Ateneo - UPO

L’insegnamento si propone di fornire alle studentesse e agli studenti competenze specialistiche per lo studio della struttura, composizione e funzione delle comunità microbiche presenti in diversi ecosistemi, con particolare riferimento al suolo, agli alimenti e al microbiota umano. Il corso approfondirà il ruolo dei microrganismi nei processi biogeochimici, nella fertilità del suolo, nella qualità e sicurezza degli alimenti, nei processi fermentativi e nel mantenimento della salute umana.
Saranno affrontati i principi teorici e applicativi dell’ecologia microbica, con attenzione all’organizzazione delle popolazioni microbiche, alle interazioni tra microrganismi e tra microrganismi e ambiente/ospite, alla comunicazione microbica, alla formazione di biofilm, alla cooperazione metabolica e alla competizione all’interno delle comunità. Verranno inoltre trattati i concetti di biodiversità microbica, ricchezza, abbondanza relativa, dominanza, specie chiave, resilienza e stabilità delle comunità microbiche.
Una parte rilevante dell’insegnamento sarà dedicata alle tecniche avanzate per lo studio delle comunità microbiche mediante approcci molecolari e metagenomici. In particolare, verrà affrontata l’intera procedura sperimentale finalizzata all’applicazione di tecniche di sequencing per l’analisi delle comunità microbiche. Saranno descritte e, ove possibile, applicate praticamente le principali fasi del workflow: scelta della matrice di studio, campionamento, conservazione del campione, estrazione del DNA microbico, valutazione della qualità e quantità del DNA estratto, preparazione delle librerie, amplificazione di regioni target, sequenziamento e principi di analisi bioinformatica.
Il corso illustrerà le principali strategie di sequenziamento utilizzate nello studio delle comunità microbiche, con particolare riferimento al metabarcoding, all’analisi del gene 16S rRNA per batteri e archea, all’analisi delle regioni ITS per i funghi e ai principi generali della metagenomica shotgun. Saranno discussi vantaggi, limiti e campi di applicazione dei diversi approcci, con attenzione alla scelta della tecnica più appropriata in funzione della domanda scientifica, della matrice analizzata e del tipo di informazione richiesta.
Durante le attività pratiche, le studentesse e gli studenti saranno guidati nella produzione, organizzazione e interpretazione di dati relativi alle comunità microbiche. Verranno introdotti i principali passaggi necessari per comprendere la composizione tassonomica e, ove possibile, il potenziale funzionale delle comunità analizzate, includendo qualità delle sequenze, classificazione tassonomica, costruzione di tabelle di abbondanza, analisi della diversità alfa e beta, rappresentazione grafica e interpretazione biologica dei risultati.
Particolare attenzione sarà dedicata al confronto tra comunità microbiche provenienti da suolo, alimenti e campioni associati all’uomo, per comprendere come fattori ambientali, pratiche agronomiche, processi produttivi, dieta, stato di salute e condizioni dell’ospite possano influenzare composizione e funzioni del microbiota.
Il corso intende inoltre sviluppare la capacità di interpretare criticamente i risultati ottenuti dagli approcci di sequenziamento, riconoscendo le principali criticità metodologiche e interpretative, quali qualità del campione, contaminazioni, bias di estrazione e amplificazione, profondità di sequenziamento, limiti dei database di riferimento e complessità dell’inferenza funzionale.
I dati prodotti o analizzati durante il corso saranno discussi e confrontati con la letteratura scientifica, al fine di sviluppare autonomia di giudizio, capacità di lettura critica, competenze nell’organizzazione dei risultati e capacità di collegare i dati ottenuti al ruolo biologico ed ecologico delle comunità microbiche nei sistemi agrari, alimentari e umani.

Verranno forniti alle studentesse e agli studenti articoli scientifici selezionati riguardanti le metodiche più avanzate per lo studio delle comunità microbiche, con particolare riferimento agli approcci molecolari, metagenomici e bioinformatici applicati a matrici ambientali, alimentari e umane. La lettura e la discussione degli articoli avranno lo scopo di favorire la comprensione critica delle metodologie utilizzate, dei risultati ottenuti e dei limiti interpretativi associati allo studio dei microbiomi.Saranno inoltre messi a disposizione protocolli di laboratorio e materiali metodologici relativi alle principali fasi del workflow sperimentale, quali campionamento, conservazione dei campioni, estrazione del DNA microbico, valutazione della qualità e quantità del DNA, preparazione delle librerie, amplificazione di regioni target, sequenziamento e analisi preliminare dei dati. Tali protocolli saranno utilizzati come supporto alle attività pratiche e come riferimento per comprendere l’applicazione operativa delle tecniche illustrate durante il corso.Gli articoli scientifici, i protocolli e gli eventuali materiali di approfondimento saranno resi disponibili attraverso la piattaforma didattica di Ateneo e costituiranno parte integrante del percorso formativo, supportando lo sviluppo della capacità di lettura critica, dell’autonomia di giudizio e della capacità di collegare le procedure sperimentali ai dati ottenuti e alla loro interpretazione biologica.

L’insegnamento si propone di fornire alle studentesse e agli studenti le conoscenze teoriche e le competenze metodologiche di base necessarie per comprendere la biologia dei microrganismi, l’organizzazione delle popolazioni microbiche e il ruolo delle comunità microbiche nei diversi ecosistemi. Particolare attenzione sarà dedicata alle applicazioni della microbiologia in ambito ambientale, agricolo, alimentare, farmaceutico, industriale e clinico.Il corso intende fornire gli strumenti per comprendere la struttura e la funzione della cellula batterica, con riferimento alla morfologia, fisiologia, metabolismo, crescita, genetica e capacità di adattamento dei batteri a differenti condizioni ambientali. Verranno inoltre approfonditi i principi fondamentali della tassonomia batterica, della classificazione dei microrganismi e delle caratteristiche dei principali gruppi batterici di interesse applicativo.L’insegnamento mira a far acquisire alle studentesse e agli studenti i principi teorici e pratici necessari per isolare, coltivare, caratterizzare, conservare e manipolare ceppi batterici in condizioni controllate e nel rispetto delle buone pratiche di laboratorio. Saranno introdotte le principali metodiche microbiologiche utilizzate per l’analisi di matrici cliniche, alimentari e ambientali, con attenzione alla scelta delle tecniche più appropriate in funzione della matrice analizzata e dell’obiettivo dell’indagine.Il corso si propone inoltre di sviluppare la capacità di interpretare i risultati microbiologici ottenuti mediante tecniche di isolamento, osservazione, identificazione e caratterizzazione dei microrganismi. Le studentesse e gli studenti saranno guidati nel collegare i dati sperimentali alle conoscenze teoriche sulla biologia microbica, riconoscendo le principali variabili che possono influenzare la qualità del risultato, quali modalità di campionamento, condizioni di coltura, contaminazioni, caratteristiche della matrice e limiti delle metodiche utilizzate.Un ulteriore obiettivo dell’insegnamento è fornire le conoscenze di base relative alla biologia delle comunità microbiche, alla loro organizzazione, alle interazioni tra microrganismi e tra microrganismi e ambiente/ospite, e al loro possibile sfruttamento in diversi settori applicativi. Saranno trattati esempi relativi al ruolo dei microrganismi nei cicli biogeochimici, nella fertilità del suolo, nella produzione e conservazione degli alimenti, nello sviluppo di prodotti farmaceutici e biotecnologici, nella prevenzione e diagnosi delle infezioni e nella tutela della salute umana.Al termine dell’insegnamento, le studentesse e gli studenti dovranno essere in grado di descrivere i principali aspetti della biologia batterica, riconoscere le caratteristiche dei principali gruppi microbici, comprendere le basi delle tecniche microbiologiche di laboratorio, interpretare risultati ottenuti dall’analisi di matrici cliniche, alimentari e ambientali e discutere il ruolo dei microrganismi nei processi naturali e nelle applicazioni biotecnologiche, produttive e sanitarie.

La studentessa e lo studente devono possedere conoscenze di base di biologia generale, con particolare riferimento all’organizzazione strutturale e funzionale della cellula eucariote e procariote. È richiesta la conoscenza dei principali componenti cellulari, della membrana plasmatica, degli organelli, della parete cellulare batterica, dei processi di crescita e divisione cellulare e dei principi generali del metabolismo cellulare.
Sono inoltre richieste conoscenze di base di microbiologia generale, utili alla comprensione della morfologia, fisiologia e organizzazione dei microrganismi, nonché dei principali meccanismi che regolano la crescita microbica e l’interazione dei microrganismi con l’ambiente, con gli alimenti e con l’ospite.
La studentessa e lo studente devono possedere nozioni fondamentali di biologia molecolare, con particolare riferimento alla struttura e funzione degli acidi nucleici, ai processi di replicazione, trascrizione e traduzione, all’organizzazione del genoma procariotico e ai principi generali della regolazione dell’espressione genica. È inoltre utile la conoscenza delle principali tecniche di base della biologia molecolare, quali estrazione e purificazione del DNA, amplificazione mediante PCR, elettroforesi su gel, quantificazione e valutazione qualitativa degli acidi nucleici.
È richiesta un’adeguata proprietà di linguaggio scientifico e la capacità di utilizzare correttamente la terminologia biologica, microbiologica e molecolare di base. La padronanza di tali conoscenze preliminari è necessaria per comprendere i contenuti teorici dell’insegnamento, seguire le attività pratiche di laboratorio e interpretare correttamente i risultati ottenuti durante le esercitazioni.

L’insegnamento prevede attività didattiche prevalentemente pratiche e di laboratorio, finalizzate all’acquisizione progressiva delle principali competenze metodologiche e operative necessarie per lo studio delle comunità microbiche mediante tecniche di metabarcoding.Le attività saranno organizzate in forma di esercitazioni guidate, durante le quali le studentesse e gli studenti potranno seguire e applicare le diverse fasi del workflow sperimentale, dalla gestione del campione fino alla produzione e interpretazione dei dati. In particolare, saranno affrontate le procedure relative al campionamento e alla conservazione delle matrici, all’estrazione del DNA microbico, alla valutazione qualitativa e quantitativa degli acidi nucleici, all’amplificazione di regioni target, alla preparazione dei campioni per il sequenziamento e all’interpretazione preliminare dei risultati ottenuti.L’attività di laboratorio sarà integrata da brevi momenti introduttivi e di approfondimento teorico, svolti con il supporto di slide, schemi operativi, protocolli, materiale multimediale e articoli scientifici. Tali momenti avranno lo scopo di fornire il razionale biologico e metodologico delle tecniche utilizzate, chiarire i principi del metabarcoding e collegare le procedure sperimentali allo studio della composizione e della biodiversità delle comunità microbiche.Durante il corso potranno essere previsti seminari o interventi di esperte ed esperti su tematiche specifiche relative alle tecnologie di sequenziamento, all’analisi dei microbiomi e alle applicazioni degli approcci metagenomici in ambito ambientale, alimentare, agrario e umano.Una parte dell’attività didattica sarà dedicata alla lettura, analisi e discussione di articoli scientifici riguardanti metodiche avanzate per lo studio delle comunità microbiche. Le studentesse e gli studenti saranno guidati nella comprensione del disegno sperimentale, delle metodologie utilizzate, dei risultati ottenuti e dei limiti interpretativi degli studi basati su tecniche di sequencing e metabarcoding.Le attività pratiche saranno finalizzate non solo all’acquisizione delle tecniche di laboratorio, ma anche allo sviluppo della capacità di organizzare i dati prodotti, interpretarli criticamente, riconoscere eventuali criticità metodologiche e confrontare i risultati con la letteratura scientifica di riferimento.I materiali didattici, inclusi slide, protocolli di laboratorio, articoli scientifici, linee guida, schemi riassuntivi ed eventuali materiali di approfondimento, saranno resi disponibili attraverso la piattaforma didattica di Ateneo. L’integrazione tra attività pratica, discussione dei risultati e confronto con la letteratura è finalizzata a favorire lo sviluppo di competenze operative, autonomia di giudizio e capacità comunicative nella presentazione dei dati microbiologici.

Il controllo dell’apprendimento, in itinere, verrà effettuato discussione collegiale delle tematiche trattate. In particolare, verranno valutate le diverse tipologie di problematiche possibili e le potenziali variabili in modo da stimolare l’acquisizione di capacità critica nell’affrontare il lavoro scientifico e nell’interpretazione dei risultati.
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 econsultando 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 consiste in una prova orale, basata sulla presentazione e discussione di un elaborato riguardante i dati ottenuti durante le attività previste dall’insegnamento. La presentazione potrà essere supportata da slide o altro materiale ritenuto utile e dovrà dimostrare la capacità della studentessa o dello studente di elaborare i dati, organizzarli in modo chiaro, interpretarli criticamente e confrontarli con la letteratura scientifica di riferimento.
La prova orale ha lo scopo di verificare il raggiungimento degli obiettivi formativi e dei risultati di apprendimento attesi, con particolare riferimento a:
conoscenza e comprensione della biologia dei microrganismi;
capacità di elaborare, rappresentare e discutere dati microbiologici;
capacità di collegare i risultati ottenuti ai principi di morfologia, fisiologia, genetica, tassonomia e metabolismo microbico;
capacità di confrontare i dati con evidenze presenti nella letteratura scientifica;
autonomia di giudizio nell’interpretazione dei risultati;
capacità di esporre in modo chiaro, logico e scientificamente corretto.
Durante la presentazione, la studentessa o lo studente dovrà dimostrare di saper descrivere il percorso seguito nell’analisi dei dati, motivare le scelte effettuate, riconoscere eventuali criticità metodologiche o interpretative e discutere il significato biologico dei risultati ottenuti. Dovrà inoltre dimostrare di conoscere i principali aspetti della biologia dei microrganismi che sottendono i dati presentati, con riferimento alla struttura e fisiologia della cellula batterica, alla genetica microbica, alla tassonomia, alla biologia delle comunità microbiche e alle principali applicazioni della microbiologia in ambito alimentare, agrario, farmaceutico, industriale e clinico.
Per il superamento dell’esame, la studentessa o lo studente deve dimostrare di conoscere e comprendere almeno i concetti fondamentali della microbiologia, saper organizzare i dati in modo essenziale ma corretto, interpretarli in relazione alle conoscenze teoriche acquisite ed esporre gli argomenti con terminologia adeguata. Su sollecitazione della/del docente, deve inoltre essere in grado di riconoscere eventuali errori o limiti dell’interpretazione proposta e individuare possibili modalità di correzione o approfondimento.
Una valutazione superiore alla sufficienza sarà attribuita quando la studentessa o lo studente dimostrerà una conoscenza più completa e integrata degli argomenti, capacità di collegare dati sperimentali, biologia dei microrganismi e letteratura scientifica, nonché autonomia nell’individuazione di criticità e nell’interpretazione dei risultati.
Per conseguire una votazione elevata, la studentessa o lo studente dovrà dimostrare piena padronanza dei contenuti, capacità critica, autonomia di giudizio, buona capacità di sintesi e capacità di discutere i dati in modo approfondito, formulando conclusioni chiare, logiche e scientificamente fondate.
La valutazione finale è espressa in trentesimi. Il voto minimo per il superamento dell’esame è 18/30.

Il corso affronta in modo integrato l’intera procedura per lo studio delle comunità microbiche mediante approcci molecolari e tecniche di sequencing, con particolare riferimento al metabarcoding applicato a matrici ambientali, alimentari e associate all’uomo.
Nella prima parte saranno introdotti i principi fondamentali dell’ecologia microbica e della biologia delle comunità microbiche. Verranno trattati i concetti di microbiota, microbioma, biodiversità microbica, ricchezza, abbondanza relativa, dominanza, stabilità, resilienza e funzionalità delle comunità. Saranno inoltre approfondite le interazioni tra microrganismi e tra microrganismi e ambiente/ospite, con riferimento al ruolo delle comunità microbiche nel suolo, negli alimenti e nella salute umana.
Una parte rilevante del corso sarà dedicata alla progettazione dello studio delle comunità microbiche. Verranno discusse la formulazione della domanda scientifica, la scelta della matrice da analizzare, la definizione del disegno sperimentale, il numero e la tipologia dei campioni, l’utilizzo di controlli positivi e negativi, la gestione delle repliche e le principali variabili che possono influenzare la qualità e l’interpretazione dei dati.
Saranno quindi affrontate le fasi pre-analitiche del workflow, con particolare attenzione al campionamento, alla conservazione e al trasporto dei campioni. Saranno considerate le criticità legate a matrici differenti, quali suolo, alimenti e campioni di origine umana, evidenziando l’importanza della standardizzazione delle procedure per ridurre contaminazioni, degradazione del DNA e bias metodologici.
Il corso proseguirà con lo studio delle procedure di estrazione del DNA microbico. Verranno descritti i principi delle principali metodiche di lisi cellulare, purificazione del DNA e rimozione di eventuali inibitori. Saranno inoltre affrontate le tecniche per la valutazione qualitativa e quantitativa del DNA estratto, incluse spettrofotometria, fluorimetria ed elettroforesi, con discussione dei parametri utili a stabilire l’idoneità del campione alle fasi successive.
Una sezione specifica sarà dedicata all’amplificazione delle regioni target utilizzate negli studi di metabarcoding. Verranno trattati i principi della PCR, la scelta dei primer, l’amplificazione del gene 16S rRNA per batteri e archea, l’analisi delle regioni ITS per le comunità fungine e le principali criticità associate all’amplificazione, quali specificità dei primer, contaminazioni, formazione di chimere e bias di amplificazione.
Saranno illustrate le fasi di preparazione delle librerie per il sequenziamento, inclusi purificazione degli ampliconi, indicizzazione, normalizzazione, pooling dei campioni e controlli di qualità. Verranno inoltre introdotti i principi delle principali piattaforme di sequencing utilizzate nello studio delle comunità microbiche, con attenzione ai vantaggi, ai limiti e ai campi di applicazione delle diverse tecnologie.
Il corso affronterà i principi di base dell’analisi bioinformatica dei dati di sequencing. Verranno descritti i passaggi fondamentali del processamento delle sequenze, quali controllo qualità, rimozione delle sequenze di bassa qualità, eliminazione delle chimere, definizione di ASV/OTU, assegnazione tassonomica mediante database di riferimento e costruzione delle tabelle di abbondanza.
Saranno introdotti i principali approcci per l’analisi ecologica e statistica delle comunità microbiche, con riferimento alla diversità alfa, alla diversità beta, alla rappresentazione grafica dei dati, all’analisi della composizione tassonomica e al confronto tra gruppi sperimentali. Verranno inoltre discussi i principi generali dell’inferenza funzionale e i limiti interpretativi degli approcci basati su dati di metabarcoding.
Durante le attività pratiche, le studentesse e gli studenti saranno guidati nell’applicazione progressiva delle diverse fasi del workflow, dalla gestione del campione alla produzione, organizzazione e interpretazione dei dati. I risultati ottenuti saranno discussi criticamente, valutando coerenza biologica, possibili fonti di errore, limiti metodologici e confronto con la letteratura scientifica. I dati prodotti o analizzati durante il corso costituiranno la base per la preparazione della presentazione prevista per l’esame finale.

Acquisizione della padronanza delle conoscenze teoriche di base inerenti la microbiologia e le sue applicazioni in campo ambientale, agricolo, alimentare, farmaceutico e clinico. Acquisizione dei principi fondamentali per isolare, caratterizzare, conservare e manipolare i batteri. Acquisizione della padronanza delle metodiche di analisi delle principali matrici cliniche, alimentari e ambientali nonché le competenze per l’interpretazione dei risultati. Acquisizione della padronanza delle nozioni inerenti la tassonomia batterica e le caratteristiche dei principali stipiti batterici. Acquisizione della padronanza delle conoscenze di base della biologia delle comunità microbiche e del loro possibile sfruttamento.
Acquisizione di appropriato linguaggio scientifico. In particolare:
“Conoscenza e capacità di comprensione”: Acquisizione di conoscenze approfondite su concetti e metodologie inerenti la batteriologia, conoscenza dei concetti e delle applicazioni di microbiologia legate alle problematiche infettive, acquisizione di appropriato linguaggio scientifico.
“Conoscenza e capacità di comprensione applicate”: saper identificare i dati necessari a fornire indicazioni riguardanti la presenza e la tipologia di microrganismi legati a problematiche infettive e avere strumenti per reperirli in sedi affidabili; capacità d’interpretare i risultati colturali ottenuti, capacità di applicare tecniche appropriate volte all’isolamento e all’identificazione di microrganismi.
“Autonomia di giudizio”: capacità di analizzare con senso critico gli elementi legati alla diffusione di agenti infettivi, autonomia di giudizio nella valutazione dei dati sperimentali.
“Abilità comunicative”: perfezionamento del lessico disciplinare nell’ambito della microbiologia e della batteriologia, nonché di descrivere in modo chiaro e conciso fenomeni e problematiche legate alle infezioni anche ai non addetti ai lavoro. Abilità di relazionare sulle caratteristiche patologiche di microrganismi importanti nelle infezioni con un linguaggio scientifico appropriato, in forma sia orale sia scritta.
“Capacità di apprendimento”: acquisizione della capacità di acquisire, approfondire ed aggiornare in maniera autonoma, tramite lettura di testi ed articoli scientifici.
Capacità di utilizzare il materiale didattico per uno studio critico e ragionato.