Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire una panoramica su vari processi biotecnologici classici che portano alla produzione di prodotti di interesse industriale mediante l’impiego di microrganismi, attraverso lo sfruttamento della loro capacità di compiere complesse trasformazioni biochimiche (fermentazioni) e di catalizzare determinate trasformazioni semplici (bioconversioni). La descrizione dei processi biotecnologici verterà su processi fondamentali, in particolare le caratteristiche e le funzioni degli agenti operanti in tali processi (microrganismi ed enzimi) come pure gli impianti industriali utilizzati. Contemplerà inoltre una sezione specificamente incentrata sulla biosintesi della principali classi di antibiotici di uso terapeutico e sui metodi applicativi utilizzati nello screening per la ricerca di nuovi antibiotici. Pertanto, obiettivi correlati del corso sono anche la fornitura degli strumenti conoscitivi necessari per comprendere le applicazioni più avanzate della Microbiologia Industriale, inclusi specifici casi applicativi tratti dalla più recente letteratura scientifica.
Prerequisiti
Buone conoscenze di base di Biochimica, Biologia Molecolare, Chimica bio-organica, Genetica e Microbiologia
Contenuti dell'insegnamento
1.I microrganismi dei processi industriali. Vie metaboliche coinvolte nei processi di biosintesi.
Approccio alla ricerca di metaboliti primari e secondari. Miglioramento genetico e sviluppo di un ceppo produttore. Terreni di coltura e substrati dei processi fermentativi industriali.
Tecnologia delle fermentazioni: laboratorio e impianto. Metodi di fermentazione, tipi di bioreattori. Pianificazione delle fasi del processo fermentativo. Isolamento e purificazione dei prodotti finali.
2.Prodotti / Processi analizzati( basi biochimiche, metodi di produzione, aspetti applicativi e di mercato). Materie prime organiche (alcooli e chetoni): etanolo, acetone, butanolo, glicerolo. Acidi organici: citrico, acetico, lattico, gluconico, itaconico. Aminoacidi: glutammico, lisina, triptofano, fenilalanina, aspartico. Vitamine: B12, B2, C. Enzimi: amilasi, proteasi, lipasi, penicillina acilasi, lattasi, L-asparaginasi. Bioconversioni: ormoni steroidei, aminoacidi, antibiotici, chemicals. Polisaccaridi esocellulari, SCP, bioinsetticidi. Metabolismo secondario: funzione e rapporti con il metabolismo primario. Alcaloidi dell’Ergot. Microrganismi produttori di antibiotici: aspetti morfologici, biochimici e genetici. Biosintesi degli antibiotici: metodi di studio e classi di biosintesi. Regolazione e controllo delle biosintesi. Organizzazione genica dei ceppi produttori. Biosintesi delle principali classi di antibiotici di uso terapeutico. Antibiotici modificati per biotrasformazione. Ricerca di un nuovo antibiotico: dall'isolamento del microrganismo produttore al brevetto della molecola.
Programma esteso
1. I microrganismi dei processi industriali. Vie metaboliche coinvolte nei processi di biosintesi.
Approccio alla ricerca di metaboliti primari e secondari. Miglioramento genetico e sviluppo di un ceppo produttore. Terreni di coltura e substrati dei processi fermentativi industriali.
Tecnologia delle fermentazioni: laboratorio e impianto. Metodi di fermentazione, tipi di bioreattori. Pianificazione delle fasi del processo fermentativo. Isolamento e purificazione dei prodotti finali.
2. Prodotti / Processi analizzati( basi biochimiche, metodi di produzione, aspetti applicativi e di mercato). Materie prime organiche (alcooli e chetoni): etanolo, acetone, butanolo, glicerolo. Acidi organici: citrico, acetico, lattico, gluconico, itaconico. Aminoacidi: glutammico, lisina, triptofano, fenilalanina, aspartico. Vitamine: B12, B2, C. Enzimi: amilasi, proteasi, lipasi, penicillina acilasi, lattasi, L-asparaginasi. Bioconversioni: ormoni steroidei, aminoacidi, antibiotici, chemicals. Polisaccaridi esocellulari, SCP, bioinsetticidi. Metabolismo secondario: funzione e rapporti con il metabolismo primario. Alcaloidi dell’Ergot. Microrganismi produttori di antibiotici: aspetti morfologici, biochimici e genetici. Biosintesi degli antibiotici: metodi di studio e classi di biosintesi. Regolazione e controllo delle biosintesi. Organizzazione genica dei ceppi produttori. Biosintesi delle principali classi di antibiotici di uso terapeutico. Antibiotici modificati per biotrasformazione. Ricerca di un nuovo antibiotico: dall'isolamento del microrganismo produttore al brevetto della molecola.
Bibliografia
W. Crueger, A. Crueger, “Biotechnology: a textbook of industrial microbiology” second edition, ed. Sinauer Associates.
GLAZER, NIKAIDO “Microbial Biotechnology” Ed Freeman
A.L. Demain, N.A. Solomon. “Manual of industrial microbiology and biotechnology” ed. American Society for Microbiology (1986)
“Basic Biotechnology” ed. C. Ratledge, B. Kristiansen Cambridge
G.C. Lancini, F. Parenti, G.G.Gallo “Biochimica e biologia degli antibiotici” seconda edizione ed. Momento Medico
G.C. Lancini, R. Lorenzetti “Biotechnology of antibiotics and other bioactive microbial metabolites” ed. Plenum Publishing Corporation, 233 spring street N.Y.
Dispense del docente.
Metodi didattici
Il corso sarà svolto mediante lezioni frontali sugli specifici argomenti del programma, con l’ausilio di diapositive. Il materiale proiettato verrà reso disponibile come ausilio didattico da integrare comunque con i testi consigliati per lo studio individuale
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell’apprendimento verrà effettuata attraverso una prova scritta intermedia, che verterà sulla prima parte del programma. Il superamento della prova scritta permetterà l’ammissione alla prova orale finale incentrata sulla seconda parte del programma. Alternativamente, lo studente potrà scegliere di sostenere direttamente un’unica prova orale sull’intero programma. Con questa tipologia di esame sarà possibile verificare la capacità di comprensione dei diversi argomenti trattati durante le lezioni e le conoscenze acquisite e di evidenziare la capacità da parte dello studente di formulare collegamenti tra i vari argomenti. Sarà inoltre possibile valutare l’abilità di comunicare ed esporre le conoscenze apprese.
Verifica dei descrittori di Dublino:
-Conoscenze, applicazione delle conoscenze e capacità di apprendimento sono verificate durante la discussione degli argomenti d’esame.
-La capacità di comunicazione viene verificata sulla base della capacità dello studente di rispondere alle varie domande e della qualità complessiva dell'esposizione.
Altre informazioni
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