Università degli studi dell'Insubria

BIOTECNOLOGIE MICROBICHE E BIOTECNOLOGIE DEI PROCESSI

A.A. di erogazione 2013/2014

Laurea Magistrale in BIOTECNOLOGIE MOLECOLARI E INDUSTRIALI (A.A. 2013/2014)
Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Settore disciplinare: 
CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI (CHIM/11)
Lingua: 
Italiano
Crediti: 
11
Ore di attivita' frontale: 
100
Dettaglio ore: 
Lezione (76 ore), Laboratorio (24 ore)

L’insegnamento di Biotecnologie Microbiche e Biotecnologie dei Processi 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, 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 visioni 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 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.

Conoscenza e capacità di comprensione:
- 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

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
- 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

Autonomia di giudizio:
- abilità a comprendere e discutere criticamente gli approcci sperimentali per la biosintesi e lo scaling up di processi biotecnologici
- valutare criticamente vantaggi e svantaggi tecnologici ed economici di un processo biotecnologico e proporre interventi migliorativi

Abilità comunicative
- dimostrare capacità di estrarre e sintetizzare l'informazione rilevante
- dimostrare di 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

Capacità di apprendimento:
- capacità di leggere, comprendere e commentare articoli scientifici di settore e documenti di valutazione dei processi in lingua inglese
- abilità ad utilizzare queste conoscenze per valutare criticamente gli obiettivi e/o i risultati di un progetto di ricerca e sviluppo secondo sia l’approccio quantitativo che qualitativo.

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. Per le esercitazioni in laboratorio, è bene che lo studente possieda le abilità pratiche e le conoscenze metodologiche acquisite durante corsi di Chimica e Biotecnologia delle Fermentazioni.

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. Per le esercitazioni in laboratorio, è bene che lo studente possieda le abilità pratiche e le conoscenze metodologiche acquisite durante corsi di Chimica e Biotecnologia delle Fermentazioni.

Modulo “Biotecnologie Microbiche ” – docente F.Marinelli- laboratorio G.L.Marcone: 32 ore di lezioni frontali, 4 ore di lezioni in viaggio studio e 24 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 “Biotecnologie dei Processi ” – docente Flavia Marinelli: 5 CFU – 35 ore frontali, 5 ore visita-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 per la produzione di bioelettricità
- Viaggio studio presso impianto per la degradazione lignocellulosica e la produzione di etanolo di seconda generazione

Slide lezioni: scaricabili dal sito Elearning
Articoli segnalati dal docente e scaricabili dal sito Elearning
Vedi sito e-learning
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

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A.A. 2012/2013

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2011/2012

A.A. 2010/2011