GENERAL BIOLOGY AND BIOLOGY OF MICROORGANISMS M - ZModule BIOLOGY OF MICROORGANISMS
Academic Year 2022/2023 - Teacher: Maria Carmela SANTAGATIExpected Learning Outcomes
The aim of this course is to give students a perspective on the microbial diversity. In particular, The students will learn basic knowledge on the structure, metabolism and genetics of microorganisms, the role of the factors that influence microbial growth, the principles and the methods for the cultivation and identification of microorganisms.
Course Structure
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Detailed Course Content
History of microbiology. Contributions of microbiology to human health and biotechnology.
First microscopical observations; spontaneous generation theory; concept of transmissible disease, contagion, and infection: concept of immunity against transmissible disease. Microbial genetic and molecular biology development. Precellular evolution and origin of life. Role of microrganism in human evolution. Virus discovery, first vaccines.
Bacterial cell: cell wall in gram-positive and gram-negative: peptidoglycan structure; teichoic acid, proteins and others components. Outer membrane in gram-negative bacteria: function and organization; lipopolisaccarid structure. Cytoplasmic membrane: structure and function. Fimbria and pili as adhesion structures and their antigenicity. Flagella and bacterial movement. Bacterial chromosome organization. Bacterial spore as differentiation condition in bacteria: structure, resistance to physical and chimical agents, regulation of sporulation and germination, biological and medical significance. Bacterial growth: biological significance of growth steps in liquid media; relationship between bacterial growth in vitro and pathogenesis of infections; solid and liquid culture media; isolation in pure culture.
Sterilization and disinfection. Anti- infective drugs. Sterilization and disinfection: biological basis of physical agents action (dry and moist heat, filtration, ultraviolet and ionizing radiations), chemical agents (disinfectants and sterilizing substances).
Genetic regulation. Positive and negative controls. Feedback. Lac operon. Tryptophan regulation. Diauxic curve.
Genetics of bacteria. Mutations. Mechanisms of bacterial transfer: Conjugation, transformation and transduction.
Virus structure and classification. Bacteriofages
Textbook Information
1a) Brock. Biologia dei microrganismi. Microbiologia generale, ambientale e industriale. Pearson Editore.
Nuova edizione.
1b) BROCK, MADIGAN, MARTINKO: BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI VOL. 1 ED. ABROSIANA (vol.2A e 2B
per integrare). Vecchia edizione.
2) Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi. Casa editrice Ambrosiana.
Course Planning
| Subjects | Text References | |
|---|---|---|
| 1 | 1) Microbiologia: origine ed evoluzione Definizione, i microrganismi e i loro ambienti naturali; i microrganismi come causa di malattie. Storia della microbiologia e la scoperta della diversità microbica; gli inizi della microbiologia moderna; l'avvento delle biotecnologie: il presente ed il futuro. L'albero della vita; le prime forme di vita; la teoria dell'endosimbiosi; la vita ad RNA; la tassonomia classica; l'orologio molecolare; e l'evoluzione molecolare; il concetto di specie in microbiologia. | |
| 2 | 2) L'infinitamente piccolo va osservato per mezzo del microscopio: metodi Il microscopio ottico; la microscopia tridimensionale: a contrasto di fase, a forza atomica, confocale; la microscopia elettronica e a fluorescenza; preparazione e colorazione dei campioni. | |
| 3 | 3) Natura del mondo microbico: struttura e funzione della cellula procariotica Il peptidoglicano e la parete cellulare; la membrana cellulare ed i sistemi di trasporto; la membrana esterna dei Gram - Le strutture di superficie, gli annessi citoplasmatici; l'apparato di locomozione: flagelli e chemiotassi | |
| 4 | 4) Metabolismo microbico: I parte energetica. La torre biologica; gli enzimi come catalizzatori; le reazioni energetiche; la fosforilazione ossidativa. | |
| 5 | 5) Metabolismo microbico: II parte biosintetica Respirazione aerobica, anaerobica e fermentazioni: Glicolisi e ciclo di Krebs, via dei pentoso-fosfati, shunt dell'esoso-monofosfato; | |
| 6 | 6) Diversità metabolica: La fototrofia (fotosintesi anossigenica); la chemiolitotrofia; la fissazione dell'azoto. | |
| 7 | 7) Sviluppo e colture batteriche - La crescita microbica - Influenza dell’ambiente sulla crescita Moltiplicazione cellulare; misura dell’accrescimento dei microrganismi; valutazione della massa cellulare; accrescimento batterico; matematica dell’accrescimento batterico; curva di crescita di una coltura batterica; crescita sincrona e metodi di sincronizzazione; colture continue; fattori che influenzano la crescita dei microrganismi; crescita dei microrganismi in ambiente naturale. | |
| 8 | 8) I metodi della microbiologia Isolamento e coltura pura; i principi della nutrizione microbica, i terreni di coltura; la sterilizzazione; parametri chimico-fisici che regolano la crescita microbica. | |
| 9 | 9) Antibiotici Meccanismi d’azione e meccanismi di resistenza | |
| 10 | 10) Mutazioni Adattamento fisiologico; adattamento genetico; origine della variazione genetica; test di fluttuazione, replica plating; tasso di mutazione; mutazioni puntiformi; origine e natura chimica delle mutazioni spontanee, reversioni; mutagenesi indotta; tipi di mutanti; nomenclatura dei mutanti. | |
| 11 | 11) Genetica dei microrganismi Ricombinazione omologa e sito specifica. Sistemi di trasferimento di materiale genetico nei batteri: trasformazione e competenza nei batteri Gram-positivi e negativi. Plasmidi: organizzazione e struttura; coniugazione; Formazione ceppi Hfr; Traduzione generalizzata e specializzata. Elementi genetici trasponibili: sequenze d’inserzione (IS) e trasposoni; sistemi di replicazione: conservativa e replicativa | |
| 12 | 12) Regolazione del metabolismo nei procarioti Regolazione della sintesi delle proteine; utilizzazione del lattosio in E.coli; Induzione; Geni di controllo; Teoria dell’operone; mutanti costitutivi (I-, Oc); repressore; promotore. Regolazione dell’espressione genica: proteina allosterica, sistemi feed-back. Isoenzimi. Variazione di fase in Salmonella. Sistemi regolazione associati ai fattori sigma; controllo positivo e negativo: operon lac ed arginina; operon maltosio; operone triptofano; polarità; crescita | |
| 13 | 13) La spora batterica, esempio di differenziamento cellulare nei procarioti Struttura; analisi genetica e molecolare: regolazione del processo di sporulazione e fattori sigma alternativi; germinazione. | |
| 14 | 14) I virus Caratteristiche generali e strategie replicative; classi replicative virali. |