73188 - MICROBIOLOGIA E BIOTECNOLOGIA PER IL DISINQUINAMENTO M

Conoscenze e abilità da conseguire

L'insegnamento ha lo scopo di fornire i fondamenti necessari per comprendere la composizione e il ruolo della popolazione microbica nei diversi habitat naturali (con particolare riferimento a quelli contaminati) e gli aspetti microbiologici e biotecnologici annessi alle fasi di scale-up e di conduzione dei processi biotecnologici di interesse ambientale e dei processi biologici di bonifica di acque, sedimenti e suoli contaminati.

Contenuti

Prerequisiti/Propedeuticità consigliate

L’allievo che accede a questo insegnamento dovrebbe conoscere le basi della chimica organica. Tali conoscenze posso essere acquisite superando l’esame di "Composti Organici e Misure Ambientali", che e' parte dell'offerta formativa proposta al terz'anno del Corso di Laurea in Ingegneria per l'Amboiente e il Territorio della Universita' di Bologna

Tutte le lezioni saranno tenute in Italiano È quindi necessaria la comprensione della lingua italiana per seguire con profitto il corso e per poter utilizzare il materiale didattico fornito. verra' comunque suggerita la lettura di alcuna letteratura in lingua inglese.

Programma

Struttura della materia vivente e della cellula procariotica ed eucariotica. Virus.

Gli enzimi: loro funzione, classificazione e nomenclatura. Il meccanismo delle reazioni enzimatiche, velocità di reazione e i fattori che la controllano. Meccanismi di inibizione e regolazione degli enzimi. DNA e RNA e loro metabolismo: duplicazione, trascrizione e traduzione e regolazione della sintesi proteica.

Classificazione dei microrganismi di interesse ambientale. Caratteristiche principali dei batteri, lieviti, muffe, alghe e protozoi.

Nutrimento dei microorganismi. Terreni colturali naturali, sintetici, ricchi e minimi, liquidi e solidi per coltivare microrganismi di interesse ambientale. Colture miste, co-colture e colture pure e metodi biochimici, microbiologici e molecolari per la loro caratterizzazione. Isolamento di colture pure specializzate. Conservazione delle colture microbiche.

Crescita microbica in processi biotecnologici batch,fed-batch e continui e cenno ai modelli che la descrivono. Agenti fisici e chimici che controllano la crescita microbica. Principi e tecnologia relativi alla sterilizzazione nei processi biotecnologici ambientali.

Composti chimici rilasciati nell'ambiente: loro classificazione, origine e destino.

Trasformazione microbica dei composti chimici biogeni presenti nell'ambiente: vie anaboliche e cataboliche, energia libera e bioenergetica cellulare.

Metabolismo del materiale organico biogeno negli habitat e processi depurativi aerobici ed anaerobici. Metabolismo aerobico: vie glicolitiche, ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa. Esempi e distribuzione di specie microbiche che respirano aerobicamente il materiale organico. Metabolismo anaerobico: riduzione del NO3-, Fe+++, SO4= e CO2 e caratteristiche principali dei microrganismi coinvolti in questi processi. Fermentazioni di carboidrati e proteine nell'ambiente e caratteristiche dei microrganismi responsabili delle stesse. Fermentazioni e respirazioni anaerobiche associate alla digestione anaerobica del materiale organico (biometanazione). Metabolismo dei composti inorganici biogeni negli habitat naturali e processi aerobici ed anaerobici di interesse ambientale: nitrificazione, solfuro e zolfo-ossidazione e ferro-ossidazione e bio-lisciviazioni industriali. Fissazione autotrofa della CO2.

Origine e destino biologico dei principali composti organici ed inorganici xenobiotici in suoli, sedimenti ed acque contaminate. Microrganismi maggiormente coinvolti nella loro demolizione dei composti xenobiotici organici e meccanismi biologico-molecolari alla base della loro evoluzione in ambienti contaminati.

Meccanismi di demolizione microbica di idrocarburi alifatici e aromatici, clorurati e non, in ambienti aerobici ed anaerobici contaminati. Selezione e caratterizzazione dei microrganismi specializzati. Cenni alla biotrasformazione di metalli pesanti in ambienti contaminati.

Biotecnologie per la decontaminazione dei siti contaminati: generalità ed aspetti specifici relativi alle tecnologie di bioremediation ex-situ ed in situ di suoli contaminati da inquinanti organici. Cenni alle potenzialità delle tecniche di myco- e phyto-remediation in questo ambito. Potenzialità delle biotecnologie nella bonifica dei sedimenti contaminati.

Testi/Bibliografia

Nelson & Cox (2003) Introduzione alla biochimica di Lehninger. III edizione. Zanichelli, Bologna.

Madigan et al. (2003) Brock-Biologia dei Microrganismi. Vols. 1 e 2. Casa Editrice Ambrosiana. Milano.

Rittmann B.E., McCarty P.L. (2001)Environmental Biotechnology: principles and applications. McGraw-Hill Higher education, New York, USA.

Barberi et al. (2008)Microbiologia Ambientale ed elementi di Ecologia Microbica. Casa Editrice Ambrosiana, Milano

Metodi didattici

Lezioni frontali

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame finale orale, tramite il quale viene valutato il grado di conoscenza acquisito dallo studente sugli argomenti trattati a lezione, la capacità di presentarli in modo chiaro e con proprietà di linguaggio e di discuterli in modo critico.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giulio Zanaroli