Università degli studi dell'Insubria

BIOTECNOLOGIE FARMACEUTICHE E BIORAFFINERIE

A.A. di erogazione 2017/2018
Insegnamento obbligatorio

 (A.A. 2017/2018)
Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Settore disciplinare: 
CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI (CHIM/11)
Crediti: 
11
Ore di attivita' frontale: 
100
Dettaglio ore: 
Lezione (76 ore), Laboratorio (24 ore)

Presentazione e Obiettivi formativi
L’insegnamento è parte fondamentale della formazione chimico-molecolare e di processo del laureato in BMI. Il corso ha l’obiettivo di illustrare i processi ed i principi biotecnologici alla base della produzione di farmaci come antibiotici, antitumorali, statine ed immunosoppressori, di biocarburanti biodiesel, bioetanolo, biogas e bioidrogeno, e di prodotti di chimica fine e di bioplastiche di origine microbica. Il corso si propone di fornire le conoscenze delle diverse tecniche molecolari, fisiologiche ed impiantistiche che vengono applicate nella produzione di biobeni e bioservizi, nonché le metodiche attraverso le quali la diversità microbica viene studiata, utilizzata e migliorata per risolvere problematiche relative alla salute umana, alla protezione dell’ambiente ed alle problematiche energetiche. Gli studenti saranno stimolati a valutare quali siano i vantaggi ed i limiti dei vari approcci di miglioramento genetico e di processo connessi all’utilizzo dei diversi sistemi microbici utilizzati. Verranno discusse le scelte operate nel caso della produzione di diversi metaboliti primari e secondari. Il corso prevede una serie di esercitazioni di laboratorio che ripercorrono sperimentalmente i contenuti teorici delle lezioni.
Ci si avvale anche dei viaggi studio per prendere visione di realtà produttive su scala pilota ed industriale e per mettere in contato gli studenti con esperti del settore.
Ci si attende che gli studenti imparino a valutare e sviluppare i processi biotecnologici integrando le conoscenze sugli agenti biologici con le caratteristiche chimico-ingegneristiche degli impianti e le limitazioni economiche intrinseche nella produzione di farmaci, biocarburanti e prodotti di chimica fine.
Gli obiettivi formativi consistono in
- acquisire gli elementi fondamentali a livello biologico, chimico e di processo di produzioni biotecnologiche tradizionali ed innovative
- possedere le informazioni necessarie (teoriche e sperimentali) per affrontare criticamente un processo di fermentazione per la produzione di biobeni e bioservizi
I risultati di apprendimento attesi sono:
- comprendere e discutere criticamente gli approcci sperimentali per la biosintesi e lo scaling up di processi biotecnologici anche attraverso la lettura di testi specializzati e l’accesso a dati sperimentali
- valutare criticamente vantaggi e svantaggi tecnologici ed economici di un processo biotecnologico e proporre interventi migliorativi
- saper applicare le conoscenze acquisite di chimica delle fermentazioni e microbiologia industriale ad un progetto biotecnologico microbico
- saper condurre fermentazioni microbiche per la produzione di sostanze attive
- saper comunicare in maniera efficace con esperti del settore
- dimostrare capacità di lavorare in gruppo sia nella fase sperimentale che nel processo di elaborazione dei dati

Prerequisiti: 

Lo studente che accede a questo corso possiede conoscenze di: Biochimica generale, di Chimica e Biotecnologia delle Fermentazioni, di Microbiologia e di Biologia Molecolare. Non sussistono vincoli di propedeuticità. Per le esercitazioni in laboratorio, è utile che lo studente possieda le abilità pratiche e le conoscenze metodologiche acquisite durante corsi triennali.

Modulo “Biotecnologie Farmaceutiche” – docente F.Marinelli- laboratorio G.L.Marcone: 36 ore di lezioni incluse 4 ore di lezioni in viaggio studio più 24 ore di laboratorio
-Introduzione su diversità microbica e produzione di farmaci
-Genomica, vie biosintetiche di attinomiceti, mixobatteri e funghi filamentosi
-Strategie di scoperta, sviluppo e produzione fermentativa di antibiotici, antitumorali, immunosoppressori e statine
-Antibiotici b-lattamici: produttori microbici, classi chimiche, meccanismi di azione e di resistenza, vie biosintetiche e loro regolazione/deregolazione, processi produttivi e miglioramento genetico
- Antibiotici ed antitumorali glicopeptidici: produttori microbici, classi chimiche, meccanismi di azione e di resistenza, vie biosintetiche e loro regolazione/deregolazione, processi produttivi e miglioramento genetico
- Lantibiotici: produttori microbici, classi chimiche, meccanismi di azione e di resistenza, vie biosintetiche e loro regolazione/deregolazione, processi produttivi e miglioramento genetico
- Tetracicline ed antracicline: produttori microbici, classi chimiche, meccanismi di azione e di resistenza, vie biosintetiche e loro regolazione/deregolazione, processi produttivi e miglioramento genetico
- Macrolidi, polieni ed altri polichetidi biologicamente attivi: produttori microbici, classi chimiche, meccanismi di azione e di resistenza, vie biosintetiche e loro regolazione/deregolazione, processi produttivi e miglioramento genetico
- Amminoglicosidi: produttori microbici, classi chimiche, meccanismi di azione e di resistenza, vie biosintetiche e loro regolazione/deregolazione, processi produttivi e miglioramento genetico
- Statine ed immunosuppressori: produttori microbici, classi chimiche, meccanismi di azione e di resistenza, vie biosintetiche e loro regolazione/deregolazione, processi produttivi e miglioramento genetico i
- Viaggio studio presso impianto per la produzione farmaceutica di metaboliti microbici bioattivi: problematiche di scaling up e di impiantistica
Laboratorio: 24 ore
- Esercitazione 1 - Allestimento e sterilizzazione di un reattore per produzione di antibiotici, preparazione inoculo microbico e terreno di fermentazione
- Esercitazione 2 - Inoculo e time course di fermentazione in processo batch o fed-batch
- Esercitazione 3 - Analisi on line ed off line dei campioni di fermentazione pH, ossigeno disciolto, biomassa, HPLC prodotti, saggi biologici di attività
- Esercitazione 4 - Analisi e rappresentazione grafica dei dati, discussione dei risultati e preparazione di una relazione di gruppo circa 4-5 studenti per reattore e processo fermentativo
Modulo “Bioraffinerie” – docente Flavia Marinelli: 5 CFU – 40 ore incluse 10 ore di lezione in viaggio studio
-Introduzione su problematiche relative all’utilizzo di biomasse recalcitranti, rifiuti agricoli ed urbani, biotecnologie bianche e riduzione dell’uso di combustibili fossili e di emissiione di CO2
- Microrganismi, geni, enzimi, substrati, impianti nel processo di produzione di biodiesel / Microrganismi, geni, enzimi, substrati, impianti nel processo di produzione di etanolo / Microrganismi, geni, enzimi, substrati, impianti nel processo di produzione di butanolo / Microrganismi, geni, enzimi, substrati, impianti nel processo di produzione di biogas / Microrganismi, geni, enzimi, substrati, impianti nel processo di produzione di bioidrogeno / Microrganismi, geni, enzimi, substrati, impianti nel processo di produzione di bioplastiche
- Principi di funzionamento delle microbial fuel cells.
Durante il corso alcuni ospiti stranieri terranno seminari ( 2 o 3) in inglese attinenti agli argomenti dell’insegnamento.

Lezioni frontali in presenza del docente, attività di laboratorio, viaggi di studio accompagnati dal docente e lezioni con esperti locali, seminari da esperti stranieri in lingua inglese.
Il modulo di Laboratorio Didattico si terrà nei laboratori del gruppo di Biotecnologie Microbiche e di Fermentazione nella sede in via Dunant, 3. Nel corso del modulo di laboratorio, gli studenti saranno divisi in gruppi di 4-5 e ad ogni gruppo verrà assegnato un fermentatore per la produzione di un antibiotico. Verranno forniti agli studenti i protocolli necessari per la partenza del fermentatore e per seguire nel tempo la produzione di biomassa microbica e la produzione dell’antibiotico che verrà analizzato tramite HPLC. Gli studenti si devono portare un camice, materiale di cancelleria e una calcolatrice. Nel corso del modulo di laboratorio è assicurata l’assistenza continua da parte del docente e di uno o più esercitatori. Si ricorda agli studenti che la frequenza dei laboratori didattici è obbligatoria e che è consentita l’assenza solo per un numero di ore non superiori al 25% dello svolgimento del programma didattico di laboratorio.

Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

L’esame è volto a valutare le capacità raggiunte dallo studente in relazione a:
-conoscenza e comprensione delle principali vie biosintetiche e dei processi alla base della produzione di farmaci, biocarburanti e bioplastiche
-capacità di applicare le conoscenze acquisite per valutare un progetto di produzione biotecnologica
-possesso di conoscenze interdisciplinari e di linguaggio appropriato per comunicare con esperti e professionisti del biotec.

L’esame consisterà in una prova orale in cui lo studente sarà chiamato a dimostrare le conoscenze relative ai moduli di Biotecnologie Farmaceutiche e Bioraffinerie. Per ogni modulo allo studente verranno somministrate 3 domande sul programma valutate ciascuna fino a 10 punti. L’attività di laboratorio sarà valutata attraverso la discussione della relazione presentata in sede di esame con punteggio sino ad un massimo di 3 punti. L’esito dell’esame sarà in trentesimi: l’esame si ritiene superato con una votazione di almeno 18/30 in ciascun modulo. Il voto finale sarà la media aritmetica dell’esito delle due prove effettuate sui due moduli.

Slide lezioni: scaricabili dal sito Elearning
Articoli segnalati dal docente e scaricabili dal sito Elearning
Testi di riferimento:
B.R.Glock and J.J.Pasternak, Biotecnologia molecolare, Zanichelli
G.Lancini and R. Lorenzetti, Biotechnology of antibiotics and other bioactive microbial metabolites, Plenum Press
Flavia Marinelli and Olga Genilloud, Antimicrobials: new and old molecules in the fight against multi-resistant bacteria, Springer
Antonio Moreira, Volume 3 Industrial Biotechnology and Commodity Products, Comprenhensive Biotechnology, second edition, Elsevier

Ricevimento su appuntamento concordato via messaggio e-mail

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A.A. 2019/2020

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2018/2019

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2016/2017

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2015/2016

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2014/2015

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE