Il corso ha lo scopo di fornire le conoscenze di base sul mondo dei microrganismi in condizioni di laboratorio e naturali e sulle tecniche principali utilizzate per il loro studio.
La cellula procariotica. Nutrizione, coltivazione e metabolismo dei microrganismi. Tecniche microbiologiche. Crescita e controllo della crescita microbica. Genetica e genomica batterica. Sistematica molecolare ed evoluzione microbica. Interazioni tra microrganismi e altri organismi. Virus.
Madigan, M.T., K.S. Bender, D.H. Buckley, W.M. Sattley, D.A. Stahl. 2022 – Brock Biologia dei microrganismi: Microbiologia generale, ambientale e industriale – Pearson Italia, Milano- Torino.
Obiettivi Formativi
Conoscenza e comprensione degli argomenti trattati (vedi Contenuti e Programma esteso).
Competenze da acquisire relativamente ai contenuti e alle esperienze di laboratorio:
Conoscere i microrganismi dal punto di vista strutturale e la relazione tra strutture cellulari e la loro funzione.
Riconoscere le peculiarità dei microrganismi dal punto di vista genetico, metabolico e della diversità filogenetica.
Conoscere il ruolo essenziale dei microrganismi in natura, nei cicli biogeochimici degli elementi e nel sostentamento degli ecosistemi.
Riconoscere come la potenzialità metabolica dei microrganismi possa essere sfruttata per applicazioni biotecnologiche.
Conoscere le peculiari caratteristiche e problematiche legate alle tecniche di studio dei microrganismi.
Capacità di svolgere esercizi che prevedono calcoli inerenti ad argomenti di microbiologia presenti nel programma del corso.
Capacità di descrivere le tecniche di studio dei microrganismi svolte durante l'attività di laboratorio.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione, di ragionamento critico, di elaborazione e di connessione dei contenuti, di esposizione chiara con uso di una terminologia appropriata.
Prerequisiti
Conoscenze di base della Biologia, Biochimica e della Genetica.
Metodi Didattici
Lezioni frontali (5 CFU).
Esperienze di laboratorio (1 CFU) relative alla coltivazione, osservazione e quantificazione dei microrganismi svolte dagli studenti in presenza del docente seguendo protocolli forniti precedentemente.
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.
Altre Informazioni
Lo studente è tenuto a frequentare le esperienze di laboratorio.
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale. L’esame si svolge sui contenuti dell’ultimo anno di corso. Allo studente sarà chiesto un esercizio di calcolo e l’esposizione di alcuni argomenti inerenti al programma svolto. Durante l’esposizione degli argomenti saranno poste altre domande più specifiche per determinare meglio il livello di comprensione e di acquisizione delle conoscenze da parte dello studente.
La valutazione terrà conto dei livelli di apprendimento e di raggiungimento degli Obiettivi Formativi.
Programma del corso
La vita microbica. I microrganismi procarioti ed eucarioti. Evoluzione e diversità dei microrganismi. Presenza ed importanza dei microrganismi.
La cellula procariotica: forma, struttura e funzione. Microscopia ottica e colorazioni. Microscopio elettronico. Dimensioni, forma e organizzazione della cellula batterica. La membrana citoplasmatica. Il trasporto attraverso la membrana cellulare. La parete batterica: funzione e struttura della parete nei batteri Gram+ e Gram-. Colorazione di Gram. Capsula. Differenze fra Bacteria e Archaea. Il nucleoide. Ribosomi. Citoscheletro. La endospora batterica, struttura e funzione, processo di sporulazione. Locomozione microbica. Flagelli, struttura e funzione. Chemiotassi. Altre strutture di superficie.
Nutrizione e tecniche di coltivazione dei microrganismi. La nutrizione microbica. Terreni di coltura. Metodi di sterilizzazione e di disinfezione. Tecniche asettiche di manipolazione dei microrganismi. Isolamento dei microorganismi e preparazione di colture pure.
Crescita microbica. Il ciclo cellulare batterico. Crescita di una popolazione batterica in laboratorio. Metodi di misurazione della crescita batterica e di calcolo del tempo di generazione. Determinazione della massa cellulare. Determinazione del titolo totale e vitale di una coltura batterica. Curva e fasi di crescita batterica. Tempo di generazione. Equazione che descrive la crescita esponenziale di una coltura batterica. Fattori che influenzano la crescita: temperatura, pH, concentrazione salina, ossigeno. Controllo della crescita microbica. Sostanze ad azione antimicrobica. Antibiotici. Antibiogramma. MIC. Meccanismo d’azione degli antibiotici. Sulfamidici. Penicilline. Antibiotici che inibiscono la sintesi degli acidi nucleici e delle proteine. Meccanismi di resistenza agli antibiotici.
Metabolismo microbico. Fonti di carbonio e di energia. Fototrofia e chemiotrofia. Fermentazione. Respirazione aerobia ed anaerobia. Fotosintesi batterica. Ruolo dei microrganismi nei cicli biogeochimici degli elementi.
Genetica batterica. Organizzazione del materiale ereditario. Replicazione del materiale ereditario. Trascrizione e traduzione. Mutazioni. Selezione di mutanti batterici.
Trasferimento di materiale genetico tra batteri. Coniugazione. I plasmidi, caratteristiche, struttura e funzione. Trasformazione. Trasduzione. Sequenze d’inserzione, trasposoni. Importanza evolutiva e fisiologica dei fenomeni di trasferimento di materiale genetico fra microorganismi. Espressione genica, dal DNA alle proteine. Regolazione dell’espressione genica e del metabolismo microbico.
Sistematica molecolare ed evoluzione microbica. Studio della diversità microbica: classificazione fenotipica e molecolare dei microrganismi. Marcatori filogenetici, geni per RNA ribosomiale. Sequenziamento e analisi di genomi microbici. Metagenomica. Il concetto di specie microbica.
Elementi di ecologia microbica. Caratteristiche del modus vivendi dei microrganismi in natura. Comunità microbiche. Crescita microbica in ambienti naturali. Microhabitat. Biofilm. Formazione e proprietà dei biofilm. Comunicazione tra microrganismi. Quorum sensing.
Interazioni tra microrganismi e altri organismi. Simbiosi. Microorganismi e ospite animale. Patogenesi e infezione. Fattori di virulenza e patogenicità. Difese dell’ospite.
Virus. Struttura dei virus. Virus batterici, animali e vegetali.