Microbiologia e Virologia

INFORMAZIONI GENERALI

Obiettivi Formativi

ll corso mira a fornire agli studenti una solida conoscenza di base dei principi fondamentali riguardanti la struttura, la funzione e l'evoluzione delle cellule microbiche, con particolare enfasi sui batteri e virus. Lo studente acquisirà competenze relative alle metodologie di coltivazione, isolamento, identificazione e controllo dei microrganismi, nonché alla comprensione delle loro interazioni con l'ospite umano e l'ambiente. Questo insegnamento offrirà una base teorica e pratica che permetterà agli studenti di approfondire le applicazioni biotecnologiche dei microrganismi e di valutare il loro impatto sulla salute umana e sull’ambiente.

Gli obiettivi specifici sono:

Comprendere i Principi Fondamentali della Microbiologia e Virologia: gli studenti acquisiranno conoscenze sulle caratteristiche strutturali, funzionali e genetiche dei principali gruppi di microrganismi, inclusi batteri, virus. Pertanto, le competenze acquisite forniranno agli studenti una visione completa della microbiologia, con un'attenzione particolare alle cellule batteriche, e li prepareranno per affrontare in modo critico e proattivo le sfide nel campo delle biotecnologie e della salute pubblica.

Interpretazione di dati batteriologici e microbiologici: fornire agli studenti le competenze pratiche necessarie per isolare, coltivare e identificare microrganismi utilizzando vari metodi di laboratorio. Al contempo, far sì che gli studenti siano in grado di analizzare e interpretare dati sperimentali relativi a colture batteriche, curve di crescita e saggi di sensibilità agli antibiotici. In aggiunta, saranno capaci di comprendere i risultati di esperimenti complessi come PCR e sequenziamento genomico, utilizzati per l’identificazione di microrganismi e per lo studio delle loro caratteristiche genetiche.

Analisi critica dell’evoluzione e diffusione di batteri multi-resistenti agli antibiotici, analisi dei meccanismi di patogenesi e delle risposte immunitarie: gli studenti avranno le competenze necessarie per comprendere e discutere in modo critico l’emergere e la diffusione di batteri multi-resistenti agli antibiotici. Inoltre, comprenderanno come i patogeni invadono l'ospite e provocano malattie, nonché le strategie di difesa dell'ospite, compresa la risposta immunitaria umorale e cellulare. Queste competenze sono cruciali per affrontare le sfide legate all’uso eccessivo o inappropriato degli antibiotici, sia in ambito clinico che agricolo e le nuove strategie per lo studio di strategie antimicrobiche alternative.

Comprensione degli approcci sperimentali per l’utilizzo dei batteri in ambito biotecnologico e ambientale: gli studenti acquisiranno le competenze necessarie per comprendere gli approcci sperimentali che utilizzano i batteri in vari contesti biotecnologici, come la produzione di biocarburanti, la degradazione di inquinanti o la produzione di alimenti fermentati. Saranno inoltre in grado di valutare come i batteri possano essere utilizzati per applicazioni ambientali, come il biorisanamento, e di pianificare esperimenti per ottimizzare questi processi.

Sviluppo di percorsi didattici in ambito microbiologico: gli studenti saranno in grado di identificare i temi chiave della microbiologia e di sviluppare percorsi didattici efficaci per l'insegnamento della materia. Questo include la capacità di selezionare i concetti più rilevanti, come la diversità microbica o i meccanismi di resistenza, e di presentarli in modo chiaro e strutturato, adatti sia per contesti educativi che per la divulgazione scientifica.

Identificare le tecniche di laboratorio in Microbiologia e Virologia: sviluppare competenze nell'interpretazione di dati scientifici; gli studenti impareranno a interpretare risultati di ricerca, dati sperimentali e articoli scientifici in microbiologia e virologia, sviluppando così capacità critiche nella valutazione della letteratura scientifica.

Risultati di apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione

Gli studenti acquisiranno una profonda comprensione delle basi biochimiche, molecolari, fisiche e biologiche dei microrganismi, oltre alla conoscenza delle metodologie di laboratorio essenziali. Saranno in grado di applicare queste conoscenze nello studio delle interazioni microrganismo-ospite, nella valutazione della distribuzione dei microrganismi in natura, e nell'utilizzo di microrganismi in applicazioni biotecnologiche.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Gli studenti avranno acquisito non solo conoscenze di base sulla architettura, fisiologia, biochimica e genetica batterica, con cenni della biologia dei virus e dei miceti. Avranno sviluppato l'abilità di utilizzare in modo efficace le informazioni scientifiche per interpretare esperimenti e risultati di laboratorio. Gli studenti saranno inoltre in grado di identificare microrganismi patogeni, comprendendo i loro meccanismi di azione e le possibili strategie di intervento. Importante sarà anche la loro capacità di gestire le informazioni scientifiche, ricercando, valutando e sintetizzando dati da fonti affidabili per affrontare e risolvere problemi complessi.

Autonomia di giudizio

Nel corso di Microbiologia e Virologia, gli studenti acquisiranno la capacità di valutare e interpretare dati sperimentali, di gestire incertezze sperimentali e a ponderare scelte etiche e professionali, sviluppando giudizi fondati su informazioni anche parziali. Questa autonomia di giudizio sarà cruciale per affrontare i rapidi cambiamenti scientifici e le sfide professionali, assicurando decisioni informate e responsabili nel contesto della salute in un’ottica One Health.

Abilità di comunicare

Lo studente svilupperà con l’aiuto dei docenti la capacità di sintesi e correlazione tra i vari argomenti, utilizzando un linguaggio scientifico appropriato ai fini di una comunicazione puntuale e rigorosa anche con altri specialisti.

Capacità di apprendimento

Gli studenti svilupperanno la capacità di apprendere in modo continuo e autonomo, essenziale per mantenere aggiornate le proprie competenze nel campo in rapida evoluzione della microbiologia e virologia. Saranno in grado di cercare, valutare e applicare le più recenti evidenze scientifiche alla pratica professionale, garantendo un elevato standard di lavoro sia in ambito di ricerca che clinico. Questo include l'abilità di progettare e realizzare progetti di ricerca indipendenti, nonché di adattarsi ai nuovi strumenti e metodi diagnostici.

PROGRAMMA DEL CORSO

Introduzione alla Microbiologia e storia della microbiologia. Il corso inizia con un'introduzione generale alla microbiologia, ripercorrendo le tappe fondamentali della sua storia, dalle origini alle scoperte di Antonie van Leeuwenhoek. Vengono analizzate le prime osservazioni microscopiche e la controversia sulla generazione spontanea, risolta dagli esperimenti di Francesco Redi, Lazzaro Spallanzani e Louis Pasteur. Si affronta poi l'evoluzione della microbiologia generale e moderna, con una panoramica sulla diversità microbica e l'avvento delle biotecnologie, analizzando anche il presente e il futuro del settore.

Tassonomia e filogenesi. Si esamina l'organizzazione tassonomica e filogenetica dei microrganismi, con particolare riferimento all'albero della vita e alle prime forme di vita. Viene presentata la teoria dell'endosimbiosi e l'ipotesi della vita basata su RNA. Il modulo approfondisce la tassonomia classica e molecolare, insieme al concetto di specie in microbiologia, ponendo l'accento su come i microrganismi sono classificati ed evolvono nel tempo.

Microbiologia ambientale e applicazioni. Questo modulo esplora i microrganismi presenti in diversi ambienti, come suolo, aria, acqua e alimenti. Viene analizzato il ruolo dei microrganismi patogeni per l'uomo, le piante e gli animali, con un focus sulle loro applicazioni in vari settori, dalla medicina alle biotecnologie ambientali. Si esaminano le metodiche per l'isolamento e lo studio dei microrganismi ambientali e la loro importanza ecologica.

Microscopia e tecniche di osservazione microbica. Viene trattata l'importanza delle tecniche di microscopia per lo studio dei microrganismi. Si analizzano i principi alla base del microscopio ottico, a contrasto di fase, a fluorescenza, confocale, e a forza atomica. Viene introdotta la microscopia elettronica, sia a trasmissione che a scansione, per lo studio della struttura fine delle cellule microbiche e delle loro componenti.

Struttura e funzione delle cellule procariotiche. Si approfondiscono le caratteristiche strutturali e funzionali delle cellule procariotiche, con particolare attenzione alla composizione della parete cellulare e le differenze tra batteri Gram-positivi e Gram-negativi. Viene analizzata la membrana cellulare, i sistemi di trasporto e le strutture di superficie, come flagelli e pili, che permettono la motilità e il processo di chemiotassi.

Metabolismo microbico. Il corso copre i principali processi metabolici microbici, con una distinzione tra fototrofia e chemiolitotrofia. Viene spiegata la respirazione aerobica e anaerobica, nonché i meccanismi della fermentazione. Sono analizzati i percorsi biochimici come la glicolisi, il ciclo di Krebs, la via dei pentoso-fosfati e la via di Entner-Doudoroff, con un approfondimento sui fenomeni di cellule vitali ma non coltivabili, dormienza e resuscitazione microbica.

Colorazioni microbiche. Vengono esaminate le principali tecniche di colorazione per l'osservazione e l'identificazione dei microrganismi. La colorazione di Gram, utilizzata per distinguere tra batteri Gram-positivi e Gram-negativi, è trattata in dettaglio insieme alle tecniche di colorazione Ziehl-Neelsen per micobatteri, e le colorazioni specifiche per capsule e flagelli.

Crescita microbica e sua misurazione. Si studia la crescita microbica, con particolare attenzione alla moltiplicazione cellulare e ai metodi per misurare l'accrescimento dei microrganismi. Viene illustrata la matematica dell’accrescimento batterico e la curva di crescita delle colture batteriche. Si illustrano i metodi per ottenere colture sincrone, le colture continue e i fattori ambientali che influenzano la crescita microbica, con approfondimenti su spore e biofilm.

Tecniche di isolamento e sterilizzazione. Il modulo si concentra sulle tecniche di isolamento e coltura pura dei microrganismi. Viene trattata la preparazione dei terreni di coltura e le loro caratteristiche, insieme ai metodi di sterilizzazione, disinfezione e sanificazione. Sono presentate le metodiche impiegate per garantire condizioni sterili e controllate nel lavoro microbiologico.

Trascrizione e traduzione nei procarioti. Si esplorano i meccanismi di trascrizione genica nei procarioti, con particolare attenzione alla struttura del codice genetico e alla regolazione dell'espressione genica. Viene spiegato il processo di traduzione e il folding delle proteine, con un'analisi dei diversi livelli di regolazione dell'espressione genica e delle modifiche post-trascrizionali e post-traduzionali.

Variazione genetica e trasferimento genico. Questo modulo tratta i meccanismi che generano la variazione genetica nei batteri, incluse le mutazioni spontanee e indotte. Viene illustrato il trasferimento genico orizzontale (HGT) e il ruolo di plasmidi ed elementi genetici mobili, con un approfondimento sui riarrangiamenti genomici e le strategie di acquisizione della resistenza agli antibiotici.

Antibiotici e resistenza batterica. Si analizzano le principali classi di antibiotici, i loro meccanismi d’azione e i meccanismi di resistenza sviluppati dai batteri. Sono trattati gli antibiotici beta-lattamici, aminoglicosidi e fluorochinoloni, con esempi pratici di come i batteri sviluppano e trasmettono resistenze, influenzando la salute umana e animale.

Immunità batterica e difese molecolari. Il corso esamina i meccanismi di immunità batterica, concentrandosi sul sistema di restrizione-modificazione (RM) e sul sistema CRISPR-Cas. Viene trattato il ruolo della proteina RecA nella riparazione del DNA, con un approfondimento sulle difese molecolari adottate dai batteri per resistere alle infezioni virali e alle aggressioni ambientali.

Microbiota umano. Si approfondisce lo studio del microbiota umano, esplorando la composizione batterica, virale e fungina che colonizza l'organismo. Vengono discussi i rapporti simbiotici e patogeni tra microbiota e ospite, con particolare riferimento all'impatto sulla salute e sulla malattia.

Patogenesi e virulenza batterica. Viene analizzata la patogenesi batterica, con un focus sui fattori di virulenza e i meccanismi che permettono ai batteri di infettare e colonizzare gli ospiti. Sono trattati esempi specifici di patogeni intracellulari e dei meccanismi di evasione delle difese immunitarie, come il mimicry e la phase variation.

Virologia e virus di interesse medico. Si conclude con un modulo dedicato alla virologia, trattando la struttura, la classificazione e i meccanismi di replicazione dei virus. Vengono analizzati i virus di interesse medico, inclusi i virus a RNA come l'HAV e i virus a DNA come gli adenovirus, con una discussione sui farmaci antivirali e sulle strategie di controllo delle infezioni virali.

Testi consigliati

Il docente stabilisce la necessità di integrare il materiale fornito (videolezioni, slides, esercitazioni) con i seguenti testi, cui il docente può fare riferimento durante le lezioni:

Testi consigliati per la consultazione (a scelta):

• Brock. Biologia dei microrganismi. Microbiologia generale, ambientale e industriale. Madigan, Martinko, Stahl, Bender, Buckley. Casa Editrice Pearson.
• Biologia dei Microrganismi, Gianni Dehò Enrica Galli, Casa Editrice Ambrosiana. Distribuzione esclusiva Zanichelli

MODALITÀ DI ESAME, PREREQUISITI, ESAMI PROPEDEUTICI

Modalità di accertamento dei risultati di apprendimento acquisiti dallo studente

L'acquisizione dei risultati di apprendimento previsti viene accertata attraverso la verifica del completamento delle attività di autovalutazione presenti alla fine di ogni sezione dell'insegnamento e attraverso la prova di esame.

I test di autovalutazione permettono allo studente di monitorare la propria comprensione degli argomenti somministrati e, nel caso ci siano delle difficoltà, di attivarsi per colmare le lacune o chiedere ulteriori spiegazioni al docente tramite incontri di didattica interattiva.

Tutti i contenuti trattati nell’ambito dell’insegnamento costituiscono oggetto di valutazione.

La valutazione delle competenze acquisite dallo studente avverrà attraverso un colloquio orale o in forma scritta nelle date d’appello previste dall’Ateneo e pubblicate in piattaforma.

La valutazione prevede l’identificazione del raggiungimento degli obiettivi previsti ed in particolare per ogni argomento saranno valutati:

-          il grado di acquisizione della conoscenza degli argomenti trattati (50% del punteggio)

-          la capacità di sintesi e correlazione tra i vari argomenti oltre a una corretta terminologia (25% del punteggio)

-          la comprensione e la capacità di interpretazione dei meccanismi e fenomeni fisiologici (25% del punteggio).

Modalità di esame

La valutazione finale avverrà nelle date d’appello previste dall’Ateneo e pubblicate in piattaforma, in modalità scritta online, scritta strutturata in presenza e/o orale.

Prova scritta strutturata:

-31 domande (scelta multipla)

-ad ogni domanda viene assegnato un punteggio massimo di 1

-ad ogni risposta non data o errata viene assegnato un valore di 0

Prova orale: colloquio della durata di circa 20 minuti per studente (solo nella sede Istituzionale).

Propedeuticità

Non sono previste propedeuticità.

Prerequisiti

Per la comprensione del corso sono richieste conoscenze dei principi fondamentali di biologia cellulare, chimica, biochimica.

ORGANIZZAZIONE DIDATTICA

Modalità di erogazione del corso:

Il corso comprende videolezioni e attività di didattica interattiva. I contenuti delle videolezioni sono parte integrante del programma d’esame, ma per numerosi argomenti sono necessari ulteriori approfondimenti ed è raccomandata la consultazione dei libri di testo indicati dal docente.

Attività didattiche previste

Le attività di didattica per gli insegnamenti integrati con attività di Laboratorio prevedono 12 ore di didattica laboratoriale per l'ammontare di 1 CFU.

Le attività di didattica, suddivise tra didattica erogativa (DE) e didattica interattiva (DI), saranno costituite da 6 ore per CFU e ripartite secondo una struttura di 2,5 ore di DE (tenuta in considerazione la necessità di riascolto, per un totale di 5 ore) e di 1 ora di DI per ciascun CFU.

Attività didattica erogativa (25 ore):

• 25 lezioni frontali, videoregistrate, della durata di circa 30 minuti ciascuna, sempre disponibili in piattaforma didattica (ogni videolezione corrisponde a 1 ora di didattica erogativa considerando la necessità di riascolto e le domande di autovalutazione da svolgere alla fine dell’ascolto). Durante ciascuna videolezione vengono proposti e risolti dei semplici problemi relativi agli argomenti trattati.

Attività didattica interattiva (6 ore):

• Glossario: contiene la descrizione dei termini scientifici che gli studenti troveranno nel corso delle videolezioni di Microbiologia e Virologia.
• Forum di approfondimento tematici: ha lo scopo di approfondire gli argomenti del corso che risultano di difficile comprensione per gli studenti o che interessano maggiormente. Si tratta di uno strumento che dà a ciascun studente la possibilità di aggiungere un argomento di discussione che verrà successivamente approfondiremo insieme al docente.
• Su richiesta degli studenti e dopo un sondaggio sulle preferenze, si organizzano incontri interattivi periodici in videoconferenza in date e orari concordati e su tematiche specifiche del programma per gli studenti che preparano l’esame.

Attività didattica interattiva di laboratorio (12 ore):

• 6 ore di attività di didattica esercitativa in presenza.
• 6 ore di attività di didattica trasmissiva ON LINE.

Attività di autoapprendimento:

• test di autovalutazione con domande a scelta multipla, alla fine di ogni modulo
• test di autovalutazione con domande a scelta multipla, delle competenze in uscita dal corso.

L'articolazione tra DE e DI, sarà organizzata coerentemente con gli obiettivi formativi specifici dell’insegnamento.

Ricevimento studenti  

Il docente è sempre reperibile via e-mail e altri contatti messi a disposizione tramite la piattaforma didattica oltre che tramite il forum nella sezione "Comunica col docente" presente anch’essa in piattaforma didattica.