Obiettivi formativi
Al termine dell’attività formativa lo studente dovrebbe aver acquisito le conoscenze sul ruolo svolto dai microrganismi in diversi ambiti di studio e applicazione delle biotecnologie. Inoltre dovrebbe essere in grado di affrontare le problematiche relative alla produzione di proteine ricombinanti.
In particolare lo studente dovrebbe essere in grado di:
- Applicare le conoscenze di base relative ai processi fermentativi industriali
- Applicare le più consone strategie biotecnologiche per ottenere ceppi microbici per la produzione, per via fermentativa, di metaboliti primari e secondari, biomasse evidenziando gli interventi di genetica e ingegneria genetica mirati al miglioramento del processo produttivo.
- Definire e descrivere le principali metodologie molecolari e l’approccio sperimentale più indicato per la produzione di proteine ricombinanti in microrganismi procarioti ed eucarioti, cellule di insetto e in cellule animali.
Prerequisiti
Sono richieste conoscenze relative alla genetica, microbiologia e tecnologia del
DNA ricombinante.
Contenuti dell'insegnamento
Il corso consiste nella presentazione e discussione delle principali metodologie genetico-molecolari che hanno importanti ricadute sia nella ricerca di base che in settori d'interesse industriale e biomedico. Nella prima parte del corso verranno illustrate le potenzialità dell’utilizzo dei microrganismi per la produzione di beni e servizi: particolare attenzione verrà posta ai diversi approcci metodologici mirati alla selezione e al miglioramento genetico delle colture industriali e verranno presi in considerazione esempi di produzione, ed impiego dei principali prodotti delle fermentazioni industriali. Verranno inoltre introdotti aspetti più tecnologici quali la gestione dei bioreattori, il disegno di processi fermentativi ed il loro scaling up dalla ricerca di laboratorio alla produzione industriale. Nella seconda parte del corso verrà affrontata la produzione su larga scala di proteine ricombinanti sfruttando diversi sistemi biologici per l’espressione del gene clonato; dalle cellule batteriche alle cellule animali. Saranno discusse le principali applicazioni di composti i biotecnologici quali ormoni, citochine, enzimi con proprietà terapeutiche, vaccini e anticorpi monoclonali.
Infine, verrà proposto un focus su un argomento specifico riguardante l'uso di microrganismi come sistema modello o per lo studio delle funzioni e delle interazioni geniche.
Programma esteso
I MICRORGANISMI COME "CELL FACTORY".
-Microrganismi di interesse biotecnologico.
-Approcci metodologici mirati alla selezione e al miglioramento genetico delle colture industriali.
-Amminoacidi e antibiotici: dall’isolamento del microrganismo produttore alla
produzione industriale
-Produzione di biomasse microbiche: lievito per panificazione, single cell protein, boconversioni.
-Produzione di etanolo, acido citrico, acido lattico.
-Tecnologie fermentative: materie prime e terreni di fermentazione; colture batch,
continue e fed batch.
INGEGNERIA GENETICA E PRODUZIONE DI PROTEINE RICOMBINANTI
-Isolamento di un gene di interesse. Tecniche di mutagenesi.
LA SCELTA DELL'OSPITE
-Analisi e ottimizzazione dell’espressione genica in microrganismi procarioti.
Promotori inducibili. Proteine di fusione e loro impiego.
-Analisi e ottimizzazione dell’espressione genica in microrganismi eucarioti. Vettori
d’espressione per lievito promotori costitutivi ed inducibili. La manipolazione della
secrezione in Saccharomyces cerevisiae. Il sistema Pichia pastoris e
Kluyveromyces lactis.
-Il sistema di espressione cellule di insetto/Baculovirus.
-Espressione in cellule di mammifero. Espressione transiente e trasformanti stabili.
Promotori e geni reporter. Vettori virali.
I PRODOTTI
-Prodotti farmaceutici, enzimi.
-Vaccini di II generazione e cenni di immunogenetica
-Anticorpi monoclonali.
STUDIO DELL’ESPRESSIONE E DELLA FUNZIONE GENICA.
- Analisi Northern, geni reporter, analisi mediante arrays.
-Interazioni geniche: soppressori, letali sintetici, mutazioni dosaggio genico
dipendente.
-Il sistema del doppio ibrido.
Bibliografia
Donadio e Marino “Biotecnologie microbiche” Casa Editrice ambrosiana; Manzoni M.”Microbioloogia Industriale” Casa Editrice ambrosiana; Glick, Pasternak and Patten “Molecular Biotechnology” ASM press IV edizione; Dale and von Schantz "Dai geni ai genomi" Principi e applicazioni della tecnologia del DNA ricombinante”
Edises; Watson J.D et al “DNA ricombinante” Zanichelli.
Materiale fornito dal docente.
Metodi didattici
Il corso viene svolto mediante lezioni frontali sugli specifici argomenti del programma con l’ausilio di presentazioni in power point. Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni verrà messo a disposizione degli studenti in formato elettronico. Alcuni argomenti verranno analizzati e discussi in aula con l’ausilio di articoli scientifici. Sono previste alcune attività integrative in particolare una visita aziendale per approfondire la tematica della tecnologia delle fermentazioni industriali.
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell’apprendimento verrà effettuata attraverso un esame orale di tipo tradizionale che consisterà in 3 domande di cui una relativa alle tecnologie fermentative e alle principali produzioni delle fermentazioni tradizionali, una relativa ai sistemi di espressione procariotici e eucariotici e una riguardante esempi di produzione e applicazioni di proteine ricombinanti. Nella attribuzione della votazione finale verrà tenuto conto del livello di conoscenza dei diversi argomenti trattati (insufficiente, superficiale, completo e approfondito) della capacità da parte dello studente di applicare i concetti teorici e d formulare collegamenti tra i vari argomenti (sufficiente, buona, ottima) e della padronanza d’espressione (carente, semplice, chiara e corretta).
Altre informazioni
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