Il corso ha lo scopo di fornire le conoscenze sulla presenza e il ruolo dei microrganismi nell’ambiente, sui metodi di studio e sulle possibilità applicative delle loro attività. Modus vivendi dei microrganismi in natura. Ruolo metabolico ed eco-funzionale dei microrganismi nei cicli biogeochimici dei principali elementi e nei diversi comparti ambientali. Metodi di studio della diversità e dell’attività microbica. Applicazioni ambientali dei microrganismi e delle loro capacità.
Madigan, M.T., K.S. Bender, D.H. Buckley, W.M. Sattley, D.A. Stahl. 2022 – Brock Biologia dei microrganismi: Microbiologia generale, ambientale e industriale – Pearson Italia, Milano- Torino.
P. Barbieri, G. Bestetti, E. Galli, D. Zannoni - Microbiologia ambientale ed elementi di ecologia microbica. Casa Editrice Ambrosiana, Milano. 2008
Obiettivi Formativi
Conoscenza e comprensione degli argomenti trattati (vedi Contenuti e Programma esteso).
Competenze da acquisire:
Riconoscere le differenti condizioni di crescita e di studio dei microrganismi in laboratorio ed in ambienti naturali.
Riconoscere il ruolo ecologico dei microrganismi in specifici habitat.
Individuare il legame tra le vie del metabolismo microbico e le principali reazioni redox nell’ambito dei cicli biogeochimici degli elementi.
Individuare i metodi di analisi appropriati in relazione agli obiettivi di uno studio di microbiologia ambientale.
Individuare microrganismi e/o loro proprietà metaboliche utilizzabili per applicazioni biotecnologiche e ambientali.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione, di ragionamento critico, di elaborazione e di connessione dei contenuti, di esposizione chiara e pertinente e con uso di una terminologia appropriata.
Prerequisiti
Insegnamenti contenenti i prerequisiti: Microbiologia generale
Metodi Didattici
Lezioni frontali.
Seminari.
Studio individuale.
Lettura e discussione di articoli scientifici.
Strumenti a supporto della didattica:
testi consigliati,
lezioni supportate da diapositive in formato elettronico disponibili per gli studenti su Moodle,
indicazioni di siti web per approfondimenti.
Modalità di verifica apprendimento
L’esame sarà svolto come colloquio orale volto ad accertare le conoscenze acquisite relativamente agli argomenti trattati durante l’ultimo anno del corso.
Su richiesta dello studente, l’esame potrà essere svolto come prova scritta.
Allo studente sarà chiesta l’esposizione di alcuni argomenti presenti nel programma. Durante l’esposizione saranno poste altre domande più specifiche per determinare meglio il livello di comprensione e di acquisizione delle conoscenze da parte dello studente.
La valutazione terrà conto dei livelli di apprendimento acquisiti e di raggiungimento degli Obiettivi Formativi.
Programma del corso
Diversità microbica e strategie di metabolismo energetico. Il modus vivendi dei microrganismi nell’ambiente. Popolazioni e comunità microbiche. Fattori che influenzano la crescita in ambienti naturali. Habitat microbici: caratteristiche, eterogeneità, interazione tra microrganismi e fattori abiotici. Biofilm: formazione e sviluppo, eterogeneità, fenotipo specifico, comunicazione tra popolazioni. Ruolo metabolico ed eco-funzionale dei microrganismi nei cicli biogeochimici dei principali elementi e nei diversi comparti ambientali. Ciclo del carbonio: sintesi, decomposizione anaerobica di polimeri carboniosi, l’ambiente rumine, metanogenesi, acetogenesi. Ciclo dell’azoto: fissazione dell’azoto, assimilazione, ammonificazione, nitrificazione, denitrificazione, anammox. Procarioti fototrofi e fotosintesi batterica. Ciclo dello zolfo; riduzione del solfato e dello zolfo, ossidazione del solfuro e dello zolfo, composti organici dello zolfo. Bocche idrotermali sottomarine. Colonna di Vinogradskij. Ciclo del ferro: riduzione e ossidazione. Elettromicrobiologia, nanowires e comunicazione elettronica, pila batterica.
Metodi di studio della diversità e dell’attività microbica. Strategie di campionamento di popolazioni microbiche nei comparti ambientali. Coltivabilità dei microrganismi ambientali.
Analisi coltura-dipendente di comunità microbiche. Tecniche di arricchimento e isolamento. MPN. Isolamento di cellule singole. Incubazione fisiologica e profili metabolici. Tecniche microscopiche per analisi coltura-indipendente di comunità microbiche FISH, ISRT, CARD-FISH.
Analisi coltura-indipendente di comunità microbiche. Marcatori molecolari. Acidi grassi di membrana (FAME). Acidi nucleici come marcatori filogenetici e funzionali, SSU rRNA nell’analisi di comunità microbiche. DGGE, TRFLP, ARISA. Analisi Phylochip. Analisi metagenomica di campioni ambientali con uso di Next Generation Sequencing.
Analisi della diversità microbica. Indici di diversità. Classificazione dei microrganismi. Tassonomia classica e molecolare. Il concetto di specie microbica. Ibridazione genomica. Uso di marcatori filogenetici.
Metodi di misura dell’attività microbica ambientale. Microelettrodi. Isotopi instabili e stabili, frazionamento isotopico. NanoSIMS, MAR, FISH-MAR, SIP. Citometria di flusso.
Applicazioni ambientali dei microrganismi. Biolisciviazione di metalli. Biorisanamento ambientale. Biorisanamento di siti contaminati da metalli, da petrolio e da composti xenobiotici. Degradazione di composti organici e di sintesi. Depurazione delle acque. Indicatori della qualità microbica delle acque e metodi di analisi. Test BOD. Trattamento primario, secondario e terziario delle acque reflue.
Microbiologia applicata ai beni culturali. Meccanismi fisici e chimici di biodeterioramento di substrati inorganici e organici mediati da microrganismi. Metodi di controllo del biodeterioramento. Biorisanamento dei beni culturali. Biopulitura di sostanze inorganiche e organiche mediante uso di batteri. Bioconsolidamento di lapidei mediante precipitazione batterica di carbonato di calcio.
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
4 Istruzione di qualità. 14 La vita sott'acqua. 15 La vita sulla terra.