MICROBIOLOGY

Questo corso è rivolto a studenti non biologici per apprendere nozioni di microbiologia e delle sue applicazioni. Sebbene relativamente semplici e primitivi, i microrganismi sono considerati la forma di vita di maggior successo. Sono praticamente ovunque e indispensabili per la vita sulla Terra. I microrganismi influenzano profondamente il mondo in cui viviamo: sono essenziali per mantenere l'equilibrio di ogni ecosistema, vivono in simbiosi con piante e animali, sono fondamentali per la fermentazione degli alimenti, svolgono un ruolo importante in diverse applicazioni industriali, nella depurazione delle acque e nella biorisanamento ambientale. Alcuni di loro sono patogeni e quindi pericolosi per piante, animali e esseri umani. Per queste ragioni diventa importante studiarli e conoscere i loro meccanismi cellulari, molecolari e metabolici. Durante il corso verranno indagate le nuove scoperte in microbiologia e i meccanismi microbici utilizzati nelle applicazioni biotecnologiche e nanotecnologiche

Il principale obiettivo del corso è fornire agli studenti i concetti necessari per comprendere i meccanismi strutturali, funzionali e molecolari all'interno del mondo microbico, così come le principali applicazioni biotecnologiche e nanotecnologiche che impattano la società umana e l'ambiente. Alla fine del corso, gli studenti saranno in grado di:

-Comprendere i concetti fondamentali della microbiologia e l'importanza dei microrganismi;
-Descrivere la diversità metabolica dei procarioti e come questi organismi ottengono energia, elettroni e carbonio dall'ambiente;
-Descrivere i meccanismi di biologia molecolare dei microrganismi;
-Discutere le principali opzioni per il controllo della crescita microbica in vitro e in vivo;
-Avere una buona comprensione delle procedure comuni e di ultima generazione nei laboratori di microbiologia, inclusi l'isolamento e la purificazione batterica e l'identificazione batterica basata su strumenti biochimici, molecolari e di sequenziamento;
-Valutare i potenziali benefici e danni causati dai microrganismi;
-Conoscere gli strumenti microbici per nuove applicazioni in biotecnologia e nanotecnologia;
-Presentare e discutere dati scientifici utilizzando e applicando il linguaggio specializzato della microbiologia

Non sono richiesti prerequisiti per questo corso, ma si raccomanda che gli studenti abbiano una conoscenza di base di chimica organica e biochimica

1. BIOLOGIA CELLULARE E MOLECOLARE DEI MICRORGANISMI
a. Importanza dello studio dei microrganismi. Struttura cellulare: procarioti vs eucarioti; morfologia batterica; membrana citoplasmatica: struttura e funzioni; parete batterica: struttura di Gram+ e Gram-, peptidoglicano e LPS; sintesi della parete cellulare e divisione cellulare.
b. Strutture superficiali della cellula: capsule e strati mucosi, fimbrie e pili. Inclusioni cellulari; vescicole gassose; endospore: struttura e ciclo di sporulazione.
c. Locomozione microbica: Flagelli e motilità; motilità strisciante; tassie microbiche: chemiotassi, fototassi.
d. DNA microbico, replicazione, trascrizione e traduzione batterica; mutazioni; trasferimento genico nei batteri; ricombinazione genica; trasformazione; trasduzione; coniugazione; trasposoni; CRISPR.

2. DIVERSITÀ DEL METABOLISMO MICROBICO. Macro e micronutrienti; trasporto cellulare; classificazione energetica dei microrganismi; principi di bioenergetica;
Catabolismo: glicolisi e fermentazione; respirazione: cicli dell’acido citrico e del glicossilato, trasportatori di elettroni; trasporto di elettroni e forza proton-motrice.
Anabolismo: biosintesi dei polisaccaridi e gluconeogenesi; amminoacidi-nucleotidi, lipidi.
Autotrofia: ciclo di Calvin e altri percorsi di fissazione della CO2; fototrofia; fissazione dell’azoto; ossidazione dell’idrogeno; ossidazione di ferro e zolfo; nitrificazione; riduzione dei nitrati e denitrificazione; riduzione dello zolfo; metabolismo dei composti a 1 carbonio; acetogenesi e metanogenesi, fermentazioni.

3. CRESCITA MICROBICA. Nutrienti; microbiologia classica: tecniche di coltivazione e conteggio microbico; divisione binaria e ciclo di crescita microbica; coltura continua; effetti ambientali sulla crescita microbica: temperatura, pH, pressione osmotica e ossigeno; controllo della crescita microbica: calore, agenti chimici e fisici; resistenza agli antibiotici.

4. COMPORTAMENTI SOCIALI DEI BATTERI. Fasi della formazione del biofilm; diversi tipi di biofilm; la matrice del biofilm; la matrice come sistema digestivo comune esterno; eterogeneità nel biofilm; interazioni sociali batteriche; cooperazione e competizione batterica; tolleranza e resistenza agli antimicrobici; adesione del biofilm alle superfici; biofilm.

5. MICROBIOMA UMANO. Composizione del microbioma; diversità dei microbiomi umani; il ruolo centrale del microbioma intestinale; coevoluzione microbioma-ospite; microbioma in salute e malattie; asse microbioma-intestino-ospite; intervento sul microbioma per una medicina personalizzata

6. COMUNICAZIONE BATTERICA. Quorum sensing; tipi di sistemi di quorum sensing; comunicazione cellula-cellula; comunicazione intra e inter batterica.

7. TECNICHE AVANZATE MICROBICHE. FISH, citometria a flusso, sequenziamento dell'rRNA 16S, metagenomica shotgun, sequenziamento a singola cellula, parametri ecologici.

8. INGEGNERIA BATTERICA. Produzione di biocarburanti, celle a combustibile microbiche, progettazione di materiali attraverso la biologia sintetica; approcci bottom-up per singole cellule e comunità microbiche.

9. Journal club: gli studenti presenteranno articoli di ricerca nel campo della microbiologia relativi a nuove scoperte nel microbioma umano, sequenziamento a singola cellula, vescicole della membrana esterna, ingegneria dei biocarburanti, cellule batteriche sintetiche, biorisanamento.

Madigan M.T., Bender K.S., Buckley D.A., Sattley W.M, Stahl D.A. Brock, Biology of Microorganisms, 16th Edition. ISBN-13: 9781292404790.

Il docente fornirà inoltre articoli scientifici e recensioni pubblicati su riviste peer-reviewed riguardanti i temi trattati nel corso.

La partecipazione costante e attiva alle lezioni saranno considerati elementi positivi di valutazione. Per le esperienze di laboratorio vi è l'obbligo di frequenza di almeno l’80% dei giorni di laboratorio, pena la mancata possibilità di effettuare e superare l’esame. La valutazione della parte pratica di microbiologia sarà svolta in classe con domande a scelta multipla ed esercizi di microbiologia. Il test di laboratorio viene valutato su base superato/non superato, e il superamento è essenziale per poter accedere all'esame orale.
L'esame orale è suddiviso in due parti. La prima parte consiste nella presentazione di un articolo di ricerca in gruppi di lavoro in classe su recenti scoperte in microbiologia, che vale il 30% del totale dei punti del corso. La seconda parte consiste in almeno tre domande aperte su tutti gli argomenti trattati durante il corso, che vale il 70%.

Un esame completamente riuscito (27-30/30) sarà considerato tale quando verrà dimostrata una solida e ampia padronanza dei concetti discussi durante le lezioni e i journal clubs. Un voto medio (22-26/30) sarà il risultato di una comprensione abbastanza completa di singoli temi ma con limitate interconnessioni tra gli argomenti. Un livello di sufficienza (18-21/30) corrisponderà a una conoscenza minima delle singole nozioni.

orale

Il/la docente ha il dovere di vigilare affinché siano rispettate le regole di autenticità e originalità delle prove d'esame. Di conseguenza, nei casi in cui vi sia il sospetto di un comportamento irregolare, l'esame può prevedere un ulteriore approfondimento, contestuale alla prova d'esame, che potrà essere realizzato anche in modalità differente rispetto alle modalità sopra riportate.

30 e lode: Eccellente con distinzione. Lo studente dimostra una padronanza eccezionale della materia, un'analisi critica originale e un'applicazione creativa dei concetti oltre le aspettative.
30: Eccellente. Lo studente dimostra una comprensione completa e approfondita dei concetti, applicando le conoscenze in modo rigoroso e comunicando con precisione.
28-29: Ottimo. Lo studente dimostra una conoscenza molto solida della materia con capacità di analisi critiche ben sviluppate.
26-27: Molto buono. Lo studente possiede una buona padronanza dei contenuti con capacità di collegamento e analisi.
24-25: Buono. Lo studente dimostra una comprensione adeguata dei concetti principali con capacità di applicazione corretta.
22-23: Discreto. Lo studente mostra una conoscenza discreta dei contenuti fondamentali, con alcune imprecisioni.
20-21: Più che sufficiente. Lo studente possiede una conoscenza basilare ma completa degli argomenti essenziali.
18-19: Sufficiente. Lo studente dimostra una conoscenza minima ma accettabile dei contenuti fondamentali.
< 18: Insufficiente. Lo studente presenta gravi lacune nella comprensione e nell'applicazione dei concetti fondamentali.

Il corso viene erogato in modalità blended, combinando 14 lezioni in presenza con 6 lezioni online che utilizzano metodologie sia sincrone che asincrone. Sia le componenti in aula che quelle online incorporano presentazioni PowerPoint e lavori di gruppo, come journal clubs, per migliorare il coinvolgimento degli studenti e i risultati dell'apprendimento. La parte online del corso prevede ulteriori metodi di valutazione, tra cui quiz e forum di discussione, specificamente progettati per rafforzare l'esperienza di apprendimento virtuale e preparare gli studenti alle successive lezioni in presenza. Le lezioni di teoria saranno a loro volta supportate da sessioni di laboratorio che aiuteranno a illustrare i concetti pratici.

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