Obiettivi formativi
Gli studenti comprenderanno quali sono gli aspetti importanti del metabolismo microbico per la depurazione e per la bonifica di siti contaminati, quali sono le tecnologie di biorimediazione e come queste si applicano. Saranno in grado di comprendere una relazione tecnica ed un progetto di bonifica almeno per quanto riguarda gli aspetti biologici. Sapranno leggere in modo critico un articolo scientifico che tratti di ruolo dei microrganismi nei processi di bonifica e valutare l’applicabilità delle tecnologie proposte alla risoluzione di problemi di inquinamento.
Prerequisiti
Microbiologia e Metabolismo microbico.
Contenuti dell'insegnamento
La “bioremediation” è una tecnologia sempre più utilizzata per la bonifica dei siti contaminati. Questo insegnamento tratta del ruolo che I microrganismi svolgono nella gestione dei problemi di inquinamento ambientale. Nella prima parte dell'insegnamento gli studenti saranno introdotti alle diverse capacità metaboliche dei microrganismi rispetto ai maggiori inquinanti ambientali e come queste capacità possono essere utilizzate per risolvere problemi di contaminazione di acque e suoli. Saranno inoltre introdotti alla consultazione delle specifiche banche dati che raccolgono informazioni su tutte le vie cataboliche ad oggi caratterizzate relative a diversi microrganismi e a diversi contaminanti. Nella seconda parte saranno illustrate le principali tecnologie di biorisanamento e saranno discussi casi di studio nei quali saranno illustrate applicazioni delle conoscenze teoriche acquisite. Nell’ultima parte del corso verranno trattate le metodologie di indagine tassonomica e funzionale delle popolazioni microbiche. “Bioremediation” is a technology increasingly used for the remediation of contaminated sites. This teaching deals with the role that microorganisms play in managing environmental pollution problems. In the first part of the course, students will be introduced to the different metabolic capacities of microorganisms compared to the major environmental pollutants and how these capacities can be used to solve water and soil contamination problems. They will also be introduced to the consultation of specific databases that collect information on all the catabolic pathways characterized to date relating to different microorganisms and different contaminants. In the second part, the main bioremediation technologies will be illustrated, case studies will be discussed and applications of the theoretical knowledge acquired will be illustrated. In the last part of the course, the taxonomic and functional investigation methodologies of microbial populations will be explored.
Programma esteso
La cellula batterica: principali strutture cellulari ed interazione della cellula con l'ambiente, il metabolismo microbico, il ruolo della diversità metabolica dei microrganismi nella biorimediazione, la regolazione del metabolismo in risposta a stimoli ambientali.
Microbiologia ambientale: Ecologia microbica e dinamiche delle comunità microbiche, interazioni microrganismo-microrganismo e microrganismo-ambiente, la biosfera e i metodi di campionamento per lo studio delle comunità microbiche ambientali.
Biorisanamento: Introduzione al Biorisanamento e concetti di composto recalcitrante, xenobiotico, biomagnificazione, bioaccumulo, biodegradazione, mineralizzazione, biotrasformazione, tipi di contaminazione. Fenomeno dell’ attenuazione naturale, monitoraggio dell’ attenuazione naturale, biorimediazione. Biodegradazione contaminanti organici: Biodegradazione aerobia degli alcani, biodegradazione aerobia degli idrocarburi aromatici biodegradazione anaerobia degli idrocarburi alifatici e aromatici, biodegradazione dei composti alogenati. Biorisanamento metalli pesanti, biorisanamento radionuclidi, batteri anammox e loro applicazioni, Enhanced biological phosphorus removal (EPBR). DL152-2006 e siti di interesse nazionale, introduzione alle tecniche di biorisanamento in situ ed ex situ ed il loro monitoraggio microbiologico.
Metodi di analisi: Metodi di campionamento e di analisi microbiologica classica dei campioni ambientali, metodi molecolari di caratterizzazione delle comunità microbiche. Il sequenziamento del DNA, sequenziatori di DNA di nuova generazione basati su short e long reads, sequenziamento in situ. La bioinformatica microbica, i databases di sequenze, databases funzionali/metabolici, la culturomica associata alla genomica per la caratterizzazione funzionale dei microorganismi. La genomica comparativa come strumento di indagine per l’identificazione di caratteristiche comuni o uniche di un clade filogenetico, indagini filogenetiche. Le analisi metagenomiche basate sull’utilizzo di approcci amplicon-based e shotgun-based per lo studio della composizione tassonomica di popolazioni complesse. Approcci metagenomici shotgun-based per la caratterizzazione metabolico-funzionale di popolazioni complesse, trascrittomica e metatrascrittomica, metabolomica.
Laboratorio informatico: Come lavorare operativamente con i genomi ed i database di sequenze, la filogenomica, la ricerca di caratteristiche metaboliche in genomi batterici. Come lavorare operativamente con i dati metagenomici: amplicon-based profiling, shotgun metagneomics data per indagini tassonomiche e funzionali, statistica di base.
Lavori di gruppo: Discussione di casi studio relativi ad applicazioni di tecnologie di biorisanamento con valutazione delle popolazioni microbiche coinvolte tramite metodi classici e molecolari. Discussione di casi studio relative ad applicazioni di tecnologie di biorisanamento con valutazione delle popolazioni microbiche coinvolte tramite metodi metagenomici. Meta-analisi ed integrazione di dati provenienti da indagini metagenomiche di studi diversi.
Bibliografia
Barbieri, Bestetti, Galli e Zannoni, "Microbiologia ambientale ed elementi di ecologia microbica"(2008) Casa Editrice Ambrosiana Martin Alexander “Biodegradation and Bioremediation” (1999) 2nd Ed. Academic Press. Alcuni capitoli di questi testi sono stati fonte di informazione per elaborare il materiale didattico (diapositive) mostrato a lezione. Questo materiale è ogni anno aggiornato alla luce delle nuove conoscenze, pur restando, le nozioni base, sostanzialmente invariate. Le diapositive aggiornate saranno rese disponibili sulla piattaforma Elly man mano che si svolgeranno le lezioni. Per gli studenti non frequentanti lo studio delle diapositive dovrà essere integrato con lo studio sui testi suggeriti perché le informazioni che contengono sono abbastanza schematiche e sono sviluppate durante le lezioni e con la discussione di casi di studio. Gli articoli discussi saranno resi disponibili sulla piattaforma Elly. Si ricorda agli studenti, in particolare i non frequentanti, di controllare il materiale didattico disponibile e le indicazioni fornite dal docente tramite la piattaforma Elly.
Metodi didattici
Si alterneranno lezioni frontali con discussioni collettive di problem specifici. Gli studenti saranno chiamati a preparare seminari su articoli scelti nelle banche dati bibliografiche (fra i più recenti). Verranno eseguite anche lezioni pratiche di analisi di dati.
Modalità verifica apprendimento
L'esame sarà orale e verificherà che lo studente conosca gli argomenti svolti nel programma, li sappia esporre e discutere e sappia collegare i vari aspetti, biochimico-molecolare, tecnologico, normativo relativi ai diversi tipi di inquinamento. Verrà verificato anche l’apprendimento delle metodologie di analisi dati.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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