ITALIANO

Strutture e funzioni cellulari nei batteri e negli archeobatteri; nutrizione, colture e metabolismo dei microrganismi; crescita microbica; biologia molecolare dei microrganismi; genetica batterica; regolazione dell'espressione genica; fondamenti di virologia; controllo della crescita microbica.

Testo obbligatorio:Madigan M.T., Bender K., Buckley D.H., Sattley W.M. e Stahl D.A. BrocK, Biologia dei microrganismi :Microbiologia, generale, ambientale e industriale.Casa editrice Pearson.Febbraio 2022, pagine 903.
Testo consigliato: Willey J.M.,Sandman K.M. e Wood D.H. Prescott, Microbiologia generale, Casa editrice McGraw-Hill Education, Giugno 2025, pagine 646.

Conoscenza e comprensione:

Lo scopo di questo insegnamento è impartire conoscenze di base riguardanti i principi di biologia, fisiologia e genetica microbica. Verrà anche trattata la capacità metabolica dei microrganismi insieme ad alcuni aspetti di ecologia microbica.
Dopo aver seguito questo insegnamento gli studenti :
-conosceranno l'ubiquità dei microrganismi e ne comprenderanno gli effetti;
- conosceranno e comprenderanno le relazioni struttura-funzione della cellula procariotica
- conosceranno la grande versatilità metabolica dei microorganismi e ne comprenderanno gli effetti;
- comprenderanno come i batteri possono rapidamente adattarsi ai cambiamenti ambientali attraverso una pronta regolazione della loro espressione genica;
- conosceranno le potenziali applicazioni dei batteri nel settore industriale e agricolo e il loro importante contributo ai processi biotecnologici.

Capacità di applicare la conoscenza e la comprensione:

Con l'ausilio anche di esercitazioni in aula, gli studenti saranno in grado di applicare alcune conoscenze acquisite per compiere importanti attività di laboratorio, come per esempio, preparare una coltura di cellule batteriche, calcolare la concentrazione cellulare e, conoscendo determinati dati sperimentali, calcolare l'efficienza di trasformazione.

Autonomia di giudizio:

Al termine del corso lo studente sarà in grado di analizzare e interpretare dati sperimentali (inerenti per esempio ad un esperimento di crescita batterica o ad un antibiogramma) in modo critico, formulando ipotesi coerenti. Inoltre acquisirà la capacità di applicare le competenze raggiunte nella valutazione di attuali problematiche microbiologiche (come per esempio quella dell’antibiotico resistenza).

Abilità comunicative:

Lo studente acquisirà un corretto lessico microbiologico che gli consentirà di trattare argomenti sperimentali e teorici in modo chiaro e preciso. Sarà anche in grado, di rappresentare dati microbiologici attraverso grafici, utilizzando una corretta terminologia e nomenclatura.

Capacità di apprendimento:

L'insegnamento prevede la verifica continua della conoscenza degli argomenti trattati per promuovere un apprendimento in itinere e stimolare discussioni di gruppo. il docente, inoltre, incoraggia processi di apprendimento attivi attraverso la consultazione di testi e letteratura scientifica per migliorare l'acquisizione e la rielaborazione dei contenuti dell'insegnamento di Microbiologia e per promuovere il raggiungimento di una certa autonomia e capacità di affrontare problematiche nel settore microbiologico.

Buona conoscenza delle nozioni di base di Biochimica

L'insegnamento consiste di 64 ore di lezioni frontali interattive su tutti gli argomenti dell'insegnamento. La frequenza non è obbligatoria, ma è fortemente consigliata

Esame orale, riguardante domande su tutto l'insegnamento. Le domande verteranno soprattutto sulle conoscenze di base riguardanti la biologia, la fisiologia e la genetica microbica. Gli studenti dovranno dimostrare di possedere una buona capacità di elaborazione e un'adeguata capacità di esposizione. La valutazione finale dell'esame sarà espressa in trentesimi.
Ai fini della valutazione del profitto, saranno applicati i seguenti criteri che garantiscono la coerenza tra i risultati d'apprendimento attesi e il voto assegnato:
<18 Non superato: lo studente non dimostra risultati coerenti con i descrittori di conoscenza e comprensione, applicazione, giudizio, comunicazione e capacità di apprendere;
18-21 Livello sufficiente: lo studente raggiunge i descrittori di base relativi alla conoscenza e comprensione dei contenuti fondamentali e mostra una prima capacità di applicazione in contesti semplici;
22-24 Livello pienamente sufficiente: lo studente soddisfa i descrittori di conoscenza e comprensione applicate, mostrando capacità di applicare concetti chiave correttamente e iniziare ad analizzare criticamente situazioni pertinenti ai temi dell’insegnamento;
25-26 Livello buono: lo studente dimostra autonomia di giudizio nel valutare e confrontare scenari pertinenti, applica conoscenze in modo efficace e comunica risultati con chiarezza, riflettendo competenze più consolidate;
27-29 Livello molto buono: lo studente soddisfa in modo avanzato i descrittori dei cinque ambiti, con padronanza dei contenuti, capacità di valutare criticamente casi complessi e abilità comunicative solide, evidenziate in elaborati e presentazioni;
30 Livello eccellente: lo studente eccelle in tutti i descrittori di Dublino, con conoscenza approfondita, applicazione sicura e critica, giudizio autonomo, comunicazione efficace e capacità di apprendere in modo continuo e creativo, producendo lavori di elevata qualità sia nella presentazione sia nelle prove scritte/orali. La lode può essere attribuita quando lo studente dimostra, oltre a quanto sopra, particolare originalità, approfondimento e innovazione nell’elaborato e nella presentazione, superando le aspettative standard.

Le slide delle lezioni saranno caricate sul sito DISTABIF alla fine del corso. All'inizio dell'insegnamento, verranno descritti il programma e il metodo di valutazione. Il docente è disponibile a ricevere gli studenti nei giorni mercoledì e giovedì dalle 10 alle 12 nel suo studio e, su richiesta
anche in remoto

Cellula procariotica:
Differenze fra la cellula procariotica ed eucariotica. Membrane e parete cellulare dei Batteri: strutture e funzioni. Membrana e parete cellulare degli archeobatteri. Flagelli e motilità. Chemiotassi. Strutture procariotiche di superficie e inclusioni cellulari. Organelli procariotici. Sistemi di trasporto attraverso le membrane cellulari. Meccanismi di secrezione proteica nei batteri. Endospore batteriche. Ore previste: 12

Nutrizione e metabolismo:
Nutrizione e mezzi di coltura. Fermentazioni. Respirazione aerobica. Respirazione anaerobica: riduzione del nitrato e il processo di denitrificazione; riduzione del solfato; anidride carbonica, come accettore finale di elettroni; riduzione dello ione ferrico. Chemiolitotrofia: i batteri che ossidano l’idrogeno; i solfobatteri; i batteri che ossidano il ferro; i batteri che ossidano l’ammonio e i nitriti. Fotosintesi anossigenica. Ore previste: 11.

Crescita batterica e suo controllo:
La crescita batterica. Misurazione della crescita. Il ciclo di crescita di popolazioni batteriche. Effetti della concentrazione dei nutrienti sulla crescita. Colture continue. Effetti dei fattori ambientali sulla crescita: temperatura, acidità e alcalinità, disponibilità d’acqua e di ossigeno. Ore previste: 5h
Macromolecole biologiche:Struttura e replicazione del DNA batterico. Enzimi di restrizione e loro azione sul DNA. Elementi genetici. Struttura e funzioni dell’RNA. Trascrizione: promotore e terminatore. RNA transfer. Traduzione: il processo di sintesi proteica e accoppiamento trascrizione-traduzione. Ore previste 5h

Genetica microbica: Mutanti e loro isolamento. Le basi molecolari delle mutazioni. Mutageni. Mutagenesi e carcinogenesi. Trasformazione genetica. Trasduzione generalizzata e specializzata. Coniugazione e plasmidi: interazioni cromosomiche. Tipi di plasmidi e il loro significato biologico. Trasposoni e sequenze d’inserzione. Clusters genici e operoni.
Ore previste: 8h

Regolazione dell’espressione genica:
Meccanismi di repressione e attivazione trascrizionali. Operone lac. Polarità. Risposta heat shock. Quorum sensing. Attenuazione. Risposta stringente. Repressione da catabolita nei gram positivi e negativi. Regolazione globale. Regolazione della chemiotassi. Ore previste 8h

Controllo della crescita microbica:
Sterilizzazione. Controllo della crescita microbica: sterilizzazione al calore. Pastorizzazione. Decontaminazione batterica con l’uso di radiazioni ionizzanti. Sterilizzazione per filtrazione. Controllo chimico della crescita microbica. Germicidi, disinfettanti e antiseptici.
Agenti chemioterapici: gli antibiotici e i loro meccanismi d’azione.
Resistenza agli antibiotici. Ore previste:7H.

Virus. La natura della particella virale. La classificazione dei virus. Quantificazione dei virus. Caratteristiche generali della riproduzione virale. Eventi precoci della moltiplicazione virale. Generale descrizione dei virus batterici. Batteriofagi a RNA. Batteriofagi icosaedrici a DNA a singolo filamento. Batteriofagi a DNA a doppio filamento. Virus batterici temperati: lisogenia. Ciclo litico e ciclo lisogenico del fago lambda. Descrizione generale dei virus animali. Ore previste: 8h

Italian

Cell structure and function in Bacteria and Archaea; nutrition, culture, and metabolism of microorganisms; microbial growth; molecular biology of microorganisms; genetics of bacteria; regulation of gene expression; fundamentals of Virology; microbial growth control

Required text: Madigan M.T., Bender K., Buckley D.H., Sattley W.M. e Stahl D.A. BrocK, Biologia dei microrganismi :Microbiologia, generale, ambientale e industriale. Pearson publishing house.February 2022, pages 903.
Recommended text: Willey J.M.,Sandman K.M. e Wood D.H. Prescott, Microbiologia generale,
McGraw-Hill Education publishing house, June 2025, pages 646.

Knowledge and Understanding:

The aim of this course is to provide fundamental knowledge of the principles of microbiology, physiology, and microbial genetics. It will also cover the metabolic capabilities of microorganisms, along with selected aspects of microbial ecology.
After completing this course, students will:
• understand the ubiquity of microorganisms and their effects;
• understand the structure–function relationships of the prokaryotic cell;
• appreciate the metabolic versatility of microorganisms and its implications;
• understand how bacteria rapidly adapt to environmental changes through the regulation of gene expression;
• be familiar with the potential applications of bacteria in industrial and agricultural sectors, as well as their important role in biotechnological processes.

Applying Knowledge and Understanding:

With the support of classroom exercises, students will be able to apply the knowledge acquired to perform key laboratory activities, such as preparing bacterial cultures, calculating cell concentration, and determining transformation efficiency from experimental data.

Making Judgements:

By the end of the course, students will be able to critically analyze and interpret experimental data (e.g., from bacterial growth experiments or antibiograms), formulating coherent hypotheses. They will also develop the ability to evaluate current microbiological issues (such as antibiotic resistance).

Communication Skills:

Students will acquire appropriate microbiological terminology, enabling them to discuss experimental and theoretical topics clearly and accurately. They will also be able to present microbiological data using graphs, applying correct terminology and nomenclature.

Learning Skills:

The course includes continuous assessment to promote ongoing learning and encourage group discussion. The instructor also fosters active learning through the consultation of textbooks and scientific literature, enhancing students’ ability to acquire and process microbiological knowledge and promoting autonomy in addressing microbiological problems.

a good knowledge of basic notions of Biochemistry

The course consists of 64 hours of interactive face-to-face lectures covering all the topics of the course. Attendance is not mandatory, but it is strongly recommended

An oral examination consisting of questions covering the entire course content. The questions will mainly focus on fundamental aspects of microbiology, physiology, and microbial genetics. Students are expected to demonstrate strong analytical skills and effective communication abilities. The final grade will be expressed on a scale of thirty.
To assess performance, the following criteria will be applied to ensure consistency between the expected learning outcomes and the assigned grade:
<18 – Fail: the student does not demonstrate achievement of the expected learning outcomes in terms of knowledge and understanding, application, judgment, communication, and learning skills.
18–21 – Satisfactory: the student demonstrates basic knowledge and understanding of fundamental content and shows an initial ability to apply concepts in simple contexts.
22–24 – Fully satisfactory: the student demonstrates sound knowledge and understanding, with the ability to correctly apply key concepts and begin to critically analyze situations relevant to the course topics.
25–26 – Good: the student demonstrates independent judgment in evaluating and comparing relevant scenarios, applies knowledge effectively, and communicates results clearly, reflecting well-developed skills.
27–29 – Very good: the student demonstrates advanced achievement across all five domains, with strong mastery of content, the ability to critically evaluate complex cases, and solid communication skills in both oral and written forms.
30 – Excellent: the student excels in all descriptors, demonstrating in-depth knowledge, confident and critical application, independent judgment, effective communication, and the ability for continuous and autonomous learning.
30 with honors: awarded when the student additionally demonstrates originality, depth, and innovation in both content and presentation, exceeding standard expectations.

The lecture slides will be uploaded to the DISTABIF website at the end of the course. At the beginning of the course, the syllabus and assessment methods will be explained. The instructor is available to meet students in the office on Wednesdays and Thursdays from 10 a.m. to 12 p.m., and remotely upon request.

Procaryotic cell:
Comparisons of the procaryotic and eucaryotic cell. Cell wall and membranes of Bacteria: structures and functions. Cell wall and membrane of Archaebacteria. Flagella and motility. Chemotaxis. Procaryotic cell surface structures and cell inclusions.
Prokaryotic organelles. Transport across biological membranes. Mechanisms of protein secretion in bacteria. Bacterial endospores. Planned hours: 12

Nutrition and metabolism: Nutrition and culture media. Fermentations. Aerobic respiration. Anaerobic respiration: nitrate reduction and the denitrification process; sulfate reduction; carbon dioxide as an electron acceptor; ferric ion reduction. Chemolithotrophy: hydrogen-oxidizing bacteria; sulfur bacteria; iron-oxidizing bacteria; ammonium and nitrite oxidizing bacteria. Anoxygenic photosynthesis.Planned hours:11.

Bacterial growth and its control. Cell growth: Measurement of growth. The growth cycle of populations. Effect of nutrient concentration on growth. Continuous culture. Effect of environmental factors on growth: temperature, acidity and alkalinity, water availability and oxygen. Planned hours:5.

Biological macromolecules:
Bacterial DNA structure and replication. Restriction enzymes and their action on DNA. Genetic elements. RNA structure and function. Transcription: promoter and terminator. Transfer RNA. Translation: the process of protein synthesis and translate-transcription coupling. Planned hours:5.

Microbial genetics: Mutants and their isolation. The molecular basis of mutations. Mutagens. Mutagenesis and carcinogenesis. Genetic transformation. Generalized and specialized transduction. Conjugation and plasmid: chromosome interactions. Kinds of plasmid and their biological significance. Transposons and insertion sequences. Gene clusters and operons. Planned hours: 8

Regulation of gene expression:
Mechanisms of transcriptional repression and activation. Lac operon. Polarity. Heat shock response. Quorum sensing. Attenuation. Stringent response. Catabolite repression in gram positive and negative bacteria. Global regulation. Regulation of chemotaxis.
Planned hours: 8

Control of microbial growth. Sterilization.

Control of microbial growth: heat sterilization. Pasteurization. Bacterial decontamination by ionizing radiation.
Filter sterilization. Chemical control of microbial growth. Germicides, disinfectants and antiseptics. Chemiotherapeutic agents: antibiotics and their mechanisms of action.
Antibiotic resistance. Planned hours: 7

Viruses. The nature of the virus particle. The classification of viruses. Quantification of viruses. General features of virus reproduction. Early events of virus multiplication. General overview of bacterial viruses. RNA bacteriophages. Single-stranded icosahedral DNA bacteriophages. Double-stranded DNA bacteriophages. Temperate bacterial viruses: lysogeny. Lytic and lysogenic cycle of lambda. General overview of animal viruses. Planned hours: 8.