Scienze Biologiche L-13

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.

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.

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 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).

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.

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 (12,5 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.

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.

 Le date per le lezioni interattive dell'aa 2024/2025 sono: 23 giugno 2025 ore 11 Link alla videochiamata: https://meet.google.com/jeq-kvae-osa 21 luglio 2025, 11 Link alla videochiamata: https://meet.google.com/byg-usch-pkk

Introduzione alla Microbiologia. Il corso inizia con un'introduzione generale alla microbiologia, andando ad esplorare 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.

Storia della Microbiologia. Questo modulo ripercorre le tappe fondamentali della storia della Microbiologia, 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.

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 della cellula batterica. Questa sezione si concentra sulla struttura della cellula batterica, esplorando in dettaglio la membrana plasmatica e la sua funzione vitale, l'organizzazione e la funzione del cromosoma batterico, e il ruolo dei ribosomi. Un'attenzione particolare è dedicata alla parete batterica, analizzando la sua funzione protettiva, la struttura del peptidoglicano e i complessi processi della sua biosintesi. Vengono illustrate le strutture specializzate dei batteri Gram-positivi (come gli acidi teicoici) e Gram-negativi (il lipopolisaccaride, la membrana esterna, le Outer Membrane Proteins e le Outer Membrane Vesicles), insieme ai principali sistemi di trasporto proteico (Sec e Tat, secrezione e TCS). Si completa la trattazione con le strutture di superficie, quali la capsula, l'S-layer, i pili e i flagelli, evidenziandone il ruolo nella motilità e nell'interazione con l'ambiente.

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, e le colorazioni specifiche per capsule e flagelli.

Crescita, Metabolismo e Colture Microbiche. Il corso approfondisce i principi della crescita batterica, inclusi i parametri che la influenzano e la formazione dei biofilm, strutture complesse e rilevanti. Viene esaminato il metabolismo microbico, fornendo una panoramica dei principali percorsi energetici e biosintetici. Parallelamente, si esplorano le tecniche di coltura microbica, essenziali per lo studio in laboratorio: dall'isolamento e la coltura pura, all'utilizzo di diversi terreni di coltura. Si discute anche del significato delle spore e delle cellule VBNC (Viable But Non-Culturable), meccanismi di sopravvivenza in condizioni avverse.

Genomi Batterici e Variabilità Genetica. Questo modulo è dedicato all'architettura dei genomi batterici, analizzandone dimensioni e contenuto, e l'organizzazione genica. Particolare rilievo è dato ai plasmidi, elementi genetici extracromosomici, e al loro ruolo nel trasferimento di geni. Vengono esplorati i meccanismi di variabilità genetica, sia attraverso le mutazioni spontanee e indotte, sia tramite i processi di trasferimento genico orizzontale, che includono trasformazione, trasduzione e coniugazione, e il ruolo degli elementi genetici mobilizzabili nell'evoluzione e nell'adattamento batterico.

Espressione e Regolazione Genica. Il corso prosegue con un'analisi dettagliata dei processi di espressione genica nei batteri. Si esamina la trascrizione, con un focus sulla RNA polimerasi, l'inizio e la terminazione del processo, e il ruolo dei fattori sigma ed ECF. Viene poi affrontata la regolazione della trascrizione genica attraverso l'analisi di operoni specifici come l'operone lac, l'operone del maltosio e l'operone del triptofano. Successivamente, si analizza la traduzione, descrivendo la struttura generale dei ribosomi, le peculiarità del codice genetico nei batteri e i meccanismi di regolazione della traduzione. Si conclude con la struttura e il folding delle proteine, esplorando i livelli di struttura proteica, il ruolo degli chaperoni e le funzioni delle "moonlighting proteins".

Ingegneria Genetica e Trasduzione dei Segnali. Il modulo sull'ingegneria genetica introduce gli strumenti fondamentali per la manipolazione del genoma batterico: i vettori di clonaggio ed espressione, gli enzimi di restrizione e modificazione, e le tecniche di mutagenesi per la creazione di mutanti. Vengono poi esplorati i sistemi di trasduzione dei segnali nei batteri, essenziali per la loro comunicazione e l'adattamento all'ambiente. Si analizzano i sistemi a due componenti, il quorum sensing (la comunicazione cellula-cellula mediata da molecole segnale) e la risposta stringente, meccanismi di risposta allo stress.

Antibiotici, Resistenza e Immunità Batterica. Questa sezione si concentra sugli antibiotici e l'antibiotico resistenza. Vengono trattati lo sviluppo storico degli antibiotici, le loro principali classi e i complessi meccanismi di resistenza che i batteri hanno evoluto. Successivamente, si esamina l'immunità batterica, ovvero le strategie di difesa che i batteri utilizzano contro i fagi e altri elementi genetici invasivi, includendo il sistema di restrizione-modificazione (RM), il rivoluzionario sistema CRISPR-Cas e i sistemi di infezione abortiva.

Principi di Immunologia e patogenesi batterica. Il corso prosegue con i principi di immunologia, fornendo una panoramica generale delle difese dell'ospite. Vengono distinte le difese aspecifiche (barriere fisiche e chimiche), l'immunità innata (con le sue cellule e mediatori infiammatori) e l'immunità adattativa (con risposta umorale, cellulare e memoria immunologica). Si passa poi ai meccanismi di patogenesi batterica, analizzando le vie di trasmissione del patogeno, le fasi del processo infettivo e le specificità dei patogeni intracellulari. Vengono dettagliati i fattori di virulenza batterica, come le endotossine e le esotossine, che contribuiscono alla capacità dei batteri di causare malattia.

Virologia: proprietà e patogenesi virale. Il programma si conclude con un'introduzione approfondita alla virologia. Si ripercorrono le origini e l'importanza della virologia, la sua storia e le scoperte chiave, analizzando l'impatto delle epidemie e pandemie virali sulla società. Vengono illustrate le proprietà generali dei virus, la loro classificazione e i complessi passaggi del ciclo replicativo virale. Infine, si affrontano i meccanismi di patogenesi virale, esplorando l'ingresso e la diffusione nell'ospite, i meccanismi di difesa dell'ospite contro i virus e il fenomeno dell'oncogenesi virale.