CourseMOLECULAR BIOTECHNOLOGY
Code156EE
Credits3
PeriodSemester 1
LanguageItalian
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| PROTISTOLOGIA MOLECOLARE | BIO/05 | LEZIONI | 24 |
|
Al termine del corso lo studente sarà in grado di fornire una panoramica delle principali biotecnologie applicate ad uno degli strumenti di indagine più sofisticati e complessi nella loro duplice natura di cellula eucariotica e di individuo, i protisti.
At the end of the course the student will be able to provide an overview of the main biotechnologies applied to one of the most sophisticated and complex investigative tools in their dual nature of eukaryotic cell and of individual, the protists.
Per l'accertamento delle conoscenze saranno svolti incontri tra il docente e il gruppo di studenti che sviluppa il progetto. La verifica delle conoscenze sarà oggetto della valutazione di una presentazione orale e di una relazione scritta, previste a discrezione degli studenti durante lo svolgimento del corso.
For the assessment of the knowledge will be held meetings between the teacher and the group of students who develop the project. The assessment of knowledge will be the subject of the evaluation of an oral presentation and a written report, provided at the discretion of the students during the course.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di descrivere le diverse fasi procedurali necessarie per allestire un processo microbiologico a livello industriale e basato sull'utilizzo di specie di protisti.
At the end of the course the student will be able to describe the different procedural steps necessary to set up a microbiological process at an industrial level and based on the use of protist species.
Durante le lezioni saranno affrontati argomenti riguardanti alcuni aspetti fondamentali delle biotecnologie microbiche, concentrandosi sugli aspetti applicativi, relativi all'impiego di protisti, che in relazione alla loro versatilità sono utilizzati su larga scala per l'ottenimento di prodotti impiegabili in diversi settori e sulle basi molecolari dei processi produttivi e gli approcci metodologici dei processi industriali, dalla scoperta, allo sviluppo, alla produzione.
During the lessons will be addressed topics concerning some fundamental aspects of microbial biotechnology, focusing on the applicative aspects, related to the use of protists, which in relation to their versatility are used on a large scale to obtain products that can be used in different sectors and on the basis molecular processes of production processes and methodological approaches of industrial processes, from discovery, to development, to production.
Lo studente potrà acquisire e sviluppare sensibilità alle problematiche inerenti le biotecnologie microbiche. Lo studente potrà saper comprendere perché alcuni microrganismi siano più validi di altri per specifiche applicazioni biotecnologiche. Lo studente avrà una conoscenza di base di alcuni aspetti salienti dei processi industriali, delle attività principali necessarie per poter lanciare un prodotto sul mercato e degli elementi che contribuiscono al successo di nuove iniziative, quali il mercato potenziale, i costi per lo sviluppo, la produzione vera e propria e lo stato della concorrenza.
The student will be able to acquire and develop sensitivity to the problems inherent in microbial biotechnology. The student will be able to understand why some microorganisms are more valid than others for specific biotechnological applications. The student will have a basic knowledge of some salient aspects of the industrial processes, of the main activities necessary to launch a product on the market and the elements that contribute to the success of new initiatives, such as the potential market, development costs, production real and the state of competition.
Durante le lezioni saranno richieste agli studenti delle verifiche concernenti gli argomenti trattati.
During the lessons, students will be asked to check the topics covered.
Lo studente è invitato a verificare l'esistenza di eventuali propedeuticità consultando il Regolamento del Corso di studi relativo al proprio anno di immatricolazione. Un esame sostenuto in violazione delle regole di propedeuticità è nullo (Regolamento didattico d’Ateneo, art. 24, comma 3).
Per seguire il corso in modo proficuo, lo studente dovrebbe possedere le conoscenze di base delle logiche di vita e delle caratteristiche biologiche dei protisti, oltre alle conoscenze di base sulla biologia cellulare e la genetica.
The student is invited to check the existence of any propaedeuticity by consulting the Course Regulations relating to his year of enrolment. An examination taken in breach of the rules on propedeuticity is null and void (University Teaching Regulations, Art. 24, para. 3).
To follow the course in a profitable way, the student should possess the basic knowledge of the logics of life and the biological characteristics of the protists, in addition to basic knowledge on cell biology and genetics.
Saranno svolte lezioni frontali, con ausilio di slide. Strumenti di supporto saranno costituiti da siti web, seminari. Ausilio e completamento sarà fornito da personale di supporto o da codocenti. Il sito di elearning del corso sarà utilizzato per scaricamento materiali didattici, comunicazioni docente-studenti. L'interazione tra studente e docente avverrà tramite uso di ricevimenti, uso della posta elettronica o di altri strumenti di comunicazione.
Lessons will be held, with the help of slides. Support tools will be constituted by websites, seminars. Help and completion will be provided by support staff or by colleagues. The elearning site of the course will be used for downloading educational materials, teacher-student communications. The interaction between student and teacher will take place through the use of receptions, use of e-mail or other communication tools.
Generalità sui protisti: introduzione, caratteristiche generali, i protisti e gli altri taxa degli esseri viventi, habitat, locomozione, metabolismo, riproduzione, esempio di simbiosi tra protisti (protozoi ciliati e microsporidi). Esempi e caratteristiche generali di alcuni taxa di protisti (opaline, Volvox, radiolari, foraminiferi, Stentor, criptomonadine). Ruolo dei protisti nel corso dell'evoluzione della vita sulla terra, peculiarità della duplice natura dei protisti (cellula eucariotica e individuo completo), esempi di complessità strutturale e funzionale nei protisti (Loxodes striatus, Erythropsis pavillardi).
Le alghe: caratteristiche generali, tipi di organizzazione cellulare (unicellulare, coloniale, cenocitica o sifonale, pluricellulare), ciclo vitale (aplonte o zigotico, diplonte o gametico, aplodiplonte o sporico), dimensione e gamia (isogamia, anisogamia, eterogamia, oogamia). Classificazione delle alghe. Chlorophyta o alghe verdi. Esempi di alghe verdi unicellulari. Esempi di protisti di natura algale. Aspetti ecologici ed applicativi dei protisti di natura algale.
I mixomiceti: caratteristiche generali, struttura dello sporangio, esempio di ciclo vitale con formazione di un plasmodio, ciclo vitale di Dictyostelium discoideum (con formazione di uno pseudoplasmodio), esempi di mixomiceti. Gli oomiceti: caratteristiche generali, ciclo vitale di Plasmopara viticola, esempi di oomiceti.
I protozoi: generalità, strutture esterne di rivestimento (membrana plasmatica, glicocalice, pellicola, tunica, cisti di resistenza), tipi di endoscheletro (microfilamentoso, microtubulare, alveolare), organuli citoplasmatici (reticolo endoplasmatico, dittiosomi, mitocondri, plastidi, nucleo), complesso vacuolare contrattile, nutrizione (saprozoica, olozoica), movimento (ciclosi, locomozione).
La riproduzione nei protozoi. La riproduzione asessuale: generalità, tipi di riproduzione asessuale nei principali gruppi di protozoi (mastigofori, sarcodini, opaline, labirintomorfi, ciliati). La riproduzione sessuale nei protozoi: generalità, gamonte, isogametia, anisogametia, oogametia, principali tipi di fecondazione (gametogamia, autogamia, gamontogamia), principali tipi di alternanza di generazioni (aplo-omofasica, diplo-omofasica, eterofasica). La coniugazione in Paramecium. Descrizione di un'esperienza di ricerca applicativa nei protozoi ciliati, legata al problema di verificare l'isolamento riproduttivo tra gruppi morfologicamente simili e filogeneticamente affini. Discussione dei risultati ottenuti.
I processi microbiologici: definizioni, fasi, equazione semplificata; diversi tipi di microrganismi, microrganismi definiti come GRAS, collezioni ufficiali di microrganismi. La biogeografia dei protisti. Substrati colturali, composizione dei substrati colturali, principali fattori da considerare nella scelta dei substrati colturali; prodotti, scelta del prodotto in relazione al valore del prodotto ed all'economicità del processo, classificazione dei prodotti in base a criteri soggettivi (biomassa, prodotti a baso peso molecolare, prodotti ad alto peso molecolare), e su base metabolica (biomasse microbiche, metaboliti primari, metaboliti secondari, enzimi, prodotti complessi, prodotti ottenuti per biotrasformazione). I prodotti ottenibili da microrganismi: biomasse microbiche, metaboliti primari, metaboliti secondari, enzimi, prodotti complessi, prodotti ottenuti per biotrasformazione.
I protisti come bioindicatori. Vantaggi dell'uso dei protisti come bioindicatori. Fenomeni di bloom algali. Fenomeno dell'arrossamento del Lago di Tovel. Bloom algale nel Lago di Garda. Lago di Hillier. Uso dei protisti come boindicatori per l'ambiente suolo. Protozoi del suolo: principali fattori che influenzano la vita e l'adattamento dei protozoi del suolo (disponibilità di acqua, variazioni di temperatura, livelli di anidride carbonica nell'acqua e nell'aria), suddivisione dei protozoi del suolo in base alle diverse strategie riproduttive attuate (organismi r-selezionati e organismi k-selezionati), principali caratteristiche che distinguono i protozoi del suolo da quelli acquatici (modificazioni morfologiche, tigmotattismo, formazione di cisti di resistenza); esempio applicativo dell'utilizzo dei protozoi ciliati del muschio come bioindicatori.
Processo a fanghi attivi: generalità, componenti abiotiche e biotiche, fattori abiotici e biotici, protozoi ciliati carnivori e batteriofagi (natanti, mobili di fondo, sessili), successione delle popolazioni della microfauna (fasi di colonizzazione, innesco e stabilizzazione), specie pioniere, caratteristiche di efficienza, indice biotico del fango (SBI), modalità di identificazione delle specie, stima della densità della microfauna, stima della densità dei piccoli flagellati (camera di Fuchs-Rosenthal), calcolo del SBI ed esempi pratici.
Prodotti naturali da Dunaliella salina: caratteristiche generali della microalga, motivi che hanno permesso la commercializzazione della microalga su scala industriale; glicerolo: produzione di glicerolo per fermentazione alcolica, produzione alternativa di glicerolo mediante l'utilizzo di D. salina, condizioni necessarie e fasi del processo, diversi tipi di tecniche per il recupero di glicerolo; b-carotene: proprietà e suo utilizzo per fini industriali, interesse per i carotenoidi di origine naturale, processo di separazione dei diversi tipi di carotenoidi estratti da D. salina.
Sistemi di colture di protisti. Introduzione. Campionamento ed isolamento: sedimenti marini o d'acqua dolce, colonna d'acqua, suolo. Stabilizzazione e colture: parametri fondamentali (temperatura, terreno, luce, disponibilità di cibo). Identificazione: microscopia ottica, procedure di colorazione, microscopia elettronica a trasmissione e a scansione, indagini di natura genetica e chimico-bioorganica. Mantenimento in coltura.
Strutture, attività biologiche e significato filogenetico di prodotti naturali isolati da protisti marini: generalità, pigmenti isolati da ciliati marini e dulcoacquicoli, esempi di metaboliti secondari isolati dal protista ciliato Euplotes.
Farmacologia marina e proprietà del metabolita secondario euplotina C estratto dal protista ciliato Euplotes crassus: Introduzione sulla Farmacologia Marina. Farmaci di origine naturale e di origine marina approvati dall'FDA (Cytarabine, Vidarabine, Ziconotide, estratti etilici di diversi acidi grassi omega-3, Trabectedin, Eribulin mesylate, Brentuximab vedotin, polisaccaridi solfatati lineari). azione citotossica dell'euplotina C in diversi microrganismi. Metodologie utilizzate per testare l'attività biologica dell'euplotina C (test del rosso neutro, Western blotting). Risultati ottenuti e interpretazione degli stessi.
- General information about protists: introduction, general characteristics, protists and other taxa of living beings, habitat, locomotion, metabolism, reproduction, an example of symbiosis between protists (ciliated protozoa and microsporidia). Examples and general characteristics of some taxa of protists (opalina, Volvox, radiolaria, foraminiphera, Stentor, criptomonadina). Role of protists during the evolution of life on earth, peculiarities of the dual nature of protists (eukaryotic cell and complete individual), examples of structural and functional complexity in protists (Loxodes striatus, Erythropsis pavillardi).
- Algae: general characteristics, types of cellular organization (unicellular, colonial, cenocytic or siphonal, multicellular), life cycle (aplont or zygotic, diplont or gametic, aplodiplont or sporic), size and gamy (isogamy, anisogamy, heterogamy, oogamy) . Classification of algae. Chlorophyta or green algae. Examples of unicellular green algae. Examples of protists of algal nature. Ecological and applicative aspects of algal protists.
- The mixomycetes: general characteristics, structure of sporangium, example of life cycle with formation of a plasmodium, vital cycle of Dictyostelium discoideum (with formation of a pseudoplasmodium), examples of mixomycetes. The oomycetes: general characteristics, vital cycle of Plasmopara viticola, examples of oomycetes.
- Protozoa: generalities, external coating structures (plasmatic membrane, glycocalyx, pellicle, tunic, resistance cysts), types of endoskeleton (microfilament, microtubular, alveolar), cytoplasmic organelles (endoplasmic reticulum, dictyosomes, mitochondria, plastids, nucleus), contractile vacuolar complex, nutrition (saprozoic, olozoic), movement (cyclosis, locomotion).
- Reproduction in protozoa. Asexual reproduction: generalities, types of asexual reproduction in the main groups of protozoa (mastigophora, sarcodina, opalina, labyrinthomorpha, ciliate). Sexual reproduction in protozoa: generalities, gamon, isogamy, anisogamy, oogamy, main types of fertilization (gametogamy, autogamy, gamontogamy), main types of alternation of generations (aplo-homophasic, diplo-homophasic, heterophasic). The conjugation in Paramecium. Description of an experience of applicative research in ciliated protozoa, linked to the problem of verifying the reproductive isolation between morphologically and phylogenetically similar groups. Discussion of the results obtained.
- Microbiological processes: definitions, phases, simplified equation; different types of microorganisms, microorganisms defined as GRAS, official collections of microorganisms. The biogeography of the protists. Cultivation substrates, composition of the cultivation substrates, main factors to consider in the selection of the cultivation substrates; products, choice of the product in relation to the value of the product and the cost-effectiveness of the process, classification of the products based on subjective criteria (biomass, low molecular weight products, high molecular weight products), and on a metabolic basis (microbial biomass, primary metabolites, secondary metabolites, enzymes, complex products, products obtained by biotransformation). Products obtainable from microorganisms: microbial biomass, primary metabolites, secondary metabolites, enzymes, complex products, products obtained by biotransformation.
- Protists as bioindicators. Advantages of the use of protists as bioindicators. Algal bloom phenomena. Phenomenon of the reddening of Lake Tovel. Algal bloom in Lake Garda. Lake Hillier. Use of the protists as boindicators for the soil environment. Soil Protozoa: main factors influencing life and adaptation of soil protozoa (water availability, temperature variations, levels of carbon dioxide in water and air), subdivision of soil protozoa according to different strategies reproductive effects (r-selected organisms and k-selected organisms), main characteristics that distinguish the protozoa of the soil from the aquatic ones (morphological modifications, thigmotactic, formation of resistance cysts); application example of the use of ciliated moss protozoa as bioindicators.
- Activated sludge process: generalities, abiotic and biotic components, abiotic and biotic factors, carnivorous and bacteriophages ciliated protozoa (natal, bottom, sessile), succession of microfauna populations (colonization, priming and stabilization phases), pioneer species, characteristics of efficiency, biotic sludge index (SBI), species identification methods, microfauna density estimation, density estimation of small flagellates (Fuchs-Rosenthal chamber), SBI calculation and practical examples.
- Natural products from Dunaliella salina: general characteristics of the microalga, reasons that have allowed the commercialization of the microalga on an industrial scale; glycerol: production of glycerol for alcoholic fermentation, alternative production of glycerol through the use of D. salina, necessary conditions and process steps, different types of techniques for the recovery of glycerol; b-carotene: properties and its use for industrial purposes, interest for carotenoids of natural origin, separation process of the different types of carotenoids extracted from D. salina.
- Protist culture systems. Introduction. Sampling and isolation: marine or freshwater sediments, water column, soil. Stabilization and cultures: basic parameters (temperature, soil, light, food availability). Identification: optical microscopy, staining procedures, transmission and scanning electron microscopy, genetic and chemical-bioorganic investigations. Maintenance in culture.
- Structures, biological activities and phylogenetic significance of natural products isolated from marine protists: generalities, pigments isolated from marine and freshwater ciliates, examples of secondary metabolites isolated from the ciliated protist Euplotes.
- Marine pharmacology and properties of the secondary metabolite euplotin C extracted from the ciliated protist Euplotes crassus: Introduction on Marine Pharmacology. Drugs of natural origin and marine origin approved by the FDA (Cytarabine, Vidarabine, Ziconotide, ethyl extracts of various omega-3 fatty acids, Trabectedin, Eribulin mesylate, Brentuximab vedotin, linear sulfated polysaccharides). Cytotoxic action of euplotin C in various microorganisms. Methodologies used to test the biological activity of euplotin C (neutral red test, Western blotting). Results obtained and interpretation of the same.
MICROBIOLOGIA VOLUME 1 (2004) - JEROME J. PERRY, JAMES T. STALEY, STEPHEN LORY. EDIZIONE ZANICHELLI .
MICROBIOLOGIA VOLUME 2 (2004) - JEROME J. PERRY, JAMES T. STALEY, STEPHEN LORY. EDIZIONE ZANICHELLI .
MICROBIOLOGIA INDUSTRIALE (2006) – MATILDE MANZONI. CASA EDITRICE AMBROSIANA.
MICROBIOLOGIA SISTEMATICA, AMBIENTALE, INDUSTRIALE (2009) - M. WILLEY, M. SHERWOOD, J. WOOLVERTON. EDIZIONE McGRAW-HILL.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI – MICROBIOLOGIA AMBIENTALE E INDUSTRIALE (VOLUME 2A) (2007). MICHAEL T. MADIGAN, JOHN M. MARTINKO. CASA EDITRICE AMBROSIANA.
BIOTECNOLOGIE MICROBICHE (2008). S. DONADIO, G. MARINO. CASA EDITRICE AMBROSIANA.
IL TRATTAMENTO DELLE ACQUE REFLUE IN ENOLOGIA (2003). P. BERTA, M. MINETTI, R. STECCHI. EDIZIONI TECNICHE NUOVE.
MICROBIOLOGIA VOLUME 1 (2004) - JEROME J. PERRY, JAMES T. STALEY, STEPHEN LORY. EDIZIONE ZANICHELLI .
MICROBIOLOGIA VOLUME 2 (2004) - JEROME J. PERRY, JAMES T. STALEY, STEPHEN LORY. EDIZIONE ZANICHELLI .
MICROBIOLOGIA INDUSTRIALE (2006) – MATILDE MANZONI. CASA EDITRICE AMBROSIANA.
MICROBIOLOGIA SISTEMATICA, AMBIENTALE, INDUSTRIALE (2009) - M. WILLEY, M. SHERWOOD, J. WOOLVERTON. EDIZIONE McGRAW-HILL.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI – MICROBIOLOGIA AMBIENTALE E INDUSTRIALE (VOLUME 2A) (2007). MICHAEL T. MADIGAN, JOHN M. MARTINKO. CASA EDITRICE AMBROSIANA.
BIOTECNOLOGIE MICROBICHE (2008). S. DONADIO, G. MARINO. CASA EDITRICE AMBROSIANA.
IL TRATTAMENTO DELLE ACQUE REFLUE IN ENOLOGIA (2003). P. BERTA, M. MINETTI, R. STECCHI. EDIZIONI TECNICHE NUOVE.
L'esame è composto da una prova orale. La prova orale consiste in un colloquio tra il candidato e il docente, o anche tra il candidato e altri collaboratori del docente titolare. La prova orale sarà suddivisa in piú parti, corrispondenti a varie sezioni del programma svolto. La prova orale è non superata se il candidato mostra di non essere in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia corretta e se il candidato mostrerà ripetutamente l'incapacità di mettere in relazione parti del programma e nozioni che deve usare in modo congiunto per rispondere in modo corretto ad una domanda.
The exam consists of an oral test. The oral exam consists of an interview between the candidate and the teacher, or even between the candidate and other collaborators of the professor. The oral exam will be divided into several parts, corresponding to various sections of the program. The oral examination is not passed if the candidate shows that he is not able to express himself clearly and use the correct terminology and if the candidate repeatedly shows the inability to relate parts of the program and notions that he must use jointly to answer a question correctly.
Gli studenti interessati a seguire il Corso devono contattare via email il docente (graziano.di.giuseppe@unipi.it) prima dell'inizio del primo semestre (21 settembre 2023), per mettersi d'accordo sull'orario delle lezioni ed i contenuti.
Commissione d'esame:
Prof. Graziano Di Giuseppe (Presidente)
Prof. Franco Verni (Presidente supplente)
Pof.ssa Claudia Vannini (Membro)
Dott.ssa Letizia Modeo (Membro)
Dott.ssa Valentina Serra (Membro supplente)
Dott. Leandro Gammuto (Membro supplente)