Syllabus del corso
Obiettivi
Il corso si propone di introdurre argomenti e problematiche di carattere generale relative alle applicazioni industriali derivanti dall'utilizzo di microrganismi e di enzimi.
1. Conoscenza e capacità di comprensione.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà conoscere i principi ed i concetti dei bioprocessi microbici, bioraffineria, confronto di generazioni, dell'utilizzo degli enzimi come biocatalizzatori in diversi settori di interesse biotecnologico, come quello farmaceutico e alimentare. Il corso comprende esercitazioni pratiche in laboratorio.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite al punto 1 a metodologie biosintetiche applicate nell'ambito della ricerca o nei processi industriali.
3. Autonomia di giudizio.
Lo studente dovrà essere in grado di elaborare quanto appreso e saper riconoscere i processi e i problemi in cui le metodologie della chimica e biotecnologia delle fermentazioni e delle biotrasformazioni apprese possano essere utilizzate.
4. Abilità comunicative.
Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà esprimersi in modo appropriato nella descrizione delle tematiche affrontate con proprietà di linguaggio e sicurezza di esposizione.
5. Capacità di apprendimento
Alla fine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di consultare la letteratura sugli argomenti trattati e saprà analizzare, applicare e integrare e collegare le conoscenze acquisite con quanto verrà appreso in insegnamenti correlati alla produzione di prodotti chimici di interesse merceologico dell'industria biotecnologica.
Contenuti sintetici
L'insegnamento sarà suddiviso in due parti. Nella prima parte verranno trattate le tematiche inerenti i processi fermentativi classici e la bioraffineria microbica. Nella seconda parte verrano introdotte le applicazioni biocatalitiche degli enzimi e illustrati esempi nel settore farmaceutico e alimentare.
1. Biodiversità microbica e importanza nelle applicazioni biotecnologiche
2. Il Bioreattore. Monitoraggio e controllo dei parametri di fermentazione
3. Biotecnologie delle fermentazioni classiche
4. Applicazioni biocatalitiche di enzimi
5. Immobilizzazione di enzimi
Programma esteso
Parte I
- La cellula microbica, isolamento, terreni colturali, sterilizzazione, coltivazione
- Diversità microbica e sua importanza biotecnologica
- Metaboliti primari e secondari
- Il bioreattore: fermentazioni batch, fed-batch e continue
- Bioraffineria microbica, tipologia di biomasse, pretrattamenti e strategie di fermentazione
- Esempi di fermentazioni industriali: etanolo, acido citrico, acido lattico
- Downstream processing
Parte II
- Classificazione degli enzimi e loro utilizzo come biocatalizzatori per la produzione di fine chemicals
- Immobilizzazione di enzimi
- Biocatalisi nell'industria farmaceutica. Casi di studio: produzione di antibiotici semisintetici, nucleosidi e nucleotidi modificati
- Produzione chemo-enzimatica di oligosaccaridi e loro applicazioni
- Biocatalisi nell'industria alimentare
- Intensificazione del processo biocatalitico: processi biocatalitici con enzimi e cellule intere in reattori a flusso
Prerequisiti
E’ necessario avere acquisito i contenuti e superato gli insegnamenti classici di Biochimica Generale.
Modalità didattica
Le attività didattiche saranno sotto forma di lezioni frontali. Sono previste anche attività di laboratorio (obbligatorie) sugli argomenti trattati a lezione.
Materiale didattico
Il corso sarà svolto con l’ausilio di presentazioni powerpoint e di video. Saranno svolte discussioni di gruppo. Tutto il materiale didattico proiettato verrà messo a disposizione degli studenti.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre del II anno di corso.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
La verifica delle conoscenze apprese verrà effettuata mediante una prova d’esame scritta con orale facoltativo (su richiesta dello studente) al termine del corso. Durante la prova, lo studente dovrà affrontare almeno due domande aperte e 4 domande chiuse a risposta multipla inerenti sia le tematiche trattate a lezioni che le attività pratiche svolte in laboratorio. La prova ha una durata di 2 ore.
Non sono previste prove in itinere.
Orario di ricevimento
Qualunque orario, previo accordo con il docente tramite e-mail.
Sustainable Development Goals
Aims
The course aims to introduce topics and problems related to basic and applied research related to the use of microorganisms and enzymes for biotechnologies.
1. Knowledge and understanding.
At the end of the course the student will have to know the principles and concepts of microbial bioprocesses, biorefinery, comparison of generations, the use of enzymes as biocatalysts in various sectors of biotechnological interest, such as pharmaceuticals and food. The course includes practical teachings.
2. Applying knowledge and understanding.
At the end of the course the student will be able to apply the acquired knowledge above described to biosynthetic methodologies for basic research and industrial processes.
3. Making judgments.
The student must be able to process what learned and be able to recognize the processes and problems of the industrial biotransformations.
4. Communication skills.
Use of an appropriate scientific vocabulary and ability in written and oral reports.
5. Learning skills.
At the end of the course the student will be able to read the literature on the topics covered and will be able to analyse, use and integrate the knowledge acquired with what will be learned in lessons related to the production of chemical products of interest for the biotechnology industry.
Contents
The course will be divided into two parts. The first part will deal with the topics related to the classic fermentation processes and microbial biorefinery. The second part will be devoted to the biocatalytic applications of enzymes and examples from the pharmaceutical and food sectors will be illustrated.
1. Microbial biodiversity and its importance for biotechnological applications
2. The Bioreactor. Monitoring and control of the parameters
3. Biotechnology of classic fermentations
4. Enzymes as biocatalysts
5. Enzyme immobilazation
Detailed program
Part I
- Microbial cell, isolation, growth media, sterilization, cultivation
- Microbial diversity and its importance in biotechnology
- Primary and secondary metabolites
- The bioreactor: batch, fed-batch and continuous fermentations
- Microbial biorefinery, type of biomasses, pretreatments and fermentation strategies
- Examples of industrial fermentations: ethanol, citric acid, lactic acid
- Downstream processing
Part II
- Classification of enzymes and their use as biocatalysts for production of fine chemicals
- Enzyme immobilization
- Biocatalysis in the pharma industry. Case studies: production of semi-synthetic antibiotics, modified nucleosides and nucleotides
- Chemo-enzymatic production of oligosaccharides and their applications
- Biocatalysis in the food industry
- Biocatalytic process intensification: flow chemistry with enzymes and cells
Prerequisites
To have acquired the contents and passed the teachings of General Biochemistry.
Teaching form
The educational activities will take the form of lectures and practical experiences (mandatory) on the topics discussed during the lectures.
Textbook and teaching resource
The course will be carried out with the aid of powerpoint presentations and videos. Group discussions will be also carried out. All projected teaching material is made available to the students.
Semester
Second semester, II year course
Assessment method
The assessment of the knowledge learned will be carried out by written exam followed by optzinal oral exam (requested by the student) at the end of the course. During the test, the student will have to face at least 2 open-ended questions and 4 multiple choices questions on both the topics discussed during the lectures and the practical activities. The test has a duratation of about 2 hours.
In itiner exams will not be held.
Office hours
Contact: on demand, upon request by e-mail to lecturer.