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Lisa SOLIERI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze della Vita sede ex-Agraria
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Insegnamento: Miglioramento genetico dei lieviti
Controllo e sicurezza degli alimenti (RE) (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Il corso fornisce competenze per ideare, sviluppare e condurre progetti di selezione e miglioramento genetico di lieviti idonei a specifiche applicazioni alimentari, industriali e nutraceutiche mediante tecniche OGM e OGM-free.
Competenze specifiche: manipolazione, conservazione ed identificazione di colture di lieviti; selezione marker assistita; dissezione di aschi e analisi delle tetradi; costituzione e validazione di linee cellulari omozigoti e ibride; conoscenza integrata delle principali metodiche di evolutionary engineering, genome shuffling, mutagenesi random e sito-specifica; costruzione di ceppi knock-out e strategie di “gene-replacement”; principi di genome editing di lieviti convenzionali e non-convenzionali.
Prerequisiti
Il superamento degli esami di Genetica, Biochimica e Biologia dei microrganismi/Microbiologia di base è fortemente consigliato.
Programma del corso
I CFU per ciascuna attività del programma, che potranno variare in funzione al tempo di apprendimento degli studenti, saranno così articolati:
PARTE I (1 CFU). Introduzione al corso: principali applicazioni dei lieviti in campo alimentare, nutraceutico ed industriale: colture starters, single cell proteins e cell factories per la produzione di enzimi e chemicals; ruolo di Saccharomyces cerevisiae come sistema modello in biologia. Principi di tassonomia e metabolismo dei lieviti. Il ciclo vitale di S. cerevisiae e di altri lieviti di interesse industriale. Loci che definiscono il tipo sessuale, switching del mating-type e principali effettori del controllo dell’identità e della crescita cellulare.
PARTE II (3 CFU). Progetto genoma di S. cerevisiae; librerie di mutanti knock-out; introduzione alla “yeast system biology”. Significato della selezione clonale e della selezione marker-assistita. Sviluppo di lieviti non OGM: ibridazione intra- e inter-specie; random mutagenesis; ingegneria evolutiva. Tecnologie di “next generation sequencing” e loro applicazione nell’ ingegneria metabolica inversa. Ingegneria metabolica: vettori, cassette di delezione, tecniche di distruzione e sostituzione genica, in vivo e in vitro mutagenesi sito-specifica). Metodi di genome shuffling. Gene editing in lieviti convenzionali e non-convenzionali”.
PARTE III (2 CFU). Casi studio di interesse alimentare: lieviti migliorati per enologia; valorizzazione di scarti dell'industria alimentare mediante fermentazione e lieviti come fonte di proteine; ibridizzazione di lieviti da birra; strategie di ingegneria evolutiva per il miglioramento della osmotolleranza e termolleranza. Casi studio di interesse industriale: lieviti e bioraffinerie per la produzione di bioetanolo e biofuels; Komagatella pastoris come host per la produzione di proteine eterologhe, enzimi e additivi.
Metodi didattici
Il corso consiste in lezioni frontali (6 CFU) sui principi della genetica e biotecnologie dei lieviti e su casi specifici di sviluppo di ceppi per processi fermentativi alimentari, anche in relazione alla salute umana e alle tematiche di sostenibilità ambientale. Almeno due articoli peer-reviewed saranno discussi durante le lezioni frontali per favorire l’apprendimento critico di approcci metodologici e strategie di progettazione di lieviti.
La frequenza non è obbligatoria ma fortemente consigliata. Il corso verrà erogato in lingua italiana.
Testi di riferimento
Materiale proiettato dal docente, video e articoli scientifici resi disponibili agli studenti mediante la piattaforma Moodle.
Verifica dell'apprendimento
Modalità di esame: 5 domande a risposta multipla (a cui verranno attribuiti un massimo di 10 punti su 30); colloquio orale (a cui verranno attribuiti un massimo di 17 punti su 30); tesina scritta (a cui verranno attribuiti un massimo di 3 punti su 30). Lo studente dovrà fornire una tesina scritta su argomento di interesse. Tale relazione dovrà essere approvata dal docente per il superamento del corso. Dettagli per la sottomissione della relazione scritta saranno forniti durante il corso.
Le domande a scelta multipla presentano tre/quattro opzioni di risposta ciascuna, una sola delle quali è esatta. Alla risposta esatta è attribuito 1 punto, alla risposta non data -1 e alla risposta errata: 0. il tempo a disposizione sarà di 10 minuti. Tali domande sono finalizzate a valutare:
- le conoscenze e le capacità di comprensione;
- l’applicazione di conoscenze e capacità di comprensione.
L’esame orale consterà di due domande a risposta aperta. Gli indicatori di valutazione del colloquio orale sono:
- Capacità di utilizzare le conoscenze (25 %)
- Capacità di collegare le conoscenze (25 %);
- Padronanza del linguaggio microbiologico e genetico (15 %);
- Capacità di discutere gli argomenti (20 %)
- Capacità di approfondire gli argomenti (15 %)
Gli esiti saranno comunicati entro e non oltre due settimane dalla prova scritta; la pubblicazione avverrà tramite Esse3.
Gli indicatori per la valutazione della Tesina scritta sono:
-3 punti: ottima capacità di illustrare l’argomento con linguaggio appropriato ed eccellente capacità di collegare le informazioni;
-2 punti: discreta capacità di illustrare l’argomento con linguaggio accettabile e discreta capacità di collegare le informazioni;
-1 punto: sufficiente capacità di illustrare l’argomento con linguaggio accettabile e sufficiente capacità di collegare le informazioni;
-0 punti: insufficiente capacità di illustrare l’argomento, assenza di linguaggio scientifico e insufficiente capacità di collegare le informazioni.
Gli esami si svolgono nell’arco del calendario didattico e per ogni appello gli studenti dovranno iscriversi utilizzando la piattaforma Esse3. Non sono previste valutazioni intermedie.
Risultati attesi
A. Conoscenza e capacità di comprensione: tramite le lezioni in aula, le letture guidate di articoli scientifici e le discussioni collegiali, lo studente apprenderà come ideare strategie e svolgere progetti di sviluppo di lieviti per specifiche applicazioni alimentari ed industriali, tenendo in considerazione parametri di efficienza, sostenibilità ambientale e promozione della salute umana.
B. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: i casi studio proposti consentiranno allo studente di poter approcciare sperimentalmente le principali metodiche di sviluppo e modificazione di lieviti di interesse alimentari e industriali e, nello specifico, di manipolare e identificare colture di lieviti; costituire e validare ibridi; preparare e caratterizzare funzionalmente colture starter; modificare geneticamente colture di lievito.
C. Autonomia di giudizio: Tramite la lettura individuale e la discussione in aula degli articoli proposti, lo studente sarà in grado di comprendere e valutare criticamente i metodi e le tecniche per il miglioramento genetico dei lieviti e formulare autonomamente proposte progettuali per la risoluzione di problematiche biotecnologiche.
D. Abilità comunicative: Attraverso l’esposizione in aula di casi studio, lo studente acquisirà la capacità di esporre un problema scientifico, individuandone i punti critici; di descrivere dati e interpretare i risultati in modo efficace e conciso; di formulare 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 (master, dottorato di ricerca) e per lo sviluppo e l’organizzazione di percorsi di autoapprendimento che consentono l’aggiornamento e la formazione professionale permanente.