Ateneo - UPO

Il corso si propone di fornire una visione globale sulla produzione di farmaci biotecnologici dal punto di vista microbiologico, chimico e bioingegneristico. Vengono descritte le caratteristiche e le applicazioni delle principali specie microbiche di interesse biotecnologico e biofarmaceutico, i metodi di coltivazione, quantificazione microbica e recupero dei prodotti nei processi fermentativi. Viene inoltre fornita una conoscenza di base delle biotecnologie industriali, concentrandosi sulle caratteristiche degli enzimi come catalizzatori e sui processi industriali di biotrasformazioni applicati alla produzione di molecole biologicamente attive. Viene descritta anche l'importanza dei dispositivi di coltura dinamica, come i bioreattori, per la coltura di microrganismi, cellule e tessuti, nonché dei sistemi modello in vitro per lo studio di farmaci e patologie, i vantaggi del loro utilizzo ed esempi applicativi.

- Biotecnologie microbiche. Stefano Donadio. Casa Editrice Ambrosiana
- Microbiologia industriale. Matilde Manzoni. Casa Editrice Ambrosiana
- “Industrial Biotransformations” by A. Liese, K. Seelbach and C. Wandrey. Wiley-VCH Materiale preparato dal docente.
- Bioreactors. Design, Operation and Novel Applications. Edited by Carl-Fredrik Mandenius. ©2016 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

Questo corso si prefigge di fornire alle studentesse e agli studenti una conoscenza generale degli aspetti relativi allo sviluppo ed alla produzione industriale dei farmaci biotecnologici attualmente in commercio.
In particolare il corso sarà suddiviso in tre moduli ognuno dei quali approfondirà uno degli aspetti delle biotecnologie applicate all’industria farmaceutica.
Il modulo microbiologia applicata alla biofarmaceutica mirerà a fornire alle studentesse e agli studenti una panoramica sugli aspetti fondamentali delle biotecnologie microbiche, concentrandosi sull'impiego dei microrganismi nella produzione di sostanze di interesse biofarmaceutico e descrivendo le caratteristiche dei principali microrganismi di interesse industriale e i principali approcci metodologici dei processi fermentativi.
Il modulo biotecnologie industriali mirerà a fornire alle studentesse e agli studenti le conoscenze base sulle principali caratteristiche degli enzimi e sulle loro applicazioni come biocatalizzatori nella sintesi organica e farmaceutica anche nell’ottica di una transizione dell’industria chimica verso un approccio green alla sintesi organica. Il modulo Bioreattori, infine, si propone di mettere in condizioni le studentesse e gli studenti di sviluppare conoscenze nell’ambito dei dispositivi di coltura dinamica (bioreattori) per coltura di microrganismi, cellule e tessuti e di sistemi modello in vitro per studio di farmaci e patologie, al fine di fornire alle studentesse e agli studenti le competenze per valutare i possibili vantaggi dell’uso di bioreattori rispetto alle tecniche di coltura tradizionali in funzione del campo di applicazione considerato.
Il corso mirerà anche a fornire alle studentesse e agli studenti, tramite la lettura e il commento di articoli scientifici, un lessico scientifico appropriato ed una capacità di pensiero critico.

Conoscenze di base inerenti alla struttura e alla funzione della cellula procariotica, al metabolismo microbico, alle modalità di coltivazione e quantificazione delle colture microbiche. Chimica Organica I Conoscenze di base di biologia cellulare e fisiologia.

Per il modulo di Microbiologia Applicata alla Biofarmaceutica si terranno lezioni frontali in aula con il supporto di slide che verranno fornite alle studentesse e agli studenti tramite la piattaforma DIR. Alcune tematiche saranno inoltre approfondite con la visione di filmati in inglese e in italiano; verranno effettuate esercitazioni in aula. Per il modulo di Biotecnologie Industriali si terranno lezioni frontali, esercitazioni e discussioni collegiali in aula. Argomenti di particolare interesse e attualità verranno approfonditi con la lettura critica e il commento di pubblicazioni scientifiche. Per il modulo di Bioreattori si terranno lezioni frontali in aula con proiezione di slide e presentazione di articoli scientifici ed esempi applicativi, con discussione delle soluzioni tecnologiche più avanzate. Il materiale sarà messo a disposizione delle studentesse e degli studenti mediante la piattaforma informatica dedicata (DIR) ed è da ritenersi sostitutivo del libro di testo.

È possibile consultare le diapositive delle lezioni e materiale supplementare sul sito della Didattica in Rete dell’Ateneo (https://www.dir.uniupo.it/) Per il modulo di Biotecnologie Industriali, durante il corso, al termine di ogni argomento fondamentale, le studentesse e gli studenti saranno collegialmente coinvolti nell'analisi critica di esempi di processi industriali. Le studentesse e gli studenti con disabilità o con Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA) o con Bisogni Educativi Speciali (BES) possono richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati rivolgendosi allo Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studenti-disabili-e-dsa Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare la/il docente titolare dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle modalità di esame, in merito agli aspetti didattici.

L'esame sarà composto da tre prove scritte relative ai tre moduli del corso svolte nello stesso giorno. L’esame comprenderà domande a risposta aperta (2 per ciascun modulo) volte a valutare conoscenze e capacità critica acquisite dalle studentesse e dagli studenti e domande a risposta multipla. Ad ogni domanda verrà associato un punteggio specifico in modo che, per ciascun modulo, la somma sia pari al massimo a 32 (30 e lode). Verrà inoltre valutata la capacità di rispondere alle domande a risposta aperta utilizzando un linguaggio tecnico-scientifico appropriato. Durante la prova scritta non è consentito consultare testi, slide, appunti né dispositivi multimediali. La valutazione finale avverrà in modo collegiale e condiviso tra tutti i docenti dei singoli moduli. Sono fissati 2 appelli per sessione nei mesi di febbraio, giugno-luglio, settembre.

Modulo di Microbiologia Applicata alla Biofarmaceutica • La bioprospezione: esplorazione della biodiversità microbica per scopi biotecnologici • L’uso industriale dei microrganismi • Isolamento e selezione di microrganismi di interesse biofarmaceutico • I microrganismi di interesse biotecnologico e biofarmaceutico: E. coli - Streptomyces - Bacillus - Lieviti - Funghi filamentosi • Metodi di coltivazione dei microrganismi • Valutazione dello sviluppo microbico nei processi industriali • Introduzione alle procedure per l’ottenimento di metaboliti microbici, misure, regolazione e tecnologie nei processi fermentativi • Il miglioramento dei processi produttivi • Panoramica sui metodi di recupero di prodotti biotecnologici • Le basi molecolari dei processi produttivi: alcuni esempi - I metaboliti primari - Gli antibiotici - Le vitamine - Integrazione della dimensione di genere: durante il corso saranno proposti brevi approfondimenti su scienziate il cui contributo allo sviluppo della microbiologia è stato fondamentale ma spesso poco riconosciuto. L’obiettivo è sensibilizzare studentesse e studenti sull’importanza dell’inclusione, della parità di genere e dell’equità nella scienza. Modulo di Biotecnologie Industriali: - Biotrasformazioni: definizioni e caratteristiche. - Confronto tra reazioni di sintesi chimica e biocatalizzate. - Struttura, funzioni, meccanismi e scopo degli enzimi nella sintesi organica. - Specificità, selettività degli enzimi e metodi per lo studio delle proprietà enzimatiche. - Principali classi di enzimi utilizzati in sintesi organica e nell’industria chimica: - Ossidoreduttasi - Transferasi - Idrolasi - Liasi - Isomerasi - Ligasi - Biotrasformazioni per la produzione di prodotti di rilevanza farmaceutica: esempi di processi industriali. Modulo di Bioreattori: Dalla coltura statica 2D alla coltura dinamica 3D (1h) • Definizione di dispositivi per coltura dinamica di microrganismi/cellule/tessuti (bioreattori) e vantaggi per la ricerca di base e per la produzione industriale su larga scala (2h) • Tipi di bioreattori e finalità applicative nell’ambito della ingegneria dei tessuti (3h) • Sottosistemi costituenti i bioreattori (3h) • Bioreattori per espansione cellulare (2h) • Bioreattori per maturazione di tessuti biologici (3h) • Sistemi modello per studio di farmaci o malattie / Bioreattori microfluidici (2h)

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: le studentesse e gli studenti acquisiranno conoscenze e capacità di comprensione relative alle applicazioni delle principali metodiche utilizzate per la produzione di molecole di interesse biofarmaceutico, alle applicazioni biotecnologiche in sintesi organica e nell’ambito delle applicazioni dei bioreattori. In particolare, le studentesse e gli studenti acquisiranno conoscenze in merito ad alcune delle tecnologie utilizzate per le trasformazioni microbiche, alle metodologie di selezione di microrganismi di interesse biofarmaceutico, all'utilizzo di substrati di crescita ed alle tecniche di quantificazione dello sviluppo microbico in ambito farmaceutico e industriale. Inoltre impareranno a comprendere le principali proprietà degli enzimi e acquisiranno conoscenze sulla loro applicazione come catalizzatori nella sintesi organica di molecole di interesse biofarmaceutico. Ciò sarà integrato dall’acquisizione di conoscenze sulle caratteristiche e sui sottosistemi costituenti i bioreattori e sulle loro finalità di utilizzo, con un approfondimento sui bioreattori per espansione cellulare e per studio di sistemi modello in vitro alle diverse scale, con particolare attenzione alle ricadute/vantaggi dell’utilizzo dei bioreattori nei processi produttivi.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE: verranno forniti alle studentesse e agli studenti sia un quadro teorico sia gli strumenti relativi all'applicazione delle principali metodologie e processi microbiologici, dell’uso di enzimi come catalizzatori e dell’utilizzo di bioreattori attualmente impiegati nei settori farmaceutico ed industriale, col fine di conseguire la capacità di selezionare criticamente l’utilizzo delle metodologie descritte, di sviluppare e approfondire ulteriori competenze nel settore microbiologico, di individuare la strategia sintetica migliore per una determinata trasformazione chimica, di identificare i parametri essenziali da monitorare e controllare nel bioreattore e di selezionare il bioreattore più adatto in funzione dell’applicazione.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO E ABILITA’ COMUNICATIVE: al termine del corso, le studentesse e gli studenti dovranno dimostrare di avere autonomia di giudizio, di essere in grado di analizzare criticità operative e di adottare misure di correzione appropriate negli ambiti microbiologico, dell’uso di enzimi come catalizzatori e dell’utilizzo di bioreattori per applicazioni farmaceutiche e industriali e di aver acquisito competenze inerenti alla comunicazione verbale e scritta mediante l’utilizzo di un linguaggio tecnico-scientifico appropriato. Inoltre, svilupperanno la capacità di apprendere nuove conoscenze utilizzando in autonomia il materiale fornito, quale slide e articoli scientifici, e acquisiranno senso critico al fine di operare scelte comparate ed esprimere giudizi sapendo sostenere discussioni su questioni attinenti agli argomenti trattati.