Prerequisito cruciale è che lo studente abbia acquisito le conoscenza di base di  Chimica Inorganica-Organica e di Citologia/Istologia

•  si svolgono le lezioni frontali, con ausilio di slide e filmati
•  si svolgono esercitazioni in aula e laboratorio (si formano gruppi per effettuare direttamente esperimenti di Biologia Molecolare e Microbiologia. 

• vengono utilizzate apparecchiature  di base dei laboratori di Biologia Molecolare e di Microbiologia

• Viene fornito aiuto da personale di supporto o da codocenti
• Il sito Moodle (https://polo3.elearning.unipi.it) e-learning del corso viene utililzzato per: scaricamento materiali didattici, comunicazioni docente-studenti, pubblicazione dei risultati di compiti scritti, formazione di gruppi di lavoro per i turni di laboratorio.
• Per l' interazione tra studente e docente vengono utilizzati gli orari di ricevimento e l'uso della posta elettronica.

_Modulo di Biologia Molecolare_

Introduzione alla Biologia Molecolare: esperimenti cruciali che hanno portato alla scoperta del DNA e al modello di Watson e Crick. Caratteristiche generali delle macromolecole biologiche: proteine, lipidi, carboidrati e acidi nucleici.


• DNA Costituenti, struttura e proprietà chimico-fisiche del DNA. Complementarietà delle basi. Parametri strutturali della doppia elica. Legami covalenti e non covalenti. Differenze nel riconoscimento della sequenza di basi del DNA lungo il solco maggiore e il solco minore. Tipi diversi di doppia elica. Denaturazione e rinaturazione del DNA. Sistemi di restrizione e modificazione del DNA nei batteri. Cromatina, organizzazione topologica del DNA.
• Tecnologia del DNA Ricombinante Enzimi di restrizione e modificazione. Palindromi e tipi di taglio. Esempi di mappe di restrizione. Tecniche di elettroforesi su gel e trasferimento (Southern transfer).
 Progettazione di sonde. Enzimi utili per marcare il DNA. Metodi di clonaggio per creare molecole ricombinanti. Vettori di clonaggio: fagici- plasmidici- misti. DNA ligasi. Tecnica della PCR. Trasformazione batterica e infezione fagica. Metodi per identificare molecole ricombinanti.  Genoteche di DNA genomico e di cDNA.  Metodi di Sequenziamento: chimico ed enzimatico. Cenni sui metodi di nuova generazione. 

• RNA Principali tipi di RNA. Caratteristiche strutturali e funzionali di RNA ribosomiali, mRNA e tRNA. Ribosomi. Differenze tra procarioti ed eucarioti. Esoni e introni. Meccanismi di Capping e poliadenilazione. Meccanismo di amminoacilazione dei tRNA. Decodificazione dell’informazione genetica: da DNA a RNA a proteine. Codice genetico: regole. Tabella e triplette. -  

Principali meccanismi molecolari:

• Sintesi proteica: differenze nei meccanismi di traduzione tra procarioti ed eucarioti. Fase inizio: tRNA iniziatore e fattori accessori. Fase di allungamento e fattori coinvolti. Antibiotici capaci di intervenire nelle diverse tappe della sintesi. Fase di terminazione della traduzione e fattori coinvolti. tRNA soppressori. Fenomeno dell’oscillazione (wobble). Concetto di ORF (open reading frame). Differenze nel codice genetico nei mitocondri.

• Trascrizione e sua regolazione nei procarioti: RNA polimerasi e fattori associati. Tappe del meccanismo di trascrizione. Concetto di promotore e sequenze consenso. Struttura e funzione dei fattori sigma. Terminatori intrinseci e rho dipendenti. Operoni batterici. Esempi di regolazione (operoni lac e trp). Strategie fagiche: ciclo litico e lisogenico. 
• Trascrizione e sua regolazione negli eucarioti: RNA polimerasi I, II, III e fattori associati. Promotori ed enhancers. Struttura e funzione dei fattori di trascrizione. “Motivi” strutturali conservati. Metodi di analisi della trascrizione (gel shift, trattamenti con DNASI, footprinting, mutanti di delezione, geni reporter). Meccanismi epigenetici. Modificazioni degli istoni ed effetti del rimodellamento
della cromatina sulla trascrizione. Metilazione del DNA
. Meccanismi di splicing nuclearee caratteristiche degli “spliceosomi”. Autosplicing di tipo I e II. Splicing dei tRNA. RNA non codificanti regolatori: lnRNA, miRNA
• Replicazione del DNA: repliconi e origini di replicazione (batteri, lievito, eucarioti). Mutanti ad arresto lento e ad arresto veloce. Tipi e caratteristiche delle DNA polimerasi. Meccanismi di replicazione nei batteri, nei fagi filamentosi e litici, negli eucarioti. Terminazione della replicazione. Proteine terminali. Telomeri e telomerasi.

 _Modulo di Microbiologia generale ed analitica_

• Introduzione alla Microbiologia: Origine ed evoluzione dei microrganismi La scoperta dei microrganismi e lo sviluppo delle discipline microbiologiche.

• Diversità del mondo microbico Posizione tassonomica dei procarioti nel mondo vivente. Definizione di specie batterica e criteri generali di tassonomia batterica.

• Struttura della cellula procariotica: Struttura della parete nei batteri Gram-positivi, Gram-negativi ed Archea. Batteri privi di parete. Struttura e biosintesi della mureina durante la crescita e divisione cellulare e composti antibatterici che interferiscono con la sintesi della mureina. Funzione degli acidi teicoici/lipoteicoici, dei polisaccaridi e proteine della parete cellulare dei batteri. La membrana esterna dei batteri Gram-negativi e suoi componenti (proteine porine, periplasma, proteine periplasmatiche, endotossine). La capsula: struttura e funzioni.  Flagelli batterici e Pili. La spora batterica. Caratteristiche morfologico-strutturali delle spore batteriche ed eventi morfologoci della sporificazione. Termoresistenza delle spore. Germinazione e crescita.
• Rapporto ospite parassita. Adesine, invasine, tossine (esotossine, endotossine). Meccanismo di azione della tossina di Corynebacterium dphtheriae, Vibrio cholerae. Neurotossine di Clostridium tetani e Clostridium botulinum. Neisseria meningitidis, epidemiologia e meccanismi patogenetici.

• Nutrizione, metabolismo e crescita batterica: Nutrizione e metabolismo energetico. Flessibilità ed adattabilità metabolica. Macroelementi e microelementi. Produzione di energia. Glicolisi e vie alternative. Respirazione aerobica, anaerobica e fermentazione. Andamento della crescita delle popolazioni batteriche in terreno liquido: fase di latenza, di crescita esponenziale, stazionaria e di morte. Fattori che influenzano la crescita batterica: attività dell’acqua, pH, temperatura, O2, pressione.

• Genetica dei microrganismi: La ricombinazione genica nei batteri: coniugazione e generazione di cellule F+, Hfr; trasduzione generalizzata e specializzata, trasformazione. Richiami al ciclo litico e lisogeno indotti da fagi temperati (lambda) e virulenti (T4). Caratteristiche generali dei plasmidi e trasposoni: Principali tipi di plasmidi naturali, meccanismi di controllo del numero e partizione delle copie. Importanza dei plasmidi nella farmaco-resistenza e patogenicità microbica.

• I funghi. Cenni sull’organizzazione degli organismi eucariotici. Caratteristiche generali di lieviti e funghi pluricellulari. Struttura, riproduzione, tipi di spore, ciclo vitale, i diversi phyla. La crescita ifale. Produzione di metaboliti secondari.

• Testi di riferimento:

• - Amaldi et al.: “Biologia Molecolare” (ed. Ambrosiana)

• - Watson J et al: “Biologia Molecolare del Gene” (ed. Zanichelli)

• -Lewin.: “Il Gene X” (ed. Zanichelli)

• - Dale - von Schantz: “Dai geni ai genomi” (ed. Edises)

          -Gianni Dehò e Enrica Galli “Biologia dei microrganismi”- Casa Editrice Ambrosiana

• Materiale didattico: 

  articoli scientifici originali e pdf delle lezioni sul sito https://polo3.elearning.unipi.it

I testi consigliati includono i vari argomenti trattati a lezione.

Le lezioni sono facoltative, ma permettono di focalizzare la preparazione su aspetti specifici dei vari argomenti. Il laboratorio è obbligatorio. 

Orale