Obiettivi formativi
Con l'insegnamento di microbiologia si intende offrire agli studenti una visione quanto più possibile dettagliata del mondo invisibile dei microrganismi in modo che comprendano il ruolo fondamentale che essi svolgono nella biosfera. Alla fine del corso gli studenti saranno in grado di interpretare fenomeni ambientali alla luce di queste conoscenze
Prerequisiti
Occorrono le minime nozioni di chimica, chimica organica e biochimica che gli studenti hanno acquisito alla scuola superiore. Per gli studenti con particolari difficoltà il docente predisporrà un capitolo riassuntivo che sarà disponibile sulla piattaforma Elly
Contenuti dell'insegnamento
L'insegnamento tratta di microrganismi procarioti, eucarioti e di virus, ma l'attenzione sarà focalizzata soprattutto sui batteri. Darà allo studente conoscenze microbiologiche di base per affrontare corsi più specialistici. In questo insegnamento sono trattati gli aspetti generali ed ambientali della microbiologia.
Programma esteso
Modulo MICROBIOLOGIA GENERALE
Cenni storici sullo sviluppo della microbiologia: le tappe fondamentali della ricerca microbiologica
Il mondo microbico e le sue interazioni con l'uomo
Struttura delle cellule microbiche a diversi livelli evolutivi (Bacteria, Archaea, Eukarya ) esame comparativo e descrizione di strutture e funzioni:
Cellula procariotica : - dimensioni cellulari, forma - composizione chimica - parete cellulare (differenze fra Gram+ e Gram-, parete archebatteri e micobatteri, sintesi della parete) - membrana citoplasmatica, struttura e funzioni (trasporto di membrana, secrezione) - pili e flagelli (struttura e funzionamento, chemiotassi, fototassi) - capsule e strati extracellulari - citoplasma - genoma (organizzazione e struttura) - organuli specializzati - sostanze di riserva - endospore batterica (sporulazione e germinazione).
Cellula eucariotica : Cenni ed analisi comparative con le cellule procariotiche
Tecniche microbiologiche: -microscopi (ottici ed elettronici) -colorazioni semplici e complesse (di Gram, di acido-resistenza). Colorazioni di strutture cellulari specifiche.
Nutrizione microbica:
- Componenti cellulari ed ingredienti fondamentali dei terreni di coltura. - Fonti di carbonio, azoto, zolfo, fosforo, idrogeno, ossigeno, magnesio, ferro, calcio, potassio etc - vitamine e fattori di crescita (concetto di auxotrofia e prototrofia) - Principali terreni di coltura.
- aerobiosi ed anaerobiosi -effetti della temperatura sulla crescita - effetti del pH
- tecniche di isolamento in coltura pura
tecniche di sterilizzazione (calore secco e calore umido; filtrazione; irraggiamento) – disinfezione
Crescita microbica:
- curva di crescita - misurazione della crescita microbica (determinazione della massa cellulare, conteggio totale e vitale diluizioni seriali e piastramenti) - curve diauxiche
- colture in continuo (chemostato e turbidostato)
- fermentazioni industriali
Metabolismo microbico:
Principali forme di energia utile nelle reazioni biologiche
Energia libera e potenziali di ossidoriduzione
Reazioni di ossidoriduzione biologica
Potenziali di riduzione
Torre degli elettroni
Trasportatori di elettroni
ATP e altri composti ad alta energia
Sintesi di ATP
Fosforilazione a livello del substrato
Fosforilazione a livello di membrana
ATP sintasi e sintesi di ATP a livello di membrana
Chemiotrofia
Metabolismo fermentativo
Metabolismo respiratorio
Respirazione aerobia dei batteri chemioeterotrofi
Respirazione anaerobia dei batteri chemioeterotrofi
Diversità delle fonti organiche di energia
Catabolismo dei carboidrati
Catabolismo dei lipidi
Catabolismo di proteine ed amminoacidi
Energia da composti organici ad un atomo di carbonio. Metilotrofia
Catabolismo degli idrocarburi e dei composti xenobiotici
Microrganismi chemiolitotrofi
Ossidazione dell’idrogeno molecolare: batteri H2 ossidanti
Ossidazione dei composti ridotti dello zolfo: batteri zolfo-ossidanti o solfobatteri
Ossidazione del ferro (Fe2+): batteri ferro-ossidanti
Ossidazione dell’azoto: batteri nitrificanti
Ossidazione anaerobia dell’azoto: i batteri “anammox”
Energia dalla luce:i procarioti fototrofi
Fototrofia basata sulla batteriorodospina: pompe protoniche "primarie"
Fototrofia basata sulla clorofilla e/o batterioclorofilla:pompe protoniche "secondarie"
Fotosintesi anossigenica
I cianobatteri e la fotosintesi ossigenica
Regolazione del metabolismo : a livello genetico e a livello metabolico
Genetica microbica:
- struttura del genoma, mutazioni, meccanismi per la ricombinazione genetica nei procarioti (trasformazione, coniugazione, trasduzione). Plasmidi batterici, elementi trasponibili. Accenni di genomica e metagenomica.
Tassonomia e filogenesi microbica : - I principali gruppi batterici - Archaea- Brevi cenni su Funghi - Alghe - Protozoi e Virus
MICROBIOLOGIA AMBIENTALE
Metodi di campionamento e di analisi microbiologica classica dei campioni ambientali
Metodi molecolari di identificazione dei batteri
Metodi molecolari di caratterizzazione delle comunità microbiche
Sviluppo e dinamiche delle comunità microbiche (colonizzazione, successioni microbiche primarie e secondarie, etc)
Microrganismi dell’atmosfera, delle acque, del suolo e del sottosuolo e degli ambienti estremi
Interazioni fra microrganismi :all’interno di una singola popolazione: interazioni positive,-interazioni negative; fra popolazioni diverse: -neutralismo, -commensalismo, -sinergismo, mutualismo, -competizione, -amensalismo, -parassitismo, -predazione
Interazioni fra microrganismi ed organismi superiori: Piante (-fillosfera, rizosfera, -micorrize, -fissazione dell’azoto,-patogeni vegetali). Animali (-il rumine, -associazioni mutualistiche fra invertebrati e batteri , -batteri luminescenti in simbiosi con pesci ed invertebrati marini)
biopolimeri (plastiche biologiche)
bioinsetticidi
Bibliografia
La seguente lista suggerisce alcuni dei libri di testo che trattano gli argomenti sviluppati durante il corso (vedi programma) tutti altrettanto validi:
-Dehò e Galli "Biologia dei microrganismi" Casa Editrice Ambrosiana (2018)
-Brock. Biologia dei microrganismi. Microbiologia generale, ambientale e industriale. Ediz. mylab. Con espansione online (2016)
-Willey et al “Prescott, Microbiologia” volumi 1-2-3 McGraw-Hill (2009)
Per la parte di Microbiologia ambientale è utile consultare: Barbieri et al MICROBIOLOGIA AMBIENTALE ED ELEMENTI DI ECOLOGIA MICROBICA (2008) Casa Editrice Ambrosiana (Milano)
Il docente renderà disponibili le diapositive mostrate e discusse a lezione per facilitare lo studente nel compito di sintetizzare gli argomenti.
Lo studio e l'approfondimento sul libro di testo è comunque consigliato sia agli studenti frequentanti che ai non frequentanti. La biblioteca del Dipartimento SCVSA è fornita di copie disponibili al prestito.
Metodi didattici
Il corso comprende lezioni frontali in aula nelle quali si illustreranno gli aspetti generali della microbiologia dalla struttura delle cellule microbiche al loro metabolismo fino alle relazioni fra microrganismi ed ambiente. In questa parte del corso si faranno familiarizzare gli studenti con il linguaggio specifico della microbiologia e con le principali metodologie base utilizzate in laboratorio. Gli studenti frequentanti saranno chiamati a partecipare attivamente durante lo svolgimento del corso perchè saranno assegnati loro compiti e brevi ricerche che il docente visionerà e valuterà.
Modalità verifica apprendimento
Alla fine del corso lo studente avrà acquisito le conoscenze per:
-comprendere i principi di base della microbiologia (struttura e funzioni della cellula microbica, genomica microbica, diversità microbica e diversità metabolica, crescita microbica)
-descrivere, identificare ed elencare le principali caratteristiche distintive dei principali gruppi di Archaea e Bacteria
-conoscere e descrivere il metabolismo microbico centrale e la sorprendente diversità metabolica dei procarioti
-riconoscere il ruolo dei microrganismi nei processi rilevanti per l'ambiente tra cui biorisanamento di inquinanti, cicli biogeochimici e il trattamento delle acque reflue
-comprendere i principi della diversità microbica e dell'ecologica microbica e come essi si applicano alla microbiologia ambientale
- conoscere le interazioni fra microrganismi e microrganismi e fra microrganismi e organismi superiori (piante, animali)
-conoscere i metodi per lo studio della diversità microbica ed i diversi metodi per la caratterizzazione delle comunità microbiche
Con le modalità di seguito descritte sarà verificato che gli obiettivi dell'apprendimento siano stati conseguiti e che lo studente sia in grado di rispondere alle domande aperte del test scritto con proprietà di linguaggio e, soprattutto, dimostrando di essere in grado di organizzare le conoscenze acquisite per inquadrare la domanda e rispondere con competenza.
MODALITA' D'ESAME L'esame di Microbiologia sarà scritto e comprenderà 60 domande a campo chiuso (tre opzioni) e tre domande a campo aperto.
