motore evolutivo. Concetti di genotipo, fenotipo, specie e ceppo. Geni ortologhi e paraloghi, e la biodiversità genetica.
Tecniche molecolari per lo studio della diversità microbiche: funzione e applicazioni degli enzimi di restrizioni. Protocollo e importanza della PCR (polymerase chain reaction). Varie tecniche di sequenziamento del DNA. Tecniche di clonaggio: utilizzo di vettori molecolari e trasformazione di cellule competenti per la produzione di librerie geniche. Tecniche per selezionare i ceppi clonati. Identificazioni di singole OTU (unità tassonomica operazionale). Utilizzo del sistema “on line” BLAST per identificare le sequenze di 16S rDNA. Differenze tra OTU e CLADES. Costruzione e funzione di alberi filogenetici. Concetto di biodiversità tra i procarioti, metodi d'indagine "Ribotyping" e "Genotyping": ibridazione DNA-DNA, tecnica ARDRA, tecnica RAPDS, tecnica DGGE, tecnica ARISA e amplificazione segmenti IST, metodo T-RFLP e polimorfismi nei geni rrn. Interpretazione di mappe genomiche e la metagenomica”. La tecnica FISH applicata allo studio di impianti di trattamento di acque di scarico e formazione di biofilm.
Tecniche per la biodiversità fenotipica: Importanza delle molecole “markers”, l'analisi FAME, i test a gallerie API. I vari tests con piastre BIOLOG. La proteomica e la separazione delle bande proteiche bidimensionali in base pI e MW. Identificazione e sequenze aminoacidiche di proteine con tecnica MALDI-TOF e spettrometria di massa Ricostruzione di pathways degradativi in ceppi batterici.
Processi metabolici più importanti nei processi biotecnologici. Processi di assimilazione riduttiva, dissimulazione riduttiva dei nitrati e denitrificazione, Denitrificazione per ossidazione riduttiva dell'ammoniaca il caso dei batteri "ANAMMOX". La struttura della cellula ed enzimi dell “axosoma”. Il processo di fissazione dell'azoto molecolare, i batteri simbionti e liberi. Formazione del nodulo radicale tra batteri e cellule del pelo radicale della pianta. Il funzionamento del complesso Nitrogenasi. Azoto fissazione negli oceani e ruolo dei cianobatteri marini. La solfato riduzione e i batteri solfato riduttori (SRB), gli enzimi coinvolti. Importanza dei batteri ferro e manganese in acque di falda. La solfato riduzione e i batteri solfato riduttori (SRB). I batteri ferro e manganese riducenti. Importanza della metanogenesi, gli enzimi e cofattori per la produzione di metano. I batteri metanotrofi e l'assimilazione della formaldeide. La degradazione microbica della lignocellulosa, con gli enzimi perossidasi, laccasi e tirosidasi, e reazione “Fenton”. La degradazione della cellulosa, strategie diverse per attaccare la cellulosa e il cellulosoma. La degradazione dell'amido, dell’emicellulosa, la pectina, l’agar, e la chitina. Degradazione e fermentazione degli zuccheri. Degradazione di proteine e aminoacidi, Degradazione dei lipidi e acidi grassi, Degradazione degli idrocarburi, l'alcano monossigenasi, e la produzione di biosurfattanti,. Degradazione dei cicloesani. Degradazione dei composti arilici, diossigenasi di Reincke, diossigenasi extra- diolo ed intra-diolo prodotto lineari della glicolisi e ciclo TCA. Degradazione del bifenile e naftalene. Dealogenazioni riduttive degli idrocarburi alifatici clorurati, dealogenazione dei policlorobifenili. I batteri chemiolitotrofi. batteri nitrificanti. I batteri zolfo-ossidanti, i batteri ferro-ossidanti e la bioidrometallurgia.
Laboratorio di Microbiologia: tecniche di base per la preparazione di terreni di coltura, isolamento di colonie microbiche da terreni contaminati o da substrati organici refrattari.

Madigan M.T., Martinko G.M., Stahl D.A., Clark D.P.
Curatela: Baldi F., Barbieri P., Gribaudo G., Mastromei G.
Titolo: Brock - Biologia dei Microorganismi - Volume 1°, Microbiologia Generale
Edito da: Pearson Italia – Milano

La prova orale consiste in una serie di domande riguardanti le parti del programma riportato nella sezione “Contenuti”: lo studente deve in tal modo dimostrare sia l’apprendimento degli argomenti svolti a lezione sia la capacità di esporli in maniera formale con particolare attenzione alla terminologia che la disciplina richiede. La prova orale ha una durata di circa 30 minuti. In alcuni casi, previo avvertimento degli studenti iscritti. In questo caso l’esame potrebbe essere svolto in modalità scritta con 10 domande aperte da completare in due ore.

L’insegnamento è organizzato in:
 a) lezioni frontali. b) Nella piattaforma “moodle” di Ateneo è presente materiale didattico (testi d’esame; materiale proiettato in aula). Prove pratiche in laboratorio per coltivare isolare e identificare i microrganismi con le tecniche microbiologiche di base: uso dell'autoclave, preparazione di terreni liquidi e solidi utilizzo del "safety cabinet" e l'autoclave.

Italiano

Nessuna

orale