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    Lidia MUSCARIELLO

    Insegnamento di MICROBIOLOGIA GENERALE E AMBIENTALE

    Corso di laurea in SCIENZE AMBIENTALI

    SSD: BIO/19

    CFU: 8,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 64,00

    Periodo di Erogazione: Secondo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Introduzione alla microbiologia. Caratteristiche strutturali e funzionali della cellula procariotica. Nutrizione e crescita microbica. Metabolismo microbico. Genetica batterica e cenni di virologia. Sostanze ad azione antimicrobica. I microrganismi e le tecnologie molecolari. Adattamento dei microrganismi all’ambiente e regolazione dell'espressione genica. I microrganismi e l'ambiente. I biofilm microbici. Microbiologia delle acque. Principi di biorisanamento.

    Testi di riferimento

    Madigan, Martinko, Stahl, Clark, "Brock, Biologia dei Microrganismi", Microbiologia generale, ambientale e industriale. Casa editrice PEARSON, Milano-Torino.
    Barbieri et al. “Microbiologia ambientale ed elementi di ecologia microbica”, Casa Editrice Ambrosiana, Milano.
    Dispense e materiale didattico distribuito a lezione.

    Obiettivi formativi

    Il corso di Microbiologia generale ed ambientale è una introduzione al mondo dei microrganismi procariotici. Lo studente acquisirà conoscenze sulla struttura cellulare, il metabolismo e la genetica dei microrganismi, nonché sull’impatto che essi esercitano sulle dinamiche ambientali e le attività umane. L’attività formativa in laboratorio, inoltre, fornirà allo studente le conoscenze essenziali su tecniche di isolamento, coltivazione e trasformazione genetica.

    Prerequisiti

    Per sostenere l’esame di Microbiologia generale ed ambientale è fortemente consigliata la conoscenza delle nozioni fornite dai corsi di Chimica generale ed inorganica, Chimica organica, Biochimica e Genetica.

    Metodologie didattiche

    Il corso è articolato in 56 ore di lezioni frontali svolte dal docente in cui verrà esposta la teoria relativa agli argomenti contenuti nel programma e 4 esercitazioni di laboratorio dove verranno svolte attività pratiche sugli argomenti sia della parte generale sia di quella ambientale del programma. Nel suo lavoro personale lo studente dovrà assimilare conoscenze e concetti alla base della microbiologia generale e dei risvolti applicativi in campo ambientale.

    Metodi di valutazione

    L’esame consiste nel superamento di una prova orale, volta a valutare le conoscenze acquisite sulla parte generale della microbiologia e sui risvolti applicativi in campo ambientale, nonchè a verificare la capacità di ragionamento e di collegamento tra i vari argomenti del corso.

    Altre informazioni

    Lo studente potrà avvalersi del materiale
    didattico (dispense, slides, ecc.) messo a
    disposizione sul sito web di Ateneo.
    Il docente è disponibile per ricevimento
    studenti nei giorni indicati sulla scheda
    insegnamento e su richiesta inoltrata via email.

    Programma del corso

    PARTE GENERALE Introduzione alla microbiologia. La diversità dei procarioti e loro impatto sull’uomo. Caratteristiche strutturali e funzionali della cellula procariotica. Dimensioni e forma. La membrana citoplasmatica. Sistemi di trasporto. La membrana esterna dei Gram-negativi. La
    parete cellulare nei batteri Gram-positivi e Gram-negativi. Il peptidoglicano: struttura e biosintesi. Appendici cellulari. Movimento cellulare: chemiotassi, aerotassi e fototassi. La matrice citoplasmatica. Nucleoide. Inclusioni citoplasmatiche. Nutrizione e crescita microbica. Esigenze nutrizionali comuni. Terreni di coltura e tecniche di sterilizzazione. Misurazione della crescita microbica. Colture in continuo. Effetti dell’ambiente sulla crescita microbica. Metabolismo microbico. Respirazione aerobia ed anaerobia. Fermentazioni. Chemiolitotrofia. Fotosintesi anossigenica. Genetica batterica e cenni di virologia. Trasformazione. Coniugazione. Trasduzione generalizzata e specializzata. Caratteristiche generali dei virus. Batteriofagi: ciclo litico. Batteriofagi temperati e lisogenia. Sostanze ad azione antimicrobica. Antisettici e disinfettanti. Antibiotici. Tossicità selettiva. Organismi produttori. Meccanismo d'azione degli antibiotici. Meccanismi biochimici e genetici della resistenza agli antibiotici. I microrganismi e le tecnologie molecolari. Enzimi di restrizione. Amplificazione del DNA: PCR. PARTE AMBIENTALE Adattamento dei microrganismi all’ambiente. Adattamento fisiologico. La repressione da catabolita. Il quorum sensing. La risposta agli stress ambientali. La risposta allo shock termico. Adattamento genetico. Il trasferimento genico orizzontale. I microrganismi e l'ambiente. I microrganismi in natura. I biofilm microbici: formazione, caratteristiche strutturali e problematiche in campo medico ed industriale. Ambienti acquatici, terrestri e delle profondità marine. Ecologia microbica delle sorgenti termali. I microrganismi negli ambienti estremi. I metodi dell'ecologia microbica. Arricchimento ed isolamento. La colonna di Vinogradskij. Misurazione dell'attività microbica in natura. Identificazione molecolare: sonde ad acidi nucleici e anticorpi fluorescenti (FISH). Strategie molecolari per l’analisi di comunità microbiche. Microbiologia delle acque. Metodi per l’analisi microbiologica delle acque. Ruolo dei microrganismi nei processi biologici per il trattamento delle acque reflue e dei liquami. La depurazione delle acque potabili. Principi di biorisanamento. I microrganismi nelle tecnologie di bonifica di suoli inquinati. Plasmidi catabolici e biodegradazione degli idrocarburi. Cenni sulle principali tecnologie di biorisanamento.

    ATTIVITA’ DI LABORATORIO • Preparazione di terreni di coltura, sterilizzazione in autoclave. • Trasformazione di cellule competenti di Escherichia coli con DNA plasmidico. • Analisi microbiologica di campioni d’acqua: identificazione e quantizzazione di coliformi.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Introduction to microbiology. Structural and functional characteristics of prokaryotic cell. Nutrition and growth of Bacteria. Metabolism of bacteria. Microbial genetics and virology. Antimicrobial substances. Microorganisms and molecular technologies. Adaptation of microorganisms to the environment. Microorganisms in the environment. Interaction of bacteria with other organisms. Microbiology of water. Principles of bioremediation.

    Textbook and course materials

    Madigan, Martinko, Stahl, Clark, "Brock, Biologia dei Microrganismi" 1° e 2° volume, Casa editrice PEARSON, Milano-Torino.
    Barbieri et al. “Microbiologia ambientale ed elementi di ecologia microbica”, Casa Editrice Ambrosiana, Milano.
    Educational material distributed in class.

    Course objectives

    The course of General and Environmental Microbiology, directed at second-year undergraduate students, is an introduction to the world of prokaryotic microorganisms. It provides a general knowledge of the cell structure, metabolic activity and genetics of bacteria, and of their impact on environmental dynamics and human activities. Practical laboratory activities introduce the students to basic techniques of bacterial isolation, cultivation and genetic modification.

    Prerequisites

    To take the exam of general and environmental microbiology is strongly recommended the knowledge of the concepts provided by courses of General and Inorganic Chemistry, Organic Chemistry, Biochemistry and Genetics.

    Teaching methods

    The course is divided into 56 hours of class lessons conducted by the teacher, in which the theory on the topics included in the program, and 4 laboratory lesson where practical activities will be carried out on the topics of both the general and environmental part of the program. In his personal work the student will have to assimilate knowledge and concepts at the base of the general microbiology and of the applications in the environmental field.

    Evaluation methods

    The exam consists in passing an oral interview, aimed at evaluating the knowledge acquired on the general part of the microbiology and on the implications in the environmental field, as well as to verify the reasoning ability and the connection between the various course topics.

    Other information

    The student can use didactic material (lecture notes, slides, etc.) available on the University website.
    The teacher is available for reception students on the days indicated on the card teaching and on request forwarded via email.

    Course Syllabus

    GENERAL PART: Introduction to microbiology. Diversity of prokaryotes and their impact on humans. Structural and functional characteristics of the prokaryotic cell. Size and shape. The cytoplasmic membrane. Transport systems. The outer membrane of Gram-negatives. The cell wall in Gram-positive and Gram-negative bacteria. Peptidoglycan: structure and biosynthesis. Cell appendages. Cellular movement: chemotaxis, aerotaxis and phototaxis. The cytoplasmic matrix. Nucleoid. Cytoplasmic inclusions. Nutrition and microbial growth. Common nutritional requirements. Culture media and sterilization techniques. Measurement of microbial growth. Continuous cultures. Environmental effects on microbial growth. Microbial metabolism. Aerobic and anaerobic respiration. Fermentations. Chemiolitotrofia. Anoxigenic photosynthesis. Bacterial genetics and virology. Transformation. Conjugation. Generalized and specialized transduction. General characteristics of viruses. Bacteriophages: lytic cycle. Temperate bacteriophages and lysogeny. Substances with antimicrobial action. Antiseptics and disinfectants. Antibiotics. Selective toxicity. Antibiotic mechanism of action. Biochemical and genetic mechanisms of antibiotic resistance. Microorganisms and molecular technologies. Restriction enzymes. DNA amplification: PCR.
    ENVIRONMENTAL PART: Adaptation of microorganisms to the environment. Physiological adaptation. Catabolite repression. Quorum sensing. Environmental stress response. Heat shock stress response. Genetic adaptation. Horizontal gene transfer. Microorganisms and the environment. Microorganisms in nature. Microbial biofilms: development, structural characteristics and problems in the medical and industrial fields. Aquatic, terrestrial and deep sea environments. Microbial ecology of thermal springs. Microorganisms in extreme environments. Methods of microbial ecology. Enrichment culture and microbial isolation. The Vinogradskij column. Measurement of microbial activity in nature. Molecular identification: nucleic acid probes and fluorescent antibodies (FISH). Molecular strategies for the analysis of microbial communities. Water microbiology. Methods for microbiological analysis of water. Role of microorganisms in biological processes for waste water treatment. Purification of drinking water. Principles of bioremediation. Microorganisms in polluted soil remediation technologies. Catabolic plasmids and biodegradation of hydrocarbons. Outline of the main bioremediation technologies.
    LABORATORY ACTIVITIES • Preparation of culture media, autoclave sterilization. • Transformation of competent cells of Escherichia coli with plasmid DNA. • Microbiological analysis of water samples: identification and quantization of coliforms.

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