La cellula procariotica: forma, membrana, parete, differenziazione, locomozione, chemiotassi. Nutrizione, coltivazione e metabolismo dei microrganismi. Diversità metabolica. Crescita e controllo della crescita microbica; sterilizzazione, antimicrobici. Genoma batterico. Trasferimento genico orizzontale. Sistematica molecolare ed evoluzione microbica. Comunicazione tra microrganismi. Interazioni tra microrganismi e altri organismi. Virus. Zoonosi: batteriche e virali. Biotecnologie microbiche.
Brock. Biologia dei microrganismi
Microbiologia generale, ambientale e industriale
Obiettivi Formativi
Conoscenze:
Caratteristiche strutturali e funzionali dei microrganismi.
Diversità metabolica e filogenetica dei microrganismi.
Tecniche di base del laboratorio di microbiologia: microscopia, sterilizzazione, preparazione di terreni, coltivazione, determinazione della crescita microbica.
Concetti di genetica e genomica batterica, sistematica e evoluzione molecolare.
La comunicazione intra- ed inter-specifica tra microrganismi.
Interazione con organismi pluricellulari: simbiosi, patogenesi e zoonosi.
Cenni di biotecnologia microbiche.
Competenze e capacità acquisite:
Conoscere i microrganismi dal punto di vista strutturale e la relazione tra particolari strutture cellulari e la loro funzione.
Riconoscere le peculiarità dei microrganismi dal punto di vista metabolico e della diversità filogenetica.
Conoscere le particolare esigenze riguardanti lo studio dei microrganismi in relazione alle problematiche legate alle loro dimensioni, alla enorme diversità metabolica e (filo)genetica, alle difficoltà di coltivazione, all'esigenza di ottenere e mantenere condizioni di sterilità per evitare contaminazioni ambientali.
Conoscere il ruolo essenziale dei microrganismi nei cicli biogeochimici degli elementi e nel sostentamento degli ecosistemi.
Conoscere le potenzialità dei microrganismi in differenti applicazioni biotecnologiche.
Saper preparare e sterilizzare terreni di coltura per microrganismi. Saper isolare microrganismi ambientali e mantenerli come colture pure. Saper lavorare in condizioni asettiche. Saper valutare gli effetti di diversi parametri ambientali su microrganismi analizzando le loro conseguenze sulla crescita microbica.
Prerequisiti
Conoscenze di base della Biochimica e della Genetica.
Metodi Didattici
Lezioni frontali
Attività seminariali su specifici argomenti.
Studio individuale.
Lettura e discussione di articoli scientifici.
Strumenti a supporto della didattica:
testi consigliati,
lezioni supportate da diapositive in formato elettronico disponibili per gli studenti su Moodle,
indicazioni di siti web per approfondimenti
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale.
Programma del corso
Introduzione alla microbiologia. Cosa sono i microorganismi. Habitat microbici e vita microbica. La diversità microbica.
La cellula procariotica: forma, struttura e funzione. Microscopia ottica e colorazioni. Microscopio elettronico. Dimensioni, organizzazione, forma della cellula batterica. Differenze fra Bacteria e Archaea. La membrana citoplasmatica. Il trasporto attraverso le membrane cellulari. La parete batterica: struttura, funzione e sintesi della parete nei batteri Gram+ e Gram-. Capsula. Differenziazione batterica. La spora batterica, struttura e funzione. Processo di sporulazione.
Locomozione microbica: flagelli, struttura e funzione. Chemiotassi: recettori, sensori e regolazione della chemiotassi.
Nutrizione, coltivazione e metabolismo dei microrganismi
Terreni di coltura. Tecniche asettiche di manipolazione dei microrganismi. Isolamento dei microorganismi e preparazione di colture pure. Conservazione dei microorganismi. La nutrizione microbica. Enzimi, catalisi enzimatica e assimilazione di nutrienti. Metabolismo energetico nei batteri. Fermentazione e respirazione. Fonti di carbonio, eterotrofi e autotrofi. Fonti di energia, chemiotrofi e fototrofi. Diversità microbica, espressione della diversità metabolica.
Crescita e controllo della crescita microbica. Il ciclo cellulare batterico. Crescita di una popolazione batterica in laboratorio. Curva di crescita batterica. Metodi di misurazione della crescita batterica e calcolo del tempo di generazione. Determinazione del numero totale di cellule microbiche e del titolo vitale. Temperatura e altri fattori ambientali che influenzano la crescita dei microorganismi. Controllo della crescita microbica. Metodi di sterilizzazione e d’inibizione della crescita batterica. Microorganismi produttori di antibiotici.
Biologia molecolare dei microrganismi. Organizzazione del materiale ereditario. I plasmidi, caratteristiche, struttura e funzione. Replicazione del materiale ereditario. Trascrizione e traduzione.
Genetica batterica. Trasferimento di materiale genetico tra batteri: coniugazione, trasduzione, trasformazione. Batteriofagi. Trasferimento intragenomico di materiale genetico: sequenze d’inserzione, trasposoni e integroni. Importanza evolutiva, fisiologica, tassonomica e medica dei fenomeni di trasferimento di materiale genetico fra microorganismi. Mutazioni. Selezione di mutanti batterici. Espressione genica, dal DNA alle proteine. Operoni e cenni sulla regolazione dell’espressione genica nei procarioti.
Genomica microbica.
Sistematica molecolare ed evoluzione microbica. Studio della diversità microbica: caratterizzazione fenotipica e molecolare dei microrganismi. Identificazione e classificazione batterica: uso del 16S rRNA. Sequenziamento e analisi di genomi microbici. Confronto tra genomi. Metagenomica. Il concetto di specie microbica.
Comunicazione tra microrganismi. Comunità microbiche. Quorum sensing. Formazione di biofilm.
Interazioni tra microrganismi e altri organismi. Microorganismi e ospite animale. Simbiosi. Patogenesi e infezione. Fattori di virulenza e patogenicità. Difese dell’ospite. Microrganismi patogeni e patogeni opportunisti. Interazioni microrganismi-insetti.
Virus: animali, vegetali e batterici.
Zoonosi: batteriche e virali
Biotecnologie microbiche. Sfruttare la biodiversità microbica. Selezione e miglioramento genetico dei microrganismi di interesse biotecnologico. Cenni di ingegneria genetica. Microorganismi geneticamente modificati.