BIOTECNOLOGIE: PRINCIPI ED APPLICAZIONI

L’insegnamento è una delle attività formative di base del corso di laurea in Chimica e Tecnologie Sostenibili, e consente allo studente di acquisire la conoscenza di base delle biotecnologie e le loro principali applicazioni in ambito industriale ed ambientale. Il corso si configura come un insegnamento multidisciplinare, con riferimento alla biologia molecolare, alla genetica, alla chimica biologica ed alla microbiologia.
Obiettivi formativi dell’insegnamento sono: 1) acquisire competenze relative alla biologia di base dei microrganismi procariotici ed eucariotici di intesse nell’ambito delle biotecnologie 2) acquisire competenze relative al metabolismo microbico 3) acquisire competenze relative alle principali tecniche di selezione e manipolazione dei microrganismi, con particolare riferimento alle tecniche di ingegneria genetica 4) acquisire competenze relative ai diversi campi di applicazione delle biotecnologie, ambientali ed industriali (es. farmaceutico, alimentare, etc.) 5) acquisire i concetti e le competenze di base per la progettazione e la gestione delle fermentazioni in ambito industriale biotecnologico, con riferimento alle criticità legate alla tipologia di microrganismo, di coltura, di prodotto finale 6) acquisire capacità ed autonomia nell’applicazione delle tecniche di base della biologia molecolare, con particolare riferimento all’estrazione e purificazione di acidi nucleici, tecnica di PCR ed elettroforesi.

1. Conoscenza e comprensione
i) Conoscere la biologia di base dei microrganismi procariotici ed eucariotici di intesse nell’ambito delle biotecnologie;
ii) Conoscere il metabolismo microbico ed i diversi adattamenti in ambiente aerobico ed anaerobico;
iii) Conoscere le principali tecniche di selezione e manipolazione dei microrganismi, con particolare riferimento alle tecniche di ingegneria genetica;
iv) Conoscere le diverse applicazioni industriali (es. ambito farmaceutico, alimentare, etc.) dei microrganismi di interesse;
v) Conoscere le tecniche di base di estrazione, purificazione ed amplificazione del DNA.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
i) capacità di utilizzare le conoscenze acquisite per applicazioni in ambito industriale biotecnologico;
ii) Capacità di applicare in laboratorio le tecniche di base della biologia molecolare.

3. Capacità di giudizio
i) capacità di individuare e risolvere le criticità principali delle fermentazioni in ambito industriale biotecnologico, con riferimento alla tipologia di microrganismo utilizzato, di fermentatore, ed al prodotto finale della fermentazione da ottenere.

4. Abilità comunicative
i) Saper comunicare le conoscenze apprese e il risultato della loro applicazione utilizzando una terminologia appropriata;
ii) Saper interagire con il docente e con i compagni in modo rispettoso e costruttivo, in particolare durante le esercitazioni pratiche in laboratorio.

5. Capacità di apprendimento
i) Saper prendere appunti, selezionando e raccogliendo le informazioni a seconda della loro importanza e priorità.
ii) Saper effettuare connessioni logiche tra gli argomenti del corso e saper applicare in laboratorio le nozioni apprese a lezione.

Le tematiche affrontate durante il corso presuppongono una buona conoscenza della CHIMICA BIOLOGICA, pertanto sarebbe consigliato (anche se non necessario) che gli studenti avessero già seguito tale corso e sostenuto il relativo esame.

In relazione agli obiettivi formativi ed ai risultati di apprendimento attesi, riportati nelle sezioni relative, i contenuti del corso possono essere divisi in tre parti, oltre ad una breve introduzione.
INTRODUZIONE
Introduzione al corso di Biotecnologie: principi ed applicazioni. Tematiche del corso e materiale didattico.

PARTE 1-I MICRORGANISMI:
Le cellule procariotiche ed eucariotiche, gli organismi modello, i meccanismi di trasferimento del materiale genetico nei procarioti. I batteri sporigeni e la sporulazione; i virus, con particolare riferimento ai batteriofagi; i microrganismi eucariotici modello (S. cerevisiae).

PARTE 2- IL METABOLISMO MICROBICO:
(i) Processi nutrizionali negli organismi viventi: autotrofi ed eterotrofi; schema di base dell'attività metabolica di un organismo modello procariotico (E. coli). La glicolisi; la via di Entener-Douroff; la via dei pentoso fosfati; il ciclo di Krebs. Gli intermedi ad alta energia e la catena di trasporto degli elettroni nel metabolismo aerobico. La beta ossidazione degli acidi grassi; il ciclo dell'acido gliossilico; la respirazione anaerobica. Denitrificazione e riduzione del solfato; fermentazione lattica e alcolica; fermentazioni acido miste; i metanogeni. I microrganismi chemiolitotrofi-nitrificanti; idrogenobatteri; solfobatteri; respirazione aerobica di composti inorganici; il ciclo di Calvin Benson; cenni sui microrganismi fototrofi.

(ii) meccanismi di regolazione del metabolismo microbico: canalizzazione, enzimi regolati ed enzimi inducibili; induzione e repressione; regolazione dell'operone Lac.

(iii) Le esigenze nutrizionali dei microrganismi: i terreni colturali, loro caratteristiche generali, terreni sintetici e terreni complessi; terreni selettivi e differenziali e terreni di arricchimento.

PARTE 3- I MICRORGANISMI NELLE BIOTECNOLOGIE:
(i) La selezione dei microrganismi- le mutazioni genetiche, ottenimento di microrganismi mutanti nelle biotecnologie.

(ii) Ingegneria genetica e tecniche del DNA ricombinante: gli enzimi di restrizione; i vettori molecolari (plasmidi, batteriofagi e cosmidi); la DNA ligasi. Tecniche di analisi e manipolazione degli acidi nucleici: clonaggio genico e retrotrascrizione; le sonde molecolari e l’ibridazione in situ; replicazione del DNA; tecnica di PCR (reazione a catena della polimerasi) ed elettroforesi del DNA.

(iii) La tecnologia delle Fermentazioni Industriali: caratteristiche generali, fermentazione discontinua, semicontinua, continua; classificazione di Gaden; cinetiche di crescita ed equazione di Monod; il chemostato.

(iv) Alcuni esempi delle Biotecnologie nei processi industriali: produzione di acidi organici-acido citrico; produzione di amminoacidi-Lisina; produzione di ormoni quali insulina, ormone della crescita (GH) ed eritropoietina (EPO); produzione di antibiotici, produzione di enzimi destinati all’industria alimentare (Rennina o chimosina), gli OGM e l'industria alimentare, brevi cenni alle biotecnologie ambientali (es. fitorisanamento di suoli contaminati).

(V) Laboratorio di Biotecnologie: Principi ed applicazioni
Le esperienze svolte in laboratorio sono le seguenti:
- estrazione e purificazione di DNA genomico;
- Amplificazione di una sequenza nucleotidica tramite tecnica di PCR;
-Elettroforesi del DNA.

Testi di riferimento:
-Biologia Molecolare della Cellula, 2016, Alberts et al., edizioni Zanichelli.
-Introduzione alla Biochimica di Lehninger, 2015, David L. Nelson, Michael M. Cox. edizioni Zanichelli.
-Elementi di Genetica, 2016, P.J. Russell - P.E. Hertz - B. McMillan, Edises editore.
-Brock. Biologia dei microrganismi. Microbiologia generale, ambientale e industriale, 2016, edizioni Pearson.

Il metodo previsto di verifica dell’apprendimento si articola in una prova dal superamento obbligatorio: PROVA ORALE.
La prova orale consiste in una serie di domande riguardanti le tre parti del programma teorico e delle esperienze di biologia molecolare svolte in laboratorio, come 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.
La prova orale ha una durata di circa 30 minuti.

L’insegnamento è organizzato in:
a) lezioni frontali
b) esperienze di laboratorio in cui gli studenti saranno coinvolti nell’apprendimento delle tecniche di estrazione e purificazione del DNA, elettroforesi di acidi nucleici e tecnica di PCR.

Nella piattaforma “moodle” di Ateneo è presente materiale didattico (materiale proiettato in aula).

Italiano

Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento:
Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA: disabilita@unive.it

orale

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Capitale umano, salute, educazione" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile