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Maddalena ROSSI
Professore Ordinario
Dipartimento di Scienze della Vita sede ex Chimica V.Campi 103
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Insegnamento: Biotecnologie microbiche
Biotecnologie industriali (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Il corso deve fornire agli studenti le competenze relative al miglioramento dei microrganismi impiegati per la produzione di metaboliti, proteine ricombinanti ed enzimi ed ai processi corrispondenti. Lo studente apprenderà le tecniche di subclonaggio e di espressione in E. coli.
Il corso presenta inoltre i principali processi biotecnologici per la produzione industriale di metaboliti primari, metaboliti secondari, proteine e biomasse microbiche. Le modalità operative utilizzate industrialmente (batch, fed-batch, continua) sono analizzate. Inoltre, sono descritti gli impianti ed i bioreattori utilizzati per le colture sommerse e in stato solido, la scelta della scala di produzione, i criteri di scale-up e le tecniche principali per il recupero e la purificazione dei prodotti biotecnologici.
Per una più completa comprensione degli obiettivi formativi, si rimanda alla lettura dei risultati di apprendimento attesi a seguito dello svolgimento del presente percorso formativo.
Prerequisiti
Per seguire il corso in maniera proficua, comprendendone i contenuti è necessario conoscere la microbiologia e le caratteristiche principali di batteri, lieviti e funghi filamentosi. Nozioni di genetica, biologia molecolare e biochimica dei microorganismi sono necessarie per la comprensione degli approcci di miglioramento genetico dei microorganismi e di ingegneria metabolica. Nozioni di matematica sono alla base della comprensione delle equazioni di modellazione dello sviluppo e delle cinetiche a questo associate. Nozioni di fisica e chimica fisica sono alla base della trattazione dei bioreattori, degli impianti biotecnologici e del recupero dei prodotti.
Programma del corso
Contenuti di Chimica delle Fermentazioni (5 CFU):
- Integrazione in E. coli, CRISPR CAS editing, Folding, chaperons e secrezione in E. coli 1.5 CFU;
- Repressione da catabolita, sistama a 2 componenti 0.3 CFU;
- Bacillus subtilis nelle biotecnologie e produzione di ribiflavina 1 CFU;
- Corynebacterium e produzione di amminoacidi 1.2 CFU;
- Streptomiceti e produzione di metaboliti secondari 1 CFU.
Contenuti di Processi e Impianti Biotecnologici (4 CFU)
- Costi di esercizio dei processi biotecnologici (materie prime, trasferimento di calore, di ossigeno, sterilizzazione e operatività in asepsi): 1 CFU
- Bioreattori ad agitazione meccanica e pneumatica e a biomassa immobilizzata: 1 CFU
- Recupero e purificazione di prodotti biotecnologici: 1 CFU
- Cinetiche di colture microbiche batch, fed batch e continue: 1 CFU
Laboratorio di Processi e Impianti Biotecnologici (2 CFU):
- Allestimento e sterilizzazione di bioreattori; misure online e offline di parametri di processo, biomassa, substrato e prodotti: 1 CFU
- Esempi di processi batch, fed-batch e continui: 1 CFU
Metodi didattici
Il corso viene erogato in lingua italiana, in presenza (o in diretta streaming in caso di emergenze sanitarie). Non è obbligatoria la frequenza, anche se è fortemente consigliata. L'attività didattica è in gran parte frontale con approccio trasmissivo, con possibili integrazioni seminariali. Le esercitazioni sono condotte in laboratorio didattico, alcune a posto singoli, altre in piccoli gruppi. Gli aspetti teorici che sottendono alle esercitazioni di laboratorio, così come i risultati sperimentali ottenuti dalle esercitazioni stesse saranno analizzati durante le lezioni.
Testi di riferimento
Durante il corso verrà fornito il materiale per l'esame come dispense, presentazioni delle lezioni, indicazioni di articoli da leggere e parti di testi da studiare.
Verifica dell'apprendimento
La verifica dell'apprendimento è condotta con due prove orali, una per i contenuti di "Chimica delle Fermentazioni" ed una per i contenuti di "Processi e Impianti biotecnologici", che non necessariamente dovranno svolgersi nella stessa giornata. Ciascuna prova ha durata di 20-30 minuti ed è valutata in trentesimi. Il voto proposto sarà la media delle due valutazioni.
Le prove sono condotte con domande aperte su tutto il programma e sui contenuti delle esercitazioni. 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.
Nella prova si valuta la conoscenza dell'argomento, la capacità di argomentare, il livello di approfondimento, il lessico e la forma, la capacità di rimanere entro i confini della richiesta e di collegare argomenti pertinenti senza divagare. Il voto proposto tiene conto di una valutazione complessiva di tutti questi aspetti.
Risultati attesi
al termine del Corso, si auspica che lo/a studente/essa abbia raggiunto i seguenti risultati
1. Conoscenza e comprensione:
Modelli cinetici relativi alla crescita microbica, al consumo dei substrati e alla generazione di prodotti
Modalità operative di conduzione dei processi microbici industriali, con relativi vantaggi, svantaggi ed applicazioni
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Design sperimentale per la definizione dei parametri cinetici
Tecnologie e metodi di modelling predittivo di prodotti e processi
Progettazione e gestione di processi biocatalitici e fermentativi
3.Autonomia di giudizio:
Valutazione e interpretazione dei dati sperimentali
Valutazione della didattica
Consapevolezza delle problematiche sperimentali
4.Abilità comunicative:
Comunicazione professionale in lingua italiana e straniera (inglese)
La progettazione condivisa degli esperimenti e dei protocolli e la loro redazione permettono di implementare gli strumenti di discussione, un lessico adeguato, le capacità dialettiche.
Capacità di apprendimento:
Capacità di lavorare in gruppo
Le diversificate attività descritte forniscono gli strumenti per perseguire nel tempo un costante aggiornamento ed implementazione della formazione.