Biotecnologie e Genomica per l'industria e l'ambiente

Obiettivi generali: Lo studente al termine del corso sarà in grado di descrivere:

• comprendere la genetica agraria e le differenze con la genetica degli animali, usando esempi specifici per illustrarle - le principali scoperte nel settore e le metodologie di miglioramento genetico - le metodologie biotecnologiche applicate alla selezione delle piante e i vari metodi di miglioramento genetico applicate alle diverse specie di interesse agrario e non
  Obiettivi specifici: 1. Conoscenza e comprensione - Lo studente acquisirà i concetti essenziali, gli approcci sperimentali e le tecniche usate nel miglioramento genetico, usando esempi specifici. 2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione - Lo studente acquisirà le capacità di settare un programma di miglioramento genetico applicando tutte le più moderne tecniche convenzionali e no 3. Capacità critiche e di giudizio – Lo studente imparerà a determinare quale schema di miglioramento genetico è quello più adatto in base alle caratteristiche del genoma della pianta di interesse 4. Capacità di comunicare quanto si è appreso – Lo studente imparerà a discutere e presentare dati sperimentali 5. Capacità di proseguire lo studio in modo autonomo nel corso della vita – Lo studente acquisirà non solo le basi scientifiche, ma anche le metodologie ed il vocabolario specifico del settore. Queste conoscenze permetteranno allo studente di proseguire il proprio studio in autonomia, anche dopo la fine del corso ed il superamento dell’esame.

Modulo 1: Introduzione alla Selezione delle Piante

Lezione 1: Storia e Concetti Fondamentali della Selezione delle Piante

Lezione 2: Panoramica delle Tecniche di Selezione Tradizionali

Lezione 3: Considerazioni Etiche e Ambientali nella Selezione delle Piante

Modulo 2: Fondamenti di Genetica e Genomica

Lezione 1: Genetica di Base - Geni, Cromosomi ed Ereditarietà

Lezione 2: Introduzione alla Genomica delle Piante

Lezione 3: Strumenti e Tecnologie nell'Analisi Genomica

Modulo 3: Tecniche di Selezione Assistita

Lezione 1: Selezione Assistita da Marcatori (MAS)

Teoria e Principi

Studi di Caso ed Esempi di Applicazione

Lezione 2: Selezione Genomica

Differenze tra MAS e Selezione Genomica

Implementazione della Selezione Genomica in un Programma di Selezione

Lezione 3: Ingegneria Genetica e CRISPR

Tecniche di Modifica Genetica

Regolamenti, Sfide e Prospettive Future

Modulo 4: Gestione dei Dati e Strumenti Statistici

Lezione 1: Raccolta e Gestione dei Dati nella Selezione delle Piante

Lezione 2: Introduzione alla Biostatistica per Selezionatori di Piante

Lezione 3: Software e Strumenti per l'Analisi Genetica

Modulo 5: Applicazioni Pratiche e Studi di Caso

Lezione 1: Progettazione di un Programma di Selezione

Lezione 2: Considerazioni Pratiche nella Selezione Assistita

Lezione 3: Studi di Caso su Colture di tutto il Mondo

Modulo 6: Lavoro sul Campo e in Laboratorio

Lezione 1: Tecniche di Campo nella Selezione delle Piante

Lezione 2: Tecniche di Laboratorio nell'Analisi Genetica

Lezione 3: Workshop sull'Implementazione della Tecnologia CRISPR

Modulo 7: Argomenti Avanzati e Tendenze Future

Lezione 1: Sfide nella Selezione delle Piante sotto il Cambiamento Climatico

Lezione 2: Il Ruolo della Bioinformatica nella Selezione delle Piante

Lezione 3: Tendenze e Innovazioni Future nella Selezione delle Piante

Modulo 8: Conclusione del Corso e Certificazione

Lezione 1: Revisione dei Concetti Chiave e delle Tecniche

Lezione 2: Discussione su Domande Aperte e Aree di Ricerca

Lezione 3: Esame Finale e Certificazione

l’esame si divide in due parti in base ai due moduli. l’esame si svolge attraverso 3 domande a cui sono attribuiti 5 punti a domanda. la somma dei punti pe ogni domanda, porta al subtotale per il modulo al quale si aggiungono i punti acquisiti nell’altro modulo

Genetica Agraria - IV Edizione. Genetica e biotecnologie per l’agricoltura. Lorenzetti, Ceccarelli, Rosellini, Veronesi. Genetica Agraria. Pàtron Editore, Bologna.

Genetica Agraria. P.J. Russell - S.L. Wolfe - P.E. Hertz - C. Starr - B. McMillan. Edises.

nessuna

Obiettivi Formativi
L'insegnamento di Biomateriali ha l'obiettivo di fornire conoscenze fondamentali e principi basilari per lo studio dei materiali, sia polimerici che non polimerici, di origine naturale e sintetica, evidenziando le correlazioni tra struttura chimica e proprietà e le problematiche più attuali nello studio ed applicazione tecnologica. L'obiettivo principale del corso è di fornire gli strumenti per comprendere la relazione tra struttura ed attività delle principali classi di biomatariali, in particolare approfondendo lo studio delle principali caratteristiche chimico-fisiche, delle reazioni di polimerizzazione, delle tecniche di caratterizzazione, unitamente agli aspetti legati alla preparazione, studio ed applicazioni di biomateriali mediante approcci di nanostrutturazione. Le lezioni frontali si sviluppano a partire dalla classificazione delle varie tipologie di biomateriali, ai concetti di biocomaptibilità e biodegradabilità, alla descrizione delle caratteristiche generali dei materiali polimerici, alle metodiche di polimerizzazione fino alla analisi delle varie classi di polimeri di origine naturale, alla loro estrazione, purificazione e caratterizzazione chimico-fisica. In particolare verranno esaminate le principali classi biopolimeri da fonti rinnovabili per applicazioni in biotecnologie industriali: polisaccaridi, proteine, poliesteri. Le conoscenze acquisite nel presente insegnamento, costituiscono un quadro di riferimento per le competenze successive, intese nel loro significato più ampio. Gi studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite) - la natura dei biomateriali polimerici e non e loro principali caratteristiche strutturali. - le principali modalità di polimerizzazione, per policondensazione e poliaddizione, con esempi tratti sia dai polimeri sintetici che da quelli naturali e da essi derivati. - le principali tecniche di caratterizzazione per la definizione della struttura delle macromolecole. - i più recenti sviluppi della letteratura nell'ambito della formazione dei biopolimeri nanostrutturati. - aspetti relativi allo studio delle principali ed attuali applicazioni dei materiali biopolimerici amorfi e nanostrutturati.
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze ed abilità acquisite): - interpretare criticamente la struttura dei biopolimeri tecnologici, interpretandone la reattività e le potenzialità applicative - comprendere la connessione con le altre aree culturali del CdS, in particolare gli aspetti della chimica analitica, chimica inorganica, chimica organica e chimica fisica. - sviluppare la capacità di comunicare quanto appreso, attraverso prove d'esame orali. - capacità di sviluppare lo studio autonomo attraverso l'indicazione di fonti di aggiornamento accessibili.

Obiettivi Formativi

L'insegnamento di Biomateriali ha l'obiettivo di fornire conoscenze fondamentali e principi basilari per lo studio dei materiali, sia polimerici che non polimerici, di origine naturale e sintetica, evidenziando le correlazioni tra struttura chimica e proprietà e le problematiche più attuali nello studio ed applicazione tecnologica. L'obiettivo principale del corso è di fornire gli strumenti per comprendere la relazione tra struttura ed attvità delle principali classi di biomatariali, in particolare approfondendo lo studio delle principali caratteristiche chimico-fisiche, delle reazioni di polimerizzazione, delle tecniche di caratterizzazione, unitamente agli aspetti legati alla preparazione, studio ed applicazioni di biomateriali mediante approcci di nanostrutturazione.

Le lezioni frontali si sviluppano a partire dalla classificazione delle varie tipologie di biomateriali, ai concetti di biocomaptibilità e biodegradabilità, alla descrizione delle caratteristiche generali dei materiali polimerici, alle metodiche di polimerizzazione fino alla analisi delle varie classi di polimeri di origine naturale, alla loro estrazione, purificazione e caratterizzazione chimico-fisica. In particolare verranno esaminate le principali classi biopolimeri da fonti rinnovabili per applicazioni in biotecnologie industriali: polisaccaridi, proteine, poliesteri.

Le conoscenze acquisite nel presente insegnamento, costituiscono un quadro di riferimento per le competenze successive, intese nel loro significato più ampio.

Gi studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)

• la natura dei biomateriali polimeric e non e loro principali caratteristiche strutturali.
• le principali modalità di polimerizzazione, per policondensazione e poliaddizione, con esempi tratti sia dai polimeri sintetici che da quelli naturali e da essi derivati.
• le principali tecniche di caratterizzazione per la definizione della struttura delle macromolecole.
• i più recenti sviluppi della letteratura nell'ambito della formazione dei biopolimeri nanostrutturati.
• aspetti relativi allo studio delle principali ed attuali applicazioni dei materiali biopolimerici amorfi e nanostrutturati.

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze ed abilità acquisite):

• interpretare criticamente la struttura dei biopolimeri tecnologici, interpretandone la reattività e le potenzialità applicative
• comprendere la connessione con le altre aree culturali del CdS, in particolare gli aspetti della chimica analitica, chimica inorganica, chimica organica e chimica fisica.
• sviluppare la capacità di comunicare quanto appreso, attraverso prove d'esame orali.
• capacità di sviluppare lo studio autonomo attraverso l'indicazione di fonti di aggiornamento accessibili.

La valutazione delle conoscenze acquisite verrà effettuata dalla docente attraverso la formulazione di domande sui contenuti del programma del corso

Nessun testo adottato

La docente fornirà agli studenti riferimenti bibliografici recenti sulle tematiche affrontate a lezione

La complessità e la quantità di dati biomolecolari e genomici oggi disponibili richiedono l’uso di metodi computazionali sia per la loro gestione che, soprattutto, per l’estrazione di informazione biologica e funzionale. La Bioinformatica è la disciplina che si occupa dell’analisi e dell’attribuzione di significato biologico alla massa di dati molecolari disponibile fino ad oggi e rappresenta uno strumento imprescindibile nell’ambito delle attività biochimiche, biologico-molecolari, biomediche e biotecnologiche. Il corso di Bioinformatica ha l’obiettivo di introdurre lo studente di Biotecnologie alla comprensione delle basi logico-matematiche e algoritmiche dei più comuni strumenti computazionali oggi in uso nelle analisi bioinformatiche di strutture di proteine e acidi nucleici e all’acquisizione delle capacità di utilizzo pratico. Gli studenti che supereranno l’esame saranno avranno acquisito le competenze e conoscenze nelle seguenti aree:
a) conoscenza e capacità di comprensione della natura dei dati biomolecolari e relative banche dati della logica sottostante gli algoritmi dei programmi bioinformatici di analisi dati più diffusi di elaborare processi anche complessi di analisi bioinformatiche di dati in ambito applicativo e di ricerca
b) capacità di applicare conoscenza e comprensione capacità d i interrogare le banche dati e recuperare l’informazione desiderata capacità di utilizzare razionalmente ed efficacemente gli strumenti bioinformatici più diffusi e significativi individuare con efficacia lo strumento adatto alla soluzione di un determinato problema applicare soluzioni complesse progettare il trasferimento dei risultati nella pratica sperimentale biotecnologica
c) autonomia di giudizio saper individuare i limiti di applicazione degli strumenti bioinformatici saper interpretare e applicare criticamente e correttamente i risultati ottenuti
d) abilità comunicative saper illustrare la logica utilizzata per sviluppare una soluzione a un problema bioinformatico saper comunicare e spiegare il significato dei risultati dei programmi bioinformatici
e) capacità di apprendimento acquisire le conoscenze di base per progredire autonomamente nell’apprendimento dell’uso e del funzionamento di strumenti più avanzati di bioinformatica

• Descrizione delle principali banche di dati biologiche e delle modalità di interrogazione
• Confronto di due sequenze con algoritmi esatti ed euristici; confronto di due genomi
• Matrici di punteggio
• Ricerche in banche dati per somiglianza di sequenza
• Metodi per calcolare allineamenti multipli di sequenze
• Costruzione di profili e PSSM
• Ricerche con profili in banche dati; banche dati di profili
• Modelli di Markov Nascosti (HMM) e uso per ricerche in banche dati, allineamento di sequenze, previsione di strutture proteiche, previsione di geni
• Reti neurali e algoritmi di classificazione automatica; applicazione alla previsione di strutture secondarie, dell’accessibilità al solvente, peptidi segnale, epitopi antigenici, zone di interazione proteina-proteina
• Uso di programmi di grafica molecolare
• Modellazione per omologia e ab-initio (AlphaFold)

-

La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di abilità acquisita nel selezionare e utilizzare gli strumenti illustrati durante il corso. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode).

L’esame si articola nella discussione (15') di un progetto assegnato allo studente/essa e in un breve colloquio su argomenti teorici.

Il materiale didattico è disponibile sul sito elearning sotto forma di videolezioni e file pdf. Si utilizzeranno risorse disponibili in rete e programmi gratuiti indicati durante il corso.

Testo facoltativo:

Pascarella Paiardini, Bioinformatica, Zanichelli

Loman, N., Watson, M. So you want to be a computational biologist?. Nat Biotechnol 31, 996–998 (2013). https://doi.org/10.1038/nbt.2740

Obiettivi formativi
Scopo dell’insegnamento di Ecologia Molecolare è lo studio dei meccanismi genetici ed evolutivi alla base delle risposte degli organismi all’ambiente. L’articolazione dell’insegnamento intende fornire::- una comprensione dei meccanismi che sono alla base della formazione e mantenimento della diversità genetica;- una conoscenza dell’importanza dei meccanismi adattativi in ambito biotecnologico; -- una comprensione del destino dei biotech nei sistemi naturali, recettori ultimi di tali prodotti; -- una visione critica sui costi e benefici dell’applicazione delle biotecnologie.
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite):

• i principi di base della genetica ecologica - i metodi molecolari utilizzati in ecologia molecolare e la loro applicazione appropriata nella risoluzione di tematiche ecologiche ed evolutive; - la struttura genetica delle popolazioni naturali; - il ruolo delle forze evolutive nel modificare i pattern di diversità; - le basi genetiche dell'adattamento; - i principi della biodiversità: misure, minacce, valore ed importanza della sua conservazione
  Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite):
• riconoscere e misurare la diversità genetica; - utilizzare la diversità genetica come strumento nelle biotecnologie; - sviluppare, attraverso l'analisi scientifica, una visione indipendente e critica dei principali aspetti globali legati alla biodiversità; - applicare i principi della genetica ecologica alla ricerca biotecnologica.

L’insegnamento di Biotecnologie Microbiche industriali e Ambientali ha l’obiettivo di fornire i principi basilari della biodiversità nel mondo dei microrganismi, evidenziando gli aspetti di interazione e interdipendenza dei componenti delle comunità microbiche. Specifici obiettivi formativi sono: conoscenze delle diverse metodiche per l’isolamento e la caratterizzazione dei microrganismi da campioni ambientali di diversa origine, in modo da essere in grado di isolare microrganismi in possesso di specifiche caratteristiche fisiologiche; conoscenze delle principali metodiche molecolari e genomiche per la caratterizzazione delle comunità microbiche complesse, finalizzati anche alla ricerca di geni funzionali potenzialmente interessanti per successive applicazioni biotecnologiche; conoscenze dei principali approcci molecolari per la caratterizzazione e lo studio di comunità microbiche non coltivabili. Le conoscenze e competenze acquisite nel presente insegnamento costituiranno un quadro di riferimento per la progettazione di analisi genomica applicata anche in contesti non convenzionali e per la comprensione delle potenziali applicazioni biotecnologiche.
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)

• le origini e la scala di complessità della biodiversità microbica - le interazioni e le problematiche connesse nel funzionamento delle comunità microbiche; - le problematiche relative alla costruzione di un biocatalizzatore microbico ricombinante e/o geneticamente modificato e con proprietà migliorate nel processo; - le strategie da impiegare per identificare i principali limiti fisiologici e molecolari che possono impedire o rendere poco vantaggioso l’impiego di un microrganismo in un processo biotecnologico e le possibili alternative;
  Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite): - saper progettare lo sviluppo di processi di produzione industriale o di applicazioni ambientali con impiego di biocatalizzatori microbici; - saper indicare metodologie per valutare le sue performances, e saper proporre nuove soluzioni per superare eventuali limiti fisiologici o molecolari evidenziati in sede di valutazione del processo; - saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base sulle metodologie, i principi e le possibilità applicative della microbiologia industriale; - saper presentare un elaborato o riassumere in maniera completa ma concisa i risultati raggiunti utilizzando correttamente il linguaggio tecnico.; - essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera autonoma a testi, articoli scientifici, mediante la consultazione delle principali banche dati disponibili in rete.
  L’insegnamento di Biotecnologie Microbiche industriali e Ambientali – Modulo II ha l’obiettivo di fornire gli strumenti metodologici essenziali allo sviluppo e all’analisi di modelli matematici di processi biotecnologici industriali. A tal fine, i principi elementari dell’ingegneria di processo sono presentati nella prima parte del corso e successivamente discussi attraverso l’analisi di processi di interesse delle biotecnologie industriali. Specifici obiettivi formativi del corso sono: conoscenza delle metodologie di sviluppo e analisi di modelli matematici a parametri concentrati di bioreattori attraverso formulazione di equazioni di bilancio di materia; conoscenza delle metodologie di sviluppo di modelli cinetici di crescita microbica; conoscenza dei principali approcci finalizzati allo sviluppo di modelli cinetici di processi catalizzati da enzimi; conoscenza degli approcci che possono essere impiegati ai fini della identificazione parametrica di modelli matematici di processo attraverso analisi di dati sperimentali. Le conoscenze e competenze acquisite nel presente insegnamento costituiranno un quadro di riferimento per lo studio della dinamica e per il controllo di processi industriali di sintesi e/o risanamento ambientale basati sulla applicazione di comunità di microrganismi.
  Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)
• le problematiche di progettazione e controllo di impianti di interesse delle biotecnologie industriali. - la complessità dell’interazione tra i meccanismi di trasporto e chimico-fisici che governano la dinamica di sistemi di processo basati sulla applicazione di comunità di microrganismi. - le strategie da adottare ai fini dello sviluppo di modelli matematici di processi delle biotecnologie industriali; - le strategie da impiegare ai fini della ottimizzazione e del controllo di processi basati sulla applicazione di microrganismi.
  Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite): - Illustrare l’applicazione di modelli matematici ai fini della identificazione dei meccanismi che governano la dinamica di sistemi di processo, e dello sviluppo di strategie di ottimizzazione e controllo di processo. - sviluppare, attraverso applicazione dei principi primi di conservazione, modelli matematici a parametri concentrati di sistemi di processo basati sulla applicazione di microrganismi. - valutare, attraverso analisi dei modelli matematici formulati, come la dinamica di un sistema di processo cambia al variare dei parametri operativi e di progetto. - descrivere qualitativamente le metodologie che possono essere adottate per identificare, attraverso analisi dati sperimentali, modelli matematici di sistemi di processo. - saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base sulle metodologie di sviluppo, i principi e le possibilità applicative di modelli matematici di processo; - saper presentare un elaborato o riassumere in maniera completa ma concisa i risultati raggiunti utilizzando correttamente il linguaggio tecnico.; - essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera autonoma a testi, articoli scientifici, mediante la consultazione delle principali banche dati disponibili in rete.

MODULO I
Modulo: MODULO I
Introduzione su diversità microbica e diversità metabolica di procarioti ed eucarioti microbici. Metodi di studio di comunità microbiche naturali, tecniche molecolari e cenni di metagenomica (10 ore). Principali Archea, filogenesi, generalità metaboliche e loro applicazioni in campo ambientale (6 ore). Depurazione delle acque: trattamento delle acque reflue e dei liquami. Il biorisanamento di suoli contaminati: basi e specifici aspetti microbiologici e tecnologici relativi al biorisanamento ex-situ e in situ di siti contaminati da composti organici xenobiotici. Il compostaggio, la biolisciviazione di metalli. Monitoraggio di contaminanti ambientali mediante biosensori (8 ore). Microbioma, prebiotici e probiotici. Batteri lattici e lieviti utilizzati come starters nell’industria alimentare, principali processi fermentativi (6 ore). Microrganismi e beni culturali: biodeterioramento e biorisanamento di manufatti lapidei (6 ore). Bioplastiche (4 ore)

SESSIONI DI LABORATORIO (12 ore). Isolamento di microrganismi da matrici ambientali e alimentari, identificazione e valutazione delle loro possibili applicazioni in campo biotecnologico (es. capacità di degradare contaminanti ). Produzione di biofilm

Modulo: MODULO II
Il corso include 52 h di didattica frontale

Modelli di crescita microbica (18 h)

Approssimazioni per la descrizione della crescita cellulare (modelli cinetici segregati e strutturati); Approssimazioni per la descrizione di bioreattori: tempi e lunghezze caratteristici; Reattori ideali; Modelli cinetici per crescita bilanciata in assenza di substrato limitante; chemostato di Monod; deviazioni dal chemostato di Monod; passaggi di scala;

Cinetica Enzimatica (10 h)

Principali caratteristiche degli enzimi; Cinetica di Michelis Menten (teoria del complesso attivato); Modello cinetico in presenza di due substrati; Modello cinetico in presenza di un cofattore attivante; Modello cinetico per inibizione da substrato; Cinetiche enzimatiche in presenza di inibitori; Inibizione competitiva completa; Inibizione competitiva parziale; Inibizione non competitiva completa; Inibizione non competitiva parziale; Cinetica di inattivazione; Reazioni enzimatiche in sistemi eterogenei;

Bioadsorbimento (8 h)

Inquinamento da metalli pesanti; Tecniche di depurazione convenzionali; materiali bioadsorbenti; meccanismi di bioadsorbimento; variabili operative influenzanti il bioadsorbimento; Configurazioni reattoristiche per processi di bioadsorbimento; Modelli di equilibrio per il bioadsorbimento; Modello di Langmuir singolo componente; Estensione del modello di Langmuir a sistemi multi-componente; Modelli di equilibrio meccanicistici; Titolazioni potenziometriche;

Microalghe (6 h)

Applicazioni industriali; Coltivazione di microalghe in regime autotrofo; principi di progettazione di fotobioreattori; crescita eterotrofa e micotrofica;

Esercitazioni numeriche (10 h)

Stima di parametri di modelli matematici attraverso analisi di dati sperimentali in ambiente Excel

Modulo: MODULO I

• Introduzione al corso
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biodiversità microbica
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Approcci coltura indipendenti
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Metagenomica
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Metagenomica applicazioni
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biopesticidi
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Nanocellulosa e bioplastiche
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biosensori, aspetti generali
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biosensori applicazioni
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Cenni di nanobiotecnologie
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Sintesi microbica di nanoparticelle
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Microrganismi e digestione anaerobica
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• tecniche di analisi di comunità microbiche ambientali
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Microrganismi e biorimedio
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Applicazioni microbiche nei beni culturali
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Batteri lattici e probiotici
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Seminari di approfondimento
• Testi di riferimento: articoli
• Flipped classroom
• Testi di riferimento: N/A
• Flipped classroom
• Testi di riferimento: N/A
• Ripasso degli argomenti trattati
• Testi di riferimento: N/A

Modulo: MODULO II

• Introduzione alla modellazione dei sistemi biologici (4 h): Approssimazioni per la descrizione della crescita

cellulare (modelli cinetici segregati e strutturati); Approssimazioni per la

descrizione di bioreattori: tempi e lunghezze caratteristici;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;- Wei-Shou Hu, Engineering Principles in Biotechnology, Wiley, 2017- J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986
• Reattori ideali: Derivazione dei (8 h) modelli matematici attraverso applicazione dei principi di conservazione; Reattore batch; Reattore CSTR; Reattore Fed batch; Esperimento di Reynolds; Reattore PFR;
• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;
• Modellazione di processi di crescita microbica (8+5 h): Modelli cinetici per crescita bilanciata in assenza di substrato limitante; Modelli cinetici di crescita in presenza di un substrato limitante; cinetica di consumo del substrato limitante (mantenimento, consumo per produzione di biomassa); Chemostato di Monod; deviazioni dal chemostato di Monod; passaggi di scala; Costruzione di modelli per di crescita microbica mediante analisi di dati sperimentali in Excel;
• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;- J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986
• Cinetica Enzimatica (8 h)

Principali caratteristiche degli enzimi; Cinetica

di Michelis Menten (teoria del complesso attivato); Modello cinetico in

presenza di due substrati; Modello cinetico in presenza di un cofattore

attivante; Modello cinetico per inibizione da substrato; Cinetiche enzimatiche

in presenza di inibitori; Inibizione competitiva completa; Inibizione

competitiva parziale; Inibizione non competitiva completa; Inibizione non

competitiva parziale; Cinetica di inattivazione; Reazioni enzimatiche in

sistemi eterogenei;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;- J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986
• Bioadsorbimento (8+5 h)

Inquinamento da metalli pesanti; Tecniche di

depurazione convenzionali; materiali bioadsorbenti; meccanismi di

bioadsorbimento; variabili operative influenzanti il bioadsorbimento;

Configurazioni reattoristiche per processi di bioadsorbimento; Modelli di

equilibrio per il bioadsorbimento; Modello di Langmuir singolo componente;

Estensione del modello di Langmuir a sistemi multi-componente; Modelli di

equilibrio meccanicistici; Titolazioni potenziometriche; Costruzione di modelli per la descrizione dell'equilibrio di bioadsorbimento mediante analisi di dati sperimentali in Excel;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;
• Microalghe (6 h)

Applicazioni industriali; Coltivazione di

microalghe in regime autotrofo; principi di progettazione di fotobioreattori;

crescita eterotrofa e mixotrofica;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;

MODULO II
Modulo: MODULO I
Introduzione su diversità microbica e diversità metabolica di procarioti ed eucarioti microbici. Metodi di studio di comunità microbiche naturali, tecniche molecolari e cenni di metagenomica (10 ore). Principali Archea, filogenesi, generalità metaboliche e loro applicazioni in campo ambientale (6 ore). Depurazione delle acque: trattamento delle acque reflue e dei liquami. Il biorisanamento di suoli contaminati: basi e specifici aspetti microbiologici e tecnologici relativi al biorisanamento ex-situ e in situ di siti contaminati da composti organici xenobiotici. Il compostaggio, la biolisciviazione di metalli. Monitoraggio di contaminanti ambientali mediante biosensori (8 ore). Microbioma, prebiotici e probiotici. Batteri lattici e lieviti utilizzati come starters nell’industria alimentare, principali processi fermentativi (6 ore). Microrganismi e beni culturali: biodeterioramento e biorisanamento di manufatti lapidei (6 ore). Bioplastiche (4 ore)

SESSIONI DI LABORATORIO (12 ore). Isolamento di microrganismi da matrici ambientali e alimentari, identificazione e valutazione delle loro possibili applicazioni in campo biotecnologico (es. capacità di degradare contaminanti ). Produzione di biofilm

Modulo: MODULO II
Il corso include 52 h di didattica frontale

Modelli di crescita microbica (18 h)

Approssimazioni per la descrizione della crescita cellulare (modelli cinetici segregati e strutturati); Approssimazioni per la descrizione di bioreattori: tempi e lunghezze caratteristici; Reattori ideali; Modelli cinetici per crescita bilanciata in assenza di substrato limitante; chemostato di Monod; deviazioni dal chemostato di Monod; passaggi di scala;

Cinetica Enzimatica (10 h)

Principali caratteristiche degli enzimi; Cinetica di Michelis Menten (teoria del complesso attivato); Modello cinetico in presenza di due substrati; Modello cinetico in presenza di un cofattore attivante; Modello cinetico per inibizione da substrato; Cinetiche enzimatiche in presenza di inibitori; Inibizione competitiva completa; Inibizione competitiva parziale; Inibizione non competitiva completa; Inibizione non competitiva parziale; Cinetica di inattivazione; Reazioni enzimatiche in sistemi eterogenei;

Bioadsorbimento (8 h)

Inquinamento da metalli pesanti; Tecniche di depurazione convenzionali; materiali bioadsorbenti; meccanismi di bioadsorbimento; variabili operative influenzanti il bioadsorbimento; Configurazioni reattoristiche per processi di bioadsorbimento; Modelli di equilibrio per il bioadsorbimento; Modello di Langmuir singolo componente; Estensione del modello di Langmuir a sistemi multi-componente; Modelli di equilibrio meccanicistici; Titolazioni potenziometriche;

Microalghe (6 h)

Applicazioni industriali; Coltivazione di microalghe in regime autotrofo; principi di progettazione di fotobioreattori; crescita eterotrofa e micotrofica;

Esercitazioni numeriche (10 h)

Stima di parametri di modelli matematici attraverso analisi di dati sperimentali in ambiente Excel

Modulo: MODULO I

• Introduzione al corso
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biodiversità microbica
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Approcci coltura indipendenti
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Metagenomica
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Metagenomica applicazioni
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biopesticidi
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Nanocellulosa e bioplastiche
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biosensori, aspetti generali
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biosensori applicazioni
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Cenni di nanobiotecnologie
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Sintesi microbica di nanoparticelle
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Microrganismi e digestione anaerobica
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• tecniche di analisi di comunità microbiche ambientali
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Microrganismi e biorimedio
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Applicazioni microbiche nei beni culturali
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Batteri lattici e probiotici
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Seminari di approfondimento
• Testi di riferimento: articoli
• Flipped classroom
• Testi di riferimento: N/A
• Flipped classroom
• Testi di riferimento: N/A
• Ripasso degli argomenti trattati
• Testi di riferimento: N/A

Modulo: MODULO II

• Introduzione alla modellazione dei sistemi biologici (4 h): Approssimazioni per la descrizione della crescita

cellulare (modelli cinetici segregati e strutturati); Approssimazioni per la

descrizione di bioreattori: tempi e lunghezze caratteristici;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;- Wei-Shou Hu, Engineering Principles in Biotechnology, Wiley, 2017- J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986
• Reattori ideali: Derivazione dei (8 h) modelli matematici attraverso applicazione dei principi di conservazione; Reattore batch; Reattore CSTR; Reattore Fed batch; Esperimento di Reynolds; Reattore PFR;
• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;
• Modellazione di processi di crescita microbica (8+5 h): Modelli cinetici per crescita bilanciata in assenza di substrato limitante; Modelli cinetici di crescita in presenza di un substrato limitante; cinetica di consumo del substrato limitante (mantenimento, consumo per produzione di biomassa); Chemostato di Monod; deviazioni dal chemostato di Monod; passaggi di scala; Costruzione di modelli per di crescita microbica mediante analisi di dati sperimentali in Excel;
• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;- J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986
• Cinetica Enzimatica (8 h)

Principali caratteristiche degli enzimi; Cinetica

di Michelis Menten (teoria del complesso attivato); Modello cinetico in

presenza di due substrati; Modello cinetico in presenza di un cofattore

attivante; Modello cinetico per inibizione da substrato; Cinetiche enzimatiche

in presenza di inibitori; Inibizione competitiva completa; Inibizione

competitiva parziale; Inibizione non competitiva completa; Inibizione non

competitiva parziale; Cinetica di inattivazione; Reazioni enzimatiche in

sistemi eterogenei;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;- J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986
• Bioadsorbimento (8+5 h)

Inquinamento da metalli pesanti; Tecniche di

depurazione convenzionali; materiali bioadsorbenti; meccanismi di

bioadsorbimento; variabili operative influenzanti il bioadsorbimento;

Configurazioni reattoristiche per processi di bioadsorbimento; Modelli di

equilibrio per il bioadsorbimento; Modello di Langmuir singolo componente;

Estensione del modello di Langmuir a sistemi multi-componente; Modelli di

equilibrio meccanicistici; Titolazioni potenziometriche; Costruzione di modelli per la descrizione dell'equilibrio di bioadsorbimento mediante analisi di dati sperimentali in Excel;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;
• Microalghe (6 h)

Applicazioni industriali; Coltivazione di

microalghe in regime autotrofo; principi di progettazione di fotobioreattori;

crescita eterotrofa e mixotrofica;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;

MODULO I
La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli

argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo

studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con

lode).

La valutazione consiste in una prova orale individuale. L’esame consente di verificare il

raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità

comunicative. Nella prova vengono inoltre valutate la proprietà di linguaggio, la chiarezza

espositiva e la capacità critica di fronte a problematiche biotecnologiche.

Il voto finale risulta dalla media fra le prove sostenute nei due moduli.

MODULO II
La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli

argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo

studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con

lode).

La valutazione consiste in una prova orale individuale. L’esame consente di verificare il

raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità

comunicative. Nella prova vengono inoltre valutate la proprietà di linguaggio, la chiarezza

espositiva e la capacità critica di fronte a problematiche biotecnologiche.

Il voto finale risulta dalla media fra le prove sostenute nei due moduli.

MODULO I
Modulo: MODULO I
Articoli monotematici forniti dal docente e slides del corso

Modulo: MODULO II
All’inizio del corso viene fornito l’insieme completo delle diapositive impiegate; vengono fornite a lezione le coordinate per reperire il materiale on-line sotto forma di review e/o pubblicazioni specifiche su riviste del settore.

Testi consigliati per l'approfondimento:

Wei-Shou Hu, Engineering Principles in Biotechnology, Wiley, 2017

J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986

Modulo: MODULO I
N/D
Modulo: MODULO II
N/D

MODULO II
Modulo: MODULO I
Articoli monotematici forniti dal docente e slides del corso

Modulo: MODULO II
All’inizio del corso viene fornito l’insieme completo delle diapositive impiegate; vengono fornite a lezione le coordinate per reperire il materiale on-line sotto forma di review e/o pubblicazioni specifiche su riviste del settore.

Testi consigliati per l'approfondimento:

Wei-Shou Hu, Engineering Principles in Biotechnology, Wiley, 2017

J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986

Modulo: MODULO I
N/D
Modulo: MODULO II
N/D

Il corso si propone di fornire allo studente conoscenze teoriche e pratiche avanzate nell’ambito delle biotecnologie microbiche applicate all’industria alimentare, con particolare attenzione all’innovazione, alla sostenibilità e alla valorizzazione delle filiere agroalimentari.
Gli studenti acquisiranno: - Competenze avanzate nell’impiego di biotecnologie tradizionali e innovative per la produzione e il miglioramento qualitativo di alimenti fermentati, nei settori lattiero-caseario; enologico (vino, birra, spumanti); prodotti da forno lievitati; vegetali fermentati; carni fermentate; alimenti funzionali ad elevato valore nutrizionale e salutistico. - Capacità di sviluppare e gestire processi biotecnologici per la valorizzazione di surplus e sottoprodotti delle filiere agro-alimentari, al fine di creare nuovi prodotti alimentari sostenibili e innovativi, riducendo lo spreco e favorendo l’economia circolare. - Competenze pratiche e operative nei laboratori biotecnologici, attraverso attività sperimentali mirate all’utilizzo di colture starter e alla progettazione, gestione e controllo di processi fermentativi su scala di laboratorio e pilota.

• Biotecnologie alimentari tradizionali ed innovative:

o Settore lattiero caseario,

o Settore enologico (birra, vino, spumanti)

o Settore dei lievitati da forno

o Setttore dei vegetali fermentati

o Settore delle carni fermentate

o Alimenti funzionali

• Biotecnologie innovative per la valorizzazione di surplus delle filiere agro-alimentari a scopo alimentare

Laboratorio

• gestione degli starter selezionati e
• gestione dei processi fermentativi su scala di laboratorio e pilota

L’esame di profitto, consiste in una prova orale sugli argomenti sviluppati durante le ore di lezione teorica e teorico-pratica. La valutazione finale è espressa in trentesimi.

Per l’esame di profitto, la prova orale consiste in domande riguardanti gli argomenti del programma. L’esito positivo della prova orale darà luogo alla valutazione finale dell’esame.

Per gli studenti iscritti all’anno di corso nel quale si svolge l’insegnamento, è prevista una prova di esonero orale relativa agli argomenti di lezioni ed esercitazioni svolti nel periodo che precede la prova stessa (circa metà programma). La prova di esonero è superata se lo studente mostra livello di conoscenza adeguato, ovvero padronanza della materia e del linguaggio tecnico-scientifico, capacità di analisi dei problemi e di strutturazione delle argomentazioni. L’esito positivo delle prove di esonero concorre alla valutazione finale dell’esame ed ha la validità di un anno accademico.

Per gli studenti risultati idonei alla prova di esonero, la prova orale finale riguarderà solo gli argomenti di lezioni ed esercitazioni svolti nel periodo successivo alla prova di esonero. In questo caso, la valutazione dell’esame di profitto è espressa come media tra la votazione riportata all’esonero e la prova finale.

L’esame di profitto degli studenti stranieri può essere svolto in lingua inglese

• Appunti di lezione;
• Microbiologia Alimentare Applicata, Cocolin-Gobbetti-Neviani, Casa Editrice Ambrosiana 2022

Comprendere e affrontare la complessità dei sistemi di produzione alimentare sostenibili richiede una formazione multidisciplinare (i.e. produzione primaria, produzione di ingredienti e degli alimenti, logistica, scienza dei consumatori e politica alimentare) e un approccio strategico in grado di affrontare questa complessità a livello di sistema. Questo approccio di studio del sistema alimentare consente agli studenti di applicare i principi di un approccio sistemico ai sistemi di produzione alimentare con particolare attenzione alla sostenibilità ambientale, economica e sociale. Il corso analizza i sistemi di produzione alle due estremità dello spettro: sistemi altamente produttivi con input ed emissioni nell'ambiente relativamente elevati e sistemi a bassa produttività con ridotto utilizzo di input e miglioramento della fertilità del suolo.
Obiettivi generali: Utilizzare un approccio sistemico nell’ambito dei sistemi di produzione alimentare; Comprendere i metodi di valutazione utilizzati per misurare l'impatto ambientale dei sistemi di produzione alimentare in diversi contesti agroecologici e socioeconomici e a diversi livelli (ad esempio azienda agricola, regionale e globale); Comprendere i punti di forza e di debolezza presenti e futuri dei diversi sistemi di produzione alimentare in termini di sostenibilità economica, sociale e ambientale
Obiettivi specifici Panoramica sulla complessità dei sistemi di produzione alimentare Conoscenze chiave sull'approccio del pensiero sistemico Analisi e confronto delle performance dei sistemi di produzione alimentare e delle problematiche ambientali connesse Valutare la sostenibilità ambientale mediante indicatori chiave Valutare la complessità e la diversità dei sistemi di produzione alimentare; Comprendere i principi dell'analisi di sistema e come può essere applicata nel contesto dei sistemi di produzione alimentare;

Il corso mira ad illustrare i principali approcci di genomica funzionale. Gli studenti impareranno ad applicare le tecnologie basate sui DNA microarrays e sul sequenziamento di nuova generazione NGS, affrontandone i problemi e comprendendone le prospettive. In particolare gli studenti familiarizzeranno con il data mining: dalla normalizzazione al filtraggio statistico dei dati al gene clustering e alla classificazione ontologica. Si passerà poi a studiare la disponibilità e l'utilizzo di dati di genomica funzionale nei database pubblici e la loro rilevanza per la ricerca in biomedicina.
-Obiettivi generali:
L'illustrazione teorica dei principi alla base delle principali metodologie utilizzate in genomica funzionale sarà complementata da alcune esercitazioni pratiche sull'uso di software di analisi e in seguito dalla discussione di lavori presi dalla letteratura recente. In tal modo lo studente potrà sviluppare un'attitudine ad interpretare i lavori di genomica funzionale con spirito critico e a pesare il valore e la portata di analisi di quel tipo.

• Obiettivi specifici:
  1.Conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà conoscere i principi di base, le potenzialità e le possibili criticità delle tecniche di genomica funzionale più utilizzate
  2.capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà essere in grado di applicare queste conoscenze all'interpretazione critica di lavori recenti presenti nella letteratura scientifica
  3.capacità critiche e di giudizio: Lo studente dovrà dimostrare capacità critiche e di giudizio nel valutare l'impatto e la solidità di lavori presentati di recente nella letteratura scientifica e di saper comunicare al docente e ai colleghi le sue conclusioni
  4. Lo studente dovrà dimostrare capacità di proseguire l'applicazione degli strumenti di analisi appresi (software specifici, disponibili gratuitamente in rete) nel suo lavoro sperimentale.

Tecniche ad ampio spettro di Genomica Funzionale:

Microarrays and next generation sequencing 0.3 CFU

Tecnologie basate su DNA microarrays 0.3

Selezione Target, marcatura ed ibridazione dei probe 0.3

Normalizzazione e filtraggio statistico dei dati 0.2

Softwares per analisi microarray 0.4

False discovery rate e significatività dei dati 0. 2

Metodi di Gene clustering 0.4

Gene ontology 0.4

Meta-clustering and meta-analysis 0.3

Biomarcatori per le patologie 0.2

Metodologie per RNAseq 0.2

Pipeline for processing RNAseq data 0.2

Database di dati trascrittomici 0.2

Database di organismi modello 0.2

Immunoprecipitazione della cromatina ChIP 0.2

Mappatura genomica di proteine (ChIP on chip and Chipseq) 0.2

Studio delle interazioni genetiche tra proteine 0.2

Studio delle interazioni fisiche tra proteine 0.2

Organizzazione della cromatina 0.5

Tecniche di analisi della cromatina 0.3

Tecniche di analisi single cell 0.2

Modelli per systems’ biology 0.2

Tecniche di analisi del Microbioma 0.2

Presentazione con videoproiezione di lavori dalla letteratura scientifica

Materiali disponibili su Moodle

La ricerca biotecnologica gioca oggi un ruolo di primo piano nella risposta alle sfide ambientali e di sviluppo cui l’uomo deve far fronte. L’Ingegneria Genetica e la conseguente possibilità di effettuare Terapia Genica in modo mirato e specifico rappresentano uno dei più entusiasmanti e promettenti progressi della scienza. L’insegnamento di Ingegneria Genetica e Terapia Genica si propone di far acquisire allo studente una conoscenza delle principali tecniche della Biologia Molecolare e del DNA ricombinante applicate alla risoluzione di reali problemi scientifici. Le conoscenze e competenze acquisite nel presente insegnamento, anche attraverso lo svolgimento di esperimenti ed esercitazioni pratiche, costituiranno un quadro di riferimento per lo studio delle applicazioni biotecnologiche e per l’analisi del loro impatto sulla salute umana.
Obiettivi specifici Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)

• le problematiche inerenti la risoluzione di un problema scientifico di tipo molecolare; - i meccanismi di regolazione dell’espressione genica ed i metodi tecnologici a disposizione per intervenire su di essa; - l’influenza delle nuove tecnologie di sequenziamento per la descrizione estesa e per lo studio delle dinamiche dei trascrittomi; - Le complesse interazioni tra macromolecole biologiche.
  Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite): - utilizzare la terminologia specifica; - effettuare esperimenti di isolamento e manipolazione del DNA; - costruire vettori di clonaggio ed espressione; - interpretare dati di sequenziamento di DNA e RNA; - applicare metodologie di modificazione degli acidi nucleici in cellule eucariotiche.

Competenze generali
Il corso mira a fornire conoscenze avanzate sugli approcci metodologici utilizzati per il miglioramento delle colture vegetali e delle alghe, finalizzati allo sviluppo di nuove varietà o ceppi da utilizzare per la produzione sostenibile di biocarburanti e prodotti a valore aggiunto per l’industria, per la difesa sostenibile delle colture agli stress e per il biomonitoraggio.
Competenze specifiche
A) Conoscenza e comprensione
Acquisire una conoscenza dettagliata di:
tipologie ed utilizzo di biomasse vegetali di scarto di origine agroforestale e di colture dedicate per la produzione di biocarburanti ed altri prodotti di interesse industriale; tratti delle colture che influenzano l’efficienza di utilizzo delle biomasse da esse derivate, con particolare attenzione alla composizione della parete cellulare; metodologie avanzate per lo studio della parete cellulare vegetale; metodologie convenzionali ed avanzate di miglioramento genetico delle colture vegetali; caratteristiche e metodi di analisi dei genomi nucleari e plastidici delle piante e delle microalghe; metodi di trasferimento di informazioni genetiche da specie modello a specie di interesse agroindustriale; metodi di integrazione di dati di genomica, trascrittomica e metabolomica per l’identificazione di geni che influenzano lo sfruttamento di biomasse vegetali ed algali e la risposta a stress ambientali biotici ed abiotici; caratteristiche biologiche e metodi di coltivazione delle microalghe; approcci utilizzati per identificare ceppi di alghe con caratteristiche utili per l’industria e l’ambiente; applicazioni delle microalghe per la produzione di biodiesel e prodotti di uso industriale; metodologie di miglioramento genetico delle microalghe (mutagenesi e selezione; trasformazione genetica e genome editing); strategie sostenibili per la difesa delle piante agli stress abiotici e biotici; biomonitoraggio attraverso biosensori dell’inquinamento (esempio ozono);
B) Applicazione di conoscenza e comprensione

• progettazione di esperimenti volti a sviluppare nuove varietà vegetali o ceppi microalgali con caratteristiche migliorate per il loro sfruttamento industriale ed ambientale; - progettare uno screening genetico in microalghe e delineare le vie principali di identificazione di una mutazione; - comprendere e discutere criticamente i diversi approcci utilizzati per migliorare l’efficienza di utilizzo di biomasse vegetali attraverso metodi genetici e biotecnologici.
  C) Esprimere giudizi
• Capacità di giudizio critico, attraverso lo studio di recensioni e articoli scientifici su aspetti chiave del campo e discussioni approfondite; - Capacità di valutare la correttezza e il rigore scientifico negli argomenti relativi agli argomenti trattati dal corso.
  D) Abilità comunicative
• Acquisizione di competenze adeguate e strumenti utili per la comunicazione in italiano e nelle lingue straniere (inglese), attraverso l'uso di linguaggi grafici e formali, con particolare riguardo al linguaggio scientifico.
  E) Capacità di apprendimento
• Capacità di interpretare e approfondire la conoscenza; - Capacità di utilizzare strumenti cognitivi per l'aggiornamento continuo della conoscenza; - Capacità di confrontare per il consolidamento e il miglioramento della conoscenza.

Acquisire una conoscenza dettagliata di:

• tipologie ed utilizzo di biomasse vegetali di scarto di origine agroforestale e di colture dedicate per la produzione di biocarburanti ed altri prodotti di interesse industriale;
• tratti delle colture che influenzano l’efficienza di utilizzo delle biomasse da esse derivate, con particolare attenzione alla composizione della parete cellulare;
• metodologie avanzate per lo studio della parete cellulare vegetale;
• metodologie convenzionali ed avanzate di miglioramento genetico delle colture vegetali;
• caratteristiche e metodi di analisi dei genomi nucleari e plastidici delle piante e delle microalghe;
• metodi di trasferimento di informazioni genetiche da specie modello a specie di interesse agroindustriale;
• metodi di integrazione di dati di genomica, trascrittomica e metabolomica per l’identificazione di geni che influenzano lo sfruttamento di biomasse vegetali ed algali e la risposta a stress ambientali biotici ed abiotici;
• caratteristiche biologiche e metodi di coltivazione delle microalghe;
• approcci utilizzati per identificare ceppi di alghe con caratteristiche utili per l’industria e l’ambiente;
• applicazioni delle microalghe per la produzione di biodiesel e prodotti di uso industriale;
• metodologie di miglioramento genetico delle microalghe (mutagenesi e selezione; trasformazione genetica e genome editing);
• strategie sostenibili per la difesa delle piante agli stress abiotici e biotici;
• biomonitoraggio attraverso biosensori dell’inquinamento (esempio ozono);
• La parete cellulare vegetale
• Regolazione della deposizione della prete cellulare
• Degradazione della parete cellulare
• Pretrattamenti enzimatici e non
• Cell Wall Integrity
• Metodologie per l'analisi della parete cellulare
• Proteomica
• Applicazioni della proteomica
• genetica forward
• biotecnologie vegetali - trasformazione
• Genomica vegetale
• biomasse lignocellulosiche e colture dedicate
• Biocarburanti
• Miglioramento biotecnologico della parete cellulare
• Stress abiotici
• miglioramento vegetale per gli stress ambientali abiotici
• miglioramento vegetale per gli stress ambientali biotici
• microalghe modello industriale per la produzione di biomasse
• biotecnologie applicate alle alghe
• bioetanolo biodiesel e bioidrogeno da alghe
• Seminari

L'esame mira a verificare il livello di conoscenza degli argomenti del programma e le capacità di ragionamento sviluppate dallo studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con onori).

La valutazione consiste in una prova orale. L'esame consente all'insegnante di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e abilità acquisite e di abilità comunicative.

• materiale didattico fornito tramite E-Learning (articoli, review, diapositive delle lezioni);
• Fisiologia Vegetale Applicata, Lionetti e Bellincampi - PICCIN
• Biochemistry and Molecular Biology of Plants, - Buchanan, Gruissem e Jones, 2° ed., Wiley Blackwell
• Biotecnologie Sostenibili - Galbiati et al. – EDAGRICOLE
• Biotecnologie e Genomica delle Piante - Rao e Leone - Idelson-Gnocchi (acronimo BGP)

L’insegnamento di Biotecnologie Microbiche industriali e Ambientali ha l’obiettivo di fornire i principi basilari della biodiversità nel mondo dei microrganismi, evidenziando gli aspetti di interazione e interdipendenza dei componenti delle comunità microbiche. Specifici obiettivi formativi sono: conoscenze delle diverse metodiche per l’isolamento e la caratterizzazione dei microrganismi da campioni ambientali di diversa origine, in modo da essere in grado di isolare microrganismi in possesso di specifiche caratteristiche fisiologiche; conoscenze delle principali metodiche molecolari e genomiche per la caratterizzazione delle comunità microbiche complesse, finalizzati anche alla ricerca di geni funzionali potenzialmente interessanti per successive applicazioni biotecnologiche; conoscenze dei principali approcci molecolari per la caratterizzazione e lo studio di comunità microbiche non coltivabili. Le conoscenze e competenze acquisite nel presente insegnamento costituiranno un quadro di riferimento per la progettazione di analisi genomica applicata anche in contesti non convenzionali e per la comprensione delle potenziali applicazioni biotecnologiche.

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)

• le origini e la scala di complessità della biodiversità microbica
• le interazioni e le problematiche connesse nel funzionamento delle comunità microbiche;
• le problematiche relative alla costruzione di un biocatalizzatore microbico ricombinante e/o geneticamente modificato e con proprietà migliorate nel processo;
• le strategie da impiegare per identificare i principali limiti fisiologici e molecolari che possono impedire o rendere poco vantaggioso l’impiego di un microrganismo in un processo biotecnologico e le possibili alternative;

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite):

• saper progettare lo sviluppo di processi di produzione industriale o di applicazioni ambientali con impiego di biocatalizzatori microbici;
• saper indicare metodologie per valutare le sue performances, e saper proporre nuove soluzioni per superare eventuali limiti fisiologici o molecolari evidenziati in sede di valutazione del processo;
• saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base sulle metodologie, i principi e le possibilità applicative della microbiologia industriale;
• saper presentare un elaborato o riassumere in maniera completa ma concisa i risultati raggiunti utilizzando correttamente il linguaggio tecnico.;
• essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera autonoma a testi, articoli scientifici, mediante la consultazione delle principali banche dati disponibili in rete.

L’insegnamento di Biotecnologie Microbiche industriali e Ambientali – Modulo II ha l’obiettivo di fornire gli strumenti metodologici essenziali allo sviluppo e all’analisi di modelli matematici di processi biotecnologici industriali. A tal fine, i principi elementari dell’ingegneria di processo sono presentati nella prima parte del corso e successivamente discussi attraverso l’analisi di processi di interesse delle biotecnologie industriali. Specifici obiettivi formativi del corso sono: conoscenza delle metodologie di sviluppo e analisi di modelli matematici a parametri concentrati di bioreattori attraverso formulazione di equazioni di bilancio di materia; conoscenza delle metodologie di sviluppo di modelli cinetici di crescita microbica; conoscenza dei principali approcci finalizzati allo sviluppo di modelli cinetici di processi catalizzati da enzimi; conoscenza degli approcci che possono essere impiegati ai fini della identificazione parametrica di modelli matematici di processo attraverso analisi di dati sperimentali. Le conoscenze e competenze acquisite nel presente insegnamento costituiranno un quadro di riferimento per lo studio della dinamica e per il controllo di processi industriali di sintesi e/o risanamento ambientale basati sulla applicazione di comunità di microrganismi.

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)

• le problematiche di progettazione e controllo di impianti di interesse delle biotecnologie industriali.
• la complessità dell’interazione tra i meccanismi di trasporto e chimico-fisici che governano la dinamica di sistemi di processo basati sulla applicazione di comunità di microrganismi.
• le strategie da adottare ai fini dello sviluppo di modelli matematici di processi delle biotecnologie industriali;
• le strategie da impiegare ai fini della ottimizzazione e del controllo di processi basati sulla applicazione di microrganismi.

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite):

• Illustrare l’applicazione di modelli matematici ai fini della identificazione dei meccanismi che governano la dinamica di sistemi di processo, e dello sviluppo di strategie di ottimizzazione e controllo di processo.
• sviluppare, attraverso applicazione dei principi primi di conservazione, modelli matematici a parametri concentrati di sistemi di processo basati sulla applicazione di microrganismi.
• valutare, attraverso analisi dei modelli matematici formulati, come la dinamica di un sistema di processo cambia al variare dei parametri operativi e di progetto.
• descrivere qualitativamente le metodologie che possono essere adottate per identificare, attraverso analisi dati sperimentali, modelli matematici di sistemi di processo.
• saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base sulle metodologie di sviluppo, i principi e le possibilità applicative di modelli matematici di processo;
• saper presentare un elaborato o riassumere in maniera completa ma concisa i risultati raggiunti utilizzando correttamente il linguaggio tecnico.;
• essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera autonoma a testi, articoli scientifici, mediante la consultazione delle principali banche dati disponibili in rete.

A – Conoscenza e capacità di comprensione

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere

(conoscenze acquisite):

• Le problematiche di progettazione e controllo di impianti di interesse delle biotecnologie

industriali, e come tali problematiche possono essere affrontate mediante applicazione di

modelli matematici.

• l’interazione tra i differenti meccanismi (metabolismo cellulare, trasporto, reazioni in

soluzione) che governano la dinamica di sistemi di processo basati sulla applicazione di

comunità di microrganismi

• gli elementi di base delle procedure che possono essere seguite per la formulazione di

modelli matematici ai principi primi di processi delle biotecnologie industriali;

• gli elementi di base delle procedure da adottare per la validazione di modelli matematici

di sistemi di processo.

• come un modello matematico può essere utilizzato ai fini della ottimizzazione e del

controllo di processi basati sulla applicazione di microrganismi.

B – Capacità applicative

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di:

• Sviluppare, attraverso applicazione dei principi primi di conservazione, modelli

matematici a parametri concentrati di sistemi di processo basati sulla applicazione di

comunità di microrganismi.

• Programmare esperimenti ed utilizzare i dati sperimentali ricavati ai fini della

identificazione di modelli di sistemi di processo.

• Valutare, attraverso analisi dei modelli matematici formulati, come la dinamica di un

sistema di processo cambia al variare dei parametri operativi e di progetto.

• Utilizzare modelli matematici per la scelta dei parametri operativi e di progetto di un

sistema di processo.

C – Autonomia di giudizio

• Essere in grado di formulare una propria valutazione e/o giudizio sulla base della

interpretazione delle informazioni disponibili nell'ambito della analisi e del controllo di

processi di interesse delle biotecnologie industriali e ambientali.

• Essere in grado di individuare e raccogliere informazioni aggiuntive per conseguire una

maggiore consapevolezza.

• Avere la capacità del saper fare, del saper prendere iniziative e decisioni tenendo conto

dei vari aspetti di interesse della analisi e del controllo di processi di interesse delle

biotecnologie industriali.

D – Abilità nella comunicazione

• Descrivere qualitativamente le metodologie che possono essere adottate per verificare la

validità, attraverso analisi dati sperimentali, di modelli matematici di sistemi di processo.

• Saper illustrare qualitativamente i diversi meccanismi che governano la dinamica di

processi biochimici basati sull’applicazione di comunità di microorganismi.

• Saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base delle metodologie di sviluppo, i

principi e le possibilità applicative di modelli matematici di processo;

• Essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera

autonoma a testi, articoli scientifici, mediante la consultazione delle principali banche dati

disponibili in rete.

E – Capacità di apprendere

• Avere le capacità di apprendimento che sono necessarie ai fini di un continuo

aggiornamento nell'ambito dello sviluppo di processi biochimici industriali.

• Avere la capacità di attingere a diverse fonti bibliografiche, sia in italiano che in lingua

inglese, al fine di acquisire nuove competenze.

Modulo: MODULO I
Introduzione su diversità microbica e diversità metabolica di procarioti ed eucarioti microbici. Metodi di studio di comunità microbiche naturali, tecniche molecolari e cenni di metagenomica (10 ore). Principali Archea, filogenesi, generalità metaboliche e loro applicazioni in campo ambientale (6 ore). Depurazione delle acque: trattamento delle acque reflue e dei liquami. Il biorisanamento di suoli contaminati: basi e specifici aspetti microbiologici e tecnologici relativi al biorisanamento ex-situ e in situ di siti contaminati da composti organici xenobiotici. Il compostaggio, la biolisciviazione di metalli. Monitoraggio di contaminanti ambientali mediante biosensori (8 ore). Microbioma, prebiotici e probiotici. Batteri lattici e lieviti utilizzati come starters nell’industria alimentare, principali processi fermentativi (6 ore). Microrganismi e beni culturali: biodeterioramento e biorisanamento di manufatti lapidei (6 ore). Bioplastiche (4 ore)

SESSIONI DI LABORATORIO (12 ore). Isolamento di microrganismi da matrici ambientali e alimentari, identificazione e valutazione delle loro possibili applicazioni in campo biotecnologico (es. capacità di degradare contaminanti ). Produzione di biofilm

Modulo: MODULO II
Il corso include 52 h di didattica frontale

Modelli di crescita microbica (18 h)

Approssimazioni per la descrizione della crescita cellulare (modelli cinetici segregati e strutturati); Approssimazioni per la descrizione di bioreattori: tempi e lunghezze caratteristici; Reattori ideali; Modelli cinetici per crescita bilanciata in assenza di substrato limitante; chemostato di Monod; deviazioni dal chemostato di Monod; passaggi di scala;

Cinetica Enzimatica (10 h)

Principali caratteristiche degli enzimi; Cinetica di Michelis Menten (teoria del complesso attivato); Modello cinetico in presenza di due substrati; Modello cinetico in presenza di un cofattore attivante; Modello cinetico per inibizione da substrato; Cinetiche enzimatiche in presenza di inibitori; Inibizione competitiva completa; Inibizione competitiva parziale; Inibizione non competitiva completa; Inibizione non competitiva parziale; Cinetica di inattivazione; Reazioni enzimatiche in sistemi eterogenei;

Bioadsorbimento (8 h)

Inquinamento da metalli pesanti; Tecniche di depurazione convenzionali; materiali bioadsorbenti; meccanismi di bioadsorbimento; variabili operative influenzanti il bioadsorbimento; Configurazioni reattoristiche per processi di bioadsorbimento; Modelli di equilibrio per il bioadsorbimento; Modello di Langmuir singolo componente; Estensione del modello di Langmuir a sistemi multi-componente; Modelli di equilibrio meccanicistici; Titolazioni potenziometriche;

Microalghe (6 h)

Applicazioni industriali; Coltivazione di microalghe in regime autotrofo; principi di progettazione di fotobioreattori; crescita eterotrofa e micotrofica;

Esercitazioni numeriche (10 h)

Stima di parametri di modelli matematici attraverso analisi di dati sperimentali in ambiente Excel

Modulo: MODULO I

• Introduzione al corso
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biodiversità microbica
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Approcci coltura indipendenti
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Metagenomica
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Metagenomica applicazioni
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biopesticidi
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Nanocellulosa e bioplastiche
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biosensori, aspetti generali
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biosensori applicazioni
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Cenni di nanobiotecnologie
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Sintesi microbica di nanoparticelle
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Microrganismi e digestione anaerobica
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• tecniche di analisi di comunità microbiche ambientali
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Microrganismi e biorimedio
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Applicazioni microbiche nei beni culturali
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Batteri lattici e probiotici
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Seminari di approfondimento
• Testi di riferimento: articoli
• Flipped classroom
• Testi di riferimento: N/A
• Flipped classroom
• Testi di riferimento: N/A
• Ripasso degli argomenti trattati
• Testi di riferimento: N/A

Modulo: MODULO II

• Introduzione alla modellazione dei sistemi biologici (4 h): Approssimazioni per la descrizione della crescita

cellulare (modelli cinetici segregati e strutturati); Approssimazioni per la

descrizione di bioreattori: tempi e lunghezze caratteristici;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;- Wei-Shou Hu, Engineering Principles in Biotechnology, Wiley, 2017- J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986
• Reattori ideali: Derivazione dei (8 h) modelli matematici attraverso applicazione dei principi di conservazione; Reattore batch; Reattore CSTR; Reattore Fed batch; Esperimento di Reynolds; Reattore PFR;
• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;
• Modellazione di processi di crescita microbica (8+5 h): Modelli cinetici per crescita bilanciata in assenza di substrato limitante; Modelli cinetici di crescita in presenza di un substrato limitante; cinetica di consumo del substrato limitante (mantenimento, consumo per produzione di biomassa); Chemostato di Monod; deviazioni dal chemostato di Monod; passaggi di scala; Costruzione di modelli per di crescita microbica mediante analisi di dati sperimentali in Excel;
• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;- J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986
• Cinetica Enzimatica (8 h)

Principali caratteristiche degli enzimi; Cinetica

di Michelis Menten (teoria del complesso attivato); Modello cinetico in

presenza di due substrati; Modello cinetico in presenza di un cofattore

attivante; Modello cinetico per inibizione da substrato; Cinetiche enzimatiche

in presenza di inibitori; Inibizione competitiva completa; Inibizione

competitiva parziale; Inibizione non competitiva completa; Inibizione non

competitiva parziale; Cinetica di inattivazione; Reazioni enzimatiche in

sistemi eterogenei;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;- J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986
• Bioadsorbimento (8+5 h)

Inquinamento da metalli pesanti; Tecniche di

depurazione convenzionali; materiali bioadsorbenti; meccanismi di

bioadsorbimento; variabili operative influenzanti il bioadsorbimento;

Configurazioni reattoristiche per processi di bioadsorbimento; Modelli di

equilibrio per il bioadsorbimento; Modello di Langmuir singolo componente;

Estensione del modello di Langmuir a sistemi multi-componente; Modelli di

equilibrio meccanicistici; Titolazioni potenziometriche; Costruzione di modelli per la descrizione dell'equilibrio di bioadsorbimento mediante analisi di dati sperimentali in Excel;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;
• Microalghe (6 h)

Applicazioni industriali; Coltivazione di

microalghe in regime autotrofo; principi di progettazione di fotobioreattori;

crescita eterotrofa e mixotrofica;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;

La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli

argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo

studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con

lode).

La valutazione consiste in una prova orale individuale. L’esame consente di verificare il

raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità

comunicative. Nella prova vengono inoltre valutate la proprietà di linguaggio, la chiarezza

espositiva e la capacità critica di fronte a problematiche biotecnologiche.

Il voto finale risulta dalla media fra le prove sostenute nei due moduli.

Modulo: MODULO I
Articoli monotematici forniti dal docente e slides del corso

Modulo: MODULO II
All’inizio del corso viene fornito l’insieme completo delle diapositive impiegate; vengono fornite a lezione le coordinate per reperire il materiale on-line sotto forma di review e/o pubblicazioni specifiche su riviste del settore.

Testi consigliati per l'approfondimento:

Wei-Shou Hu, Engineering Principles in Biotechnology, Wiley, 2017

J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986

Modulo: MODULO I
N/D
Modulo: MODULO II
N/D

L’insegnamento di Biotecnologie Microbiche industriali e Ambientali ha l’obiettivo di fornire i principi basilari della biodiversità nel mondo dei microrganismi, evidenziando gli aspetti di interazione e interdipendenza dei componenti delle comunità microbiche. Specifici obiettivi formativi sono: conoscenze delle diverse metodiche per l’isolamento e la caratterizzazione dei microrganismi da campioni ambientali di diversa origine, in modo da essere in grado di isolare microrganismi in possesso di specifiche caratteristiche fisiologiche; conoscenze delle principali metodiche molecolari e genomiche per la caratterizzazione delle comunità microbiche complesse, finalizzati anche alla ricerca di geni funzionali potenzialmente interessanti per successive applicazioni biotecnologiche; conoscenze dei principali approcci molecolari per la caratterizzazione e lo studio di comunità microbiche non coltivabili. Le conoscenze e competenze acquisite nel presente insegnamento costituiranno un quadro di riferimento per la progettazione di analisi genomica applicata anche in contesti non convenzionali e per la comprensione delle potenziali applicazioni biotecnologiche.

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)

• le origini e la scala di complessità della biodiversità microbica
• le interazioni e le problematiche connesse nel funzionamento delle comunità microbiche;
• le problematiche relative alla costruzione di un biocatalizzatore microbico ricombinante e/o geneticamente modificato e con proprietà migliorate nel processo;
• le strategie da impiegare per identificare i principali limiti fisiologici e molecolari che possono impedire o rendere poco vantaggioso l’impiego di un microrganismo in un processo biotecnologico e le possibili alternative;

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite):

• saper progettare lo sviluppo di processi di produzione industriale o di applicazioni ambientali con impiego di biocatalizzatori microbici;
• saper indicare metodologie per valutare le sue performances, e saper proporre nuove soluzioni per superare eventuali limiti fisiologici o molecolari evidenziati in sede di valutazione del processo;
• saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base sulle metodologie, i principi e le possibilità applicative della microbiologia industriale;
• saper presentare un elaborato o riassumere in maniera completa ma concisa i risultati raggiunti utilizzando correttamente il linguaggio tecnico.;
• essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera autonoma a testi, articoli scientifici, mediante la consultazione delle principali banche dati disponibili in rete.

L’insegnamento di Biotecnologie Microbiche industriali e Ambientali – Modulo II ha l’obiettivo di fornire gli strumenti metodologici essenziali allo sviluppo e all’analisi di modelli matematici di processi biotecnologici industriali. A tal fine, i principi elementari dell’ingegneria di processo sono presentati nella prima parte del corso e successivamente discussi attraverso l’analisi di processi di interesse delle biotecnologie industriali. Specifici obiettivi formativi del corso sono: conoscenza delle metodologie di sviluppo e analisi di modelli matematici a parametri concentrati di bioreattori attraverso formulazione di equazioni di bilancio di materia; conoscenza delle metodologie di sviluppo di modelli cinetici di crescita microbica; conoscenza dei principali approcci finalizzati allo sviluppo di modelli cinetici di processi catalizzati da enzimi; conoscenza degli approcci che possono essere impiegati ai fini della identificazione parametrica di modelli matematici di processo attraverso analisi di dati sperimentali. Le conoscenze e competenze acquisite nel presente insegnamento costituiranno un quadro di riferimento per lo studio della dinamica e per il controllo di processi industriali di sintesi e/o risanamento ambientale basati sulla applicazione di comunità di microrganismi.

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)

• le problematiche di progettazione e controllo di impianti di interesse delle biotecnologie industriali.
• la complessità dell’interazione tra i meccanismi di trasporto e chimico-fisici che governano la dinamica di sistemi di processo basati sulla applicazione di comunità di microrganismi.
• le strategie da adottare ai fini dello sviluppo di modelli matematici di processi delle biotecnologie industriali;
• le strategie da impiegare ai fini della ottimizzazione e del controllo di processi basati sulla applicazione di microrganismi.

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite):

• Illustrare l’applicazione di modelli matematici ai fini della identificazione dei meccanismi che governano la dinamica di sistemi di processo, e dello sviluppo di strategie di ottimizzazione e controllo di processo.
• sviluppare, attraverso applicazione dei principi primi di conservazione, modelli matematici a parametri concentrati di sistemi di processo basati sulla applicazione di microrganismi.
• valutare, attraverso analisi dei modelli matematici formulati, come la dinamica di un sistema di processo cambia al variare dei parametri operativi e di progetto.
• descrivere qualitativamente le metodologie che possono essere adottate per identificare, attraverso analisi dati sperimentali, modelli matematici di sistemi di processo.
• saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base sulle metodologie di sviluppo, i principi e le possibilità applicative di modelli matematici di processo;
• saper presentare un elaborato o riassumere in maniera completa ma concisa i risultati raggiunti utilizzando correttamente il linguaggio tecnico.;
• essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera autonoma a testi, articoli scientifici, mediante la consultazione delle principali banche dati disponibili in rete.

A – Conoscenza e capacità di comprensione

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere

(conoscenze acquisite):

• Le problematiche di progettazione e controllo di impianti di interesse delle biotecnologie

industriali, e come tali problematiche possono essere affrontate mediante applicazione di

modelli matematici.

• l’interazione tra i differenti meccanismi (metabolismo cellulare, trasporto, reazioni in

soluzione) che governano la dinamica di sistemi di processo basati sulla applicazione di

comunità di microrganismi

• gli elementi di base delle procedure che possono essere seguite per la formulazione di

modelli matematici ai principi primi di processi delle biotecnologie industriali;

• gli elementi di base delle procedure da adottare per la validazione di modelli matematici

di sistemi di processo.

• come un modello matematico può essere utilizzato ai fini della ottimizzazione e del

controllo di processi basati sulla applicazione di microrganismi.

B – Capacità applicative

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di:

• Sviluppare, attraverso applicazione dei principi primi di conservazione, modelli

matematici a parametri concentrati di sistemi di processo basati sulla applicazione di

comunità di microrganismi.

• Programmare esperimenti ed utilizzare i dati sperimentali ricavati ai fini della

identificazione di modelli di sistemi di processo.

• Valutare, attraverso analisi dei modelli matematici formulati, come la dinamica di un

sistema di processo cambia al variare dei parametri operativi e di progetto.

• Utilizzare modelli matematici per la scelta dei parametri operativi e di progetto di un

sistema di processo.

C – Autonomia di giudizio

• Essere in grado di formulare una propria valutazione e/o giudizio sulla base della

interpretazione delle informazioni disponibili nell'ambito della analisi e del controllo di

processi di interesse delle biotecnologie industriali e ambientali.

• Essere in grado di individuare e raccogliere informazioni aggiuntive per conseguire una

maggiore consapevolezza.

• Avere la capacità del saper fare, del saper prendere iniziative e decisioni tenendo conto

dei vari aspetti di interesse della analisi e del controllo di processi di interesse delle

biotecnologie industriali.

D – Abilità nella comunicazione

• Descrivere qualitativamente le metodologie che possono essere adottate per verificare la

validità, attraverso analisi dati sperimentali, di modelli matematici di sistemi di processo.

• Saper illustrare qualitativamente i diversi meccanismi che governano la dinamica di

processi biochimici basati sull’applicazione di comunità di microorganismi.

• Saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base delle metodologie di sviluppo, i

principi e le possibilità applicative di modelli matematici di processo;

• Essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera

autonoma a testi, articoli scientifici, mediante la consultazione delle principali banche dati

disponibili in rete.

E – Capacità di apprendere

• Avere le capacità di apprendimento che sono necessarie ai fini di un continuo

aggiornamento nell'ambito dello sviluppo di processi biochimici industriali.

• Avere la capacità di attingere a diverse fonti bibliografiche, sia in italiano che in lingua

inglese, al fine di acquisire nuove competenze.

Modulo: MODULO I
Introduzione su diversità microbica e diversità metabolica di procarioti ed eucarioti microbici. Metodi di studio di comunità microbiche naturali, tecniche molecolari e cenni di metagenomica (10 ore). Principali Archea, filogenesi, generalità metaboliche e loro applicazioni in campo ambientale (6 ore). Depurazione delle acque: trattamento delle acque reflue e dei liquami. Il biorisanamento di suoli contaminati: basi e specifici aspetti microbiologici e tecnologici relativi al biorisanamento ex-situ e in situ di siti contaminati da composti organici xenobiotici. Il compostaggio, la biolisciviazione di metalli. Monitoraggio di contaminanti ambientali mediante biosensori (8 ore). Microbioma, prebiotici e probiotici. Batteri lattici e lieviti utilizzati come starters nell’industria alimentare, principali processi fermentativi (6 ore). Microrganismi e beni culturali: biodeterioramento e biorisanamento di manufatti lapidei (6 ore). Bioplastiche (4 ore)

SESSIONI DI LABORATORIO (12 ore). Isolamento di microrganismi da matrici ambientali e alimentari, identificazione e valutazione delle loro possibili applicazioni in campo biotecnologico (es. capacità di degradare contaminanti ). Produzione di biofilm

Modulo: MODULO II
Il corso include 52 h di didattica frontale

Modelli di crescita microbica (18 h)

Approssimazioni per la descrizione della crescita cellulare (modelli cinetici segregati e strutturati); Approssimazioni per la descrizione di bioreattori: tempi e lunghezze caratteristici; Reattori ideali; Modelli cinetici per crescita bilanciata in assenza di substrato limitante; chemostato di Monod; deviazioni dal chemostato di Monod; passaggi di scala;

Cinetica Enzimatica (10 h)

Principali caratteristiche degli enzimi; Cinetica di Michelis Menten (teoria del complesso attivato); Modello cinetico in presenza di due substrati; Modello cinetico in presenza di un cofattore attivante; Modello cinetico per inibizione da substrato; Cinetiche enzimatiche in presenza di inibitori; Inibizione competitiva completa; Inibizione competitiva parziale; Inibizione non competitiva completa; Inibizione non competitiva parziale; Cinetica di inattivazione; Reazioni enzimatiche in sistemi eterogenei;

Bioadsorbimento (8 h)

Inquinamento da metalli pesanti; Tecniche di depurazione convenzionali; materiali bioadsorbenti; meccanismi di bioadsorbimento; variabili operative influenzanti il bioadsorbimento; Configurazioni reattoristiche per processi di bioadsorbimento; Modelli di equilibrio per il bioadsorbimento; Modello di Langmuir singolo componente; Estensione del modello di Langmuir a sistemi multi-componente; Modelli di equilibrio meccanicistici; Titolazioni potenziometriche;

Microalghe (6 h)

Applicazioni industriali; Coltivazione di microalghe in regime autotrofo; principi di progettazione di fotobioreattori; crescita eterotrofa e micotrofica;

Esercitazioni numeriche (10 h)

Stima di parametri di modelli matematici attraverso analisi di dati sperimentali in ambiente Excel

Modulo: MODULO I

• Introduzione al corso
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biodiversità microbica
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Approcci coltura indipendenti
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Metagenomica
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Metagenomica applicazioni
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biopesticidi
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Nanocellulosa e bioplastiche
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biosensori, aspetti generali
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Biosensori applicazioni
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Cenni di nanobiotecnologie
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Sintesi microbica di nanoparticelle
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Microrganismi e digestione anaerobica
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• tecniche di analisi di comunità microbiche ambientali
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Microrganismi e biorimedio
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Applicazioni microbiche nei beni culturali
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Batteri lattici e probiotici
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Seminari di approfondimento
• Testi di riferimento: articoli
• Flipped classroom
• Testi di riferimento: N/A
• Flipped classroom
• Testi di riferimento: N/A
• Ripasso degli argomenti trattati
• Testi di riferimento: N/A

Modulo: MODULO II

• Introduzione alla modellazione dei sistemi biologici (4 h): Approssimazioni per la descrizione della crescita

cellulare (modelli cinetici segregati e strutturati); Approssimazioni per la

descrizione di bioreattori: tempi e lunghezze caratteristici;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;- Wei-Shou Hu, Engineering Principles in Biotechnology, Wiley, 2017- J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986
• Reattori ideali: Derivazione dei (8 h) modelli matematici attraverso applicazione dei principi di conservazione; Reattore batch; Reattore CSTR; Reattore Fed batch; Esperimento di Reynolds; Reattore PFR;
• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;
• Modellazione di processi di crescita microbica (8+5 h): Modelli cinetici per crescita bilanciata in assenza di substrato limitante; Modelli cinetici di crescita in presenza di un substrato limitante; cinetica di consumo del substrato limitante (mantenimento, consumo per produzione di biomassa); Chemostato di Monod; deviazioni dal chemostato di Monod; passaggi di scala; Costruzione di modelli per di crescita microbica mediante analisi di dati sperimentali in Excel;
• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;- J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986
• Cinetica Enzimatica (8 h)

Principali caratteristiche degli enzimi; Cinetica

di Michelis Menten (teoria del complesso attivato); Modello cinetico in

presenza di due substrati; Modello cinetico in presenza di un cofattore

attivante; Modello cinetico per inibizione da substrato; Cinetiche enzimatiche

in presenza di inibitori; Inibizione competitiva completa; Inibizione

competitiva parziale; Inibizione non competitiva completa; Inibizione non

competitiva parziale; Cinetica di inattivazione; Reazioni enzimatiche in

sistemi eterogenei;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;- J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986
• Bioadsorbimento (8+5 h)

Inquinamento da metalli pesanti; Tecniche di

depurazione convenzionali; materiali bioadsorbenti; meccanismi di

bioadsorbimento; variabili operative influenzanti il bioadsorbimento;

Configurazioni reattoristiche per processi di bioadsorbimento; Modelli di

equilibrio per il bioadsorbimento; Modello di Langmuir singolo componente;

Estensione del modello di Langmuir a sistemi multi-componente; Modelli di

equilibrio meccanicistici; Titolazioni potenziometriche; Costruzione di modelli per la descrizione dell'equilibrio di bioadsorbimento mediante analisi di dati sperimentali in Excel;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;
• Microalghe (6 h)

Applicazioni industriali; Coltivazione di

microalghe in regime autotrofo; principi di progettazione di fotobioreattori;

crescita eterotrofa e mixotrofica;

• Testi di riferimento: - Slides e dispense del docente;

La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli

argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo

studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con

lode).

La valutazione consiste in una prova orale individuale. L’esame consente di verificare il

raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità

comunicative. Nella prova vengono inoltre valutate la proprietà di linguaggio, la chiarezza

espositiva e la capacità critica di fronte a problematiche biotecnologiche.

Il voto finale risulta dalla media fra le prove sostenute nei due moduli.

Modulo: MODULO I
Articoli monotematici forniti dal docente e slides del corso

Modulo: MODULO II
All’inizio del corso viene fornito l’insieme completo delle diapositive impiegate; vengono fornite a lezione le coordinate per reperire il materiale on-line sotto forma di review e/o pubblicazioni specifiche su riviste del settore.

Testi consigliati per l'approfondimento:

Wei-Shou Hu, Engineering Principles in Biotechnology, Wiley, 2017

J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill,1986

Modulo: MODULO I
N/D
Modulo: MODULO II
N/D

Lo studente al termine del corso sarà in grado di descrivere:
-le tecniche usate per la caratterizzazione dei nanomateriali, usando esempi specifici per illustrarle -le principali tecniche per la produzione bio dei nanomateriali -i progressi più recenti delle nanobiotecnologie per la sicurezza della salute umana e dell’ambiente
Obiettivi specifici: 1. Conoscenza e comprensione - Lo studente acquisirà i concetti essenziali, gli approcci sperimentali e le tecniche usate nelle nanobiotecnologie nei campi biomedico, agroalimentare e ambientale, usando esempi specifici. 2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione - Lo studente acquisirà le capacità di interpretare e discutere la ricerca corrente nell’ambito delle nanobiotecnologie nei campi biomedico, agroalimentare e ambientale 3. Capacità critiche e di giudizio – Lo studente imparerà a disegnare esperimenti nell’ambito delle nanobiotecnologie e a valutarne criticamente i risultati e le implicazioni etiche 4. Capacità di comunicare quanto si è appreso – Lo studente imparerà a discutere e presentare dati sperimentali 5. Capacità di proseguire lo studio in modo autonomo nel corso della vita – Lo studente acquisirà non solo le basi scientifiche, ma anche le metodologie ed il vocabolario specifico del settore. Queste conoscenze permetteranno allo studente di proseguire il proprio studio in autonomia, anche dopo la fine del corso ed il superamento dell’esame.

Lo studente al termine del corso sarà in grado di descrivere:
le tecniche usate nelle biotecnologie fitopatologiche, usando esempi specifici per illustrarle le principali scoperte nel settore, anche recenti i progressi più recenti nell’ambito delle biotecnologie ovvero l’uso di approcci biotech per impedire o limitare le malattie e i danni (sia quantitativi che qualitativi) da esse causate nelle piante e nei loro prodotti
Obiettivi specifici: Conoscenza e comprensione - Lo studente acquisirà i concetti essenziali, gli approcci sperimentali e le tecniche usate nelle biotecnologie fitopatologiche per fronteggiare le fitopatie causate da viroidi, virus e microrganismi anche alla luce dei cambiamenti climatici in atto, usando esempi specifici. Capacità di applicare conoscenza e comprensione - Lo studente acquisirà le capacità di interpretare e discutere la ricerca corrente nell’ambito delle biotecnologie fitopatologiche Capacità critiche e di giudizio – Lo studente imparerà a disegnare esperimenti nell’ambito delle biotecnologie fitopatologiche e a valutarne criticamente i risultati e le implicazioni legali Capacità di comunicare quanto si è appreso – Lo studente imparerà a discutere e presentare dati sperimentali Capacità di proseguire lo studio in modo autonomo nel corso della vita – Lo studente acquisirà non solo le basi scientifiche, ma anche le metodologie ed il vocabolario specifico del settore. Queste conoscenze permetteranno allo studente di proseguire il proprio studio in autonomia, anche dopo la fine del corso ed il superamento dell’esame.

Biologia e Genetica di Virus e Viroidi Fitopatogeni

Biologia e Genetica di Procarioti Fitopatogeni

Biologia e Genetica di Eucarioti Fitopatogeni (Oomiceti e funghi)

Basi biochimiche e molecolari del sistema immunitario della pianta

Ormoni vegetali: biosintesi e metabolismo

Resistenza delle piante all’attacco del patogeno

struttura, funzione ed evoluzione dei geni di resistenza nelle piante

trasduzione del segnale di difesa nella resistenza delle piante

le risposte di difesa: meccanismi morfo-strutturali, sintesi di composti antimicrobici, morte cellulare ipersensibile (HR)

silenziamento genico post-trascrizionale come meccanismo di resistenza contro patogeni virali

le resistenze sistemiche: segnali e meccanismi molecolari che governano la resistenza sistemica acquisita (SAR), la resistenza sistemica indotta (ISR) e la risposta sistemica al ferimento

Interazione pianta-patogeno

Sensing molecolare tra ospite e patogeno

Effettori dei patogeni ed enzimi degradativi della parete vegetale

Metabolismo secondario fungino

Interazione pianta-viroidi

Interazione pianta-virus

Interazione pianta-batteri

Interazione pianta-oomiceti

Interazione pianta-funghi

Strategie di difesa integrata

La diagnostica fitopatologica

Applicazioni biotecnologiche per la produzione di piante resistenti ai principali agenti patogeni

• entità biologiche patogeniche: viroidi e virus
• Testi di riferimento: patologia molecolare vegetale
• organismi patogenici: dai fitoplasmi ai funghi
• Testi di riferimento: patologia molecolare vegetale
• il sistema immunitario delle piante: basi genetiche, molecolari e biochimiche
• Testi di riferimento: patologia molecolare vegetale
• l'interazione tra piante e i patogeni
• Testi di riferimento: patologia molecolare vegetale
• strategie di lotta integrata
• Testi di riferimento: patologia molecolare vegetale
• diagnosi avanzata
• Testi di riferimento: patologia molecolare vegetale

La valutazione consiste in una prova orale e una presentazione power point su un articolo scientifico riguardante la fitopatologia

La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode).

M. Reverberi - M. Ruocco - L. Covarelli - L. Sella · Patologia Vegetale Molecolare (2022)

Agrios G.N. Plant Pathology, 5th Edition (2004)

Buchanan et al. Biochemistry and Molecular Biology of Plants, 2nd Edition (2015)

Obiettivi principali fornire agli studenti una conoscenza riguardo l’uso di dispositivi sensoristici in ambito ambientale e nell’industria alimentare per il monitoraggio dei processi industriali, autenticità, qualità e sicurezza degli alimenti.
Obiettivi specifici a) Conoscenze e capacità di comprensione - Conoscenza e comprensione di diversi tipi di dispositivi sensoristici e le diverse tecniche analitiche applicate; - Conoscenza e comprensione delle basi biochimiche e tecnologiche per il loro utilizzo; - Conoscenza e comprensione dei metodi per lo sviluppo di sensori;
b) Capacità di applicare conoscenza e comprensione - saper usare la terminologia specifica; -saper identificare i targets da identificare tramite i sensori e l’utilizzo dei recettori adatti per l’analisi da effettuare; -saper riconoscere le migliori tecniche analitiche da utilizzare per lo sviluppo di un determinato sensore;
c) Autonomia di giudizio -acquisire capacità di giudizio critico sull’utilizzo di questi dispositivi analitici basandosi sulle diverse tecniche analitiche apprese; - imparare a porsi domande per l’elaborazione e approfondimento delle conoscenze apprese
d) Abilità comunicative -saper comunicare quanto appreso nel corso dell’esame orale
e) Capacità di apprendimento - apprendere la terminologia specifica - connettere in modo logico le conoscenze acquisite - identificare i temi più rilevanti degli argomenti trattati.

Obiettivi principali Questo corso ha l’obiettivo di illustrare le caratteristiche di diversi organismi modello e il loro utilizzo nelle piattaforme industriali, analizzando anche le diverse strategie di miglioramento. Il corso si prefigge di saper individuare e valutare la scelta appropriata dell'organismo modello in base al tipo di applicazione biotecnologica affrontata, in funzione dei diversi settori industriali (es. alimentare, farmaceutico e chimico). Il corso comprende lezioni frontali e sessioni di laboratorio, dedicate ad apprendere la capacità di coltivazione e di manipolazione di alcuni dei sistemi modello trattati.
Obiettivi specifici
A) Conoscenze e capacità di comprensione -Conoscenza dei principali organismi utilizzi nelle piattaforme industriali -Conoscenza e comprensione dei principali processi produttivi basati sui diversi sistemi cellulari -Conoscenza e comprensione delle strategie di miglioramento per l’ottenimento di prodotti a livello industriale
B) Capacità di applicare conoscenza e comprensione - saper usare la terminologia specifica -saper identificare le giuste procedure per risolvere i quesiti di base dell’utilizzo dei diversi sistemi modello -sapere le strategie per il miglioramento degli organismi modello studiati -sapere le basi per il mantenimento in laboratorio dei diversi sistemi modello trattati durante il corso
C) Autonomia di giudizio -acquisire capacità di giudizio critico, attraverso lo studio degli organismi modello e il loro utilizzo nelle diverse industrie - imparare a porsi domande per l’elaborazione e approfondimento delle conoscenze apprese
D) Abilità comunicative -saper comunicare quanto appreso nel corso dell’esame orale
E) Capacità di apprendimento - apprendere la terminologia specifica - connettere in modo logico le conoscenze acquisite - identificare i temi più rilevanti degli argomenti trattati.

Introduzione al corso; generalità sulla produzione dei metaboliti primari e secondari, gli Streptomyces e i Bacillus come generi di riferimento ed esempi riguardanti il loro impiego nell’industria farmaceutica (10 ore).

Ecologia microbica degli alimenti e i batteri lattici come starters nell’industria alimentare, generalità dei vari generi di batteri lattici e strategie di miglioramento per il loro utilizzo (8 ore).

Il lievito come sistema modello, generalità e varie applicazioni nei campi della chemogenomica, dei biosensori, delle proteine ricombinanti, dell’industria alimentare (8 ore).

Caenorhabditis elegans come modello di invertebrati, caratteristiche, manipolabilità e applicazioni nelle diverse piattaforme industriali (10 ore).

Modelli murini, generalità ed esempi di applicazioni nelle biotecnologie industriali (4 ore).

SESSIONI DI LABORATORIO (12 ore). Osservazione e manipolabilità di alcuni sistemi modello trattati durante il corso come Streptomyceti e C.elegans.

• Introduzione al corso
• Testi di riferimento: N/A
• Streptomyces generalità
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Streptomyces applicazioni nella produzione di antibiotici
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Bacillu generalità
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Bacillus e proteine ricombinanti
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Batteri lattici e applicazioni alimentari
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Corynebacterium generalità
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Corynebacterium e produzione di amminoacidi
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Lievito generalità
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Lievito e chemigenomica
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• lievito e proteine ricombinanti
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Lievito e patologie mitocondriali
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• C.elegans generalità
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• C.elegans come modello di patologie e screening di molecole
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• C.elegans e interazioni ospite-microrganismo
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Modelli murini e applicazioni
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Ripasso argomenti trattati su domande degli studenti
• Testi di riferimento: N/A
• Seminario sulle applicazioni della digital PCR in una realtà industriale
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Seminario sui microrganismi produttori di metaboliti secondari
• Testi di riferimento: Slides e articoli
• Seminario su una realtà industriale
• Testi di riferimento: N/A
• Attività pratiche di laboratorio
• Testi di riferimento: N/A

La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode).

La valutazione consiste di una prova orale. L’esame complessivamente consente di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità comunicative.

Articoli monotematici e dispense forniti dal docente;

Antonio Moreira, Volume 3 Industrial Biotechnology and Commodity Products, Comprenhensive Biotechnology, second edition, Elsevier

Obiettivi formativi: Obiettivo formativo dell'insegnamento è l'apprendimento, da parte degli studenti, degli strumenti di base dell'inferenza statistica.
Conoscenza e capacità di comprensione Alla fine del corso, gli studenti hanno una conoscenza di base della teoria della stima puntuale, intervallare e di alcuni casi specifici della verifica di ipotesi parmaetriche
Capacità di applicare conoscenza e comprensione Alla fine del corso, gli studenti sono in grado di utilizzare le principali tecniche di inferenza statistica per campioni da popolazione normale
Autonomia di giudizio L'autonomia di giudizio degli studenti è stimolata utilizzando casi empirici, ed il confronto tra tecniche differenti
Abilità comunicativa La capacità comunicativa degli studenti è stimolaata dalla discussione della teoria di base dell'inferenza
Capacità di apprendimento Gli studenti che superano l'esame hanno la capacità di confrontarsi con casi empirici reali di limitata complessità

Utilizzare il computer e le periferiche
Utilizzare i software per l’elaborazione dei testi, per la realizzazione di fogli elettronici, per le presentazioni, per l’archiviazione. Utilizzare gli strumenti per l'analisi dei dati per l’archiviazione e la condivisione di dati (file sharing) di specifica pertinenza del settore. Utilizzare le regole del web 2.0 per la fruizione, la ricerca e l’analisi dei contenuti inerenti alle attività svolte durante lo studio degli insegnamenti previsti dal percorso formativo

N/D N/D N/D N/D N/D N/D N/D

• N/A
• Testi di riferimento: N/A

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Questo corso vuole costruire basi solide per la conoscenza dei meccanismi molecolari che sottendono lo sviluppo delle piante. Gli studenti scopriranno tecnologie all'avanguardia di biologia sintetica e molecolare per studiare la regolazione dell'espressione genica nelle piante. Gli studenti verranno a conoscenza dei network genetici e molecolari e dei modelli matematici di sviluppo e crescita degli organi sviluppati nella pianta modello Arabidopsis. I meccanismi molecolari discussi in Arabidopsis verranno analizzati in chiave di Evo-Devo. Durante il corso verranno svolti Journal Clubs su articoli usciti di recente. Programma: 1) Principi base della biologia dello sviluppo 2) differenze e similitudini nello sviluppo degli organi di animali e piante 3)pattern formation 4) generazione di gradienti morfogenici (comunicazione inter e intra cellulare, trasporto polare dell'auxina, similitudini con l'acido retinoico, generazione di sensori di morfogeni) 5) nicchie staminali 6) sistemi di analisi clonale e di trans attivazione (CRE/LOX, UAS/GAL4, LHGR/OP) 7) Meccanismi molecolari che determinano la formazione ed il mantenimento delle cellule staminali( fattori di trascrizione PLT, fattori homeobox WOX) 8) Il sistema WUS/CLV e SHR e SCR per l'omeostasi delle nicchie staminali 9) meccanismi molecolari che regolano le divisioni asimmetriche (CYCLIN, RETINOBLASTOMA etch) e modelli matematici che descrivono la formazione di circuiti bistabili 10) utilizzo della miscroscopia confocale, lightsheet e di microscopi verticali per identificare la crescita degli organi 11) evoluzione della nicchia staminale e dei meccanismi molecolari che la dirigono dalle alghe alle angiosperme 12) meccanismi molecolari determinati il differenziamento cellulare (ormoni, lncRNA, generazione di minimi di morfogeni etch....) 13)il ruolo del sistema DREAM e del retinoblastoma nel differenziamento cellulare 14) Differenze e similitudini nella regolazione del ciclo cellulare tra animali e piante 15) coinvolgimento dei telomeri nel mantenimento dell'attività delle cellule staminali nelle piante 16) il ruolo dei microRNA nello sviluppo delle piante e tecniche per il loro studio (LNA, MIMIMCRY, STTDM MIMICRY, sensori di microRNA) 17) evoluzione dei microRNA, similitudini e differenze tra animali e piante. 18) microRNA nello sviluppo plastico e robusto degli organi ( ruolo di miR165 e miR160 nelle trasformazioni omeotiche) 19) miglioramento genetico e molecolare delle piante per l'adattamento a condizioni estreme 20) utilizzo di fattori morfogenetici per migliorare la generazione di piante transgeniche 21) meccanismi molecolari differenti tra specie che determinano varietà nelle forme e loro utilizzo in campo industriale 22) evoluzione degli elementi cis regolativi nelle piante 23) modelli di sviluppo continui e discontinui 24) generazione di modelli computazionali predittivi dell'attività di morfogeni 23) modificazioni post traduzionali delle proteine e loro ruolo nello sviluppo degli organi (Fucosilazione, Glycosilazione etch...)

1) Principi base della biologia dello sviluppo

2) differenze e similitudini nello sviluppo degli organi di animali e piante

3)pattern formation

4) generazione di gradienti morfogenici (comunicazione inter e intra cellulare, trasporto polare dell'auxina, similitudini con l'acido retinoico, generazione di sensori di morfogeni)

5) nicchie staminali

6) sistemi di analisi clonale e di trans attivazione (CRE/LOX, UAS/GAL4, LHGR/OP)

7) Meccanismi molecolari che determinano la formazione ed il mantenimento delle cellule staminali( fattori di trascrizione PLT, fattori homeobox WOX)

8) Il sistema WUS/CLV e SHR e SCR per l'omeostasi delle nicchie staminali

9) meccanismi molecolari che regolano le divisioni asimmetriche (CYCLIN, RETINOBLASTOMA etch) e modelli matematici che descrivono la formazione di circuiti bistabili

10) utilizzo della miscroscopia confocale, lightsheet e di microscopi verticali per identificare la crescita degli organi

11) evoluzione della nicchia staminale e dei meccanismi molecolari che la dirigono dalle alghe alle angiosperme

12) meccanismi molecolari determinati il differenziamento cellulare (ormoni, lncRNA, generazione di minimi di morfogeni etch....)

13)il ruolo del sistema DREAM e del retinoblastoma nel differenziamento cellulare

14) Differenze e similitudini nella regolazione del ciclo cellulare tra animali e piante

15) coinvolgimento dei telomeri nel mantenimento dell'attività delle cellule staminali nelle piante

16) il ruolo dei microRNA nello sviluppo delle piante e tecniche per il loro studio (LNA, MIMIMCRY, STTDM MIMICRY, sensori di microRNA)

17) evoluzione dei microRNA, similitudini e differenze tra animali e piante.

18) microRNA nello sviluppo plastico e robusto degli organi ( ruolo di miR165 e miR160 nelle trasformazioni omeotiche)

19) miglioramento genetico e molecolare delle piante per l'adattamento a condizioni estreme

20) utilizzo di fattori morfogenetici per migliorare la generazione di piante transgeniche

21) meccanismi molecolari differenti tra specie che determinano varietà nelle forme e loro utilizzo in campo industriale

22) evoluzione degli elementi cis regolativi nelle piante

23) modelli di sviluppo continui e discontinui

24) generazione di modelli computazionali predittivi dell'attività di morfogeni

23) modificazioni post traduzionali delle proteine e loro ruolo nello sviluppo degli organi (Fucosilazione, Glycosilazione etch...)

presentazione di un poster in silico riguardante un'attività di ricerca

La bibliografia di riferimento verrà indicata durante le lezioni e sarà presente sul materiale a disposizione sul sito eLearning del corso.

La bibliografia di riferimento verrà indicata durante le lezioni e sarà presente sul materiale a disposizione sul sito eLearning del corso

Obiettivi Formativi (risultati di apprendimento attesi)
Obiettivi Generali
Il corso si propone di introdurre lo studente al tema delle interazioni tra genoma eucariotico e ambiente. Tali interazioni vengono messe in atto da una molteplicità di meccanismi molecolari che permettono all’organismo di rispondere a stimoli ambientali che vanno, nel loro complesso, sotto il nome di Epigenetica. Lo studente acquisirà conoscenze riguardanti: - le varie modalità con cui il genoma eucariotico diventa dinamico per rispondere a stimoli ambientali, modulando conseguentemente i livelli dell’espressione genica; - le principali modificazioni del DNA e della cromatina che sono coinvolte in tale regolazione; - il coinvolgimento nei meccanismi epigenetici di RNA non codificanti; - i principali metodi di studio dei meccanismi epigenetici al livello del singolo gene e al livello genomico (epigenomica); - esempi specifici attraverso i quali viene dettagliata la nozione di “ambiente” (microambiente intra- ed extra-cellulare; ambiente esterno; influenze comportamentali).
Obiettivi Specifici
Conoscenza e comprensione. Lo studente acquisirà i concetti essenziali e le metodologie utilizzate per lo studio dell’epigenetica e dell’epigenomica. Avrà inoltre modo di esplorare i molti e diversi ambiti in cui la regolazione epigenetica entra in gioco nella vita di tutti gli organismi eucariotici (metabolismo, ambiente esterno, comportamento).
Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Essendo il corso prevalentemente teorico, lo studente acquisirà le capacità di comprendere e interpretare i risultati di ricerche inerenti al campo dell’epigenetica e dell’epigenomica.
Capacità critiche e di giudizio. Lo studente acquisirà la capacità di valutare e discutere in modo critico aspetti applicativi, approfondendo articoli tecnici presenti nella letteratura scientifica internazionale.
Capacità di comunicare quanto si è appreso. Gli studenti, in aula, verranno stimolati a presentare, davanti ai loro colleghi una breve presentazione in formato powerpoint riguardante un lavoro sperimentale proposto dalla docente.
Capacità di proseguire lo studio in modo autonomo nel corso della vita. Il corso fornirà le conoscenze scientifiche e tecniche (di livello teorico) che costituiscono un dettagliato quadro di riferimento per poter affrontare autonomamente un percorso di apprendimento sperimentale all’interno di un laboratorio di ricerca.

Il termine Epigenetica include tutti quei fenomeni che inducono un’espressione genica differenziale ed ereditabile in assenza di modificazioni nella sequenza del DNA. ll corso di Epigenetica si propone di discutere e approfondire i meccanismi molecolari che regolano i fenomeni epigenetici (rimodellamento della cromatina, proteine eterocromatiche modificazione degli istoni e codice istonico, metilazione del DNA, RNA interference) e i processi cellulari che sfruttano questo tipo di regolazione (imprinting genomico e cromosomico, eterocromatizzazione facoltativa, eliminazione cromosomica, variegazione per effetto di posizione, paramutazione). Saranno prese in considerazione le tecniche più moderne per l’analisi delle modificazioni della cromatina e verranno trattate le più recenti scoperte nel campo dell’epigenetica. Verranno inoltre trattati alcuni dei più interessanti fenomeni genetici non canonici che coinvolgono meccanismi epigenetici in senso lato. In natura infatti esistono, con una estesa diffusione, molte varianti di processi biologici fondamentali, come la meiosi e la mitosi, e di strutture cromosomiche, come i telomeri e i centromeri. Lo scopo è quello di dimostrare che lo studio di sistemi genetici non canonici permette di ottenere informazioni significative sulla loro rilevanza evolutiva e sui processi canonici corrispondenti. Sarà inoltre trattata la biologia dei trasposoni e il loro ruolo nell'espressione genica e nell'organizzazione genomica. Gi studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite) • L’organizzazione strutturale e funzionale del genoma eucariotico • Le basi molecolari della regolazione epigenetica • I fenomeni e i processi cellulari che sfruttano la regolazione epigenetica • I metodi e le tecnologie per lo studio delle modifiche epigenetiche della cromatina • Sistemi genetici non canonici che coinvolgono meccanismi epigenetici Gli student saranno inoltre in grado di (competenze acquisite) • Valutare l’impatto della regolazione epigenetica nella modulazione delle funzioni del genoma • Interpretare i complessi network molecolari che controllano la regolazione epigenetica • Utilizzare le conoscenze sulle tecniche per l’analisi delle modificazioni della cromatina per programmare un esperimento in laboratorio sapendo discriminare quali tecniche applicare a seconda delle diverse problematiche da affrontare • capire e interpretare criticamente i risultati sperimentali di epigenetica ed epigenomica • approfondire gli argomenti ed elaborare una propria discussione su temi specifici facenti parte del corso

L’insegnamento prevede 40 ore di didattica frontale e 12 ore di esercitazioni.

Lezioni frontali:

Mitosi e meiosi: meccanismi canonici e loro varianti

• meiotic drive
• meiosi invertite
• eliminazione cromosomica

Organizzazione del cromosoma eucariotico

• centromero: cromosomi monocentrici e olocentrici
• Telomeri

Elementi trasponibili e evoluzione dei Genomi

Meccanismi molecolari che controllano i fenomeni epigenetici

• metilazione del DNA
• modificazioni degli istoni e codice istonico
• complessi di rimodellamento della cromatina
• RNA interference e non-coding RNA
• architettura tridimensionale del genoma e Chromosome conformation capture (3C)

Processi cellulari che sfruttano la regolazione epigenetica

• eterocromatizzazione facoltativa
• variegazione per effetto di posizione
• paramutazione e cosoppressione nelle piante
• imprinting genomico e cromosomico
• effetti epigenetici trans-generazionali

Strumenti metodologici per l’analisi della metilazione del DNA

a) singoli geni:

• Tecnologia COBRA (Combined bisulfite Restriction Analysis)
• Real time MSP e methyLight
• Pyrosequencing and massARRAY

b) livello genome-wide:

• tecnologia MSDK (Methylation-Specific Digital Karyotiping)
• Tecniologia MIRA (Methylated-CpG Island Recovery Assay)
• Immunoprecipitazione del DNA metilato (MeDIP)

Epigenetica e malattie

• Epigenetica e cancro
• Epigenetica e malattie neurodegenerative: la sindrome di Rett
• Epigenetica dell’artrite reumatoide e di altre malattie del sistema immunitario
• Malattie genetiche causate da alterazioni dell’imprinting
• Terapie epigenetiche

Esercitazioni in laboratorio

• Test Genetico per modificatori di PEV in Drosophila: allestimento degli incroci e analisi dei fenotipi (4 ore)
• Allestimento di preparati citologici di cromosomi politenici di drosophila. Osservazione al microscopio a fluorescenza e acquisizione delle immagini (4 ore)
• Allestimento di preparati citologici di cromosomi mitotici da neuroblasti larvali di Drosophila. Osservazione al microscopio a fluorescenza e acquisizione delle immagini (4 ore)

L'esame consiste in una prova orale allo scopo di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite, così come le abilità comunicative, la proprietà di linguaggio, la chiarezza espositiva e la capacità critica di fronte a problemi genetici.

Il tempo dedicato alla prova orale è di circa 20/30 minuti complessivi.

Genetica a cura di Pimpinelli. Casa Editrice Ambrosiana. Caso di studio 8_EPIGENETICA

Dispense delle lezioni e articoli selelzionati dalla letteratura scientifica

Handbook of Epigenetics. The New Molecular and Medical Genetics. Edited by: Trygve O. Tollefsbol

Gene Regulation and Epigenetics. How Science Works. Carsten Carlberg. Published by

Springer Nature Switzerland, January 2024. ISBN: 978-3-03-168730-3

Allison B. Herman, Dimitrios Tsitsipatis, Myriam Gorospe, Integrated lncRNA function upon genomic and epigenomic regulation, Molecular Cell,Volume 82, Issue 12,2022,Pages 2252-2266,

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2022.05.027.

Transgenerational Epigenetics. 2nd Edition, Volume 13 - May 21, 2019. Academic Press. Editor: Trygve O. Tollefsbol. ISBN: 9780128163634

L'insegnamento si propone di offrire a studenti e studentesse le risorse per sviluppare conoscenze e competenze utili a trovare criteri per giustificare o valutare criticamente la legittimità di decisioni, istituzioni e pratiche politiche e pubbliche che riguardano le questioni morali più rilevanti sollevate nell'ambito dell'etica ambientale. Il Corso si propone inoltre di individuare le questioni etiche sollevate da temi quali: il cambiamento climatico, lo sviluppo sostenibile e l'antropocene, discutendole in connessione con il dibattito pubblico e valorizzando il confronto interdisciplinare. Risultati apprendimento attesi Il corso si propone i seguenti obiettivi di apprendimento: - comprensione delle principali questioni e dei principali dilemmi in materia di etica ambientale; - competenza in merito alle principali posizioni teoriche e ai criteri metodologici in etica ambientale; - capacità di applicare le conoscenze e competenze acquisite all'analisi e alla discussione di controversie al centro del dibattito pubblico

Il corso intende fornire inquadramenti di ordine generale sulla riflessione riguardante l’etica dell’ambiente, salvaguardia della biosfera, diritti delle generazioni future, radici storico-culturali del pensiero ambientalista, sfruttamento di risorse naturali e sostenibilità ambientale.

Scopo del corso è quello di stimolare l'attenzione degli allievi sulle implicazioni etiche determinate dalle numerose urgenze ambientali che segnano in profondità i rapporti sociali nel mondo attuale.

• storia delle idee ecologiche
• principi di etica
• etica dell’ambiente
• il concetto di natura
• il concetto di sostenibilità
• la cittadinanza scientifica

L'esame prevede un prova orale

• J.R. Mc Neill, P. Engelke, La Grande accelerazione, Einaudi, Torino, 2014
• R. Attield, Il primo libro di etica ambientale, Einaudi, Torino, 2024
• F. Rufo, Scienza e bene pubblico, Donzelli, Roma, 2023.

Ulteriori indicazioni saranno fornite durante il corso

McNeill, Qualcosa di nuovo sotto al sole. Storia dell'ambiente del XX secolo, Einaudi, Torino, 2002.

P. Donatelli (a cura di), Manuale di etica Ambientale, Le Lettere, Firenze

G. Pellegrino, M. Di Paola, Nell'antropocene. Etica e politica alla fine di un mondo, Derive- Approdi, 2020

Obiettivi formativi Lo scopo del corso è quello di fornire agli studenti le conoscenze di base della Farmacogenomica, dal punto di vista dei meccanismi cellulari e molecolari che sono alla base delle risposte ai farmaci ed alle terapie. La medicina personalizzata è ormai divenuta realtà e viene applicata per la scelta della giusta terapia per molte malattie. Gli esempi forniti evidenziano gli sviluppi ottenuti da questa disciplina e tutte le sue applicazioni biotecnologiche. Specifici obiettivi formativi sono: nella parte introduttiva apprendere i concetti fondamentali che riguardano il metabolismo di sostanze di interesse farmaceutico e di composti xenobiotici. Capire come la variabilità genomica degli individui influenzi la risposta ai farmaci, dal punto di vista dei meccanismi cellulari-molecolari. Successivamente viene trattato l’aspetto biotecnologico, la biologia sintetica, la produzione di farmaci biologici e la ricerca di nuovi farmaci, lo studio di alcuni genomi batterici per la scoperta di nuovi vaccini e per la comprensione dell’interazione ospite-batterio. Si spiega inoltre l’importanza della sicurezza intesa sia come Biosafety che come Biosecurity.
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)

• le nozioni di base relative ad argomenti di farmacogenomica e farmacogenetica. • Lo studio del genoma umano. • Come il genoma umano incida nella risposta avversa ai farmaci. • Meccanismi cellulari di risposta ai farmaci antitumorali. • Le applicazioni delle biotecnologie nel campo dell’oncologia medica. • Le applicazioni biotecnologiche ai genomi batterici e virali per la scoperta di nuovi vaccini • Le applicazioni della biologia sintetica: genomi sintetici e produzione di molecole.
  Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite):
• analizzare in modo critico le applicazioni biotecnologiche in campo medico. • Interpretare in maniera generale la risposta cellulare ai farmaci antitumorali in base alla variabilità genetica. • Interpretare e valutare l’importanza delle sequenze genomiche batteriche e virali per applicazioni biotecnologiche. • Individuare le nuove tecnologie che ridurranno l’uso di modelli animali nei trials clinici. • Valutare l’importanza della sicurezza nel campo biologico, intesa sia come biosafety che biosecurity.

Conoscere le principali metodologie spettroscopiche per l’analisi del metaboloma cellulare, in particolare la spettroscopia ad alta risoluzione di Risonanza Magnetica Nucleare (Multinucleare) ed i principi dei modelli matematici per l’analisi dei sistemi complessi. Comprendere le possibili applicazioni biologiche nella caratterizzazione del fenotipo metabolico cellulare e di organismi in relazione all’impatto dell’ambiente esterno e di variazioni geniche: dai microorganismi ai sistemi vegetali ed animali, fino all’uomo.

L'insegnamento di Metodologie Analitiche Avanzate ha l'obiettivo di fornire agli studenti una preparazione teorica e applicativa sulle principali metodologie analitiche avanzate utilizzate per la separazione, l'identificazione e la quantificazione di analiti in matrici complesse di interesse biotecnologico, ambientale, alimentare e farmaceutico.
Il corso approfondisce le diverse fasi del processo analitico, comprendendo le strategie di campionamento, la preparazione del campione, le tecniche cromatografiche e separative, le tecniche elettroforetiche, la spettrometria di massa e le principali metodologie per l'analisi qualitativa e quantitativa, fornendo agli studenti gli strumenti necessari per comprenderne i principi di funzionamento, le potenzialità applicative e i limiti.
Particolare attenzione sarà dedicata alle tecniche accoppiate, all'interpretazione dei dati analitici, alla qualità del dato sperimentale, alla validazione dei metodi e alla scelta della strategia analitica più appropriata in funzione della matrice, dell'analita e del problema analitico da affrontare.
Attraverso esempi applicativi e casi studio, il corso consentirà agli studenti di acquisire una visione critica delle moderne metodologie analitiche e delle loro applicazioni nei settori delle biotecnologie, dell'ambiente, degli alimenti, della ricerca biomedica e dell'industria farmaceutica, sviluppando la capacità di selezionare consapevolmente le tecniche più idonee e di interpretarne criticamente i risultati.
Le conoscenze acquisite costituiranno una solida base per l'approfondimento di metodologie analitiche avanzate e per l'acquisizione di competenze interdisciplinari applicabili nei diversi ambiti delle scienze chimiche, biologiche e biotecnologiche.

L'insegnamento di Metodologie Analitiche Avanzate ha principalmente l'obiettivo di fornire conoscenze fondamentali e principi basilari delle tecniche separative e dei metodi spettroscopici. Per quanto riguarda le tecniche separative, vengono illustrati, oltre ai principi teorici, i principi di funzionamento e le modalità di applicazione, nei sistemi reali, delle principali tecniche separative, della spettrometria di massa e dell’accoppiamento delle tecniche. Inoltre, verranno affrontati i principi e principali campi di applicazione della spettroscopia atomica e molecolare: assorbimento atomico a fiamma e fornetto di grafite; spettroscopia al plasma; spettrofotometria UV-Vis; cenni sulla fluorescenza a raggi X. L’ obiettivo principale del corso è quindi quello di far acquisire agli studenti, dopo aver approfondito lo studio delle principali caratteristiche delle tecniche di separazione e spettroscopiche, capacità critica, in relazione alla problematica analitica, nella scelta di un’idonea tecnica di analisi dei campioni reali, unitamente agli aspetti legati al campionamento, alla preparazione del campione e all’elaborazione dati. Le lezioni frontali per la parte di tecniche separative, si sviluppano a partire dalla teoria dell’estrazione e della cromatografia per poi passare allo studio e descrizione delle diverse tipologie di tecniche separative (gascromatografia, cromatografia liquida ed elettroforesi capillare) accoppiate con diversi rivelatori, incluso lo spettrometro di massa. Per la parte di spettroscopia atomica si affronteranno i principi di teoria generale fino alla descrizione di assorbimento atomico a fiamma e fornetto di grafite; spettroscopia al plasma. Per entrambe le tecniche analitiche verranno affrontate applicazioni specifiche su analisi di diverse classi di composti di interesse biotecnologico ed ambientale ecc. Attenzione verrà rivolta anche alle applicazioni nel campo della proteomica e metabolomica, alle misure analitiche, e alla qualità del dato analitico. Le conoscenze acquisite nel presente insegnamento, non solo costituiscono un punto di riferimento e di partenza, ma soprattutto un mezzo per acquisire competenze successive e interdisciplinari.

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite) -le principali tecniche separative e spettroscopiche e la loro evoluzione -le principali modalità di lavoro, con esempi pratici applicativi in diversi settori -i più recenti sviluppi della letteratura in tale ambito -aspetti relativi alle attuali applicazioni di ciascuna tecniche a problematiche biotecnologiche, ambientali, industriali, alimentari, tossicologiche, metabolomiche, proteomiche e cliniche Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze ed abilità acquisite): -approfondire autonomamente e in maniera critica le finalità delle metodologie separative e le potenzialità applicative. -comprendere la connessione con altre aree culturali del CdS -sviluppare la capacità di comunicare quanto appreso, attraverso colloqui e prove; esame orali. - sviluppare lo studio autonomo attraverso l’uso di fonti di aggiornamento accessibili.

La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode).

La valutazione consiste di una prova orale (tre domande su tre diverse parti del programma). L’esame consente di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità comunicative. Molto importante è la proprietà di linguaggio, la chiarezza espositiva e la capacità critica mostrata per la risoluzione di problemi analitici reali.

Introduzione pratica alla Gascromatografia BGJ Baars, A Miliazza (biblioteca dipartimento di chimica)

Analisi chimica cromatografica Mentasti, Saini (biblioteca dipartimento di chimica)

Modern HPLC for scientist MW Dong Wiley

Mass Spectrometry Principles and application Edmond de Hofmann and Vincent Stroombant

Il rapido e continuo sequenziamento dei genomi dei microrganismi ha aperto interessanti prospettive nello studio della Microbiologia ed ha permesso di comprendere a livello globale il vario e rilevante ruolo svolto dai microrganismi nelle interazioni con gli ospiti animali e vegetali e con l’ambiente. Il Corso di Microbiologia molecolare e genomica microbica si propone di fornire agli studenti gli strumenti conoscitivi necessari per comprendere l’organizzazione strutturale e funzionale dei genomi procariotici. In particolare il Corso si propone di integrare in un percorso didattico razionale le conoscenze relative allo studio dei genomi procariotici sia Batteri che Archea, partendo dai genomi minimi fino alla analisi dei genomi multipartiti mettendo in rilevo le principali strategie adottate dalle cellule procariotiche per rispondere in modo rapido efficiente alle variazioni dei parametri ambientali.
Obiettivi specifici
A) Conoscenze e capacità di comprensione: - Conoscenza dei principi dell’evoluzione dei genomi dei procarioti - Conoscenza e comprensione delle tecniche utilizzate per Analisi genomica e metagenomica dei diversi microbiomi umani. - Conoscenza del ruolo dei loci CRISPR-CAS nei batteri e nei processi di editing genomico. - Conoscenza e comprensione delle nuove strategie antibatteriche - Conoscenza e comprensione dei principi di biologia sintetica e delle sue applicazioni Conoscenza e comprensione della regolazione epigenetica nei batteri
B) Capacità di applicare conoscenze e comprensione - Comprendere al livello molecolare l’evoluzione dei microrganismi ed applicare nella ricerca le potenzialità derivanti dallo studio genomico; - Contribuire a risolvere problemi in ambito medico o ambientale derivanti dalle interazioni tra i microrganismi e ospite o ambiente
C) Autonomia di giudizio - Integrare le conoscenze acquisite sulla struttura a livello genomico delle comunità microbiche nello studio di sistemi complessi e nell’allestimento di terapie antibatteriche innovative in modo da esprimere un giudizio consapevole e coerente rispetto ai grandi temi etico-sociali quali le vaccinazioni o l’editing genomico;
D) Abilità comunicative - Comunicare in modo scientificamente corretto e senza falsi allarmismi le potenzialità delle nuove tecnologie basate su prodotti di origine microbica sia nell’allestimento di nuovi vaccini che nella manipolazione di cellule eucariotiche;
E) Capacità di apprendimento - Studiare in modo autonomo e approfondito a livello genomico e funzionale i microbiomi e le loro interazioni con l’ospite e l’ambiente. - Creare connessioni logiche tra le conoscenze acquisite nei modelli batterici e quelli eucariotici

Il corso ha l’obiettivo di fornire una descrizione panoramica sull’applicazione dei processi biotecnologici nel campo della protezione ambientale, con particolare riferimento ai principali processi di trattamento di reflui e rifiuti, ivi inclusa la loro valorizzazione, sia come risorse secondarie che a fini energetici. In questo ambito, il corso intende fornire altresì gli elementi di base dell’analisi dei processi biotecnologici, come mutuati dall’ingegneria chimica (analisi cinetica, bilanci di materia ed energia, relazioni di equilibrio), fornendone gli esempi specifici per i casi oggetto di studio. Studenti e studentesse che abbiano superato l’esame avranno conosciuto e compreso (descrittore 1 - conoscenze acquisite): - Fondamenti dei principali processi biologici per il trattamento di reflui e rifiuti e per il recupero di energia e materia - Metodologie per l’analisi sistematica dei processi biotecnologici - Apprendimento all’uso di specifiche tecniche di misura e controllo di rilievo nei processi studiati Studenti e studentesse che abbiano superato l’esame saranno in grado di (descrittore 2 - competenze acquisite): - Applicare metodologie per l’analisi di processi di depurazione e valorizzazione di reflui e rifiuti e della produzione di energia da risorse rinnovabili (fino al dimensionamento preliminare delle principali unità di processo) - Inquadrare i contenuti appresi nel contesto più generale della salvaguardia dell’ambiente, anche con riferimento al quadro normativo - Inquadrare i contenuti appresi nel contesto più generale della sostenibilità ambientale Le lezioni frontali, insieme all’esecuzione di esercitazioni di laboratorio e allo studio individuale, consentono di ottenere l’acquisizione delle competenze suddette nonché di incrementare e di valutare le capacità critiche e di giudizio (descrittore 3) e la capacità di comunicare quanto si è appreso (descrittore 4)

La presentazione e discussione della tesi sperimentale dimostra le capacità dello studente di lavorare in gruppi di collaborazione e di affrontare un concreto problema di ricerca seguendo i principi generali del metodo scientifico.

I laureati saranno in grado di leggere, comprendere e discutere in lingua inglese le pubblicazioni scientifiche del settore; saranno altresì in grado di presentare e discutere dati scientifici originali utilizzando la lingua inglese e la terminologia del settore.

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• Il corso si concentra sulle competenze linguistiche richieste al livello B2 del QCER. Gli studenti ripasseranno i principali tempi verbali (presenti, passati e futuri) in tutte le loro forme e aspetti, la forma passiva e le costruzioni causative, i periodi ipotetici di tipo 1, 2, 3 e misti, il discorso indiretto e i verbi introduttivi, le proposizioni relative, i verbi modali di deduzione e supposizione, le abitudini nel presente e nel passato (used to, be used to, get used to, would).

Un aspetto importante del corso è il lavoro sulla formazione delle parole (un tipo di esercizio presente nell’esame Cambridge First Certificate): la creazione di nuove parole a partire da quelle esistenti e il riconoscimento di come le parole cambiano a seconda del contesto, attraverso l’uso di prefissi, suffissi, parole nuove o cambiando la categoria grammaticale di una parola.

Questa pratica permette agli studenti di ampliare il proprio vocabolario e comprendere meglio il concetto di famiglie di parole, ovvero come una singola parola base possa avere molte forme diverse.

Anche i verbi frasali ad alta frequenza nell’ambito accademico, utilizzati nella scrittura e nel parlato formale, faranno parte del programma.

• Testi di riferimento: Dispense del docente

Test di grammatica

Dispense fornite dal docente