BIOTECNOLOGIE DEI PRODOTTI BIOLOGICAMENTE ATTIVI E MICROBICI

Modulo BIOTECNOLOGIE E APPLICAZIONI DI STRATEGIE ANTIMICROBICHE ALTERNATIVE

L'obiettivo del corso è quello di introdurre lo studente allo studio dei meccanismi di azione e di resistenza alle principali classi di antibiotici ed alle modalità di diffusione e trasferimento di geni della resistenza tra ambiente/vettori animali/uomo, in un’ottica “One-Health”. Verranno introdotti, inoltre, i nuovi antibiotici recentemente immessi nella pratica clinica.
Allo studente saranno impartite le principali conoscenze relative all’applicazione di nuove strategie antimicrobiche, alternative e potenzialmente utilizzabili nella lotta contro batteri resistenti (Peptidi Antimicrobici; Terapia fagica; CRISPR-Cas system; Inibitori del Quorum-sensing; Immunoterapici e Vaccini; Nanocomposti, nanosensori e sistemi di drug-delivery). 

Al termine del corso lo studente sarà in grado di:

• Valutare e selezionare le strategie biotecnologiche più idonee per contrastare specifici fenotipi di resistenza microbica.
• Interpretare e discutere in modo critico dati e articoli scientifici della letteratura internazionale riguardanti l'antibiotico-resistenza e le tecnologie antimicrobiche emergenti.
• Applicare le metodologie di laboratorio e le conoscenze teoriche per l'analisi e la caratterizzazione fenotipica/genotipica di risposte antimicrobiche.

Lo studente svilupperà la capacità di analizzare in modo critico le problematiche legate alla diffusione dell'antibiotico-resistenza e di valutare l'efficacia e la sostenibilità delle nuove strategie terapeutiche biotecnologiche, anche sulla base dell'analisi guidata di articoli scientifici.

Lo studente acquisirà la capacità di esporre, in modo chiaro e rigoroso, concetti scientifici complessi relativi alla microbiologia e alle biotecnologie antimicrobiche, utilizzando un linguaggio tecnico appropriato, sia durante il colloquio orale sia nell'ambito della presentazione dei seminari/journal club di gruppo.

Lo studente svilupperà competenze utili per la ricerca, la consultazione e la comprensione autonoma della letteratura scientifica internazionale su banche dati specializzate (es. PubMed/NCBI), utili per affrontare successivi percorsi di studio o di ricerca.

L'insegnamento si articola in 35 ore di didattica erogativa (DE) comprensive di lezioni frontali partecipate con proiezioni di diapositive, e 12 ore di didattica interattiva (DI) dedicate ad esercitazioni e presentazioni di seminari/journal club a cura degli studenti.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

Per una proficua comprensione dei contenuti dell'insegnamento è indispensabile che lo studente possieda adeguate conoscenze di base di:

• Biologia generale e dei microrganismi (terminologia microbiologica, citologia e fisiologia procariotica, crescita microbica, coltivazione e tassonomia; metabolismo microbico; criteri di classificazione e metodi di identificazione dei microrganismi; interazioni ospite/patogeno).
• Genetica e microbiologia molecolare (struttura e regolazione degli acidi nucleici, espressione genica, trasferimento genico orizzontale).

Inoltre, saranno importanti le conoscenze generali di Chimica generale, inorganica e organica.

La frequenza è obbligatoria.

Programmazione del corso:

• Settimane 1-3: Modulo I – Meccanismi di resistenza agli antibiotici, approccio One-Health e patogeni ESKAPE (Riferimento: Testo 1, Articoli scientifici 2).
• Settimane 4-6: Modulo II – Strategie antimicrobiche alternative (AMPs, Fagi, CRISPR-Cas, Nanocomposti, Quorum Sensing) (Riferimento: Articoli scientifici 2, Risorse web 3).
• Settimane 7-8: Modulo III Esposizione/discussione dei seminari scientifici degli studenti (Journal Club); Esercitazioni di laboratorio.

Il crescente aumento delle infezioni microbiche è aggravato dalla rapida emergenza e diffusione di cloni resistenti agli antibiotici e spesso multi-drug-resistant (MDR), ovvero resistenti a più di tre classi antibiotiche.

Il contenuto del modulo I del corso riflette la crescente importanza del problema dell'antibiotico-resistenza correlato alla disponibilità di nuovi antibiotici introdotti nella pratica clinica.

1.     RESISTENZA AGLI ANTIBIOTICI: UN PROCESSO CONTINUO:

-       Diffusione e trasferimento di geni della resistenza agli antibiotici (ARG) tra uomo/animale/ambiente

-       Il modello “One-Health” per affrontare la resistenza agli antimicrobici (AMR)

-       Strategie di acquisizione delle resistenze agli antimicrobici (AMR) convenzionali.

-       Meccanismi di azione delle principali classi antibiotiche

-       Nuovi antibiotici

-       Principali “players” della Resistenza agli Antibiotici: i patogeni del gruppo ESKAPE

Nel modulo II saranno ampliate ed approfondite le conoscenze relative allo sviluppo biotecnologico e alle modalità di applicazione di:

2. STRATEGIE ALTERNATIVE PER COMBATTERE I PATOGENI RESISTENTI AGLI ANTIBIOTICI:

-       Riposizionamento di vecchi farmaci

-       Peptidi Antimicrobici (AMP)

-       Immunoterapici e Vaccini

-       Nanocomposti, nanosensori e sistemi di drug-delivery

-       Terapia fagica

-       CRISPR-Cas system

-       Inibitori del Quorum-sensing

-       Composti antivirulenza

3. SFIDE E PROSPETTIVE FUTURE

 Limiti traslazionali, aspetti regolatori e prospettive nello sviluppo industriale di nuove strategie antimicrobiche.

1. Gianni Dehò, Enrica Galli. Biologia dei microrganismi. Casa Editrice Ambrosiana.
2. Materiale didattico integrativo: Slide delle lezioni e articoli scientifici da riviste internazionali ad accesso aperto forniti dalla docente durante il corso.

La verifica dell'apprendimento prevede un colloquio orale finale sull'intero programma del corso. Durante il colloquio sarà anche valutata la capacità di discussione e analisi critica di articoli scientifici internazionali e la preparazione di una presentazione inerente i temi del corso (Journal Club).

Criteri di valutazione: Per la formulazione del voto finale espresso in trentesimi si terrà conto dei seguenti parametri:

• Non idoneo (<18): Gravi lacune nelle conoscenze di base dei meccanismi d'azione e di resistenza; incapacità di orientarsi tra i contenuti; linguaggio tecnico del tutto inappropriato.
• 18–21: Conoscenza elementare dei contenuti principali; limitata capacità di analisi sintetica ed esposizione semplice con ridotta proprietà di linguaggio specifico.
• 22–25: Conoscenza discreta degli argomenti trattati; sufficiente capacità di collegamento e analisi critica; chiarezza espositiva e discreto utilizzo della terminologia scientifica.
• 26–28: Buona e articolata conoscenza del programma; spiccata capacità di analisi, sintesi e collegamento tra i diversi moduli; utilizzo fluido e corretto del linguaggio tecnico.
• 29–30 e lode: Conoscenza eccellente ed approfondita di tutti i contenuti; brillante capacità di rielaborazione critica, argomentazione e contestualizzazione anche nella discussione dell'articolo scientifico.

La verifica dell'apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l'integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

• Che cos'è il Resistoma e come si definisce il flusso genico della resistenza nell'ottica "One-Health"?
• Quali sono i principali meccanismi molecolari alla base della resistenza ai beta-lattamici e vancomicina nei patogeni del gruppo ESKAPE?
• Descrittore e modalità di azione dei Peptidi Antimicrobici (AMPs) e differenze rispetto agli antibiotici convenzionali.
• Come funziona il sistema CRISPR-Cas per l'eliminazione selettiva di plasmidi di resistenza o ceppi batterici patogeni?
• In che modo gli inibitori del Quorum Sensing attenuano la virulenza batterica senza esercitare una pressione selettiva diretta sulla crescita?