Programma microbiologia applicata

Corso di laurea magistrale in
Scienze per la diagnostica e conservazione dei beni culturali
Insegnamento di Microbiologia applicata ai beni culturali
RIEPILOGO DEI CONCETTI BASE DELLA MICROBIOLOGIA GENERALE
IL DNA: CARATTERISTICHE CHIMICHE E STRUTTURALI
Struttura dei nucleotidi.
I nucleotidi nel DNA: il legame diesterico ed i legami idrogeno.
Struttura della doppia elica di DNA.
Organizzazione del DNA nella cellula batterica: topologia del DNA.
Struttura della cromatina nei batteri.
CROMOSOMI E PLASMIDI
Definizioni di cromosoma e plasmide.
Analisi strutturale e funzionale dei cromosomi batterici e dei plasmidi.
IL TRASFERIMENTO GENICO ORIZZONTALE
Coniugazione.
Trasduzione.
Trasformazione.
Cenni sulla ricombinazione.
LA REPLICAZIONE
Il replicone.
Modalità d’azione della DNA polimerasi batterica e relative implicazioni funzionali.
Fasi della replicazione del DNA nei batteri ed enzimi coinvolti.
La correzione di bozze.
L’ESPRESSIONE GENICA
Definizioni di informazione genetica, geni ed espressione genica.
Organizzazione del gene nei procarioti.
L’operone.
Il dogma centrale della biologia molecolare.
LA TRASCRIZIONE
Le fasi della trascrizione.
LA TRADUZIONE
Il codice genetico.
La fasi di lettura aperte (ORF).
Il macchinario della traduzione: RNA messaggero (mRNA), RNA transfer (tRNA) e RNA
ribosomico (rRNA).
Struttura e funzione del tRNA.
Struttura e funzione del rRNA.
Le fasi della traduzione.
LA REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA
Il concetto di regolazione e modulazione dell’espressione genica.
L’operatore.
Regolazione negativa con operatori inducibili.
Regolazione negativa con operatori reprimibili.
Regolazione positiva: gli esempi dell’operone mal e dell’operone lac.
L’attenuazione.
La trasduzione del segnale.
Fattori sigma alternativi.
Modulazione del turn over del mRNA.
Gli sRNA.
Polarità degli operoni.
La regolazione epigenetica.
La struttura modulare del genoma batterico.
IL CONCETTO DI SPECIE BATTERICA
Definizioni tradizionale e molecolare di specie batterica.
La tassonomia.
Filogenesi ed evoluzione
LA DIVERSITÀ MICROBICA
Teorie sulle dimensioni della diversità microbica.
Le curve di abbondanza: descrizione, possibili applicazioni e limitazioni.
La diversità metabolica: autotrofia, eterotrofia, fototrofia, chemiotrofia, chemiorganotrofia e
chemiolitotrofia, respirazione aerobica, anaerobica e fermentazione.
COMUNITÀ MICROBICHE
Struttura delle comunità microbiche.
Fattori determinanti.
Il concetto di nicchia ecologica.
Effetti dei fattori ambientali sulla struttura delle comunità microbiche.
Interazioni tra i componenti delle comunità microbiche: competizione e cooperazione.
Sintrofia e metabolismi complementari.
La metacomunità.
Diversità delle comunità microbiche.
Il metaboloma.
IL QUORUM SENSING
Definizione e funzione del quorum sensing.
Le molecole segnale.
Il sistema AHL-Lux.
Il sistema DSF-Rpf.
Il diguanosil ciclico (c-di-GMP).
I sistemi a tre componenti.
Il sistema Agr.
Il sistema AI-2 – LuxU – LuxO.
Ruolo del quorum sensing nei processi di competizione e cooperazione.
I BIOFILM
Definizione e funzioni del biofilm.
Struttura dei biofilm.
Fasi di crescita e sviluppo dei biofilm.
Ruolo delle adesine nelle fasi iniziali della formazione dei biofilm.
Rapporti tra condizioni ambientali (principalmente trofiche) e sviluppo dei biofilm.
Ruolo del quorum sensing nella formazione dei biofilm.
La matrice: funzione e composizione.
Architettura dei biofilm.
La disgregazione dei biofilm.
Sostanze antibatteriche con azione sui biofilm.
TECNICHE DI STUDIO DELLE COMUNITÀ MICROBICHE: METODI TRADIZIONALI
Isolamento e identificazione delle specie batteriche.
Strategie di identificazione biochimica.
Tecniche sierologiche di identificazione e caratterizzazione.
TECNICHE E METODI MOLECOLARI DI ANALISI MICROBIOLOGICHE.
La PCR.
L’elettroforesi su gel di agarosio.
La seminested PCR
La real-time PCR.
Il gene per il rRNA 16S come bersaglio per l’identificazione molecolare.
Elettroforesi in gradiente di gel denaturante (DGGE).
Il clonaggio.
Il sequenziamento.
Il sequenziamento massivo: il metodo Illumina ed il pirosequenziamento.
L’ibridazione.
Ibridazione fluorescente in situ (FISH).
I microarray.
Le librerie di cloni.
Principi di analisi bioinformatiche delle sequenze nucleotidiche.
L’APPLICAZIONE DELLE TECNICHE MOLECOLARI ALLE COMUNITÀ MICROBICHE
La metagenomica.
La metabolomica: FISH-MAR (microautoradiography); matrice isotopica; sonde di RNA con
isotopi stabili (SIP).
CASI DI STUDIO
I cianobatteri nei processi di deterioramento dei beni culturali.
Gli attinobatteri nei processi di deterioramento dei beni culturali.
I beni culturali come substrato per la crescita microbica.
I danni da colonizzazione microbica: danni estetici e danni strutturali.
La grotta di Lascaux.
Le grotte di Tito Bustillo.
Gli affreschi di La Rabida
La chiesa di Rostov.
Cenni sul biorestauro.