Biotecnologie Industriali - programma

“Laurea Magistrale in CHIMICA INDUSTRIALE”
“Biotecnologie Industriali”
“2014-2015”
Docente: Prof. Michele M. Bianchi, Dipartimento Biologia e Biotecnologie C. Darwin, piano rialzato,
stanza 15, tel 0649912215 e-mail [email protected]
Studenti target: Chimica industriale, Chimica, Biotecnologie, Scienze biologiche
Livello dell’Unità: specialistico
Pre-requisiti: Chimica organica, Biochimica
Crediti: 6
Programma (300-600 parole)
Microbiologia industriale: biotecnologie microbiche e industriali, gli organismi viventi, processi
biologici comuni, morfologia cellulare, struttura della cellula batterica, parete batterica, sporulazione,
sessualità batterica, categorie nutrizionali e metabolismo, condizioni di crescita, batteri acetici,
pseudomonadi, zimomonadi, agro batteri, enterobatteri, batteri lattici, bacilli, clostridi, corynebatteri,
attinomiceti, cellule eucariotiche, lieviti, funghi filamentosi. Ecologia microbica: ciclo del carbonio,
ruolo dei microrganismi, degradazione dei polimeri vegetali e animali, humus, ciclo dell’azoto, ruolo dei
microrganismi, ciclo dello zolfo, ruolo dei microrganismi, ciclo del fosforo, associazioni positive e
negative tra microrganismi, microrganismi termofili, alofili, alcalofili, acidofili e piezofili, biofilm,
formazione e composizione del biofilm, biodiversità, coltavibilità dei microrganismi, metodi di studio
della biodiversità, analisi genetiche, genomiche e meta genomiche. Bioprocessi industriali: Produzione
di etanolo, lieviti e batteri che producono alcol, metabolismo fermentativo, regolazione del metabolismo,
Saccharomyces cerevisiae e Zymomonas mobilis, materie prime e processi, processi discontinui e
continui - Produzione di metano, metano da microrganismi, aspetti biochimici, substrati per
metanogenesi, fisiologia dei metanogeni, ecologia dei metanogeni, citologia dei metanogeni,
archeobatteri, applicazioni – Produzione di idrogeno, microrganismi produttori, enzimi idrogenasi e
nitrogenasi, produzione fermentativa al buio, fotoproduzione diretta e indiretta, produzione da alghe e
batteri, processi pilota – Produzione di biodiesel, sintesi degli acidi grassi, miglioramento del processo,
ottimizzazione della crescita, cattura della luce, aspetti regolativi del metabolismo. Biotecnologie
ricombinanti: Mutagenesi, struttura e funzione del gene, mutazioni spontanee, mutazioni indotte,
ingegneria genetica, concetti e metodologie, enzimi per la modificazione degli acidi nucleici, plasmidi e
vettori, metodi di clonaggio, analisi degli acidi nucleici, vettori di espressione batterici e di lievito –
Ingegneria metabolica, produzione di L-alanina, produzione di acido lattico da lievito, produzione di
vitamina C da lievito – Enzimi e proteine ricombinanti, produzione di chimosina in lievito, dosaggio
genico e produzione in lievito, proteine eterologhe da pianta e da essudati di radice, proteine eterologhe
da mammifero – Produzione di vaccini ricombinanti da lievito e da pianta, immunizzazione orale con
vaccini edibili da pianta.
In inglese (300-600 parole)
Industrial microbiology: microbial and industrial biotechnologies, the living organisms, common
biological processes, cell morphology, structure of the bacterial cell, bacterial cell wall, sporulation,
bacterial sexuality, nutritional categories and metabolism, environmental growth conditions, acetic acid
bacteria, pseudomonads, zymomonads, agrobacteria, enterobacteria, lactic acid bacteria, bacilli,
clostridia, corynebacteria, actimomycetes, eukaryotic cells, yeast, filamentous fungi. Microbial ecology:
carbon cycle, role of microorganisms in C cycle, degradation of plant and animal polymers, nitrogen
cycle, role of microorganisms in N cycle, sulphur cycle, role of microorganisms in S cycle, phosphor
cycle, positive and negative associations among microorganisms, thermophilic microorganisms,
halophiles, alkalophiles, acidophiles and barophiles, biofilms, formation and composition of biofilms,
biodiversity, cultured microorganisms, methods for studying biodiversity, genetic, genomic and
metagenomic analysis. Industrial bioprocesses: Production of ethanol, ethanol producing yeasts and
bacteria, Saccharomyces cerevisiae and Zymomonas mobilis, substrates for media and processes, batch
and continuous cultivation processes – Production of methane, methane from microorganisms,
biochemical issues, substrates for methane production, physiology of methanogenes, ecology of
methanogenes, cytology of methanogenes, archea, applications – Production of hydrogen,
microorganisms producing hydrogen, hydrogenase and nitrogenase enzymes, dark fermentation process,
direct and indirect photoproduction, production of hydrogen from algae and bacteria, pilot processes –
Production of biodiesel, fatty acids biosynthesis, process improvement, optimization of microbial growth,
optimization of light capture, regulatory aspects of the metabolism. Recombinant biotechnology:
Mutagenesis, structure and function of the gene, spontaneous mutations, induced mutagenesis, genetic
engineering, principles and methodologies, enzyme for the modification of nucleic acids, plasmid and
vectors, cloning procedures and strategies, analysis of nucleic acids, bacterial and yeast expression
vectors – Metabolic engineering, production of L-alanine, production of lactic acid in yeast, production of
vitamin c in yeast – Recombinant protein and enzymes, chymosin production in yeast, gene dosage and
production of heterologous proteins in yeast, heterologous proteins from plants and root exudates,
heterologous proteins from mammals – Production of recombinant vaccines from yeast and plant, oral
immunization with edible vaccines from plants.
Obiettivi formativi (max. 60 parole)
Il corso si propone di dare le basi della struttura, dell’organizzazione e funzionamento della cellula
microbica, dell’analisi delle popolazioni microbiche ambientali, di alcuni processi di produzione per via
fermentativa su larga scala di biocarburanti e di proteine ed enzimi ricombinanti
In inglese (max. 60 parole)
This teaching aims to give basic knowledge of cell structure, organization and functioning, basic
knowledge of analysis of environmental microbial population, processes for industrial production of
biofuels and recombinant proteins and enzymes
Risultati di apprendimento attesi (max. 60 parole)
Ci si attende che lo studente sia in grado di identificare categorie di microrganismi e di valutare le
possibilità dell’utilizzo dei microrganismi per la produzione di sostanze con applicazioni industriali, le
possibilità di sviluppo e miglioramento dei processi, la produzione di nuove sostanze o l’applicazione di
nuovi processi.
In inglese (max. 60 parole)
Results will be the capability to identify classes of microorganisms, to evaluate the use of microorganisms
for the production of compounds with industrial applications, the possibility to develop and improve
production processes, the planning of production of new compounds or the development of new processes
Libro di testo consigliato (max. 25 parole)
Bianchi - Chimica e biotecnologia delle fermentazioni industriali, Edizioni Nuova Cultura
Biavati e Sorlini – Microbiologia ambientale, CEA
Dispense del corso
Articoli della letteratura scientifica