ITALIANO

Il corso si divide in due parti. Una parte di Microbiologia (5 cfu) ed una di Virologia (3 cfu). Contenuti Microbiologia: Il corso approfondisce i principali aspetti della microbiologia applicata con particolare riferimento ai meccanismi di comunicazione e regolazione nei microrganismi (quorum sensing), alla formazione e al ruolo dei biofilm in ambito clinico, industriale e ambientale, e alle applicazioni dei batteri lattici, dei probiotici, prebiotici e postbiotici nella salute umana. Saranno inoltre analizzati i meccanismi d'azione degli antibiotici e le basi molecolari della resistenza antimicrobica, con particolare attenzione ai ceppi multiresistenti e alle strategie di contrasto. Il corso affronta infine le principali metodologie per l'isolamento, la coltivazione e l'identificazione fenotipica e molecolare dei microrganismi provenienti da campioni ambientali. Contenuti virologia: Introduzione alla virologia molecolare. Cenni storici sulla scoperta dei virus: dai primi esperimenti di filtrabilità alla microscopia elettronica e alla virologia molecolare moderna. Classificazione dei virus: criteri morfologici, strutturali e molecolari; la classificazione di Baltimore. Il ciclo replicativo virale: adsorbimento, entry, uncoating, replicazione del genoma, assemblaggio e rilascio. Recettori virali e tropismo cellulare. Strategie replicative dei virus a DNA, RNA a polarità positiva e negativa. Retrovirus e retrotrascrizione. HIV come modello di virologia molecolare: struttura del genoma, ciclo replicativo, integrazione, regolazione dell'espressione genica, tropismo e patogenesi. Vettori lentivirali come strumenti di biologia molecolare.

Microbiologia: Brock - Biologia dei microrganismi - Microbiologia generale , ambientale e industriale di Madigan - Bender - Buckley - Stahl • Casa editrice Pearson
Materiale didattico distribuito durante il corso dal docente:
https://www.distabif.unicampania.it/dipartimento/docenti
Virologia: S.J. Flint, V.R. Racaniello, G.F. Rall, T.J. Skalka, L.W. Enquist, Principles of Virology, 5th Edition, Washington DC, ASM Press, 2020 (capitoli selezionati).
Materiale didattico integrativo (articoli scientifici, presentazioni) fornito dal docente e reso disponibile sulla piattaforma Microsoft Teams.

Conoscenza e comprensione: Al termine del corso, lo studente avrà acquisito conoscenze sui principali aspetti della microbiologia applicata e della virologia molecolare, comprendendo i meccanismi di comunicazione microbica (quorum sensing), formazione dei biofilm, interazioni microrganismo-ospite, ruolo dei probiotici e basi molecolari della resistenza antimicrobica. Acquisirà inoltre conoscenze sulla struttura e classificazione dei virus, sulle strategie replicative dei virus a DNA e RNA, sull’interazione virus-cellula ospite e sui meccanismi molecolari dei retrovirus, con particolare riferimento al modello HIV.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite per interpretare fenomeni microbiologici e virologici di interesse biomedico, ambientale e biotecnologico, analizzare meccanismi di adattamento microbico e replicazione virale, valutare dati sperimentali e comprendere il razionale delle metodologie microbiologiche, degli approcci antivirali e dell’impiego dei vettori virali.

Autonomia di giudizio: Lo studente svilupperà la capacità di valutare criticamente dati e informazioni microbiologiche e virologiche, formulando giudizi autonomi sull’interpretazione di risultati sperimentali, sui meccanismi di patogenicità, adattamento microbico e virale e sulle strategie di controllo di microrganismi e virus, secondo i principi del metodo scientifico.

Abilità comunicative: Lo studente sarà in grado di utilizzare una terminologia scientifica appropriata e di comunicare in modo chiaro e rigoroso i principali concetti della microbiologia e della virologia molecolare, discutendo dati sperimentali e argomenti specialistici.

Capacità di apprendimento: Lo studente svilupperà la capacità di aggiornare autonomamente le proprie conoscenze attraverso la consultazione critica della letteratura scientifica e di fonti qualificate, acquisendo gli strumenti concettuali per approfondire tematiche avanzate di microbiologia, virologia e discipline correlate.

Per il corso di microbiologia e Virologia sono richieste conoscenze di base di biologia cellulare, biochimica, genetica, biologia molecolare e microbiologia generale. Lo studente deve possedere una conoscenza dei principali processi biologici e molecolari, inclusi la struttura e la funzione degli acidi nucleici, la replicazione del DNA, la trascrizione e la traduzione, nonché dei principi fondamentali di regolazione dell’espressione genica. Sono inoltre richieste conoscenze relative all’organizzazione della cellula procariotica ed eucariotica, al sistema endomembranoso e ai meccanismi di traffico vescicolare, oltre a nozioni di base di biochimica, quali struttura e funzione delle proteine ed elementi di enzimologia.

Il corso prevede un totale di 64 ore di didattica frontale, di cui 40 ore dedicate alla Microbiologia e 24 ore alla Virologia. Le lezioni frontali saranno integrate con l’analisi e la discussione di esempi tratti dalla letteratura scientifica, al fine di favorire la comprensione dei meccanismi molecolari alla base dei principali fenomeni microbiologici e virologici.

Durante il corso, agli studenti sarà inoltre richiesto di svolgere attività di gruppo finalizzate alla preparazione di un seminario con presentazione PowerPoint basato sull’analisi critica di articoli della letteratura scientifica. Tali attività sono volte all’approfondimento di specifici argomenti trattati nell’insegnamento e allo sviluppo di capacità di analisi critica, sintesi delle informazioni, collaborazione in gruppo e comunicazione scientifica.

Il raggiungimento degli obiettivi dell'insegnamento è certificato mediante il superamento di un esame con valutazione espressa in trentesimi.
L'esame consiste in una prova orale della durata di circa 30-40 minuti, articolata in domande sugli argomenti del programma, volta ad accertare: il livello di conoscenza teorica dei contenuti dell'insegnamento; la capacità di rielaborazione critica e di collegamento tra i diversi argomenti; la padronanza del linguaggio tecnico-scientifico.
Il superamento dell'esame richiede un punteggio minimo di 18/30.
<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.
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.
30-30L 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. La lode può essere attribuita quando lo studente dimostra particolare originalità e approfondimento.

La frequenza alle lezioni è fortemente consigliata. All’inizio del corso saranno illustrati il programma dell’insegnamento, le modalità di svolgimento delle attività didattiche e i criteri di valutazione dell’apprendimento. Il materiale didattico (slide delle lezioni, dispense, articoli scientifici e materiali di approfondimento) sarà reso disponibile agli studenti attraverso le piattaforme digitali di Ateneo e/o Microsoft Teams. Il docente è disponibile per il ricevimento studenti nei giorni indicati nella scheda dell’insegnamento e, su richiesta, anche in altri momenti concordabili tramite posta elettronica.

MICROBIOLOGIA.
Modulo 1 - Sistemi di comunicazione tra microrganismi.
Basi genetiche e molecolari del Quorum Sensing (QS) in batteri Gram-positivi e Gram-negativi. Sistema lux in Vibrio fisheri: il paradigma del sistema di regolazione basato sull’N-acyl homoserine lactone. Ruolo del QS nel controllo della virulenza in batteri patogeni (Erwinia carotovora; Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus). Controllo della competenza in Bacillus subtilis. Il QS nei batteri lattici: Lactococcus lactis e Lactobacillus plantarum. Le batteriocine: meccanismo d’azione ed applicazioni.
Modulo 2 - Comunità microbiche.
I biofilm. Fattori genetici ed ambientali coinvolti nella formazione dei biofilm. Utilizzo dei biofilm in campo industriale ed ambientale. I biofilm come causa di infezioni persistenti.
Modulo 3 - Probiotici, prebiotici e postbiotici. Funzione della microflora intestinale nella salute dell’uomo. Caratteristiche funzionali dei microrganismi probiotici. Basi molecolari per l’adesione all’epitelio intestinale. Gli esopolisaccaridi prodotti dai batteri lattici: basi genetiche e biochimiche. Lactobacillus plantarum: sistema modello per lo studio di proprietà probiotiche, adesine e produzione di esopolisaccaridi. Probiotici e postbiotici come coadiuvanti nelle terapie antitumorali.
Modulo 4 - Antibiotici.
Modalità d’azione degli antibiotici. Meccanismi molecolari della resistenza agli antibiotici: controllo della permeabilità cellulare, target protein protection, modifica del sito target, modifica dell’antibiotico, target bypass, pompe di efflusso. Ceppi MDR (Multi Drug Resistent) e basi genetiche della diffusione della resistenza. Strategie di intervento per contrastare la resistenza agli antibiotici.
Modulo 5 - Isolamento e identificazione dei microrganismi.
Metodi colturali. Isolamento di microrganismi da campioni ambientali: dal campionamento all’identificazione. Terreni di coltura selettivi differenziali. Isolamento di colture pure. Identificazione su base fenotipica (gallerie API, sistema VITEK, analisi degli acidi grassi FAME) e molecolare (PCR-specie specifica, FISH, ARDRA, RAPD-PCR, PCR-DGGE, metagenomica).

VIROLOGIA. Modulo 1 – Introduzione e storia della virologia (4 ore)
La scoperta dei virus: esperimenti di Ivanovsky, Beijerinck, Loeffler e Frosch. I virus hunters: dalla febbre gialla alla poliomielite. L'avvento della microscopia elettronica e la visualizzazione dei virus. Dalla virologia classica alla virologia molecolare. Concetti fondamentali: definizione di virus, parassitismo obbligato, la particella virale come veicolo di informazione genetica.

Modulo 2 – Struttura e classificazione dei virus (4 ore)
Architettura del virione: componenti strutturali (capside, envelope, genoma). Simmetria icosaedrica e simmetria elicoidale. Virus nudi e virus con envelope: implicazioni per stabilità e trasmissione. Composizione e organizzazione dei genomi virali: DNA e RNA, singolo e doppio filamento, segmentati e non segmentati, polarità. La classificazione di Baltimore: sette classi e logica replicativa. Cenni di tassonomia virale (ICTV).

Modulo 3 – Il ciclo replicativo virale (4 ore)
Fasi generali del ciclo replicativo. Adsorbimento: interazione virus-recettore, recettori e co-recettori, determinanti del tropismo. Entry: fusione a livello della membrana plasmatica, endocitosi mediata da clatrina e macropinocitosi. Uncoating e trasporto del genoma al compartimento di replicazione. Strategie di replicazione del genoma ed espressione genica. Assemblaggio, maturazione e rilascio: budding, lisi cellulare, esocitosi. Effetto citopatico e interazione con le vie di segnalazione cellulare.

Modulo 4 – Virus a DNA: strategie replicative (3 ore)
Principi generali della replicazione dei virus a DNA. Virus a DNA a replicazione nucleare: adenovirus (organizzazione del genoma, fasi early e late, splicing). Herpesvirus: ciclo litico e latenza, regolazione dell'espressione genica. Cenni su papillomavirus e poxvirus come esempio di replicazione citoplasmatica.

Modulo 5 – Virus a RNA: strategie replicative (4 ore)
Virus a RNA a polarità positiva: strategie di traduzione ed espressione genica (poliproteina, frameshifting, RNA subgenomici). Esempi: picornavirus, flavivirus, coronavirus. Virus a RNA a polarità negativa: il complesso della ribonucleoproteina, trascrizione e replicazione. Esempi: orthomyxovirus (influenza), paramyxovirus. Virus a RNA a doppio filamento: reovirus. RNA polimerasi RNA-dipendenti: struttura e funzione.

Modulo 6 – HIV come modello di virologia molecolare (5 ore)
Retrovirus: classificazione, struttura e organizzazione del genoma. La trascrittasi inversa: meccanismo di retrotrascrizione. Integrazione nel genoma dell'ospite: l'integrasi e il provirus. HIV-1: scoperta e impatto sulla virologia moderna. Struttura del genoma di HIV-1: geni strutturali (gag, pol, env), regolatori (tat, rev) e accessori (vif, vpr, vpu, nef). Ciclo replicativo di HIV-1: tropismo (CCR5, CXCR4), fusione, retrotrascrizione, integrazione, trascrizione e splicing, assemblaggio e budding. Basi molecolari della patogenesi e della progressione verso AIDS. Farmaci antiretrovirali: razionale molecolare delle principali classi (NRTI, NNRTI, inibitori della proteasi, inibitori dell'integrasi, inibitori di entry). I vettori lentivirali come strumenti di biologia molecolare e terapia genica: principi di progettazione, generazioni di vettori, biosicurezza.

Italian

The course is divided into two sections: Microbiology (5 CFU) and Virology (3 3FU).

Microbiology contents: The course explores the main aspects of applied microbiology, with particular emphasis on microbial communication and regulatory mechanisms (quorum sensing), the formation and role of biofilms in clinical, industrial, and environmental settings, and the applications of lactic acid bacteria, probiotics, prebiotics, and postbiotics in human health. The mechanisms of action of antibiotics and the molecular basis of antimicrobial resistance are also examined, with particular attention to multidrug-resistant (MDR) strains and current strategies to combat antimicrobial resistance. Finally, the course covers the principal methodologies for the isolation, cultivation, and phenotypic and molecular identification of microorganisms from environmental samples.

Virology contents: Introduction to molecular virology. Historical overview of virus discovery, from the first filtration experiments to electron microscopy and modern molecular virology. Virus classification based on morphological, structural, and molecular criteria, including the Baltimore classification. The viral replication cycle: attachment, entry, uncoating, genome replication, assembly, and release. Viral receptors and cell tropism. Replication strategies of DNA viruses, positive-sense and negative-sense RNA viruses. Retroviruses and reverse transcription. HIV as a model of molecular virology: genome organization, replication cycle, integration, regulation of gene expression, tropism, and pathogenesis. Lentiviral vectors as tools in molecular biology.

Microbiology: Brock - Biologia dei microrganismi - Microbiologia generale , ambientale e industriale di Madigan - Bender - Buckley - Stahl • Casa editrice Pearson
Teaching materials provided by the instructor during the course: https://www.distabif.unicampania.it/dipartimento/docenti
Virology: S.J. Flint, V.R. Racaniello, G.F. Rall, T.J. Skalka, L.W. Enquist, Principles of Virology, 5th Edition, Washington DC, ASM Press, 2020 (selected chapters).
Supplementary teaching material (scientific articles, presentations) provided by the instructor and made available on the Microsoft Teams platform.

Knowledge and understanding: Upon completion of the course, students will have acquired knowledge of the main aspects of applied microbiology and molecular virology, including microbial communication mechanisms (quorum sensing), biofilm formation, microorganism–host interactions, the role of probiotics, and the molecular basis of antimicrobial resistance. Students will also acquire knowledge of viral structure and classification, replication strategies of DNA and RNA viruses, virus–host cell interactions, and the molecular mechanisms of retroviruses, with particular emphasis on HIV as a model system.

Applying knowledge and understanding: Students will be able to apply the acquired knowledge to interpret microbiological and virological phenomena of biomedical, environmental, and biotechnological relevance, analyze mechanisms of microbial adaptation and viral replication, evaluate experimental data, and understand the rationale behind microbiological methodologies, antiviral approaches, and the use of viral vectors.

Making judgements: Students will develop the ability to critically evaluate microbiological and virological data and information, formulating independent judgments on the interpretation of experimental results, mechanisms of pathogenicity, microbial and viral adaptation, and strategies for controlling microorganisms and viruses, according to the principles of the scientific method.

Communication skills: Students will be able to use appropriate scientific terminology and communicate the main concepts of microbiology and molecular virology clearly and rigorously, discussing experimental data and specialized topics effectively.

Learning skills: Students will develop the ability to independently update their knowledge through the critical consultation of scientific literature and other authoritative sources, acquiring the conceptual tools necessary to further explore advanced topics in microbiology, virology, and related disciplines.

For the Microbiology and Virology course, basic knowledge of cell biology, biochemistry, genetics, molecular biology, and general microbiology is required. Students are expected to have a sound understanding of the main biological and molecular processes, including nucleic acid structure and function, DNA replication, transcription, and translation, as well as the fundamental principles of gene expression regulation. Knowledge of prokaryotic and eukaryotic cell organization, the endomembrane system, and vesicular trafficking mechanisms is also required, together with basic concepts of biochemistry, including protein structure and function and fundamental aspects of enzymology.

The course consists of a total of 64 hours of lectures, including 40 hours dedicated to Microbiology and 24 hours to Virology. Lectures will be complemented by the analysis and discussion of examples from scientific literature, aimed at promoting students’ understanding of the molecular mechanisms underlying major microbiological and virological processes.

During the course, students will also be required to carry out group activities involving the preparation of a seminar with a PowerPoint presentation based on the critical analysis of scientific literature articles. These activities are aimed at exploring specific topics covered in the course and at developing skills in critical analysis, information synthesis, teamwork, and scientific communication.

The achievement of the learning objectives is certified through the passing of an exam, graded on a 30-point scale.
The exam consists of an oral test lasting approximately 30-40 minutes, structured as questions on the course topics, aimed at assessing: the level of theoretical knowledge; the ability to critically elaborate and connect different topics; command of technical-scientific language.
A minimum score of 18/30 is required to pass the exam.
<18 Fail: the student does not demonstrate learning outcomes consistent with the Dublin descriptors for knowledge and understanding, application, judgment, communication, and learning skills.
18-21 Sufficient: the student achieves the basic descriptors for knowledge and understanding of fundamental content and shows an initial ability to apply this knowledge in simple contexts.
22-24 Fully sufficient: the student meets the descriptors for applied knowledge and understanding, showing the ability to correctly apply key concepts and begin to critically analyze situations related to the course topics.
25-26 Good: the student demonstrates autonomy of judgment in evaluating and comparing relevant scenarios, applies knowledge effectively, and communicates results clearly.
27-29 Very good: the student demonstrates an advanced level across the five descriptors, with mastery of content, the ability to critically evaluate complex cases, and strong communication skills.
30-30L Excellent: the student excels in all Dublin descriptors, with in-depth knowledge, safe and critical application, autonomous judgment, effective communication, and the ability to learn continuously. Honors may be awarded when the student demonstrates particular originality and depth.

Attendance at lectures is strongly recommended. At the beginning of the course, the syllabus, teaching activities, and assessment methods will be presented. Teaching materials (lecture slides, handouts, scientific articles, and additional resources) will be made available to students through the University digital platforms and/or Microsoft Teams. The lecturer is available for student meetings during the office hours indicated in the course information sheet and, upon request, at other times that can be arranged by email.

MICROBIOLOGY:
Module 1 - Microorganism communication systems.
Genetic and molecular basis of quorum sensing (QS) in Gram-positive and Gram-negative bacteria. The lux system in Vibrio fischeri as a paradigm of N-acyl homoserine lactone-based regulatory systems. Role of QS in the control of virulence in pathogenic bacteria (Erwinia carotovora, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus). Regulation of competence in Bacillus subtilis. QS in lactic acid bacteria: Lactococcus lactis and Lactobacillus plantarum. Bacteriocins: mechanisms of action and applications.

Module 2 - Microbial communities and biofilms.
Biofilm formation and the genetic and environmental factors involved in their development. Applications of biofilms in industrial and environmental fields. Biofilms as a cause of persistent infections.

Module 3 - Probiotics, prebiotics, and postbiotics.
Role of the gut microbiota in human health. Functional properties of probiotic microorganisms. Molecular mechanisms underlying adhesion to the intestinal epithelium. Lactic acid bacteria exopolysaccharides: genetic and biochemical basis of production. Lactobacillus plantarum as a model system for the study of probiotic properties, adhesins, and exopolysaccharide production. Probiotics and postbiotics as adjuvants in anticancer therapies.

Module 5 - Antibiotics and antimicrobial resistance.
Mechanisms of antibiotic action. Molecular mechanisms of antibiotic resistance, including control of cellular permeability, target protection, target modification, antibiotic modification, target bypass, and efflux pumps. Multidrug-resistant (MDR) strains and the genetic basis of resistance dissemination. Strategies to combat antimicrobial resistance.

Module 6 - Isolation and identification of microorganisms.
Culture-based methods. Isolation of microorganisms from environmental samples, from sampling procedures to identification. Selective and differential culture media. Isolation of pure cultures. Phenotypic identification methods (API systems, VITEK system, fatty acid methyl ester – FAME – analysis) and molecular approaches (species-specific PCR, FISH, ARDRA, RAPD-PCR, PCR-DGGE, metagenomics).

VIROLOGIA
Module 1 – Introduction and history of virology (4 hours)
The discovery of viruses: experiments by Ivanovsky, Beijerinck, Loeffler and Frosch. The virus hunters: from yellow fever to poliomyelitis. The advent of electron microscopy and virus visualization. From classical to molecular virology: landmark experiments (Hershey-Chase, Fraenkel-Conrat). Fundamental concepts: virus definition, obligate parasitism, the viral particle as a vehicle for genetic information.

Module 2 – Virus structure and classification (4 hours)
Virion architecture: structural components (capsid, envelope, genome). Icosahedral and helical symmetry. Naked and enveloped viruses: implications for stability and transmission. Composition and organization of viral genomes: DNA and RNA, single- and double-stranded, segmented and non-segmented, polarity. The Baltimore classification: seven classes and replication logic. Overview of viral taxonomy (ICTV).

Module 3 – The viral replication cycle (4 hours)
General phases of the replication cycle. Attachment: virus-receptor interaction, receptors and co-receptors, tropism determinants. Entry: fusion at the plasma membrane, clathrin-mediated endocytosis and macropinocytosis. Uncoating and genome transport to the replication compartment. Genome replication and gene expression strategies. Assembly, maturation and release: budding, cell lysis, exocytosis. Cytopathic effect and interaction with cellular signaling pathways.

Module 4 – DNA viruses: replication strategies (3 hours)
General principles of DNA virus replication. Nuclear-replicating DNA viruses: adenoviruses (genome organization, early and late phases, splicing). Herpesviruses: lytic cycle and latency, gene expression regulation. Overview of papillomaviruses and poxviruses as examples of cytoplasmic replication.

Module 5 – RNA viruses: replication strategies (4 hours)
Positive-sense RNA viruses: translation and gene expression strategies (polyprotein, frameshifting, subgenomic RNAs). Examples: picornaviruses, flaviviruses, coronaviruses. Negative-sense RNA viruses: the ribonucleoprotein complex, transcription and replication. Examples: orthomyxoviruses (influenza), paramyxoviruses. Double-stranded RNA viruses: reoviruses. RNA-dependent RNA polymerases: structure and function.

Module 6 – HIV as a model of molecular virology (5 hours)
Retroviruses: classification, structure and genome organization. Reverse transcriptase: mechanism of reverse transcription. Integration into the host genome: integrase and the provirus. HIV-1: discovery and impact on modern virology. HIV-1 genome structure: structural (gag, pol, env), regulatory (tat, rev) and accessory genes (vif, vpr, vpu, nef). HIV-1 replication cycle: tropism (CCR5, CXCR4), fusion, reverse transcription, integration, transcription and splicing, assembly and budding. Molecular basis of pathogenesis and progression to AIDS. Antiretroviral drugs: molecular rationale of major drug classes (NRTIs, NNRTIs, protease inhibitors, integrase inhibitors, entry inhibitors). Lentiviral vectors as molecular biology and gene therapy tools: design principles, vector generations, biosafety.