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Oggetto:
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Applicazioni biotecnoloche di microorganismi

Oggetto:

Biotechnological applications of microorganisms

Oggetto:

Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
MFN4193
Docente
Prof. Giovanna Cristina Varese (Titolare del corso)
Corso di studio
Laurea Magistrale in Scienze e Gestione Sostenibile dei Sistemi Naturali
Anno
2° anno
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
8
SSD attività didattica
BIO/02 - botanica sistematica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
Prerequisiti
conoscenze microbiologia generale: struttura e funzione della cellula procariotica ed eucariotica (funghi alghe), metabolismo microbico, genetica microbica

knowledge on general microbiology: structure and functions of the prokariotic and eukariotic (fungi, algae) cells, microbial metabolism, microbial genetics.

Oggetto:

Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

L'insegnamento si prefigge di fornire delle competenze teoriche e pratiche sui processi industriali legati all’impiego di microorganismi (batteri, funghi, alghe) nel settore ambientale (es. biorisanamento di suoli e acque), farmaceutico (es: produzione di metaboliti di interesse farmaceutico quali antibiotci) ed industriale (es: processi biocatalitici , produzione di bigas). In particolare si valuteranno le fasi di processo (selezione degli organismi, ottimizzazione del processo, purificazione di eventuali metaboliti, etc) con esempi riguardanti differenti  processi biotecnologici . Più specificatamente, alla fine del corso lo studente sarà in grado di comprendere i processi biotecnologici coinvolti nei processi di biorisanamento ambientale e di produzione industriale e avrà a disposizione strumenti conoscitivi che potranno essere utilizzati per la messa a punto di nuovi processi e/o prodotti.

 

The teaching aims to provide is to provide theoretical and practical knowledge on industrial processes related to the use of microorganisms (bacteria, fungi, algae) in the environmental  (e.g . soil and water bioremediation), pharmaceutical (e.g. production of metabolites of pharmaceutical interest such as antibiotics) and industrial (e.g. biocatalytic processes, biogas production) sectors. In particular, process steps (selection of organisms, process optimization, purification of any metabolites, etc.) will be evaluated with examples of different biotechnological processes. More specifically, at the end of the course, the student will be able to understand the biotechnology processes involved in environmental biogas processes and industrial production and will have available cognitive tools that can be used for the development of new processes and / or products.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Lo studente al termine del corso dovrà possedere le competenze teoriche e pratiche per esplorare e sfruttare le potenzialità dell’utilizzo di differenti gruppi di microrganismi, in particolare funghi lievitoidi e filamentosi e microalghe, per diverse applicazioni biotecnologiche in processi industriali e a livello ambientale. Finalità del corso sarà anche quelle di illustrare allo studente i rudimenti delle differenti metodologie utilizzate  per isolare e identificarei differenti gruppi di microorganismi attraverso esercitazioni pratiche.

Conoscenza e capacità di comprensione
- descrivere i processi biotecnologici alla base di processi di biorisanamento e di processi industriali
- conoscere i  principali microrganismi che possono essere utilizzati nei processi di biorisanamento e di processi industriali
- individuare le principali problematiche legate  aiprocessi di biorisanamento e di processi industriali;
- discutere delle metodiche di analisi microbiologiche tradizionali e molecolari per studiare processi di biorisanamento e processi industriali.

Autonomia di giudizio
- interpretare i dati di un'analisi microbiologica di ambienti naturali e contaminati;
- analizzare le possibili analisi ecotossicologiche;
- effettuare una ricerca bibliografica sulle tematiche riguardanti questo insegnamento.

Abilità comunicative
- esprimersi con una terminologia tecnica corretta nell'ambito della microbiologia e dell'ecotossicologia con particolare riferimento a processi di biorisanamento e di biocatalisi industriale

 

Students completing the course will have the ability to explore and exploit the potential of the use of microorganisms, especially filamentous fungi and yeasts, for various biotechnological applications in industrial and environmental processes. The purpose of the teaching will also be to illustrate to the student the rudiments of the different methodologies used to isolate and identify different groups of microorganisms through practical exercises.

Knowledge and understanding skills
- Describe the biotechnology processes underlying bioregion processes and industrial processes
- know the main microorganisms that can be used in biomass processes and industrial processes
- identify the main problems related to bioregion processes and industrial processes;
- Discussing traditional and molecular microbiological analysis methods to study bioregion processes and industrial processes.

Judgment autonomy
- to interpret the data of a microbiological analysis of natural and contaminated environments;
- analyze possible ecotoxicological analyzes;
- make a bibliographic search on the topics related to this teaching.

Communicative Skills
- expressing a correct technical terminology in the field of microbiology and ecotoxicology, with particular reference to bioregion processes and industrial biocatalysis


Oggetto:

Programma

  • Presentazione dell'insegnamento. Panoramica sulle principali applicazioni dei microorganismi nelle biotecnologie ambientali e industriali. Cenni sui più moderni sistemi di classificazione degli organismi con particolare riferimento  ai microorganismi utilizzati in biotecnologie: Archea, Batteri, funghi, Alghe.
  • Presentazione di Archea e Batteri dal punto di vista morfologico, fisiologico e loro inquadramento sistematico.
  • Le principali caratteristiche dei talli fungini miceliari e leivitoidi. Funghi dimorfici. Riproduzione sessuale, asessuale e vegetativa nei funghi. Cicli vitali. I determinanti di successo dei funghi dal punto di vista morfologico, genetico e fisiologico. Condizioni ambientali per la crescita dei funghi e tolleranza agli estremi di temperatura, pH, aereazione, aw. Presenza di diverse strategie nutrizionali e flessibilità nel passaggio dall'una all'altra, meccanismi di dispersione aerea dei propaguli, metabolismo fungino e produzione di enzimi depolimerizzanti.
  • Classificazione del regno funghi, caratteristiche dei differenti phyla e richiami agli pseudofunghi presenti nel regno dei cromisti e dei protozoi.
  • Meccanismi di competizione tra i funghi, “exploitation competition” e “interference competition”. Produzione di molecole tossiche. Micoparassitismo biotrofo e necrotrofo con le differenti modalità di interazione ospite-parassita. Interferenza ifale. Concetto di lotta biologica e di lotta integrata; vantaggi e problematiche da affrontare. Esempi di funghi micoparassiti come agenti di controllo biologico di differenti tipologie di malattie in campo agronomico e forestale. Lotta biologica post-raccolta. Principali funghi coinvolti, meccanismi d'azione. Interazioni con i più diffusi trattamenti chimico-fisici.
  • Funghi come micoerbicidi. Caratteristiche ideali del bioerbicida. Esempi di micoerbicidi in commercio. Fattori biologici, ambientali e tecnici che possono influenzare la resa dei micoerbicidi in vivo. Importanza delle formulazioni. Effetto degli organismi del filloplano sull’efficacia dei micoerbicidi. Funghi entomopatogeni. Distribuzione nelle differenti classi fungine e illustrazione dei cicli dei principali funghi entomopatogeni parassiti obbligati e facoltativi. Esempi dei principali funghi entomopatogeni commercializzati e loro meccanismi d’azione. Funghi nematofagi. Distribuzione nelle differenti classi fungine e illustrazione dei cicli dei principali funghi nematogeni parassiti obbligati e facoltativi. Esempi dei principali funghi nematogeni commercializzati e loro meccanismi d’azione. Fattori biologici, ambientali e tecnici che possono influenzare la resa dei nematogeni in vivo.
  • I funghi nel biorisanamento ambientale. Funghi WRF, BRF, SRF. Principali enzimi coinvolti nella degradazione degli inquinanti aromatici. Meccanismi d'azione e limitazioni all'utilizzo. Esempi pratici di funghi utilizzati nel biorisanamento di IPA, PCB, esplosivi e coloranti. Tecniche di bonifica, parametri chimico fisici e tossicologici da monitorare. Discussione sulle diversità d'azione rispetto ai batteri e alla phytoremediation
  • Esercitazione pratica: Criteri di distinzione tra batteri, lieviti e funghi filamentosi. Micelio cenocitico, settato e fibulato. Identificazione di alcuni importanti generi di Zigomiceti utilizzati in biotecnologie su basi morfofisiologiche.
  • Il bioadsorbimento tramite biomasse fungine come tecnica emergente per il biorisanamento di reflui industriali contaminati con inquinanti organici, sali e metalli pesanti. Selezione e produzione di biomasse fungine, ottimizzazione delle rese di adsorbimento attraverso la variazione dei parametri di fermentazione, e di pretrattamenti fisici e chimici.
  • Identificazione di alcuni importanti generi di Ascomiceti utilizzati in biotecnologie su basi morfofisiologiche.
  • Classificazione e descrizione delle principali caratteristiche delle alghe. I biocarburanti e le problematiche relative alle produzione algali rispetto alle energy crops. Applicazioni industriali di alghe in campo alimentare e faarmaceutico. Coltivazioni in open-pond e in fotobioreattori.
  • Identificazione di alcuni importanti generi di funghi mitosporici utilizzati in biotecnologie su basi morfofisiologiche.
  • Criteri per la selezione di ceppi algali per la produzione di biocarburanti e valutazione delle differenti fasi di lavorazione. Accoppiamento della produzione di biocarburanti ad altri trattamenti per rendere sostenibili i progetti (depurazione acque, assorbimento fumi di scarico, produzione molecole di interesse.
  • Identificazione macro e microscopica di differenti microalghe: Cyanophyta, Chlorophyta, Feophyta, Rodophyta. Osservazione di accumulo di lipidi e altri metaboliti quali ad esempio pigmenti per la produzione di biodiesel, carotene, astaxantina e ficobiline.
  • Il concetto di bioraffineria. Produzione di bioetanolo e altrie molecole attraverso l'utilizzo di scarti agroalimentari. Differenti tipologie di processo. Tipologie di enzimi utilizzati. Problematiche attuali anche legate alla gestione del territorio.
  • La produzione di biogas. Microoganismi coinvolti e tecnologie disponibili. Problematiche da affrontere.
  • Il bioidrogeno.

 

• Presentation of the course. Overview of the main applications of microorganisms in environmental and industrial biotechnology. Outline of the most modern systems of classification of organisms with particular reference to the microorganisms used in biotechnology, archaea, bacteria, fungi, algae.
• Presentation of archaea and bacteria from the morphological point of view, physiological and their systematics.
• The main features of metals and fungal mycelial leivitoidi. dimorphic fungi. sexual reproduction, asexual or vegetative fungi. life cycles. The determinants of success of mushrooms from a morphological point of view, genetic and physiological. environmental conditions for the growth of fungi and tolerance to extremes of temperature, pH, aeration, aw. Presence of different nutritional strategies and flexibility in the passage from one, Air dispersive mechanisms of propagules, fungal metabolism and production of enzymes depolymerising.
• classification of the fungi kingdom, characteristics of different phyla and references to pseudofunghi in the kingdom of cromisti and protozoa.
• Mechanisms of competition between the mushrooms, "exploitation competition" and "interference competition". Production of toxic molecules. Micoparassitismo biotrofo and necrotrofo with the different methods of host-parasite interaction. hyphal interference. concept of biological control and integrated pest management; advantages and problems to deal with. Examples of micoparassiti fungi as biological control agents of different types of diseases in the field of agronomy and forestry. Postharvest biological control. Main fungi involved, mechanisms of action. Interactions with the most common chemical and physical treatments.
• Fungi as mycoherbicides. ideals of Bioherbicides characteristics. Examples of commercially mycoherbicides. biological, environmental and technicians that can affect the yield of mycoherbicides in vivo. Importance of the formulations. Effect of bodies on the effectiveness of the filloplano mycoherbicides. entomopathogenic fungi. Distribution in different fungal classes and illustration of cycles of the main fungus entomopathogenic obligate parasites and optional. Examples of major marketed entomopathogenic fungi and their mechanisms of action. nematophagous mushrooms. Distribution in different fungal classes and illustration of cycles of the main fungi nematogeni obligate parasites and optional. Examples of major marketed nematogeni fungi and their mechanisms of action. biological, environmental and technicians that can affect the yield of nematogeni in vivo.
• The fungi in bioremediation. WRF mushrooms, BRF, SRF. Main enzymes involved in the degradation of aromatic pollutants. Mechanisms of action and usage restrictions. Practical examples of fungi used in the bioremediation of PAHs, PCBs, explosives and dyes. Technical reclamation, physical and toxicological chemistry parameters to be monitored. Discussion action diversity than bacteria and phytoremediation
• Practice: Criteria for distinguishing between bacteria, yeasts and filamentous fungi. Mycelium cenocitico, set and fibulato. Identification of some important kinds of Zygomycetes used in biotechnology on morfofisiologiche bases.
• The bioadsorbimento by fungal biomass as an emerging technique for the bioremediation of contaminated industrial wastewater with organic pollutants, salts and heavy metals. Selection and production of fungal biomass, optimization of yields of adsorption through the variation of the fermentation parameters, and physical and chemical pretreatments.
• Identification of some important kinds of Ascomycetes used in biotechnology on morfofisiologiche bases.
• Classification and description of the main characteristics of algae. Biofuels and issues relating to algal production compared to energy crops. Seaweed industrial applications in the food and faarmaceutico. Crops in open-pond and photobioreactors.
• Identification of some important kinds of mitosporic mushrooms used in biotechnology on morfofisiologiche bases.
• criteria for the selection of algal strains for the production of biofuels and evaluation of the different stages of processing. the production of biofuels coupled with other treatments to make sustainable projects (water purification, absorption of flue gas, producing molecules of interest.
• macro and microscopic identification of different micro-algae: Cyanophyta, Chlorophyta, Feophyta, Rodophyta. Observation of accumulation of lipids and other metabolites such as pigments for the production of biodiesel, carotene, astaxanthin and phycobilins.
• The concept of biorefinery. Production of bioethanol and altrie molecules through the use of food waste. Different types of processes. Types of enzymes used. current issues also linked to land management.
• The production of biogas. Microorganisms involved and available technologies. Issues to affrontere.
• The biohydrogen.

 

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Modalità di insegnamento

L'insegnamento consiste di 48 ore di lezione frontale e 32 ore dedicate a attività di laboratorio e attività seminariali. Per le lezioni frontali e le esercitazioni il docente si avvale di presentazioni che sono a disposizione degli studenti. Durante l’insegnamento sono proposti agli studenti quesiti volti a verificare la comprensione degli argomenti trattati. Le attività in laboratorio prevedono l’acquisizione delle tecniche di microbiologia tradizionale e molecolare per lo l'isolamento e l'identificazione di batteri funghi e microalghe, nochè alcuni allestimenti di test di ecotossicità. La frequenza è facoltativa ma consigliata.

 

For lectures and  aboratory work the teacher makes use of presentations and slides that are available to students. Laboratory activities include the acquisition of traditional and molecular microbiology techniques for the isolation and identification of bacteria, fungi, and microalgae, as well as some ecotoxicity test setups. The attendance is optional but recommended.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Durante le lezioni verranno condotte discussioni critiche sugli argomenti trattati e spiegati; le esercitazioni in laboratorio consentiranno di verificare ulteriormente l'apprendimento. L'esame finale è un colloquio orale all'inizio del quale ad ogni studente viene sottoposto ad un test relativo al riconoscimento macro e microscopico di almeno un microorganismo osservato durante le esercitazioni. Lo studente potrà sostenere l'orale qualunque sia l'esito del test iniziale. Il colloquio orale, oltre alla discussione del test iniziale, prevede la verifica della capacità di ragionamento e di collegamento tra le conoscenze acquisite. La valutazione finale terrà conto anche dell'esito del test iniziale prevedendo una penalizzazione di  al massimo 3 punti per ciascuna identificazione errata.

 
 
During the lessons critical discussions will be conducted on the main topics. The lab classes will offer the opportunity of  verifying the knowledge acquired. The final exam is an oral exam at the beginning of which each student is subjected to a test of the macro and microscopic detection of at least one microorganism observed during exercises. Students can take the oral whatever the outcome of the initial test. The interview, in addition to the initial test discussion, involves the verification of reasoning ability and linkage between the knowledge acquired. The final assessment will take into account the outcome of the initial testing by providing a penalty of a maximum of 3 points for each misidentification.

Testi consigliati e bibliografia

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Biotecnologie Microbiche (Donadio & Marino, eds), 2008. Casa Editrice Ambrosiana

Slide presentate durante le lezioni

Articoli scientifici indicati dal docente

 

Biotecnologie Microbiche (Donadio & Marino, eds), 2008. Casa Editrice Ambrosiana

Slides of the lessons

Scientific papers suggested by the teacher



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Orario lezioniV

Registrazione
  • Aperta
    Apertura registrazione
    01/03/2020 alle ore 00:00
    Chiusura registrazione
    31/12/2022 alle ore 23:55
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 15/06/2022 10:39
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