Obiettivi Formativi

Fornire conoscenze sulla biologia, funzione e metabolismo dei microrganismi, e sul loro ruolo nelle diverse matrici ambientali. Fare acquisire conoscenze pratiche sui principali metodi di studio dei microrganismi e applicazione in campo ambientale. Fornire conoscenze sui principi generali della genetica, dal DNA alla funzione genica alle modalità di conservazione, espressione e trasmissione dei caratteri genetici ereditari. Fare acquisire concetti specifici della genetica classica mendeliana, delle mutazioni geniche e cromosomiche, della genetica di popolazione e dei microrganismi delineando, inoltre, le fasi storiche delle scoperte chiave che hanno portato ai moderni concetti di gene e genoma, con particolare enfasi sul metodo scientifico/sperimentale utilizzato.

Learning Goals

Provide knowledge on the biology, function and metabolism of microorganisms, and on their role in the various environmental matrices. To acquire practical knowledge on the main methods of study of microorganisms and application in the environmental field. Provide knowledge on the general principles of genetics, from DNA to gene function to the strategies of conservation, expression and transmission of hereditary genetic information. To learn basic concepts of classical Mendelian genetics, gene and chromosomal mutations, population and microbial genetics, by outlining also the history of key discoveries that led to modern concepts of gene and genome, with particular emphasis on the scientific method/experimental used.

Metodi didattici

Modulo: A000651 - MICROBIOLOGIA GENERALE ED AMBIENTALE Lezioni frontali e a distanza, ausili didattici digitali, esercitazioni in aula e in laboratorio. Modulo: 2794 - GENETICA Il corso viene erogato attraverso lezioni frontali in aula integrate con esercitazioni in aula.

Teaching Methods

Modulo: A000651 - MICROBIOLOGIA GENERALE ED AMBIENTALE Lectures in class or via teams, digital support, classroom and lab exercises Modulo: 2794 - GENETICA The course is delivered through lectures, integrated with classroom exercises.

Prerequisiti

Conoscenze di base di Scienze della Vita e di Biologia generale e Conoscenze di base di chimica organica e biologica e di microbiologia generale

Prerequisites

Basic knowledge of Life Sciences and General Biology and basic knowledge of organic and biological chemistry and of  general microbiology

Verifiche dell'apprendimento

Modulo: A000651 - MICROBIOLOGIA GENERALE ED AMBIENTALE Verifiche in itinere e esame orale. L’esame finale consisterà in una prova scritta ed orale valutata in trentesimi ed eventuale lode. Sarà valutato il livello delle conoscenze maturate sui contenuti specifici del corso, la proprietà di linguaggio e la chiarezza espositiva. Modulo: 2794 - GENETICA L’esame finale consisterà in una prova scritta ed orale valutata in trentesimi ed eventuale lode. Sarà valutato il livello delle conoscenze maturate sui contenuti specifici del corso, la proprietà di linguaggio e la chiarezza espositiva. Tuttavia, durante il corso, verranno anche condotte prove scritte anonime per valutare i progressi degli studenti e garantire una migliore qualità dell'insegnamento.

Assessment

Modulo: A000651 - MICROBIOLOGIA GENERALE ED AMBIENTALE Tests during the course, oral final examination. The final exam will consist of a written and oral test assessed in thirtieths and possible praise. The level of knowledge gained on the specific contents of the course, the property of language and the clarity of exposition will be evaluated. Modulo: 2794 - GENETICA The final exam will consist of a written and oral test assessed in thirtieths and possible praise. The level of knowledge gained on the specific contents of the course, the property of language and the clarity of exposition will be evaluated. However, during the course, anonymous written tests will also be conducted to assess students' progress and ensure a better quality of teaching.

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: A000651 - MICROBIOLOGIA GENERALE ED AMBIENTALE ------------------------------------------------------------ Modulo 1: Microbiologia Generale e Ambientale Breve introduzione sull'importanza della microbiologia e le fasi della scoperta dei microrganismi. La cellula, origine ed evoluzione. Morfologia e citologia dei microrganismi. Microscopi (Ottico, elettronico e nuovi microscopi) e tecniche per l'osservazione al Microscopio. Nutrizione e isolamento dei microrganismi Crescita microbica e conservazione Controllo dei microrganismi Metabolismo microbico Elementi di virologia Cenni di tassonomia microbica Microbiologia ambientale: I microrganismi del suolo Associazioni simbiotiche e antagonistiche Biorisanamento dei suoli Biodeterioramento e biorisanamento dei monumenti. Potabilità delle acque e trattamento delle acque reflue. Modulo 1 Microbiologia generale Breve introduzione sull'importanza della microbiologia e le fasi della scoperta dei microrganismi. La cellula, origine ed evoluzione. Struttura e funzione della cellula procariote Morfologia, dimensioni ed arrangiamenti delle cellule batteriche – Strutture esterne (capsula, EPS, flagelli, fimbrie e pili) – Membrana e Parete cellulare di Archea ed Eubatteri – Organizzazione interna della cellula batterica – Endospore - Altre strutture di differenziamento Cellule microbiche eucariote Cenni sulla diversità dei microrganismi eucarioti Microscopi (Ottico, elettronico) Tecniche per l'osservazione al Microscopio. Nutrizione e isolamento dei microrganismi Crescita microbica Controllo dei microrganismi (Fattori ambientali e tecniche di sterilizzazione) Principi di Metabolismo microbico e Nutrizione microbica Produzione di energia (reazioni di ossido-riduzione, vie metaboliche di produzione energetica, sintesi di ATP) - Respirazione aerobia ed anaerobia - Fermentazione – Fotosintesi ossigenica ed anossigenica) Diversità metabolica dei microrganismi. Terreni di crescita e Tecniche di coltivazione Elementi di virologia Cenni di tassonomia microbica Microbiologia ambientale: I microrganismi del suolo Associazioni simbiotiche e antagonistiche Biorisanamento dei suoli Biodeterioramento e biorisanamento dei monumenti. Potabilità delle acque e trattamento delle acque reflue. ------------------------------------------------------------ Modulo: 2794 - GENETICA ------------------------------------------------------------ Il corso si svolge nel secondo semestre. L’itinerario di apprendimento inizierà dalla genetica formale trattando concetti di base come il genotipo e il fenotipo, l’influenza dell’ambiente sui geni e gli aspetti generali della mitosi e meiosi. Il corso proseguirà con la genetica mendeliana illustrando i principi fondamentali delle leggi di Mendel sia nelle piante che in altri organismi, incluso l’uomo. Successivamente si studieranno i rapporti mendeliani atipici e l’eredità di geni extranucleari presenti in genomi mitocondriali e plastidiali sino ad arrivare alla teoria cromosomica dell’ereditarietà con gli esperimenti di T.H. Morgan in Drosophila, la non-disgiunzione dei cromosomi, l’ eredità X-linked, Y-linked ed XY-linked e la determinazione del sesso in diversi organismi. Verranno in seguito affrontati gli studi riguardanti la mappatura genica dei cromosomi sia in organismi diploidi che aploidi incluso la mappatura del centromero e l’ analisi delle tetradi ordinate e non ordinate. Il corso proseguirà con lo studio della genetica dei batteri e dei loro virus incluso i principali meccanismi di trasferimento genico nei batteri (coniugazione, trasformazione e trasduzione). Saranno illustrati ed esaminati i vari aspetti della ricombinazione omologa (Modello di Holliday), la ricombinazione sito-specifica e illegittima e verranno successivamente trattati gli elementi genetici trasponibili sia negli eucarioti che nei procarioti incluso i meccanismi di trasposizione. Il corso si concluderà con lo studio delle basi molecolari delle mutazioni geniche e cromosomiche, lo studio dell’espressione genica in E. coli (operone Lac e Trp) ed elementi di bioinformatica fornendo agli studenti alcuni tra gli strumenti computazionali di base per l’analisi di dati genetici. PROGRAMMA DI GENETICA GENETICA FORMALE La genetica e l’organismo. Gli obiettivi ed il linguaggio della genetica. Geni e ambiente. Aspetti genetici di mitosi e meiosi. Concetto di Genotipo e Fenotipo. Norma di reazione. La Genetica Mendeliana Gli esperimenti di Mendel. Incrocio monoibrido e diibrido ed il principio mendeliano della segregazione e dell’assortimento indipendente. Concetto di reincrocio. Elementi di genetica mendeliana nell'uomo. Estensioni dell'analisi mendeliana Variazione delle relazioni di dominanza: dominanza incompleta e codominanza, allelia multipla: i gruppi sanguigni. Pleiotropia; geni letali. Rapporti mendeliani modificati complementazione ed epistasi; penetranza ed espressività. Estensioni della genetica formale Il DNA contenuto negli organelli cellulari: struttura ed organizzazione; Eredità non-mendeliana ed effetto materno. Le basi cromosomiche dell’ereditarietà La teoria cromosomica dell’ereditarietà; I cromosomi sessuali; Eredità legata al sesso: esperimenti di T. H. Morgan - la non-disgiunzione; eredità X-linked, Y-linked ed XY-linked. L’inattivazione del cromosoma X. Determinazione del sesso. Associazione genetica e mappatura dei cromosomi La scoperta dell’associazione. Tecniche di mappatura mediante reincroci; reincrocio a tre punti; Interferenza. Analisi di linkage e mappatura in organismi aploidi. Mappatura del centromero e analisi delle tetradi ordinate. Analisi di tetradi non ordinate. GENETICA MOLECOLARE E DEI MICRORGANISMI Trasferimento genico nei batteri. La trasformazione naturale e indotta e gli esperimenti di Griffith. La coniugazione batterica; La ricombinazione batterica e la mappatura del cromosoma di E. coli. Genetica dei batteriofagi. Trasduzione generalizzata e specializzata. I meccanismi della ricombinazione La ricombinazione generalizzata o omologa. Modello di Holliday. La ricombinazione sito-specifica.La ricombinazione replicativa o illegittima. La trasposizione e gli elementi genetici trasponibili. Le mutazioni Basi molecolari della mutazione. Mutazioni spontanee. Mutazioni geniche. Mutazioni cromosomiche. Tasso di mutazione. Mutazioni indotte da agenti mutageni e loro meccanismi di azione. ESPRESSIONE GENICA Operone Lac. Operone triptofano (trp): controllo negativo ed attenuazione in E. coli. ELEMENTI DI BIOINFORMATICA Sequenziamento del DNA. Banche dati genetiche. Ricerca in Database. Allineamento di sequenze geniche. Algoritmo BLAST.

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: A000651 - MICROBIOLOGIA GENERALE ED AMBIENTALE ------------------------------------------------------------ Module 1: General and Environmental Microbiology Brief introduction to microbiology and history of discovery of microorganisms. Cell, its origin and evolution. Morphology and cytology of microorganisms Microscopes (light, electronic, new developments); microscopy techniques. Nutrition and isolation of microorganisms. Growth and conservation of microorganisms. Control of microbial growth. Microbial metabolism Elements of virology Principles of microbial taxonomy Environmental microbiology: Soil microorganisms; symbiotic relationships Bioremediation of soil, Biodeterioration and bioremediation of monuments) Potability of water and treatment of waste water. Module 1 General Microbiology Introduction and History of microbiology. Cell origin and evolution. Structure and function of prokaryotic cell Morphology, size and arrangement of bacterial cells – external structures (casule, EPS, flagella, fimbrie and pili) – Membrane and cell wall in Archea and Eubacteria – Internal organization of prokaryotic cell – Endospores – Other structures of differentiation Introduction of microscopy techniques for studying microorganisms – Staining – Observation under microscopy. (Light and Electronic) Eukaryotic microorganisms Principles of diversity of eukaryotic microorganisms Principles of microbial metabolism and of Microbial nutrition (Energy and Carbon sources, Aerobic and anaerobic respiration – Fermentation –Oxygenic and anoxygenic photosynthesis) Metabolic diversity of microorganisms –Cultural media and techniques. Microbial growth Control of microbial growth (Environmental Factors and sterilization Principles of Genetic of microorganisms Principles of Taxonomy Principles of virus, viroids and prions Environmental microbiology: Soil microorganisms; Interactions of microorganisms/plant Bioremediation of soil, Biodeterioration and bioremediation of monuments) Water potability and waste water treatment. ------------------------------------------------------------ Modulo: 2794 - GENETICA ------------------------------------------------------------ The course takes place in the second semester. The learning itinerary will start from formal genetics, dealing with basic concepts such as genotype and phenotype, the influence of the environment on genes and the general aspects of mitosis and meiosis. The course will continue with Mendelian genetics illustrating the fundamental principles of Mendel's laws both in plants and in other organisms, including man. Subsequently we will study the atypical patterns of Mendelian inheritance including inheritance of extranuclear genes (mitochondrial and plastid genes). Then we will study the chromosomal theory of inheritance starting from experiments of T.H. Morgan in Drosophila up to X-, Y- and XY-linked inheritance and sex determination in different organisms. The studies concerning the chromosome gene mapping both in diploid and haploid organisms including centromere mapping and analysis of ordered and unordered tetrads will be discussed later. The course will continue with the study of bacterial and bacteriophage genetics including the main mechanisms of gene transfer in bacteria (conjugation, transformation and transduction). The various aspects of homologous recombination will be illustrated and examined (Holliday Model), site-specific and illegitimate recombination and the transposable genetic elements will be subsequently treated both in eukaryotes and prokaryotes, including transposition mechanisms. The course will conclude with the study of the molecular bases of gene and chromosomal mutations, the study of gene expression in E. coli (Lac and Trp operon) and bioinformatics elements, providing students with some of the basic computational tools for analysis of genetic data. PROGRAM FORMAL GENETICS Genetics and the organism. The objectives and the language of genetics. Genes and environment. Genetic aspects of mitosis and meiosis. Genotype and Phenotype concept. Reaction standard. Mendelian Genetics Mendel's experiments. Monohybrid and dihybrid crossbreeding and the Mendelian principle of segregation and independent assortment. Crossing concept. Elements of Mendelian Genetics in humans. Extensions of the Mendelian analysis Modification of dominance relationships: incomplete dominance and codominance, multiple alleles: blood groups. pleiotropy; lethal genes. Mendelian relations modified complementation and epistasis; penetrance and expressivity Extensions of formal genetics The DNA contained in cellular organelles: structure and organization; Non-Mendelian inheritance and maternal effect. The chromosomal bases of inheritance The chromosomal theory of inheritance; Sex chromosomes; Sex-linkege: T. H. Morgan experiments - non-disjunction; X-linked inheritance, Y-linked inheritance and XY-linked inheritance. The X chromosome Inactivation. Sex determination. Genetic linkage and chromosome mapping Dicovery of genetic linkage. Detecting linkage through Testcrosses; three-point Testcrosses; Interference. Linkage analysis and mapping in haploid organisms. Centromere mapping and analysis of ordered tetrads. Analysis of unordered tetrads. MOLECULAR AND MICROBIAL GENETICS Gene transfer in bacteria. The natural and induced transformation and Griffith's experiments. Bacterial conjugation; Bacterial recombination and E. coli chromosome mapping. Genetics of bacteriophages. Generalized and specialized transduction. Recombination mechanisms.The generalized or homologous recombination. Holliday model. Site-specific recombination. Replication or illegitimate recombination. Transposition and transposable genetic elements. Mutations. Molecular basis of the mutation. Spontaneous mutations. Gene mutations. Chromosomal mutations. Mutation rate. Induced mutations by mutagens and their mechanisms of action. GENE EXPRESSION The Lac Operon. The trp operon: negative control and attenuation in E.coli. ELEMENTS OF BIOINFORMATICS Standard (Sanger) DNA sequencing. Genetic databases. Search in Database. Alignment of gene sequences. BLAST algorithm.