Programma

• Richiami alla diversità metaboliche fra microrganismi (fotosintesi, litotrofia, respirazione anaerobia, fermentazione) e cicli biogeochimici (del carbonio, dell'azoto, dello zolfo e del ferro).
• Biodiversità microbica – i microrganismi non coltivabili – la metagenomica: concetti, approcci sperimentali – metagenomica ed analisi funzionale. Approcci genomici allo studio delle comunità microbiche. Identificazione tassonomica di isolati microbici: profili metabolici , metodi molecolari, caratterizzazione strutturale. Conservazione di isolati microbici di interesse biotecnologico: le collezioni microbiche, la crioconservazione, la liofilizzazione.
• Lo sviluppo microbico e la cinetica della crescita microbica. Cinetica della formazione del prodotto. Cinetica del consumo del substrato. Il bilancio di massa. Velocità volumetrica e specifica di reazione. Crescita microbica. Resa di crescita. Modello di Monod. Principali metodi di determinazione della biomassa. Modalita’ operative di conduzione di un bioprocesso. Fermentazione batch, continua, fed-batch: vantaggi e limitazioni.
• Produzione microbica di agenti terapeutici. I vaccini. Tipi di vaccini. Vaccini ricombinanti. Vaccini a DNA. Sintesi di prodotti commerciali mediante microorganismi ricombinanti (es., insulina e interferone)
• I consorzi microbici, modelli di interazione e comunicazione. Sintrofia e quorum sensing. Biofilm microbici e importanza nella patogenesi (infezioni cliniche) e nell’industria. Modalità di coltivazione di sistemi biofilm. Controllo e monitoraggio di biofilm microbici. Il microbiota intestinale: lattobacilli, Bifidobatteri e Probiotici.. Microbial Fuel Cell.
• Biorisanamento di ambienti contaminati: inquinanti del suolo e delle acque, fonti di inquinamento, destino degli inquinanti nel suolo catabolismo aerobio o anaerobio di inquinantiorganici. Attenuazione naturale, bioaugmentation, biostimulation, biopile e test di tossicità. Acclimatazione. Trasferimento genico e cenni al miglioramento delle capacità degradative dei microrganismi, al rilascio ed alla manipolazione di ceppi geneticamente modificati.
• Trattamento aerobico dei reflui: finalità del trattamento e i processi impiegati (sistemi a fanghi attivi, a filtri percolatori, a dischi ruotanti, ecc.). Ecologia microbica dei fanghi attivi. Disfunzioni degli impianti, rimozione dei nitrati e fosfati, e trattamenti dei fanghi di supero.
• Digestione anaerobica. La fase idrolitica, gli acidogeni, gli acetogeni e i metanogeni. Sintrofia dei gruppi microbici. Dinamica delle popolazioni microbiche durante il processo di biodigestione. I metanosarcina.
• Produzione di biocombustibili: biogas, bioidrogeno e bioetanolo. Pretrattamento dei substrati lignocellulosici. Saccarificazione. Fermentazione di esosi e pentosi. Presenza di inibitori.
• Saranno condotte attività di laboratorio (1CFU): processi fermentativi, identificazione e quantificazione molecolare microrgansmi, calcolo degli indici di diversità di comunità microbiche studiate

Testi consigliati

1. Donadio S. e Marino G: Biotecnologie Microbiche Casa Editrice Ambrosiana 2008
2. P. BARBIERI, G. BESTETTI, E. GALLI, D. ZANNONI, Microbiologia ambientale ed elementi di ecologia microbica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2008.
3. B. BIAVATI, C. SORLINI, Microbiologia agroambientale, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2008.
4. M.T. MADIGAN, J.M. MARTINKO, Biologia dei microrganismi, Vol. 2A: Microbiologia ambientale e industriale, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2007.
5. G. BAGGI, N. PACINI, C. SORLINI, Microbiologia Generale ed Agraria, Città Studi Edizioni, Milano 1994.
6. Appunti e materiale forniti dal docente

Propedeuticità

nessuna

Frequenza

Facoltativa

Metodologia didattica

Ore lezione: 48

Descrizione dei metodi di accertamento

A circa meta’ del semestre verra' eseguita una prova in itinere consistente in questionario con risposte aperte. Chi ha sostenuto la prova in itinere e ne accetta l’esito positivo svolge la prova orale finale su argomenti diversi da quelli oggetto della prova in itinere. In questo caso, l’ orale consiste in 2-3 domande di cui, in genere, 1-2 sul modulo di Biotecnologie microbiche e 1 sul quello di Bioraffinerie. Nel caso non venga svolta la prova in itinere o non se ne accetti l’esito, l’ orale consiste in 3-5 domande di cui, in genere, 1 sulle esercitazioni di laboratorio, 1-3 sul modulo di Biotecnologie microbiche e 1-2 sul quello di Bioraffinerie. In situazioni particolari o peculiarità di uno o più candidati, l'esame potrà essere svolto in forma scritta con cinque domande a risposta aperta, valutate come per l'orale. Ai candidati sarà concessa un'ora e mezzo di tempo per rispondere. Nell’attribuzione del voto finale si terrà conto: del livello di conoscenza dei contenuti (insufficiente, superficiale, appropriato, preciso e completo, completo e approfondito), della capacità di applicare i concetti teorici (discreta, buona, ben consolidata), della capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti interdisciplinari (sufficiente, buona, ottima), delle capacità critiche e di formulare di giudizi (sufficiente, buona, ottima), della padronanza di espressione (esposizione carente, semplice, chiara e corretta, sicura e corretta).

Luogo lezioni

Ex Facoltà di Agraria
via San Camillo de Lellis snc
Viterbo

Comunicazioni

venerdi 12.00-13.00 previo accordo e-mail con il docente

Programma

a) OBIETTIVI FORMATIVI
Nell’ambito del curriculum Molecole Bioattive, con il presente insegnamento si intende far acquisire agli studenti la familiarità del metodo scientifico e della sua applicazione, manualità in ambito microbiologico e le conoscenze sul concetto di bioraffineria e sull’impatto che avrà nello sviluppo delle biotecnologie industriali. Oltre all’individuazione dei criteri su cui si basa lo sviluppo delle bioraffinerie verranno analizzati vari esempi di produzione di fine-chemicals, biomolecole ed enzimi attraverso il recupero e purificazione da matrici naturali o per via fermentativa.

b) RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
1) Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding) verrà acquisita dallo studente relativamente a: i) biotecnologie eco-compatibili per la tutela dell’ambiente, anche nell’ottica di recupero di biomolecole di potenziale interesse salutistico, come nel caso delle bioraffinerie; ii) di metodi ecocompatibili per la tutela dell’ambiente e per la valorizzazione delle risorse naturali attualmente smaltite con scarti, rifiuti o reflui; iii) approcci biotecnologici finalizzati alla produzione di molecole di potenziale interesse industriale; iv) capacita di utilizzare la lingua inglese in contesti tecnico-scientifici.
2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) riguarderà la capacita a progettare ed utilizzare microrganismi per scopi biotecnologici nel trattamento di reflui residui e scarti con l’obiettivo di ottenere prodotti ad alto valore aggiunto e definire progettualità di ricerca nel campo delle biotecnologie industriali e farmaceutiche.
3) Autonomia di giudizio (making judgements); l’insegnamento fornirà allo studente la capacità di lavorare in autonomia in particolar modo attraverso la consultazione critica di varie tipologia di materiali didattici (quali pubblicazioni scientifiche anche in inglese, position papers, ecc.) e lo svolgimento di attività di laboratorio e visite didattiche.
4) Per le abilità comunicative (communication skills), lo studente che frequenta l’insegnamento sarà in grado di presentare, anche con l'ausilio delle opportune tecniche audiovisive ed in modo critico, le biotecnologie connesse con le biotecnologie microbiche e le bioraffinerie. Tale abilità saranno conseguite anche grazie all’ampio uso che viene fatto delle presentazioni power point in aula e al dialogo e scambio di opinioni tra gli studenti ed il docente sia in occasione delle lezioni frontali che durante le attività di laboratorio e le escursioni didattiche.
5) La capacità di apprendere (learning skills) verrebbe acquisita tramite l'apprendimento autonomo di problematiche applicative affrontate nell’insegnamento e durante le esercitazioni di laboratorio.

C) PROGRAMMA DELL’INSEGNAMENTO:
- Il concetto di Bioraffineria e ragioni che indirizzano verso la valorizzazione di scarti, sottoprodotti, rifiuti e reflui di diversi settori, in particolare quello agroalimentare. Contesto nel quale si inseriscono le bioraffinerie: la cosiddetta Economia Verde ed Economia Circolare.
- Contaminazione ambientale, fonti di inquinamento e opportunità di trattamento e contemporanea valorizzazione degli scarti, reflui e sottoprodotti. Linee guida nella scelta delle strategie finalizzate al recupero delle risorse rinnovabili e alla produzione di molecole a medio ed alto valore aggiunto.
- Produzione di ammendanti/fertilizzanti, biostimolanti e agenti di biocontrollo da scarti: il compostaggio ed il controllo delle emissioni odorose (biofiltrazione).
- Produzione di bioadsorbenti, energia e biocarburanti da scarti: pirolisi, gassificazione, fermentazioni microbiche.
- Recupero di fine-chemicals e molecole bioattive (antiossidanti, ingredienti alimentari multifunzionali, ecc.).
- Produzione microbica di biomasse microbiche, biomolecole ed enzimi.

Verranno svolte esercitazioni di laboratorio riguardo i metodi di quantificazione del tasso inquinante di reflui (BOD, COD, ecc.) e osservazione di fanghi attivi.
Verrà svolta una visita didattica presso una bioraffineria.

Testi consigliati

1. P. BARBIERI, G. BESTETTI, E. GALLI, D. ZANNONI, Microbiologia ambientale ed elementi di ecologia microbica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2008.
2. B. BIAVATI, C. SORLINI, Microbiologia agroambientale, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2008.
3. M.T. MADIGAN, J.M. MARTINKO, Biologia dei microrganismi, Vol. 2A: Microbiologia ambientale e industriale, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2007.
4. Beppe Croce, Stefano Ciafani e Luca Lazzeri. Bioeconomia - La chimica verde e la rinascita di un'eccellenza italiana. Casa editrice "Edizioni Ambiente srl" 2015; ISBN 978-88-6627-143-7
5. Appunti e materiale forniti dal docente

Propedeuticità

Nessuna

Frequenza

Facoltativa

Metodologia didattica

Ore lezione: 24

Descrizione dei metodi di accertamento

La prova in itinere, svolta a circa meta’ del semestre, consiste in un questionario con risposte aperte.
Chi ha sostenuto la prova in itinere e ne accetta l’esito positivo svolge la prova orale finale su argomenti diversi da quelli oggetto della prova in itinere. In questo caso, l’ orale consiste in 2-3 domande di cui, in genere, 1-2 sul modulo di Biotecnologie microbiche e 1 sul quello di Bioraffinerie.
Nel caso non venga svolta la prova in itinere o non se ne accetti l’esito, l’ orale consiste in 3-5 domande di cui, in genere, 1 sulle esercitazioni di laboratorio, 1-3 sul modulo di Biotecnologie microbiche e 1-2 sul quello di Bioraffinerie. In situazioni particolari o peculiarità di uno o più candidati, l'esame potrà essere svolto in forma scritta con cinque domande a risposta aperta, valutate come per l'orale. Ai candidati sarà concessa un'ora e mezzo di tempo per rispondere.
Nell’attribuzione del voto finale si terrà conto: del livello di conoscenza dei contenuti (superficiale, appropriato, preciso e completo, completo e approfondito), della capacità di applicare i concetti teorici (discreta, buona, ben consolidata), della capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti interdisciplinari (sufficiente, buona, ottima), delle capacità critiche e di formulare di giudizi (sufficiente, buona, ottima), della padronanza di espressione ed uso del linguaggio scientifico-tecnico(esposizione carente, semplice, chiara e corretta, sicura e corretta).

Luogo lezioni

Ex Facoltà di Agraria
via San Camillo de Lellis snc
Viterbo

Comunicazioni

Martedì: 16:00-18:00
Mercoledì: 15:00-17:00 presso lo studio (stanza n. 233c) o i laboratori (stanza n. 206, 208 o 232) al 1° piano del dipartimento DIBAF (ex-DABAC, vecchio edificio, ex-Facoltà di Agraria). Il Prof. M. Petruccioli è comunque disponibile in qualunque altro giorno e orario previo appuntamento (e-mail: petrucci@unitus.it; tel 0761 357332 o 0761 357270).