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Oggetto:
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Applicazioni biotecnologiche in campo industriale, farmaceutico e ambientale

Oggetto:

Industrial, pharmaceutical and environmental biotechnology applications

Oggetto:

Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
INT0771B
Docente
Prof. Giovanna Cristina Varese (Affidamento interno)
Corso di studio
[056502] BIOTECNOLOGIE VEGETALI
Anno
2° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
C - Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
BIO/02 - botanica sistematica
Erogazione
Convenzionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
Tipologia unità didattica
modulo
Insegnamento integrato
Biotecnologie microbiche C.I. (INT0771)
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.
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Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

L'insegnamento contribuisce alla realizzazione degli obiettivi formativi del corso di studi in Biotecnologie Vegetali fornendo conoscenze e ompetenze teoriche e pratiche sui processi industriali legati all’impiego di microorganismi (batteri, funghi, alghe) nel settore ambientale (es. biorisanamento), farmaceutico (es: produzione di metaboliti di interesse farmaceutico quali antibiotci) ed industriale (es: processi biocatalitici ) . In particolare si valuteranno le fasi di processo (selezione degli organismi, ottimizzazione del processo, purificazione di eventuali metaboliti, etc)con esempi rigurdanti 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 .bioremediation), pharmaceutical (e.g. production of metabolites of pharmaceutical interest such as antibiotics) and industrial (eg biocatalytic processes) 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

La componente studentesca 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

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Programma

Richiami alle caratteristiche morfologiche e strutturali dei talli fungini. Fisiologia fungina: nutrizione, respirazione e moltiplicazione. Impatto dei terreni di coltura e delle condizioni colturali sull’esito del processo industriale. I funghi di interesse industriale: inquadramento tassonomico.

La selezione dei microrganismi per la produzione di metaboliti di interesse industriale. Lo screening ed il miglioramento genetico dei ceppi mediante la genetica classica e l’impiego del DNA ricombinante.

Utilizzo di funghi per la produzione di acidi organici (ac. citrico, ac. gluconico, ac, itaconico, ac. lattico) per via fermentativa: esempi di vie biosintetiche, cicli produttivi e applicazioni.

Utilizzo di funghi per la produzione di enzimi (amilasi, glucoamilasi, cellulasi, lipasi, proteasi laccasi...) e loro applicazioni nei diversi settori industriali e nel biorisanamento ambientale..

Le micoproteine e le vitamine prodotte per via fermentativa dai funghi: cicl produttivo e applicazioni.

Importanti metaboliti secondari prodotti da funghi: antibiotici, antifungini, antitumorali, statine, immunosoppressori, alcaloidi, fitoormoni etc: esempi di vie biosintetiche, cicli produttivi e applicazioni.

I funghi nelle biotrasformazioni,vantaggi e svantaggi e applicazioni. Tecniche di biotrasformazione utilizzanto cellule proferanti, immobilizzate o loro enzimi. Selezione e miglioramento dei biocatalizzatori. Esempi di importanti biotrasformazioni a livello industriale: modificazione di steroidi e steroli, produzione di aminoacidi, reazioni enantioselettive, biosintesi di aromi (vanillia, benzaldeide, terpeni).

I funghi nelle biotecnologie ambientali: biorisanamento di ambienti contaminati e contollo biologico di organismi patogeni o infestanti.

Richiami alle caratteristiche morfologiche e strutturali dei talli algali. Inquadramento sistematico. Fisiologia delle alghe: nutrizione e moltiplicazione. Impatto dei terreni di coltura e delle condizioni colturali sull’esito del processo industriale per le diverse applicazioni nella produzione di biocombustibili e metaboliti ad elevato valore aggiunto.

Esercitazioni pratiche circa l’identificazione e l’osservazione microscopica di funghi e alghe

 

References to the morphological and structural features of fungal talli. Fungal physiology: nutrition, respiration and multiplication. Impact culture media and cultivation conditions on the industrial process. The fungi of industrial interest: taxonomic classification.

The selection of microorganisms for the production of metabolites of industrial interest. Screening and genetic improvement of strains through classical genetics and use of recombinant DNA.

Use of fungi to produce organic acids (citric , gluconic, itaconic and lactic acids) by fermentation: examples of biosynthetic ways, production and applications.

Use of fungi to produce enzymes (amylases, glucoamylases, cellulases, lipases, laccases proteases ...) and their applications in various industrial sectors and in environmental bioremediation.

Mycoproteins and vitamins produced by fermentation by fungi: production and applications.

Major secondary metabolites produced by fungi: antibiotics, antifungal, anticancer, statins, immunosuppressants, alkaloids, etc phytormons: examples of biosynthetic ways, production and applications.

Fungi in biotransformation: advantages and disadvantages, and applications. Biotransformation techniques using growing cells, or immobilized enzymes. Selection and development of biocatalysts. Examples of important industrial biotransformation: modification of steroid and sterol, production of amino acids, enantioselettive reactions, biosynthesis of flavors (vanillin, benzaldehyde, terpenes.

 

Fungi in environmental biotechnology: bioremediation of contaminated environments and biological control of pathogens or weeds.

An outline of the morphological and structural characteristics of the algal thalli. Systematic classification. Physiology of algae: nutrition and multiplication. Impact of culture media and culture conditions on the outcome of the industrial process for the various applications in the production of biofuels and metabolites with high added value.

Practical exercises concerning the identification and observation of microscopic fungi and algae

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Modalità di insegnamento

L'insegnamento è strutturato in 40 ore di lezioni teoriche in cui sono previste discussioni di articoli scientifici e 20 ore dedicate ad attività pratiche. Durante l'insegnamento sono proposti quesiti volti a verificare la comprensione degli argomenti trattati.

Le attività pratiche prevedono l'acquisizione delle tecniche di microbiologia tradizionale e molecolare per lo studio delle dinamiche delle popolazioni microbiche durante i processi fermentativi.

La frequenza è facoltativa ma consigliata. 

 

The module consists of 40 hours of lectures and 20 hours devoted to laboratory work and seminars. 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 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.

Esame finale: la prova finale avverrà tramite L'apprendimento viene verificato attraverso il riconoscimento di uno dei microrganismi osservati nelle esercitazioni e attraverso un colloquio orale. Verrà valutata la preparazione di studenti e studentesse sugli argomenti trattati durante le lezioni e la loro capacità analizzare in maniera critica i risultati riportati in articoli scientifici sulle tematiche affrontate a lezione. 

 

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  each student shall be given a  test about the skills to identify macroscopically and microscopically at least one microorganisms studied during exercises. The student may support the oral in any case, even in case of negative outcome of the test. The interview, in addition to the discussion of the initial test, involves the verification of the ability to reason and connection between the knowledge acquired. The final evaluation will take into account the outcome of the initial test by providing a penalty of  maximum 3 points for each wrong identification.

Oral examination.

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

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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Note

Le modalità di svolgimento dell'attività didattica potranno subire variazioni in base alle limitazioni imposte dalla crisi sanitaria in corso. In ogni caso è assicurata la modalità a distanza per tutto l'anno accademico.

 

The teaching methods and activities may vary due to limitations imposed by the current sanitary emergency. In any case, e-learning mode is ensured throughout the academic year.

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    Ultimo aggiornamento: 26/09/2022 10:37
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