MICROBIOLOGIA M - Z
Academic Year 2023/2024 - 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
lessons , tutoring, laboratory activities, seminars.
Detailed Course Content
History of microbiology. Contributions of microbiology to human health.
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.
Host-parasite interaction (infection, differences between infection and disease, immune response against infective agents).
Textbook Information
Brock Biology of Microorganisms, by Michael T. Madigan, Kelly S. Bender, Daniel H. Buckley, W. Matthew Sattley, David A. Stahl. 15th Edition. Published by Pearson
Course Planning
| Subjects | Text References | |
|---|---|---|
| 1 | 1) Microbiologia: origine ed evoluzione Definizione; scopi ed importanza della microbiologia; i microrganismi e i loro ambienti naturali; i microrganismi come causa di malattie; gli effetti indotti dai microrganismi sulla sostanza organica ed inorganica. Il metodo scientifico: metodo induttivo-deduttivo (Galilei) e metodo ipotetico-deduttivo (Popper) Storia della microbiologia: le origini, la controversia sulla generazione spontanea e microrganismi; l'era della microbiologia generale, con la scoperta della | |
| 2 | 2) Tassonomia e filogenesi L'albero della vita; le prime forme di vita; la teoria dell'endosimbiosi; la vita ad RNA; la tassonomia classica; l'orologio molecolare; come si misura l'evoluzione molecolare; il concetto di specie in microbiologia. | |
| 3 | 3) 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. | |
| 4 | 4) 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 | |
| 5 | 5) Metabolismo microbico: I parte energetica. La torre biologica; gli enzimi come catalizzatori; le reazioni energetiche; la fosforilazione ossidativa | |
| 6 | 6) Metabolismo microbico: II parte biosintetica Biosintesi, polimerizzazioni, assemblaggio; Respirazione aerobica, anaerobica e fermentazioni: Glicolisi e ciclo di Krebs, via dei pentoso-fosfati, shunt dell'esoso-monofosfato; | |
| 7 | 7) Diversità metabolica: La fototrofia (fotosintesi anossigenica); la chemiolitotrofia; la fissazione dell'azoto. | |
| 8 | 8) 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. | |
| 9 | 9) 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. | |
| 10 | 10) Antibiotici Meccanismi d’azione e meccanismi di resistenza delle principali classi | |
| 11 | 9) Macromolecole biologiche fondamentali DNA, RNA, proteine | |
| 12 | 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. | |
| 13 | 11) Genetica dei microrganismi Ricombinazione omologa e sito specifica. Sistemi di trasferimento di materiale genetico nei batteri: trasformazione nei batteri Gram-positivi e negativi; trasformazione ed espressione della competenza in S.pneumoniae; competenza indotta artificialmente.Plasmidi: organizzazione e struttura; coniugazione; Formazione ceppi Hfr;Test di complementazione; Traduzione generalizzata e specializzata. Elementi genetici trasponibili; trasposoniconiugativi; sequenze d’inserzione (IS); sist | |
| 14 | 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: operonlac ed arginina; operon maltosio; operone triptofano; polarità; crescita | |
| 15 | 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. | |
| 16 | 15) I virus Caratteristiche generali e strategie replicative; classi replicative virali; Caratteristiche principali e sistemi di replicazione di MS2, lambda,fiX-174; Sistemi di replicazione di T7 e T4 e loro regolazione. | |
| 17 | 16) Immunologia: le infezioni microbiche e le difese aspecifiche Barriere generali, fisiche, chimiche e biologiche; microflora indigena normale; flogosi e fagocitosi, principi di immunologia. | |
| 18 | 17) Potere patogeno dei microrganismi Rapporti ospite-parassita; trasmissibilità del patogeno; adesione e colonizzazione; penetrazione, crescita e moltiplicazione del patogeno; tossigenicità: esotossine ed endotossine. |