Corso di laurea in Scienze Biologiche (L-13)

Conoscenze inerenti alla struttura e funzione della cellula procariota, alle modalità di interazione tra batteri e cellula ospite, alla patogenesi batterica e alla struttura e funzione degli antibiotici. Tali conoscenze sono fornite attraverso l'insegnamento Microbiologia Generale (secondo anno-SVB0024-)
Conoscenze inerenti alla struttura base delle proteine e degli enzimi. Tali conoscenze sono fornite attraverso l'insegnamento Biochimica (secondo anno-MFN1365-)

Attività professionalizzante di laboratorio, propedeutica per l'approfondimento nel settore biochimico e biomolecolare per le lauree magistrali. Propedeutico all'insegnamento di Virologia (primo anno Laurea magistrale Biologia Cellulare e Molecolare -MFN1189-)

Questo insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi formativi degli ambiti Morfologico-Funzionale, Biochimico-Molecolare ed Ecologico-Ambientale del Corso di Laurea in Scienze Biologiche, fornendo agli studenti un quadro teorico e pratico di alcune delle principali metodologie biochimiche e microbiologiche attualmente impiegate in diversi campi tra cui quello industriale, biomedico e ambientale attraverso lezioni teorico-pratiche ed esperienze di laboratorio.

 

Modulo Metodologie Biochimiche

Nel dettaglio verranno fornite le basi per la conoscenza teorico-pratica delle più importanti metodologie di:

• Estrazione;
• Purificazione;
• Caratterizzazione strutturale e catalitica delle proteine e approfondimento delle più recenti tecniche applicative. 

 

 Modulo Microbiologia applicata

Al termine del corso gli studenti dovranno avere acquisito una buona conoscenza di diversi aspetti della Microbiologia applicata, tra cui:

• Principali microorganismi patogeni per l'uomo e patologie ad essi correlate;
• Metodiche attualmente impiegate nella diagnostica batteriologica e competenze tecniche nell'analisi critica dei risultati;
• Resistenza agli antibiotici, meccanismi e strategie di prevenzione;
• Impiego dei microrganismi nei processi industriali e produttivi;
• Utilizzo dei microrganismi nei processi di biorisanamento ambientale;
• Nuove strategie di produzione di vaccini;
• Applicazione del Next Generation Sequencing in ambito microbiologico

 Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà dimostrare di possedere le seguenti conoscenze e competenze, coerenti con la definizione del profilo del laureato in Scienze Biologiche:

 

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE                                                         

L'allievo dovrà essere in grado di orientarsi correttamente sulla scelta delle procedure biochimiche per l'analisi e la purificazione di macromolecole da utilizzare in laboratorio (ed essere consapevole dei limiti delle stesse). Le tecniche illustrate nel modulo biochimico sono quelle di base applicabili in molti laboratori non strettamente dedicati alla biochimica delle proteine.

Lo studente dovrà aver compreso le applicazioni delle metodiche evidenziate nei diversi ambiti della microbiologia, in campo medico, industriale e ambientale. Le attività di laboratorio consentiranno di approfondire sia le tematiche affrontate a lezione che le "buone pratiche di laboratorio" e sicurezza.

 

 CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE                  

Al termine delle lezioni e delle attività di laboratorio, lo studente dovrà dimostrare le seguenti capacità:

Modulo Metodologie Biochimiche

• Saper scegliere i protocolli per estrarre molecole biologiche da tessuti e cellule;
• Saper selezionare le metodologie e applicare cromatografia, elettroforesi, spettroscopia allo studio delle molecole biologiche;
• Purificare proteine ed enzimi mantenendo l'integrità strutturale e funzionale;
• Analizzare e dosare macromolecole biologiche, in particolare proteine, e piccole molecole di interesse biologico, in particolare coenzimi, substrati e prodotti di reazioni enzimatiche;
• Allestire semplici saggi di misura dell'attività enzimatica e valutare il corretto inserimento nella apoproteina di cofattori vitaminici e metallici.

 

Modulo Microbiologia Applicata

• Conoscere le principali tecniche utili alla diagnosi di infezioni microbiche;
• Selezionare criticamente l'utilizzo delle tecniche conosciute sulla base del quesito tecnico-diagnostico;
• Saper identificare e descrivere una popolazione microbica pura e mista (piastratura su terreni, analisi della morfologia delle colonie, identificazione biochimica, suscettibilità ad agenti antibiotici);
• Saper comprendere analisi di metabarcoding e metagenomic microbico.
  
  
  

Competenze trasversali di laboratorio

• Svolgere rapidamente calcoli di diluizione, molarità, conta cellulare, equazioni dimensionali applicate in laboratorio;
• Gestire indipendentemente lo spazio, il tempo e l'ordine della propria postazione di lavoro e del materiale comune;
• Gestire consapevolmente la sicurezza in laboratorio, anche attraverso la pratica di attività a rischio (utilizzo di bunsen, cappa chimica, acidi, manipolazione di batteri, uso di sostanze classificate es. acrilammide);
• Affrontare l'utilizzo di apparecchiature scientifiche complesse (spettrofotometro, HPLC, elettroforesi).

 

AUTONOMIA DI GIUDIZIO                                                                                              

Lo studente dovrà dimostrare autonomia di giudizio e valutazione dei risultati sperimentali ottenuti in laboratorio grazie al confronto con il proprio team di lavoro e alle competenze tecnico-scientifiche acquisite.     

ABILITÀ COMUNICATIVE                                                                                                   

Acquisizione di competenze inerenti alla comunicazione dei risultati sperimentali mediante l'utilizzo di un linguaggio tecnico-scientifico adeguato. Capacità di lavorare in team, analizzando le criticità operative riscontrate e adottando misure di correzione condivise e appropriate.

 

L'insegnamento nella sua totalità prevede lezioni frontali in aula e attività di laboratorio volte all'approfondimento pratico delle nozioni impartite. Le lezioni saranno tenute in presenza (se possibile), diffuse in streaming e registrate. Le registrazioni saranno messe a disposizione sul sito Moodle del corso.

Modulo Metodologie Biochimiche: si articola in 18 ore di lezione, 20 ore di laboratorio (5 incontri di 4 ore) su un progetto complessivo di purificazione  e caratterizzazione di una proteina ricombinante (su cui è richiesto lo svolgimento di una relazione oggetto di valutazione) e 8 ore (2 incontri da 4 ore) di laboratorio open day con esperienze guidate ma organizzate e gestite dagli studenti.

Modulo Microbiologia Applicata: si articola in 32 ore di didattica frontale e in 19 ore di attività di laboratorio nelle quali verranno approfondite le tecniche trattate a lezione.

La frequenza alle lezioni ed esercitazioni in aula è facoltativa, la frequenza ai laboratori è raccomandata al 100% (eventuali sovrapposizioni con concomitanti insegnamenti, laboratori, esoneri verranno tenute in considerazione nella pianificazione del calendario delle attività) e non potrà comunque essere inferiore al 75% come da regolamento del corso di studi. In caso di comprovata impossibilità a frequentare le esercitazioni di laboratorio (studenti lavoratori o domiciliati in altra regione), potranno essere adottate modalità alternative per la frequenza alle esercitazioni di laboratorio.

 

Esame scritto di Metodologie Biochimiche: l'esame sarà costituito da tre domande semi-strutturate (4 punti ciascuna, su aspetti tecnici e teorici di cromatografia, spettroscopia e elettroforesi inclusi problemi sperimentali) e da 4 domande a scelta multipla (1 punto ciascuna, su nozioni base delle tecniche) per un totale complessivo di 16 punti. Sarà presente una domanda bonus valutata fino a 3 punti extra. Il tempo della prova è 45 minuti. L'esame scritto sarà considerato superato solo coin un punteggio superiore a 8/16, altrimenti andrà ripetuto. Ulteriori 16 punti saranno così suddivisi: 12 punti per la relazione di laboratorio e 4 punti per le relazioni intermedie di elaborazione dati richieste dopo ogni sessione di calcolo.

Esame scritto di Microbiologia Applicata: l'esame sarà costituito da 4 domande aperte (4 punti ciascuna) e 6 domande a scelta multipla (1 punto ciascuna) che verteranno sulle nozioni acquisite durante le lezioni frontali e sulle tecniche apprese durante le attività di laboratorio. Le domande aperte saranno valutate con un punteggio maggiore in quanto consentiranno di prendere in considerazione la chiarezza espositiva e concettuale, l'utilizzo di una terminologia scientifica appropriata e l'approccio analitico/critico dello studente nei confronti di problematiche di laboratorio.  Il tempo della prova è 60 minuti. L'esame scritto sarà considerato superato solo con un punteggio superiore a 12/22, altrimenti dovrà essere sostenuto nuovamente. Ulteriori 10 punti saranno attribuiti per l'elaborato di laboratorio, che sarà preparato in gruppi e dovrà essere consegnato non più tardi di una settimana prima dell'esame.

Voto complessivo: è costituito dalla media ponderata dei punteggi in trentesimi riportati per i singoli moduli. Lo studente che ha superato l'esame potrà richiedere il miglioramento del suo voto con una domanda orale.

Esame orale nelle sessioni autunnali/primaverili: lo studente verrà valutato mediante 3 domande per modulo sulle attività di laboratorio svolte (con esercizi pratici da svolgere) e sulle nozioni impartite durante le lezioni frontali. Il voto sarà espresso in trentesimi e sarà rappresentato dalle medie ponderate delle votazioni inerenti ai due moduli.

Aggiornamento COVID-19: a fronte dell'emergenza sanitaria e fino a nuove disposizioni, le prove verranno effettuate utilizzando le piattaforme Moodle e WebEx. Ulteriori dettagli verranno forniti agli studenti prima di ogni esame.

 

Materiale didattico pubblicato su Campusnet e moodle: lezioni asincrone (registrate); incontri periodici durante ore di lezione tramite meeting WebEx e successiva disponibilita' su Campusnet e Moodle della videoriunione

• Valutazione formativa: mentimeter
• Comunicazione con gli studenti: email per domande di carattere personale

Modulo Metodologie Biochimiche

• Introduzione:  composti biologici da analizzare e caratterizzare. Condizioni da rispettare in vitro (pH, forza ionica, condizioni redox, viscosità, ecc.);
• Soluzioni tampone: calcoli e preparazione con esempi in aula e con esercitazione pratica di 4 ore;
• Tecniche di estrazione di macromolecole: tessuti animali e vegetali (tecniche di omogeneizzazione), organismi monocellulari (colture microbiche). Metodi di recupero di proteine esocellulari, endocellulari e di membrana. Tecniche di lisi di pareti e  membrane;
• Solubilità delle proteine e tecniche di precipitazione. Centrifugazione e ultracentrifugazione: applicazioni per tecniche preparative e cenni alle applicazioni analitiche. Filtrazione, dialisi, concentrazione del campione. Congelamento e liofilizzazione;
• Tecniche cromatografiche: cromatografia su strato sottile. Matrici cromatografiche per LC, FPLC, HPLC, vantaggi e svantaggi d'uso e applicazioni. Cromatografie su colonna: scambio ionico, interazioni idrofobiche, gel filtrazione, affinità (con esercitazione pratica di 4 ore), cromatofocusing. HPLC (con esercitazione pratica di 4 ore), FPLC, gas-cromatografie. Esempi di applicazione tramite la presentazione di dati sperimentali;
• Utilizzo di tecniche spettrofotometriche, richiamo alla legge di Lambert- Beer.
• Saggi colorimetrici di uso comune. Metodi di dosaggio proteico e di valutazione dell'attività enzimatica (con esercitazione pratica di 4 ore);
• Tecniche elettroforetiche, SDS-PAGE (con esercitazione pratica di 4 ore), isoelettrofocalizzazione, elettroforesi bidimensionale, tecniche di densitometria, elettroeluizione, blotting ed elettroblotting. Colorazioni specifiche e aspecifiche per elettroforesi di proteine e glicoproteine. Cenni al Western blotting;
• Utilizzo di tecniche spettroscopiche in biochimica per studi teorici e applicazioni (dicroismo circolare, fluorescenza, NMR, EPR, spettroscopia di assorbimento atomico, IR, Raman) con basi elementari della tecnica e enfasi sulle informazioni ottenibili da ciascuna tecnica tramite numerosi esempi.

 

Modulo Microbiologia Applicata

• I terreni di coltura e le tecniche di isolamento microbico;
• Principi di microscopia ed applicazioni per l'osservazione e lo studio di microorganismi;
• Breve introduzione sulla classificazione tassonomica
• Principali tecniche biochimiche e molecolari per l'identificazione microbica;
• Principali batteri patogeni per l'uomo (infezioni delle vie aeree, infezioni trasmesse per contatto diretto, infezioni da cibo e da acqua);
• La diagnosi delle infezione batteriche: principali metodiche utilizzate;
• I meccanismi per l'acquisizione della resistenza agli antibiotici e le strategie per combatterla;
• Nuove strategie vaccinali e potenziali applicazioni;
• Principali applicazioni dei microrganismi nei processi industriali: in campo alimentare (produzione di birra, distillati, aceto, vino, yogurt, formaggio), in campo sanitario (produzione di antibiotici), in campo industriale e di ricerca (produzione dei enzimi, produzione di bioetanolo);
• I microorganismi e i manufatti di interesse culturale: principali degradazioni dovute a microorganismi e tecniche per mirate al recupero di manufatti mediante l'utilizzo di microorganismi;
• Principali applicazioni dei microrganismi in ambito ambientale: monitoraggio degli inquinanti in ambienti idrici o terrestri, biorisanamento di ambienti inquinati, trattamento acque reflue, monitoraggio microbiologico delle acque sorgive e potabili;
• Applicazioni Next Generation Sequencing per lo studio delle comunità microbiche: metagenomica e metabarcoding (fungino e batterico)

Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile sul sito del corso.
testi consigliati:

R. Reed, D. Holmes, J. Weyers, A. Jones. Metoidologie di base per le scienze biomolecolari. Zanichelli (2002)

IC Wilson, J. Walker. Metodologia biochimica: le tecniche biochimiche in laboratorio. Ed. Raffaello Cortina (1995).
R.L. Dryer, G.F. Lata. Metodologia biochimica Ed. Delfino (1993).

Madigan MT, Martinko JM, Parker J. “Brock. Biologia dei microrganismi. - Microbiologia generale, ambientale e industriale." Ed. Pearson