Summary of Industrial Microbiology

Course Syllabus

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Obiettivi

La Microbiologia rappresenta uno dei campi di studio delle discipline della scienza della vita più versatili, all’avanguardia e applicabile. La microbiologia è presente in numerosissimi aspetti della vita di tutti i giorni. Basti pensare a medicine, tra cui antibiotici, enzimi per la detergenza, biorisanamento, produzione di proteine eterologhe, additivi alimentari, bevande e cibi fermentati, ecc. Inoltre, i microrganismi sono ubiquitari, e responsabili dell’equilibrio dinamico tra materia organica ed inorganica presente sul nostro Pianeta. In questo corso di esamineranno Batteri, Archea ed eucarioti unicellulari. Sebbene non siano considerati viventi, anche i virus sono parte integrante di questo corso. Il corso si propone quindi di fornire agli studenti le conoscenze di base necessarie per affrontare studi fondamentali ed applicati di microbiologia.

Conoscenza e capacità di comprensione.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà conoscere l’enorme biodiversità fisiologica, metabolica, genetica del mondo microbico.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite al
per poter valutare le potenzialità del mondo microbico.

Autonomia di giudizio.
Le conoscenze acquisite porranno le basi per poter argomentare criticamente questioni di pertinenza della microbiologia.

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.

Capacità di apprendimento
Quanto appreso in corsi precedenti di base di biologia, Genetica, Biochimica e Chimica Generale ed Organica saranno di fondamentale supporto per comprendere appieno le potenzialità e peculiarità dei microrganismi.

Contenuti sintetici

L'insegnamento fornirà conoscenze di base per comprendere e descrivere la biodiversità microbica, con approfondimenti che partono dalla descrizione delle strutture e dei metabolismi peculiari ed unici delle diverse categorie, responsabili del mantenimento dinamico della biosfera. Inoltre, verranno svolte tematiche correlate all’analisi delle comunità microbiche, all’abbondanza ed alla biodiversità del mondo microbico, al ruolo svolto nella nostra vita quotidiana.
In particolare verranno trattati i seguenti argomenti:

1. La storia della Microbiologia.
2. Origine della Vita e Evoluzione microbica.
3. Fisiologia microbica e principi della crescita.
4. Metabolismo microbico e implicazioni applicative.
5. Strutture e funzioni, con focus su Batteri, Archea e Funghi.
6. Simbiosi.
7. Antibiotici e quorum sensing
8. Cicli Biogeochimici.
9. Patogenicità microbica.
10. Virologia.

Programma esteso

1. La storia della Microbiologia. Breve excursus storico sui principali eventi e personalità di spicco che hanno permesso alla microbiologia di divenire una delle branche che sostengono le discipline delle scienze della vita
2. Evoluzione microbica. Origini della vita sulla Terra, dalle prime alle più moderne teorie
3. Fisiologia microbica. Principi della crescita microbica. Strutture e funzioni (Bacteria, Archea, Eukarya unicellulari)
4. Metabolismo microbico. Focus su catabolismi, fotosintesi ossigenica ed anossigenica, assimilazioni e organicazioni di azoto e carbonio
5. Cenni di genetica dei microrganismi. Trasferimento genico orizzontale, CRISPR-Cas come difesa naturale contro i virus
6. Simbiosi. Principi ed esempi di differenti forme di simbiosi che coinvolgono diverse categorie di microrganismi
7. Antibiotici e quorum sensing
8. Cicli Biogeochimici. Principi generali e descrizione specifica dei cicli di Carbonio e Azoto
9. Patogenicità microbica. Principi generali, endo- ed esotossine
10. Virologia. Basi di virologia: descrizione morfo-funzionale delle varie categorie di virus, e delle diverse forme di classificazione, inclusi le interazioni con gli ospiti.

Prerequisiti

Prerequisiti: Conoscenze di Chimica generale e inorganica; Chimica organica; Biochimica
Propedeuticità specifiche: Biochimica
Propedeuticità generali: lo studente potrà sostenere gli esami del secondo anno previo superamento degli esami di Istituzioni di Biologia, Chimica generale e inorganica, Matematica, Lingua Straniera

Modalità didattica

Il corso sarà composto da 64 ore di lezioni frontali erogate in 32 lezioni da 2 ore costituite da:

una parte (circa 4/5 delle lezioni) in modalità erogativa (didattica erogativa, DE) focalizzata sulla presentazione-illustrazione di contenuti, concetti, principi scientifici, ma al cui interno non mancano mai dei momenti di didattica interattiva determinati da estemporanee domande rivolte ai corsisti/e o a richiesta di necessità di chiarimenti.
In particolare, il docente tende ad incoraggiare domande che possano permettere di creare approfondimenti interdisciplinari.
una parte in modalità interattiva (didattica interattiva, DI, circa 1/5 delle lezioni), che prevede interventi didattici integrativi di scambi con corsisti/e, attraverso la visione di corti video e/o l'utilizzo di strumenti quali Kahoot o Mentimeter per coinvolgere tutta la platea a brevi esercizi/quiz/test/wordcount creation volti a familiarizzare con i concetti erogati nelle lezioni, ed a fissare terminologia specifica e concetti fondamentali. Le lezioni di DI saranno intervallate alle lezioni di DE.

L'insegnamento è erogato in lingua italiana (anche le slide sono in italiano), le lezioni sono registrate e le registrazioni sono a disposizione sulla pagina e-learning dedicata al corso.

Materiale didattico

Il materiale didattico (slide) e di approfondimento (website e pubblicazioni, interviste e link alle Società Scientifiche di riferimento per la Comunità) è disponibile alla pagina e-learning dell'insegnamento.

Libri di testo consigliati:
- Brock – Biologia dei Microrganismi (Madigan, Martinko, Stahl, Clark – Casa Editrice PEARSON)
- Biologia dei Microrganismi (Dehò-Galli – Casa Editrice Ambrosiana)
- Microbiologia (Prescott, Harley, Klein – Casa Editrice McGRAW-HILL)
- Microbiologia (Wessner, Dupont, Charles– Casa Editrice Ambrosiana)

Periodo di erogazione dell'insegnamento

Secondo semestre

Modalità di verifica del profitto e valutazione

Esame scritto + orale.
La prova scritta, della durata di 1.5 ore, è costituita da 1 domanda ampia sul metabolismo microbico e 2 domande più specifiche.
Orale: discussione di approfondimento degli elementi di debolezza della prova scritta ed eventuale approfondimento di un altro argomento.

Orario di ricevimento

Ricevimento: su appuntamento, previa richiesta per mail al docente, oppure prima o dopo la lezione.

Sustainable Development Goals

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Aims

Microbiology is one of the most versatile, cutting-edge, applicable fields of study in Biology. Microbiology is present in all aspects of everyday life. Think of the daily news stories on vaccines, diseases, remediation, biotechnology, food production and safety, etc.: all represent a field of microbiology. Microorganisms are everywhere. They are essential to our well-being as individuals, maintain the balance of chemicals and living organisms in the global environment, and they help to recycle chemical elements in the land and water. On the other hand, some can be nasty pathogens for humans as well as for other organisms. Microorganisms (in the context of this course) are minute living things that are individually too small to be seen with the naked eye. The term includes bacteria, archea, microscopic fungi (yeasts and molds), protozoans, microscopic algae. Despite not considered as living forms, also viruses are included as part of the microbial world. The course aims to provide students with the basic knowledge necessary to undertake fundamental and applied studies in microbiology.

Knowledge and understanding
The student will gain knowledge and the principles of microbiology, spanning from fundamental to diverse applied field of studies, learning how microbes have a fundamental role on our living planet.

Applying knowledge and understanding
The student will be able to apply the acquired knowledge to evaluate all the potential of the microbial world

Making judgements
The contents will provide the basis for thinking critically about issues in microbiology.

Communication skills
Use of an appropriate scientific/chemical vocabulary and ability in oral reports

Learning skills
Subjects learned previously in Themes of Biology will be applied to the microbial world, as will those learned in General and Organic Chemistry and Biochemistry, when discussing the makeup and energy usage of microorganisms.

The course shed lights on the basic knowledge necessary to understand the basis of microbial biodiversity (with a specific attention to peculiar and unique cellular structures), as well as the diverse metabolisms that sustain our living planet. Moreover, attention will be given to the understanding of the abundance and diversity of microbial life on Earth, its role of microorganisms in our everyday lives. The theme of microbial communities and symbiosis will be also introduced, with a section dedicated to the mechanisms of microbial pathogenicity.
The following topics will be addressed:
1. The history of Microbiology.
2. The origin of Life and Microbial evolution.
3. Microbial physiology and principles of microbial growth.
4. Microbial metabolism and applications.
5. Structures and functions, with a focus on Bacteria, Archea and Fungi.
6. Symbiosis.
7. Antibiotics and quorum sensing.
8. Biogeochemical cycles.
9. Microbial pathogenicity.
10. Virology.

Detailed program

1. The history of Microbiology. Brief historical excursus on the main events and on the prestigious scientists that made Microbiology a recognized discipline in life science.
2. Microbial evolution. The origin of life on Earth: from ancient to modern theories and the most recent versions and descriptions of the tree of life.
3. Microbial physiology. Principles of growth and nutrition. Microbial structures and functions (Bacteria, Archaea, unicellular Eukarya).
4. Microbial metabolism. Catabolisms and unique pathways for the assimilation and organication of the essential elements for life will be presented.
5. Hints on microbial genetics. Mechanisms of horizontal gene transfer, CRISPR-Cas as natural defense against viruses.
6. Symbiosis. Principles and detailed examples of different forms of symbiosis.
7. Antibiotics and quorum sensing.
8. Biogeochemical cycles. General principles and specific description for the Carbon and Nitrogen cycle
9. Microbial pathogenicity. General principles, endo- and exotoxins
10. Virology. Basis of virology and general morpho- physiological descriptions, including the relation with the hosts

Prerequisites

Background: General Chemistry; Organic Chemistry; Biochemistry
Specific prerequisites: Biochemistry
General prerequisites: Students can take the exams of the second year after passing the examinations of Introductory Biology, General and Inorganic Chemistry, Mathematics, and Foreign Language.

Teaching form

The course will consist of 64 hours of face-to-face lectures delivered in 32 lessons of 2 hours consisting of:

a part (approximately 4/5 of the lectures) in delivered mode (delivered didactics, DE) focused on the presentation-illustration of contents, concepts, scientific principles, but within which there are never lacking moments of interactive didactics determined by extemporaneous questions addressed to the trainees/ students or by requests for clarifications.
In particular, the lecturer tends to encourage questions that may allow the creation of interdisciplinary insights.
a part in interactive mode (interactive didactics, DI, approximately 1/5 of the lessons), which envisages integrative didactic exchanges with the students/ students, through the viewing of short videos and/or the use of tools such as Kahoot or Mentimeter to involve the entire audience in short exercises/quizzes/tests/wordcount creation aimed at familiarising them with the concepts delivered in the lessons, and at fixing specific terminology and fundamental concepts. DI lessons will be interspersed with DE lessons.

The teaching is delivered in Italian (and slides are in Italian too), the lessons are recorded and the recordings are available on the e-learning page dedicated to the course.

Textbook and teaching resource

Learning material (slides, suggested web sites, and scientific article, interviews and links to Scientific Community Reference Societies) is available at the e-learning platform of the course.

Recommended textbooks:
- Brock – Biologia dei Microrganismi (Madigan, Martinko, Stahl, Clark – Casa Editrice PEARSON);
- Biologia dei Microrganismi (Dehò-Galli – Casa Editrice Ambrosiana);
- Microbiologia (Prescott, Harley, Klein – Casa Editrice McGRAW-HILL);
- Microbiologia (Wessner, Dupont, Charles– Casa Editrice Ambrosiana)

Semester

Second semester

Assessment method

Written + oral examination.
Written examination: 1.5 hours, 1 wide question (on microbial metabolism) and two specific questions.
Oral examination: discussion about the weaknesses identified during the written examination and a possible additional question on a different topic.