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Lisa SOLIERI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze della Vita sede ex-Agraria
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Insegnamento: Biologia dei microrganismi
Scienze e tecnologie agrarie e degli alimenti (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Lo studente dovrà acquisire solide nozioni di microbiologia generale necessarie alla comprensione e allo studio di problematiche microbiologiche inerenti ai sistemi alimentari ed agricoli. In particolare dovrà essere in grado di: 1) conoscere e discriminare i principali raggruppamenti tassonomici di interesse agro-alimentare, nonché descriverne le caratteristiche metaboliche; 2) conoscere e descrivere le principali fasi del ciclo vitale di funghi e batteri e descriverne gli aspetti genetici e molecolari; 3) isolare, identificare e conservare culture di microrganismi eucarioti e procarioti; 4) riconoscere le principali categorie di virus sulla base della classificazione di Baltimore; 5) conoscere il ruolo dei microrganismi nei cicli biogeochimici.
Prerequisiti
Competenze di genetica e biochimica sono fortemente raccomandate per la comprensione del corso.
Programma del corso
Le attività di insegnamento possono subire variazioni in funzione della velocità di apprendimento degli studenti. In generale il corso sarà suddiviso come segue.
Lezioni frontali (5 CFU). Di cui:
2 CFU
Introduzione alla microbiologia: la scoperta dei microbi, esperienze di A. van Leeuvenhoeck, Pasteur, Sergej Vinogradskij; i postulati di Koch. Stephen J. Gould e la passeggiata dell’ubriaco; Karl Popper e il principio di falsificazione. L’evoluzione della vita sulla terra e la definizione di LUCA (Last Universal Common Ancestor).
Morfologia microbica: eucarioti e procarioti, differenze morfologiche. Parete cellulare negli Eubatteri Gram-positivi e Gram-negativi. Membrana e parete cellulare degli Archaea. Parete cellulare dei lieviti.
Crescita microbica: definizione di coltura axenica; la crescita microbica: fasi e analisi matematica; metodi per la misurazione della crescita microbica. Batch, fed-batch e chemostato. Parametri ambientali che influenzano la crescita microbica (pH, concentrazione di soluti, temperatura e ruolo dell'ossigeno). Classificazione dei microrganismi sulla base dei parametri estrinseci di crescita. Scissione binaria e divisoma. Sporificazione in Bacillus subtilis: Ciclo vitale nei lieviti: il locus MAT e la definizione dell’identità cellulare; omotallismo ed eterotallismo.
I virus: struttura e ciclo replicativo. La classificazione di Baltimore. Focus sui batteriofagi.
1 CFU
Genetica microbica: mutazione, scambi genetici e ricombinazione. Focus sulla trasformazione e la coniugazione. Le proprietà del plasmide F e i ceppi Hfr. Regolazione trascrizionale: l'operone lac come paradigma.
Classificazione e filogenesi microbica: il concetto di specie. Approccio fenetico, filogenetico ed evolutivo alla classificazione microbica. Chiavi dicotomiche. Carl Woese e i geni ribosomali come orologi molecolari. I geni “housekeeping”. Cenni di Tassogenomica. Definizione di identificazione polifasica.
2 CFU
Gruppi microbici e metabolismi: Chemiorganotrofia. Eubatteri Gram negativi aerobi: Pseudomonas, Azotobacter e batteri acetici. Enterobatteri e organismi affini; conteggio dei coliformi totali e fecali, fermentazione acido mista e fermentazione 2,3-butandiolica. Fermentazione propionica, butirrica, succinica. Eubatteri Gram positivi sporigeni: generi Bacillus e Clostridium; fermentazione acetone-butandolo-etanolo (ABE); acetogenesi; fermentazione di Stickland; degradazione della cellulosa. Eubatteri Gram-positivi fermentanti: definizione di batteri lattici; fermentazione omolattica ed eterolattica. I lieviti: la fermentazione alcolica; etanolo e prodotti secondari; effetto Crabtree. Respirazione anaerobia e torre redox. La respirazione anaerobia nei batteri solfato-riduttori. Chemiolitotrofia: batteri idrogeno-ossidanti; batteri ferro-ossidanti; batteri solfuro-ossidanti. Fotosintesi ossigenica ed anossigenica. Pathways alternative per la fissazione della CO2. Archaea e metanogenesi. Azoto-fissazione e Anammox.
Microrganismi e cicli biogeochimici: il ruolo dei microrganismi nel ciclo del Carbonio; il ruolo dei microrganismi nel ciclo dell’azoto; microbiologia degli ambienti antropizzati.
Esercitazioni (2CFU): regole per il corretto lavoro in laboratorio; cellula procariotica e cellula eucariotica unicellulare al microscopio ottico; la sporificazione dei lieviti come esempio di differenziamento cellulare; la colorazione di Gram; tecniche di conteggio su piastra; strisci di purificazione; saggi di caratterizzazione fenotipica.
Metodi didattici
Il corso consiste in lezioni frontali (5 CFU) ed esercitazioni (2 CFU). L’insegnamento viene erogato mediante lezioni frontali in presenza che prevedono l’utilizzo di un approccio interattivo. Le lezioni vengono svolte con l’ausilio di mezzi audiovisivi (presentazioni in Power Point e filmati). Le esercitazioni prevederanno sia attività di laboratorio, visione guidata di video che attività di ricerca e consultazione nelle banche dati al computer. Si prevede obbligatoriamente la stesura di una tesina di approfondimento di un argomento a scelta o, in alternativa, di un report delle attività di laboratorio.
L’insegnamento è erogato in lingua italiana.
La frequenza non è obbligatoria ma fortemente consigliata.
Testi di riferimento
Brock, Biologia dei microrganismi volume I e II; M.T. Madigan, J:M: Martinko, D:A: Staahl; D.P.Clark. Casa Editrice Pearson.
Deho, Galli, Biologia dei microrganismi.Casa Editrice Ambrosiana.
Biavati, Sorlini, Microbiologia generale ed agraria. Casa Editrice Ambrosiana.
Libri da consultare per eventuali approfondimenti od interessi personali
H.W. Seeley, P.J. Vandemark, J.J. Lee. “Laboratorio di Microbiologia”. Ed. Zanichelli, Bo.
Libri da consultare per eventuali approfondimenti od interessi personali
H.W. Seeley, P.J. Vandemark, J.J. Lee. “Laboratorio di Microbiologia”. Ed. Zanichelli, Bo.
Harold J. Benson. Microbiological applications - a laboratory manual in general microbiology. IV edizione. WCB. Wm. C. Brown Pubblishers. Dubuque, Iowa
In Moodle vengono pubblicate settimanalmente e nel rispetto dei diritti d’autore le diapositive utilizzate dal docente per svolgere le lezioni.
Verifica dell'apprendimento
Test scritto a risposta multipla; valutazione della relazione scritta sulle esercitazioni svolte o su un argomento di approfondimento scelto dallo studente. Il test scritto consentirà il raggiungimento della votazione massima (30/30), mentre alla relazione di laboratorio/approfondimento verrà attribuito il valore massimo di 1/30. Gli studenti che nella prova scritta conseguiranno 30/30 e presenteranno una relazione con punteggio pari a 1/30 si vedranno attribuire la lode; se il punteggio del test a risposta multipla è inferiore a 30/30, il punteggio conseguito nella relazione va a incrementare il voto della prova scritta.
Il test scritto a risposta multipla includerà 30 domande, ciascuna delle quali con tre/quattro opzioni di risposta, una sola delle quali esatta. Alla risposta esatta è attribuito 1 punto, alla risposta non data -1 e alla risposta errata: 0. Le domande sono finalizzate a valutare:
- le conoscenze e le capacità di comprensione;
- l’applicazione di conoscenze e capacità di comprensione;
- l’autonomia di giudizio.
La prova scritta avrà la durata di 30 minuti.
Gli esiti saranno comunicati entro e non oltre due settimane dalla prova scritta; la pubblicazione avverrà tramite Esse3.
Risultati attesi
A. Conoscenza e capacità di comprensione: tramite lezioni in aula, letture guidate e discussioni collegiali lo studente apprenderà il linguaggio, la terminologia e solide nozioni di microbiologia generale necessarie alla comprensione e allo studio delle microbiologie specialistiche che saranno impartite negli anni successivi. In particolare, svilupperà conoscenza e comprensione per:
- identificare le principali caratteristiche strutturali e genetiche delle cellule microbiche collegandole con gli aspetti funzionali
-descrivere e collegare i meccanismi della crescita microbica, nonché i parametri estrinseci che la influenzano
-descrivere e discriminare i principali metodi di identificazione delle cellule microbiche
-discriminare le principali categorie di virus e descrivere il loro ciclo vitale
-descrivere e collegare i metabolismi microbici, nonché discriminare i microrganismi in funzione di quest’ultimi
-descrivere il ruolo dei principali raggruppamenti microbici nei cicli biogeochimici
B. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Tramite le esercitazioni proposte lo studente sarà in di 1) impiegare correttamente i terreni selettivi e differenziali per il conteggio e l’isolamento dei principali microrganismi di interesse agrario; 2) isolare, identificare e conservare culture di microrganismi eucarioti e procarioti; 3) leggere criticamente articoli di biologia molecolare applicate alla classificazione dei microrganismi; 4) conoscere i meccanismi di ricombinazione nei procarioti e negli eucarioti; 5) distinguere sulla base di caratteri morfologici e fisiologici i principali gruppi di microrganismi di interesse agroalimentare ed ambientale;
C. Autonomia di giudizio: Tramite la lettura e la discussione di articoli proposti a lezione, lo studente e sarà in grado di utilizzare in autonomia le conoscenze acquisite, comprendere e discutere criticamente i metodi e le tecniche microbiologiche, nonché condurre in modo critico un’analisi su nuove conoscenze in campo microbiologico.
D. Abilità comunicative: Lo studente svilupperà la capacità di presentare i problemi, dati e risultati in campo microbiologico in modo efficace e conciso; di esprimere i concetti appresi con linguaggio appropriato e di sostenere una discussione in merito agli argomenti di microbiologia trattati.
E. Capacità di apprendimento: Le attività̀ descritte consentono allo studente di acquisire gli strumenti metodologici per l’accesso ad un ulteriore livello di formazione (laurea magistrale) e per lo sviluppo e l’organizzazione di percorsi di autoapprendimento che consentano la formazione professionale permanente.