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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 linguaggio, terminologia e 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) impiegare correttamente i terreni selettivi e differenziali per il conteggio e l’isolamento dei principali microrganismi di interesse agrario ed alimentare; 2) isolare, identificare e conservare culture di microrganismi eucarioti e procarioti; 3) leggere criticamente articoli di scientifici inerenti la classificazione ed il metabolismo dei microrganismi; 4) conoscere i principali metabolismi microbici e le categorie microbiche ad essi associati; 5) distinguere, sulla base di caratteri morfologici e fisiologici, i principali gruppi di microrganismi di interesse agroalimentare ed ambientale; 6) riconoscere le principali categorie di virus sulla base della classificazione di Baltimore.
Prerequisiti
Non sono richiesti prerequisiti, ma avere sostenuto gli esami relativi ai corsi di genetica e biochimica è vantaggioso ai fini della comprensione del corso.
Programma del corso
Lezioni frontali (5 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.
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.
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. Eubatteri anaerobi Gram-negativi: 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. Chemiolitotrofia: batteri idrogeno-ossidanti; batteri ferro-ossidanti; batteri solfuro-ossidanti. Fotosintesi ossigenica ed anossigneica. Pathways alternative per la fissazione della CO2. Archaea e metanogenesi. Azoto-fissazione e Anammox.
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). Visita ad impianti di depurazione acque reflue e metanogenesi; lettura e discussione di un articolo scientifico. In caso di epidemia da Covid-19 le visite guidate saranno sospese.
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.
Harold J. Benson. Microbiological applications - a laboratory manual in general microbiology. IV edizione. WCB. Wm. C. Brown Pubblishers.Dubuque, Iowa
Verifica dell'apprendimento
Modalità di esame: Test scritto a risposta multipla; valutazione della relazione scritta sulle esercitazioni svolte o, in caso di studente lavoratore, su un tema di approfondimento inerente il corso a scelta dello studente. In caso di Epidemia da Covid 19 mediante metodo a distanza su piattaforma Teams: prova con 5 domande a risposta multipla seguita da colloquio orale.
Risultati attesi
A. Conoscenza e capacità di comprensione: tramite lezioni in aula, letture guidate e discussioni collegiali lo studente apprende 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.
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 comprendere e discutere criticamente i metodi e le tecniche microbiologiche.
D. Abilità comunicative: L’esposizione in aula su specifici argomenti permettono di sviluppare la capacità a presentare i problemi, dati e risultati in modo efficace e conciso; di esprimere i concetti appresi con linguaggio appropriato e di sostenere una discussione in merito agli argomenti 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.