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Oggetto:
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Applicazioni biotecnoloche di microorganismi

Oggetto:

Biotechnological applications of microorganisms

Oggetto:

Anno accademico 2016/2017

Codice dell'attività didattica
MFN4193
Docente
Prof. Giovanna Cristina Varese (Titolare del corso)
Corso di studi
Laurea Magistrale in Scienze e Gestione Sostenibile dei Sistemi Naturali
Anno
2° anno
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
8
SSD dell'attività didattica
BIO/02 - botanica sistematica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
Conoscenze di base sulla morfologia e sulla fisiologia delle cellule procariotiche ed eucariotiche

Basic knowledge of the morphology and physiology of prokaryotic and eukaryotic cells

Oggetto:

Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

L'insegnamento si prefigge di fornire delle competenze teoriche e pratiche sulle principali applicazioni biotecnologiche  legate all’impiego di microorganismi (batteri, funghi, alghe) nel settore ambientale (es: lotta biologica e biorisanamento) e industriale (es: biocatalisi con sistemi whole-cell ed enzimatici).

 

The course aims to provide the theoretical and practical skills on major biotechnological applications related to the use of microorganisms (bacteria, fungi, algae) in the environmental  (eg biological control and bioremediation) and industrial (eg biocatalysis with whole- systems cell and enzyme) sector.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Lo studente al termine dell'insegnamento dovrà possedere le competenze teoriche e pratiche per esplorare e sfruttare le potenzialità dell’utilizzo di microrganismi (batteri, funghi e microalghe) per diverse applicazioni biotecnologiche in processi industriali e a livello ambientale. Inoltre, attraverso le esercitazioni pratiche, lo studente possiederà i rudimenti per l'identificazione dei principali gruppi di microorganismi e per la messa a punto di test di ecotossicità.

 

The student at the end of the course must have the theoretical and practical skills to explore and exploit the potential use of micro-organisms (bacteria, fungi and microalgae) for various biotechnological applications in industrial processes and the environment. In addition, through practical exercises, the student has the basics for identification of the main groups of microorganisms and for the set up of ecotoxicity tests.

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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 e slide che sono a disposizione degli studenti.

 

The course consists of 48 hours of lectures and 32 hours devoted to laboratory activities and seminars. For lectures and exercises the teacher makes use of presentations and slides that are available to students. 

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Modalità di verifica dell'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.

 
 
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.
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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.

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

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



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Ultimo aggiornamento: 21/06/2016 15:27
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