ECTS - University of Pisa
Contenuti
Verranno studiate le tecniche attualmente disponibili per studi di metagenomica e proteomica dei microrganismi, nonché le metodiche oggi utilizzate per la diagnostica molecolare e manipolazione genetica dei microrganismi (disruption cassettes and CRISPR/Cas9 editing). Seguirà una analisi delle nuove strategie per la vaccinazione, per la sintesi di agenti biomedicali, prodotti alimentari, biopesticidi. Infine, verranno studiati i determinanti di virulenza e patogenicità di microrganismi ritenuti potenziali agenti bioterroristici/ecoterroristici
Il corso si prefigge di fornire allo studente una conoscenza di base sulle principali biotecnologie applicate alla microbiologia allo scopo di produrre beni e servizi.
Techniques for microbial genomics, metagenomic and proteomic studies will be discussed in detail as well as current methodologies used for molecular diagnosis of infection and microbial gene manipulation (disruption cassettes and CRISPR/Cas9 editing). An evaluation of current novel strategies for preventing infections, scaling up systems, biomedical, food-related, bio pesticide production will follow. Finally, microbial manipulation for bioterroristic/ecoterroristic purposes will also be investigated.
The main goal of the course is to provide the student with a basic knowledge of microbial biotechnolgy aimed at producing goods and services
Lo studente verrà valutato per la sua capacità di discutere con linguaggio scientifico appropriato dei principali contenuti del corso. Inoltre, durante le esperienze di laboratorio sarà valutate anche l'attitudine sperimentale nel mettere in pratica le procedure sperimentali spiegate dal docente.
The student must demonstrate its ability to appropriately discuss the course topics and to put into practice/execute with critical awareness activities illustrated or carried out under the guidance of the supervisor during the laboratory sessions.
Lo sudente al termine del corso sarà in grado di progettare esperimenti che prevedano manipolazione di microrganismi per la produzione di beni e servizi. Inoltre, lo studente sarà in grado di tradurre in pratica ed eseguire gli approcci sperimentali illustrati durante le esperienze di laboratorio, sotto la supervisione dei docenti
At the end of the course the student will have acquired the ability to plan experiments that involve microbial manipulation to produce goods and services. He will also be able to perform the experimental procedures explained by the supervisor during the laboratory sessions
Lo studente deve saper discutere criticamente delle esperienze di laboratorio svolte, spiegandone il razionale e l'approccio sperimentale
The student has to critically discuss the laboratory experiences performed he also has to explain the rationale and the experimental procedure behing each laboratory session
Risultati attesi: Apprendimento, mediante esempi rappresentativi, delle principali applicazioni delle biotecnologie alla diagnostica microbica, alla tipizzazione dei microrganismi, alla metagenomica, alle nuove strategie di prevenzione e trattamento delle infezioni.
Expected results: the student should learn the main applications of biotechnology to microbial diagnostic, metagenomic, prevention of disease and infection control.
Durante le sessioni di laboratorio saranno valutati il grado di accuratezza e precisione delle attività svolte
During the laboratory session, accuracy and execution of the experimental propcedures by the studenty will be evaluated
Per una propria comprensione delle tematiche affrontate è richiesta la conoscenza della Microbiologia generale, Biochimica, Genetica, e Biologia molecolare
To fully understand the course topics, a basic knowledge of Microbiology, Biochemistry, Genetics and Molecular biology is required
I microrganismi come sistemi biologici per le biotecnologie molecolari. Caratteristiche che rendono i batteri ideali strumenti biotecnologici. Sistemi microbici: procarioti ed eucarioti, esempi e caratteristiche. Manipolazione genetica dei microrganismi: gene disruption and gene editing (CRISPR/Cas9)
Principi di clonaggio e creazione di DNA ricombinante.
Metagenomica, per individuare nuovi geni in microrganismi non coltivabili. Identificazione microrganismi non coltivabili o non isolabili in coltura pura. Metagenomica funzionale, esempi
Proteomica applicata ai microrganismi Spettrometria di massa. MALDI TOF, applicazione alla diagnostica dei microrganismi
Whole cell arrays.
Diagnostica molecolare dei microrganismi: identificazione mediante amplificazione del target, della sonda o del segnale. Identificazione mediante sequenziamento, esempi. Applicazione dei microarray a DNA alla diagnostica dei microrganismi.
Tipizzazione molecolare dei microrganismi: importanza nel monitoraggio delle infezioni. Principali metodiche utilizzate.
I vaccini, introduzione e generalità. Vaccini vivi attenuati, inattivati, componenti cellulari/polisaccaridi capsulari/proteine superficiali/anatossine. La risposta immunitaria mucosale. Cellule M. Strategie per immunizzazione mucosale. Delivery system, esempi. Vettori batterici o virali attenuati. Nuove strategie di immunizzazione. Reverse vaccinology.
Nuove strategie per il controllo delle infezioni microbiche: i peptidi cationici. Caratteristiche generali e modelli d'azione.
Insetticidi microbici: impiego di batteri, virus, miceti e nematodi entomopatogeni nel controllo di popolazioni di insetti.
Bio-carburanti, potenziale uso dei microrganismi nello sviluppo di "biofuels".
Bioterrorismo: definizione e generalità, classificazione dei microrganismi in gruppi di rischio (A,B,C). Esempio di microrganismi potenzialmente utilizzabili quali agenti bioterroristici. Classe A: Bacillus anthracis; Yersinia pestis e Francisella tularensis. Il virus del vaiolo. Ebola e febbre emorragica.
Le attività di laboratorio sono generalmente inerenti a 3 esperienze (possibili modifiche delle esperienze di laboratorio)
Attività 1: identificazione molecolare di 3 specie microbiche geneticamente correlate e indistinguibili fenotipicamente
Attività 2: valutazione della secrezione di vitamina B2 da parte di microrganismi probiotici
Attività 3: Trasformazione di Mycobacterium smegmatis con plasmide reporter GFP
Microorganisms as tools for molecular biotechnology. Microbial sysytems used: prokaryotes and eukaryotes. Cloning and recombinat DNA technology. Gene disruption and gene editing (CRISPR/Cas9)
Metagenomic studied aimed at identifying novel unculturable microorganisms and novel genes. Examples of functional metagenomics.
Mass Spectrometry (MALDI TOF) to identify microbial species
Whole cell arrays.
Molecular identification of microbial species: target amplification, probe or signal amplification. Sequencing-based approach. Microarrays to identify fungal species
Molecular typing of microorganisms: most common techniques used and importance of typing to establish the source of an epidemic cluster or the transmission model of a given disease.Genetic relatedness and epidemiological investigations
Vaccines. conventiona vaccines avbalilables and innovative strategies for a mucosal immunization (Delivery system, viral or bacterial vectors) Reverse vaccinology.
New strategies to counteract the rise of drug resistant bugs: cationic peptides. General characterisitics
Biopesticides: use of bacteria, virus, micetes and nematodes to control nocive insects proliferation.
Bio-fuels,use of microorganisms in the production of alternative fuels.
Bioterrorism: definition, risk class microorganisms (A,B,C). Class A examples: Bacillus anthracis; Yersinia pestis and Francisella tularensis. Variola major. Ebola virus.
3 practical laboratory activities (experimental activities may vary):
Attività 1: molecular identification of 3 fungal species which are phenotipically indistinguishable
Attività 2: Vitamin B2 secretion by probiotic microorganisms
Attività 3:Transformation of Mycobacterium smegmatis with a GFP-tagged reporter plasmid
Articoli scientifici e Presentazioni Power Point delle lezioni, resi disponibili su Moodle
Scientific articles, powerpoint files made available on Moodle e-learning platform
Stesso programma utilizzato per verificare la preparazione degli studenti non frequentanti. Il materiale didattico relativo al corso può essere reperito su moodle
https://polo3.elearning.unipi.it/course/view.php?id=2960
The same program is used to test the knowledge of non attending students. Slides and additional material can be found at https://polo3.elearning.unipi.it/course/view.php?id=2960 (elearning)
Esame orale, volto ad attestare le capacità dello studente ad avere assimilato i contentui del corso, esprimendosi con un linguaggio scientifico adeguato. Nel corso dell'esame orale, verrà verificata anche la comprensione delle esperienze di laboratorio effettuate durante l'anno.
Oral exam attesting the student ability to have understood the main contents of the course topics and the experimental rationale behind the laboratory session performed during the course.
https://polo3.elearning.unipi.it/
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