ITALIANO

Strutture e funzioni cellulari. Nutrizione e crescita microbica e controllo della crescita. Biologia molecolare dei microrganismi e regolazione dell’espressione genica. Elementi di virologia. Genetica dei microrganismi.

Brock, Biologia dei Microrganismi, vol. 1, Madigan, Martinko, Casa editrice Ambrosiana.
Biologia dei microrganismi, Dehò e Galli, Casa Editrice Ambrosiana

OBIETTIVI FORMATIVI. L'insegnamento di Microbiologia Generale si propone di fornire agli studenti le conoscenze fondamentali sulla struttura, il metabolismo, la crescita, la genetica e la regolazione dell'espressione genica dei microrganismi, nonché gli strumenti concettuali e pratici per lo studio dei procarioti in laboratorio, secondo i descrittori di Dublino di seguito articolati.
CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Lo studente acquisirà una solida conoscenza delle strutture e delle funzioni della cellula procariotica, delle principali vie metaboliche in aerobiosi e anaerobiosi, dei meccanismi di nutrizione, crescita e controllo della crescita microbica, delle basi molecolari dell'espressione genica e della sua regolazione, degli elementi di virologia e dei meccanismi di trasferimento genico e ricombinazione nei procarioti.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Lo studente sarà in grado di allestire e interpretare colture microbiche, di misurare e analizzare la crescita di una popolazione batterica, di applicare le principali tecniche di manipolazione dei microrganismi (es. trasformazione batterica) e di collegare i principi teorici alle applicazioni biotecnologiche.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Lo studente svilupperà la capacità di analizzare criticamente dati sperimentali microbiologici, di distinguere tra diverse strategie metaboliche e di regolazione genica e di valutare le condizioni ottimali per la crescita e il controllo dei microrganismi.
ABILITÀ COMUNICATIVE. Lo studente sarà in grado di utilizzare correttamente la terminologia scientifica della microbiologia, di esporre con chiarezza i principali concetti teorici e di redigere e discutere una relazione scientifica relativa all'attività di laboratorio svolta.
CAPACITÀ DI APPRENDERE. Lo studente svilupperà capacità di apprendimento autonome che gli consentiranno di approfondire e aggiornare le proprie conoscenze nel campo della microbiologia, anche in vista di insegnamenti più avanzati e attraverso la consultazione critica della letteratura di settore.

Superamento degli esami di Chimica generale, Chimica organica e Biologia. Sono utili le conoscenze di base di biochimica.

L'insegnamento è articolato in:
- lezioni frontali;
- attività di laboratorio (esperienze pratiche individuali o in piccoli gruppi).

Il raggiungimento degli obiettivi dell'insegnamento è certificato mediante il superamento di un esame con valutazione espressa in trentesimi.
La verifica dell'apprendimento prevede una prova orale, con domande articolate per accertare l'apprendimento degli argomenti relativi alle tre parti del programma. L'apprendimento degli argomenti trattati durante l'attività di laboratorio è accertato nell'ambito della stessa prova orale, mediante domande specifiche sulle esperienze svolte. La prova si intende superata con un punteggio minimo di 18/30.
La prova orale ha una durata media di 25-30 minuti e consiste in un colloquio articolato in: i) domande di carattere generale, per valutare la padronanza dei concetti fondamentali e l'estensione delle conoscenze acquisite sulle tre parti del programma; ii) approfondimenti tematici, per verificare la capacità di analisi critica e il rigore metodologico; iii) domande sull'attività di laboratorio, per verificare la comprensione delle esperienze pratiche svolte e la capacità di interpretarne i risultati.
Criteri per l'attribuzione del voto:
<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 delle tre parti del programma 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 la capacità di applicare correttamente i concetti chiave e di iniziare ad analizzare criticamente situazioni pertinenti ai temi dell'insegnamento e all'attività di laboratorio.
25-26 Livello buono: lo studente dimostra autonomia di giudizio nel valutare e confrontare scenari pertinenti, applica le conoscenze in modo efficace e comunica i 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 solide abilità comunicative anche in relazione alle esperienze di laboratorio.
30 Livello eccellente: lo studente eccelle in tutti i descrittori di Dublino, con conoscenza approfondita, applicazione sicura e critica, comunicazione efficace e capacità di apprendere in modo continuo e creativo.
La lode può essere attribuita quando lo studente dimostra, oltre a quanto sopra, particolare originalità e approfondimento nella discussione orale, superando le aspettative.

Materiale didattico integrativo sarà fornito agli studenti durante il corso.
L'Intelligenza Artificiale può supportare lo studio e la schematizzazione dei contenuti, ma non sostituisce i testi, le diapositive e i materiali del corso; lo studente è tenuto a verificare criticamente l'accuratezza delle informazioni generate dall'IA.
Il docente è disponibile per l'assistenza agli studenti su richiesta inoltrata via email.

I PARTE - Strutture e funzioni cellulari
Microscopia e morfologia cellulare. Confronto tra cellula procariotica ed eucariotica. Caratteristiche strutturali e funzionali della cellula procariotica: dimensioni e forma. Membrana citoplasmatica: struttura e funzione. Sistemi di trasporto. La parete delle cellule procariotiche. La matrice citoplasmatica. Il nucleoide. Le appendici cellulari. La locomozione microbica. Inclusioni cellulari. Le endospore.
II PARTE - Nutrizione, metabolismo e crescita
Nutrizione e metabolismo dei microrganismi. Esigenze nutrizionali comuni. Assunzione di nutrienti da parte della cellula. Terreni di coltura e tecniche di sterilizzazione. Isolamento in coltura pura. Reazioni di ossido-riduzione e composti ad alta energia. Ruolo dell'ATP nel metabolismo. Principali vie cataboliche, trasporto di elettroni e forza proton-motrice. Respirazione aerobica e anaerobica. Esempi di metabolismo fermentativo: fermentazione alcolica e lattica.
La crescita microbica. La divisione della cellula batterica. La crescita di una popolazione batterica. Misurazione della crescita microbica. Parametri che influenzano la crescita microbica: temperatura, pH, ossigeno, osmolarità. Controllo della crescita microbica: metodi fisici e chimici. Farmaci antimicrobici: meccanismo d'azione degli antibiotici e tossicità selettiva. Controllo dei virus e dei patogeni eucariotici. Resistenza ai farmaci antimicrobici e ricerca di nuovi farmaci.
III PARTE - Biologia molecolare e genetica dei microrganismi
Macromolecole biologiche. Struttura e sintesi del nucleoide. L'RNA polimerasi, la trascrizione, il promotore, il terminatore. Il codice genetico. La traduzione: il processo di sintesi proteica. Batteriofagi: ciclo litico; batteriofagi temperati e lisogenia.
Genetica batterica. Mutazione e ricombinazione. Selezione e screening di mutanti. Scambio genetico nei procarioti: trasformazione, coniugazione e trasduzione. La complementazione. I trasposoni e le sequenze di inserzione. Genetica batterica e clonaggio genico. Il cromosoma batterico.
Regolazione dell'espressione genica nei procarioti. Regolazione della trascrizione tramite controllo positivo e negativo. Sistemi di controllo globale: la repressione da catabolita nei Gram-positivi e nei Gram-negativi.
Attività di laboratorio
1) Crescita di una popolazione batterica ed effetto della temperatura sulla crescita.
2) Trasformazione di cellule competenti di Escherichia coli.

Italian

Cellular structures and functions. Microbial nutrition, growth and growth control. Molecular microbiology and gene expression of microorganisms. Virology. Genetics of microorganisms.

Brock, Biology of Microorganisms, vol. 1, Madigan, Martinko, Casa editrice Ambrosiana.
Biologia dei microrganismi, Dehò e Galli, Casa Editrice Ambrosiana

LEARNING OBJECTIVES. The General Microbiology course aims to provide students with the fundamental knowledge of the structure, metabolism, growth, genetics and regulation of gene expression of microorganisms, as well as the conceptual and practical tools for the laboratory study of prokaryotes, in accordance with the Dublin Descriptors outlined below.
KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING. Students will acquire a solid understanding of the structures and functions of the prokaryotic cell, of the main metabolic pathways in the presence and absence of oxygen, of the mechanisms of microbial nutrition, growth and growth control, of the molecular bases of gene expression and its regulation, of the elements of virology and of the mechanisms of gene transfer and recombination in prokaryotes.
APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING. Students will be able to set up and interpret microbial cultures, to measure and analyse the growth of a bacterial population, to apply the main techniques for the manipulation of microorganisms (e.g. bacterial transformation) and to connect the theoretical principles to biotechnological applications.
MAKING JUDGEMENTS. Students will develop the ability to critically analyse microbiological experimental data, to distinguish between different metabolic and gene-regulation strategies, and to evaluate the optimal conditions for microbial growth and control.
COMMUNICATION SKILLS. Students will be able to use the scientific terminology of microbiology accurately, to clearly present the main theoretical concepts and to write and discuss a scientific report on the laboratory activity carried out.
LEARNING SKILLS. Students will develop independent learning skills that will enable them to deepen and update their knowledge in the field of microbiology, also in view of more advanced courses and through the critical reading of the relevant literature.

Passing of the General Chemistry, Organic Chemistry and Biology exams. Basic knowledge of biochemistry is useful.

The course includes:
- frontal lectures;
- laboratory activities (hands-on experiences, individually or in small groups).

Achievement of the course learning objectives is certified through passing an exam, graded on a scale of thirty (30).
Verification of learning consists of an oral test, with questions organized to assess learning of the topics of the three parts of the programme. Learning of the topics covered during the laboratory activity is verified within the same oral test, through specific questions on the experiences carried out. The test is considered passed with a minimum score of 18/30.
The oral test has an average duration of 25-30 minutes and consists of an interview structured as follows: i) general questions, to assess the student's command of the fundamental concepts and the breadth of the knowledge acquired on the three parts of the programme; ii) in-depth thematic questions, to verify the ability for critical analysis and methodological rigor; iii) questions on the laboratory activity, to verify the understanding of the practical experiences carried out and the ability to interpret their results.
Grading criteria:
<18 Fail: the student does not demonstrate results consistent with the descriptors of knowledge and understanding, application, judgement, communication and learning skills.
18-21 Sufficient level: the student meets the basic descriptors relating to knowledge and understanding of the fundamental content of the three parts of the programme and shows an initial ability to apply it in simple contexts.
22-24 Fully sufficient level: the student meets the descriptors of applied knowledge and understanding, showing the ability to correctly apply key concepts and to begin critically analysing situations relevant to the course topics and to the laboratory activity.
25-26 Good level: the student demonstrates independent judgement in evaluating and comparing relevant scenarios, applies knowledge effectively and communicates results clearly, reflecting more consolidated competences.
27-29 Very good level: the student meets the descriptors of all five areas at an advanced level, with mastery of the content, the ability to critically evaluate complex cases and strong communication skills, including in relation to the laboratory experiences.
30 Excellent level: the student excels in all the Dublin descriptors, with in-depth knowledge, confident and critical application, effective communication and the ability to learn continuously and creatively.
Honours (cum laude) may be awarded when, in addition to the above, the student demonstrates exceptional originality and depth of analysis in the oral discussion, exceeding expectations.

Supplementary teaching material will be provided to students during the course.
Artificial Intelligence may support learning and the organization of content, but it does not replace the textbooks, lecture slides and course materials; students are expected to critically verify the accuracy of AI-generated information.
The lecturer is available to assist students on request submitted via email.

PART I - Cell structure and function
Microscopy and cell morphology. Comparison between prokaryotic and eukaryotic cells. Structural and functional features of the prokaryotic cell: size and shape. Cytoplasmic membrane: structure and function. Transport systems. The cell wall of prokaryotes. The cytoplasmic matrix. The nucleoid. Cell appendages. Microbial locomotion. Cell inclusions. Endospores.
PART II - Nutrition, metabolism and growth
Microbial nutrition and metabolism. Common nutritional requirements. Nutrient uptake by the cell. Culture media and sterilization techniques. Isolation in pure culture. Oxidation-reduction reactions and high-energy compounds. Role of ATP in metabolism. Main catabolic pathways, electron transport and the proton-motive force. Aerobic and anaerobic respiration. Examples of fermentative metabolism: alcoholic and lactic fermentation.
Microbial growth. Bacterial cell division. Growth of a bacterial population. Measurement of microbial growth. Environmental effects on microbial growth: temperature, pH, oxygen, osmolarity. Control of microbial growth: physical and chemical methods. Antimicrobial drugs: mechanism of action of antibiotics and selective toxicity. Control of viruses and eukaryotic pathogens. Antimicrobial drug resistance and the search for new drugs.
PART III - Molecular microbiology and bacterial genetics
Biological macromolecules. Structure and synthesis of the nucleoid. RNA polymerase, transcription, promoter and terminator. The genetic code. Translation: the process of protein synthesis. Bacteriophages: lytic cycle; temperate bacteriophages and lysogeny.
Bacterial genetics. Mutation and recombination. Selection and screening of mutants. Gene transfer in prokaryotes: transformation, conjugation and transduction. Complementation. Transposons and insertion sequences. Bacterial genetics and gene cloning. The bacterial chromosome.
Regulation of gene expression in prokaryotes. Regulation of transcription through positive and negative control. Global control systems: carbon catabolite repression in Gram-positive and Gram-negative bacteria.
Laboratory activity
1) Growth of a bacterial population and effect of temperature on growth.
2) Transformation of Escherichia coli competent cells.