Biochimica e microbiologia ambientale
A.A. 2019/2020
Obiettivi formativi
Il corso ha l'obiettivo di formare lo studente sulla struttura, funzione e interazione delle biomolecole, con particolare riferimento: i) ai processi metabolici e ai loro meccanismi di regolazione; ii) ai meccanismi di traduzione delle informazioni, dalle molecole informazionali alle funzioni cellulari; iii) modalità di degradazione delle molecole complesse e generazione di energia.
Risultati apprendimento attesi
Alla fine del corso lo studente conoscerà: i) le basi generali della biochimica batterica che serviranno a comprendere concetti relativi ai meccanismi cellulari di livello superiore, ii) i principi relativi all'ingegnerizzazione di microorganismi a fini industriali o di biorisanamento, ii) i principi relativi alle simbiosi e le interazioni fra organismi.
Il corso permetterà allo studente di acquisire competenze relative a svariate metodologie e strumentazioni di base per l'analisi biochimica relativamente alle tecniche biochimiche per il monitoraggio degli inquinanti ambientali, della produzione di energia e del biorisanamento.
Il corso permetterà allo studente di acquisire competenze relative a svariate metodologie e strumentazioni di base per l'analisi biochimica relativamente alle tecniche biochimiche per il monitoraggio degli inquinanti ambientali, della produzione di energia e del biorisanamento.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Biochimica:
- Le biomolecole della cellula. Aspetti strutturali e funzionali.
- Acidi nucleici: struttura e sintesi
- Proteine: struttura, ruoli all'interno della cellula, enzimi e la sintesi proteica.
- Glucidi e metabolismo glucidico, processi di fermentazione.
- Lipidi e metabolismo dei lipidi.
- Metabolismo dell'azoto.
Microbiologia ambientale
- Trasferimento genetico orizzontale e plasmidi: "sharing genes in the bacterial cloud".
- Interazioni fra organismi: la simbiosi Sinorhizobium meliloti/Medicago sativa e la fissazione dell'azoto.
- Comunicazioni fra batteri e jamming: "sensing and quenching the quorum signal".
- Resistenze agli antibiotici e ambiente.
- La produzione di energia mediante microbial fuel cells, concetti, avanzamenti, potenzialità.
- Microorganismi come biosensori.
- Microorganismi per il recupero di ambienti inquinati.
- Ingegnerizzazione razionale di microorganismi per la sintesi di composti di interesse industriale
- Le biomolecole della cellula. Aspetti strutturali e funzionali.
- Acidi nucleici: struttura e sintesi
- Proteine: struttura, ruoli all'interno della cellula, enzimi e la sintesi proteica.
- Glucidi e metabolismo glucidico, processi di fermentazione.
- Lipidi e metabolismo dei lipidi.
- Metabolismo dell'azoto.
Microbiologia ambientale
- Trasferimento genetico orizzontale e plasmidi: "sharing genes in the bacterial cloud".
- Interazioni fra organismi: la simbiosi Sinorhizobium meliloti/Medicago sativa e la fissazione dell'azoto.
- Comunicazioni fra batteri e jamming: "sensing and quenching the quorum signal".
- Resistenze agli antibiotici e ambiente.
- La produzione di energia mediante microbial fuel cells, concetti, avanzamenti, potenzialità.
- Microorganismi come biosensori.
- Microorganismi per il recupero di ambienti inquinati.
- Ingegnerizzazione razionale di microorganismi per la sintesi di composti di interesse industriale
Prerequisiti
Consigliato, Biologia Generale
Metodi didattici
Modalità di erogazione dell'insegnamento basata su lezioni frontali supportate da materiale proiettato. Gli studenti saranno stimolati a partecipare attivamente alla lezione/discussione per migliorare le proprie capacità critiche, analizzando la letteratura citata. Modalità di frequenza: fortemente consigliata.
Anche riguardo a questa parte dobbiamo apportare una modifica in itinere vista la situazione Sars-Cov-2. Le lezioni verranno erogate in remoto mediante l'utilizzo di screen recording o file audio o video caricati online a indirizzi che vengono comunicati agli studenti dalla piattaforma Ariel.
Anche riguardo a questa parte dobbiamo apportare una modifica in itinere vista la situazione Sars-Cov-2. Le lezioni verranno erogate in remoto mediante l'utilizzo di screen recording o file audio o video caricati online a indirizzi che vengono comunicati agli studenti dalla piattaforma Ariel.
Materiale di riferimento
Biochimica: Molecole e metabolismo (Editore Pearson). Autori: Dean R. Appling, Spencer J. Anthony-Cahill and Christopher K. Matthews
- Introduzione alla biochimica di Lehninger (Editore Zanichelli). Autori: Davide L. Nelson, Michael M. Cox.
La parte di microbiologia ambientale farà riferimento prevalentemente alle seguenti pubblicazioni. Gli articoli scientifici verranno forniti corredati da annotazioni dal docente all'inizio delle lezioni:
(Genetica dei procarioti, meccanismi generali) Biologia dei microrganismi (a cura di Dehò-Galli), Casa Editrice Ambrosiana
I seguenti sono articoli relativi agli argomenti trattati nel corso e serviranno allo studente interessato per capire meglio alcuni degli aspetti trattati al corso
Misc
1. Des Marais DJ. Biogeochemistry of hypersaline microbial mats illustrates the dynamics of modern microbial ecosystems and the early evolution of the biosphere. Biol Bull. 2003;204(2):160-167.
doi:12700147
2. Chiu HC, Levy R, Borenstein E. Emergent Biosynthetic Capacity in Simple Microbial Communities. PLoS Comput Biol. 2014;10(7). doi:10.1371/journal.pcbi.1003695.
Antibiotic resistance and the environment
3. Davies J. Are antibiotics naturally antibiotics? J Ind Microbiol Biotechnol. 2006;33(7):496-499.
doi:10.1007/s10295-006-0112-5.
4. Sengupta S, Chattopadhyay MK, Grossart H-P. The multifaceted roles of antibiotics and antibiotic resistance in nature. Front Microbiol. 2013;4:1-13.
doi:10.3389/fmicb.2013.00047.
5. Walsh F. Investigating antibiotic resistance in non-clinical environments. Front Microbiol. 2013;4(February):19.
doi:10.3389/fmicb.2013.00019.
Bioremediation
6. Dvořák P, Nikel PI, Damborský J, de Lorenzo V. Bioremediation 3.0: Engineering pollutant-removing bacteria in the times of systemic biology. Biotechnol Adv. 2017;35(7):845-866.
doi:10.1016/j.biotechadv.2017.08.001.
7. Bilal M, Adeel M, Rasheed T, Zhao Y, Iqbal HMN. Emerging contaminants of high concern and their enzyme-assisted biodegradation - A review. Environ Int. 2019;124:336-353.
doi:10.1016/j.envint.2019.01.011.
Biosensors
8. Thouand G, Durand MJ. Microbial Biosensors for Environmental Applications. In: Chemical Sensors and Biosensors. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc.; 2013:373-407.
doi:10.1002/9781118561799.ch16.
9. Van Ginkel SW, Oh S-E, Hassan SHA, Hussein MAM, Abskharon R. Toxicity assessment using different bioassays and microbial biosensors. Environ Int. 2016;92-93:106-118.
doi:10.1016/j.envint.2016.03.003.
Plasmids and Horizontal Gene Transfer
10. Smillie C, Garcillan-Barcia MP, Francia M V., Rocha EPC, de la Cruz F. Mobility of Plasmids. Microbiol Mol Biol Rev. 2010;74(3):434-452.
doi:10.1128/MMBR.00020-10.
11. Zhang T, Zhang X-X, Ye L. Plasmid metagenome reveals high levels of antibiotic resistance genes and mobile genetic elements in activated sludge. PLoS One. 2011;6(10):e26041.
doi:10.1371/journal.pone.0026041.
Metabolic Engineering
12. Gowen C. Model-Guided Systems Metabolic Engineering of Clostridium thermocellum. 2011.
13. Dong X, Quinn PJ, Wang X. Metabolic engineering of Escherichia coli and Corynebacterium glutamicum for the production of l-threonine. Biotechnol Adv. 2011;29(1):11-23.
doi:10.1016/j.biotechadv.2010.07.009.
14. Vogt M, Haas S, Klaffl S, et al. Pushing product formation to its limit: Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for l-leucine overproduction. Metab Eng. 2014;22:40-52.
doi:10.1016/j.ymben.2013.12.001.
Microbial Fuel Cells
15. Trapero JR, Horcajada L, Linares JJ, Lobato J. Is microbial fuel cell technology ready? An economic answer towards industrial commercialization. Appl Energy. 2017;185:698-707.
doi:10.1016/j.apenergy.2016.10.109.
16. Santoro C, Arbizzani C, Erable B, Ieropoulos I. Microbial fuel cells: From fundamentals to applications. A review. J Power Sources. 2017;356:225-244.
doi:10.1016/j.jpowsour.2017.03.109.
Sensing the environment
17. Keller L, Surette MG. Communication in bacteria: an ecological and evolutionary perspective. Nat Rev. 2006;4:249-258.
doi:10.1038/nrmicro1383.
18. Marijuán PC, Navarro J, del Moral R. On prokaryotic intelligence: strategies for sensing the environment. Biosystems. 2010;99(2):94-103.
doi:10.1016/j.biosystems.2009.09.004.
19. Maeda T, García-Contreras R, Pu M, et al. Quorum quenching quandary: resistance to antivirulence compounds. ISME J. 2011;6(3):1-9.
doi:10.1038/ismej.2011.122.
20. Basavaraju M, Sisnity VS, Palaparthy R, Addanki PK. Quorum quenching: Signal jamming in dental plaque biofilms. J Dent Sci. 2016;11(4):349-352. doi:10.1016/j.jds.2016.02.002.
Symbiosis
21. Christian N, Masakapalli SK, Pfau T, Ebenhöh O, Sweetlove LJ, Poolman MG. The intertwined metabolism during symbiotic nitrogen fixation elucidated by metabolic modelling. Sci Rep. 2018;8(1):1-11.
doi:10.1038/s41598-018-30884-x.
22. Bever JD, Platt TG, Morton ER. Microbial Population and Community Dynamics on Plant Roots and Their Feedbacks on Plant Communities. Annu Rev Microbiol. June 2012:265-285.
doi:10.1146/annurev-micro-092611-150107.
- Introduzione alla biochimica di Lehninger (Editore Zanichelli). Autori: Davide L. Nelson, Michael M. Cox.
La parte di microbiologia ambientale farà riferimento prevalentemente alle seguenti pubblicazioni. Gli articoli scientifici verranno forniti corredati da annotazioni dal docente all'inizio delle lezioni:
(Genetica dei procarioti, meccanismi generali) Biologia dei microrganismi (a cura di Dehò-Galli), Casa Editrice Ambrosiana
I seguenti sono articoli relativi agli argomenti trattati nel corso e serviranno allo studente interessato per capire meglio alcuni degli aspetti trattati al corso
Misc
1. Des Marais DJ. Biogeochemistry of hypersaline microbial mats illustrates the dynamics of modern microbial ecosystems and the early evolution of the biosphere. Biol Bull. 2003;204(2):160-167.
doi:12700147
2. Chiu HC, Levy R, Borenstein E. Emergent Biosynthetic Capacity in Simple Microbial Communities. PLoS Comput Biol. 2014;10(7). doi:10.1371/journal.pcbi.1003695.
Antibiotic resistance and the environment
3. Davies J. Are antibiotics naturally antibiotics? J Ind Microbiol Biotechnol. 2006;33(7):496-499.
doi:10.1007/s10295-006-0112-5.
4. Sengupta S, Chattopadhyay MK, Grossart H-P. The multifaceted roles of antibiotics and antibiotic resistance in nature. Front Microbiol. 2013;4:1-13.
doi:10.3389/fmicb.2013.00047.
5. Walsh F. Investigating antibiotic resistance in non-clinical environments. Front Microbiol. 2013;4(February):19.
doi:10.3389/fmicb.2013.00019.
Bioremediation
6. Dvořák P, Nikel PI, Damborský J, de Lorenzo V. Bioremediation 3.0: Engineering pollutant-removing bacteria in the times of systemic biology. Biotechnol Adv. 2017;35(7):845-866.
doi:10.1016/j.biotechadv.2017.08.001.
7. Bilal M, Adeel M, Rasheed T, Zhao Y, Iqbal HMN. Emerging contaminants of high concern and their enzyme-assisted biodegradation - A review. Environ Int. 2019;124:336-353.
doi:10.1016/j.envint.2019.01.011.
Biosensors
8. Thouand G, Durand MJ. Microbial Biosensors for Environmental Applications. In: Chemical Sensors and Biosensors. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc.; 2013:373-407.
doi:10.1002/9781118561799.ch16.
9. Van Ginkel SW, Oh S-E, Hassan SHA, Hussein MAM, Abskharon R. Toxicity assessment using different bioassays and microbial biosensors. Environ Int. 2016;92-93:106-118.
doi:10.1016/j.envint.2016.03.003.
Plasmids and Horizontal Gene Transfer
10. Smillie C, Garcillan-Barcia MP, Francia M V., Rocha EPC, de la Cruz F. Mobility of Plasmids. Microbiol Mol Biol Rev. 2010;74(3):434-452.
doi:10.1128/MMBR.00020-10.
11. Zhang T, Zhang X-X, Ye L. Plasmid metagenome reveals high levels of antibiotic resistance genes and mobile genetic elements in activated sludge. PLoS One. 2011;6(10):e26041.
doi:10.1371/journal.pone.0026041.
Metabolic Engineering
12. Gowen C. Model-Guided Systems Metabolic Engineering of Clostridium thermocellum. 2011.
13. Dong X, Quinn PJ, Wang X. Metabolic engineering of Escherichia coli and Corynebacterium glutamicum for the production of l-threonine. Biotechnol Adv. 2011;29(1):11-23.
doi:10.1016/j.biotechadv.2010.07.009.
14. Vogt M, Haas S, Klaffl S, et al. Pushing product formation to its limit: Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for l-leucine overproduction. Metab Eng. 2014;22:40-52.
doi:10.1016/j.ymben.2013.12.001.
Microbial Fuel Cells
15. Trapero JR, Horcajada L, Linares JJ, Lobato J. Is microbial fuel cell technology ready? An economic answer towards industrial commercialization. Appl Energy. 2017;185:698-707.
doi:10.1016/j.apenergy.2016.10.109.
16. Santoro C, Arbizzani C, Erable B, Ieropoulos I. Microbial fuel cells: From fundamentals to applications. A review. J Power Sources. 2017;356:225-244.
doi:10.1016/j.jpowsour.2017.03.109.
Sensing the environment
17. Keller L, Surette MG. Communication in bacteria: an ecological and evolutionary perspective. Nat Rev. 2006;4:249-258.
doi:10.1038/nrmicro1383.
18. Marijuán PC, Navarro J, del Moral R. On prokaryotic intelligence: strategies for sensing the environment. Biosystems. 2010;99(2):94-103.
doi:10.1016/j.biosystems.2009.09.004.
19. Maeda T, García-Contreras R, Pu M, et al. Quorum quenching quandary: resistance to antivirulence compounds. ISME J. 2011;6(3):1-9.
doi:10.1038/ismej.2011.122.
20. Basavaraju M, Sisnity VS, Palaparthy R, Addanki PK. Quorum quenching: Signal jamming in dental plaque biofilms. J Dent Sci. 2016;11(4):349-352. doi:10.1016/j.jds.2016.02.002.
Symbiosis
21. Christian N, Masakapalli SK, Pfau T, Ebenhöh O, Sweetlove LJ, Poolman MG. The intertwined metabolism during symbiotic nitrogen fixation elucidated by metabolic modelling. Sci Rep. 2018;8(1):1-11.
doi:10.1038/s41598-018-30884-x.
22. Bever JD, Platt TG, Morton ER. Microbial Population and Community Dynamics on Plant Roots and Their Feedbacks on Plant Communities. Annu Rev Microbiol. June 2012:265-285.
doi:10.1146/annurev-micro-092611-150107.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La prima scelta dei docenti era per l'Esame scritto, con domande aperte ed a scelta multipla; tuttavia, vista la difficolta' nel gestire gli esami scritti in remoto, comunichiamo agli studenti che gli esami si svolgeranno in forma ORALE fino al momento in cui permarranno le restrizioni attuali. Gli appelli verranno fissati secondo i canali classici, ma dovremo concordare ogni volta con i candidati le modalita' da usare (Skype, Teams, Zoom ecc ecc)
Moduli o unità didattiche
Biochimica ambientale
BIO/10 - BIOCHIMICA
BIO/19 - MICROBIOLOGIA
BIO/19 - MICROBIOLOGIA
Lezioni: 24 ore
Docente:
Gourlay Louise Jane
Turni:
-
Docente:
Gourlay Louise Jane
Microbiologia ambientale
BIO/10 - BIOCHIMICA
BIO/19 - MICROBIOLOGIA
BIO/19 - MICROBIOLOGIA
Lezioni: 24 ore
Docente:
Brilli Matteo
Turni:
-
Docente:
Brilli MatteoDocente/i
Ricevimento:
Online
Ricevimento:
Su richiesta
Torre 5B, Dip. Bioscienze, Via celoria 26, 20133