Didattica microbiologica

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1. La Cellula

• La Cellula: l’unità fondamentale di ogni organismo vivente;
• Concetto di vita: il concetto di vita e la complessa definizione per la sezione didattica microbiologica;
• Domini della vita: enorme suddivisione della vita nei tre domini: archea, procarioti ed eucarioti;
• Last Universal Common Ancestor (LUCA): l’antenato biologico comune a tutti i viventi;
• Teoria endosimbiontica: teoria che spiega l’origine delle cellule eucariotiche;

1.1 Macromolecole biologiche

• Carboidrati: detti anche glucidi, saccaridi o zuccheri, sono composti chimici formati semplicemente da carbonio ed acqua;
• Proteine: classificazione e generalità di queste macromolecole biologiche;
• Acidi nucleici: macromolecole che contengono e trasmettono l’informazione genica e sono essenziali per tutte le forme di vita conosciute;

1.2 Organuli cellulari

• Reticolo endoplasmatico: sistema di endomembrane delle cellule eucariote, consiste in un sistema tridimensionale di membrane unite tra loro, situato nel citoplasma;
• Ribosomi: complessi macromolecolari responsabili della sintesi proteica;
• Apparato di Golgi: organello coinvolto nel processo delle modifiche post-traduzionali delle proteine;
• Membrana plasmatica: rivestimento che delimita la cellula in tutti gli organismi viventi;
  • Recettori di membrana e trasporto: proteine presenti nella membrana cellulare che mediano il trasporto cellulare;
• Citoplasma: porzione della cellula contenuta all’interno della membrana cellulare;
• Citoscheletro: impalcatura tridimensionale cellulare con funzioni di sostegno, plastiche, replicative e tante altre,
• Cloroplasti: organuli presenti nelle cellule delle piante e nelle alghe eucariotiche;
• Cromosomi: struttura con cui ciascuna unità funzionale di DNA si compatta associata a specifiche proteine e viene trasmessa alle cellule figlie;
  • Variazioni nel numero e nella struttura dei cromosomi: poliploidia, aneuploidia ed i riarrangiamenti cromosomici;
• Giunzioni cellulari: connessioni intercellulari, ovvero punti di contatto cellula-cellula e cellula-matrice extracellulare;
• Inclusioni citoplasmatiche: corpuscoli di grandezza, aspetto e affinità tintoriali diverse, che si osservano nel citoplasma cellulare;
• Lisosomi: organuli citoplasmatici delimitati da membrana che contengono differenti enzimi idrolitici;
• Mitocondri: organelli che svolgono funzioni energetiche nella cellula;
• Nucleo cellulare: struttura che racchiude il materiale genetico nelle cellule eucariotiche;
• Parete cellulare: struttura cellulare che circonda la membrana plasmatica;
• Perossisimi: organuli che intervengono in alcune fasi del metabolismo energetico della cellula;
• Vacuoli: speciali organelli deputati alla riserva, alla difesa e al metabolismo di metaboliti secondari e sostanza nocive;
• Esosomi: vescicole extracellulari con importanti funzioni biologiche;

1.3 Metabolismo e processi cellulari

• Ciclo cellulare: eventi ordinati ed altamente controllati che porta alla divisione e corretta proliferazione delle cellule eucariotiche;
  • Meiosi: meccanismo di divisione cellulare alla base della riproduzione sessuale e prevede il dimezzamento del numero dei cromosomi presenti in una cellula;
  • Mitosi: modalità di riproduzione asessuata, tipica delle cellule somatiche e delle cellule germinali non ancora differenziate;
• Metabolismo energetico: insieme di reazioni biochimiche che avvengono all’interno della cellula;
  • Glicolisi: ciclo biochimico universale, condiviso tra eucarioti e procarioti;
  • Ciclo di Krebs: ciclo biochimico chiamato anche ciclo dell’acido citrico o ciclo degli acidi tricarbossilici;
  • Catena di trasporto degli elettroni: serie di complessi proteici grazie a cui avvengono le reazioni redox fondamentali per la vita;
• Sintesi proteica: traduzione dell’mRNA in molecole proteiche;
• Apoptosi: processo di morte cellulare programmata;
• Quorum sensing: capacità di rilevare e rispondere alla densità della popolazione cellulare mediante la regolazione genica;
• Esocitosi ed endocitosi: il trasporto di grandi molecole attraverso la membrana plasmatica;

2. I Microrganismi

• Procarioti ed eucarioti: differenze tra la cellula eucariotica e la cellula procariotica;
• Archaea e Batteri: differenza tra il dominio degli archea e il dominio dei batteri;
• Virus e Batteri: differenza tra i virus e le cellule batteriche;
• Microrganismi barofili: microrganismi che resistono e si sviluppano in ambienti ad alta pressione atmosferica;
• Microrganismi criofili: microrganismi che resistono e si sviluppano in ambienti freddi;
• Microrganismi ipertermofili: microrganismi che resistono e si sviluppano in ambienti caldi;

3. Batteri

• Batteri: microrganismi unicellulari e procarioti, di dimensioni relativamente piccole, mediamente 1-2 µm;
• La cellula batterica: struttura e funzioni della cellula batterica:
• Capsula batterica: composizione, struttura, funzioni della struttura di rivestimento microbica più importante;
• Crescita batterica: condizioni e curva di crescita, modello matematico e considerazioni;
• Metabolismo batterico: le vie metaboliche delle cellule batteriche;
• Trascrizione e regolazione nei procarioti: due processi fondamentali a livello di metabolismo microbico;
• Respirazione batterica: respirazione batterica suddivisa in aerobica ed anaerobica;
• Colonie batteriche: aggregati di milioni o miliardi di individui tutti uguali tra loro e tutti uguali alla cellula madre da cui derivano;
• Filogenesi batterica: processo di ramificazione delle linee di discendenza nell’evoluzione della vita batterica;
• Biofilm: aggregato di microorganismi in cui tutte le cellule sono sia attaccate tra di loro che ancorate ad una particolare superficie;
• Test di fluttuazione di Luria e Delbrück: esperimento che dimostra la spontaneità delle mutazioni nei batteri;
• Esperimento dei Lederberg: il replica plating: esperimento per dimostrare la casualità delle mutazioni nei batteri;
• Spore batteriche: caratteristiche dello stato sporale e descrizione del processo di sporulazione;
• Virulenza batterica: misura quantitativa della patogenicità, espressa come il numero di cellule che suscitano una risposta patologica nell’ospite in un dato periodo di tempo;
• Patogenesi batterica: le fasi principali della patogenicità dei microrganismi in dettaglio;
• Gli antibiotici (pt.1 – pt.2): molecole utilizzate per curare o prevenire le infezioni causate da batteri;
• Antibiotico-resistenza: fenomeno per il quale un batterio risulta resistente all’attività di un farmaco antimicrobico;

3.1 Microbiota e microbioma

• Microbioma umano: insieme del patrimonio genetico e delle interazioni ambientali della totalità dei microrganismi di un ambiente definito;
• Microbiota umano: insieme di microorganismi simbiotici che convivono con l’organismo umano senza danneggiarlo;

3.2 Microbiologia alimentare

• Additivi alimentari: sostanza impiegata nell’industria alimentare durante la preparazione, lo stoccaggio e la commercializzazione di prodotti destinati all’alimentazione;
• Fermentazione del lattosio: i microrganismi batterici coinvolti in questo processo;
• HACCP: genesi del più celebre approccio alla sicurezza alimentare;
• Probiotici e prebiotici: caratteristiche e differenze tra probiotico e prebiotico;

3.3 Varie di microbiologia

• Collezioni di microrganismi e ceppoteche (pt.1 – pt.2): uno sguardo d’insieme;
• Laboratori: livelli di biosicurezza, descrizione, agenti patogeni;

4. Virus

• Virus: generalità e caratteristiche peculiari dei virus;
• Batteriofagi: struttura, caratteristiche, ciclo litico e lisogenico di questi particolari virus;
• La classificazione di Baltimore: classificazione dei virus in 7 classi diverse;
• Antivirali: farmaci impiegati nel trattamento di infezioni causate da virus;

5. Archea

• Classificazione degli Archaea: la classificazione degli archeobatteri nei phyla ufficiali;

6. Genetica

• Genetica batterica: branca della biologia che studia i geni, l’ereditarietà e la variabilità genetica nei microrganismi;
• Codice genetico: sistema attraverso cui si conserva e si trasmette l’informazione genetica negli organismi viventi;
• DNA (acido desossiribonucleico): molecola che contiene le informazioni genetiche necessarie alla biosintesi di RNA e proteine;
• RNA (acido ribonucleico): acido nucleico coinvolto nei processi fondamentali delle nostre cellule e di tutte le cellule presenti in natura;
• Elementi genetici trasponibili: frammenti di DNA che si possono spostare all’interno di una singola cellula da una posizione all’altra del cromosoma o dal cromosoma a un plasmide e viceversa;
• Dalla proteina al DNA: scheda didattica microbiologica per descrivere il ruolo cruciale del DNA come elemento di informazione genetica;
• Replicazione del DNA: processo per la riproduzione dell’informazione genetica;
• Trasferimento genico orizzontale: il passaggio non verticale di materiale genetico tra microrganismi, che può essere mediato o meno da un agente transfer;
• Coniugazione batterica: processo con il quale una cellula batterica trasferisce porzioni di DNA ad un’altra tramite un contatto cellula-cellula;
• Trasformazione batterica:  fenomeno parasessuale tramite il quale i batteri possono scambiarsi materiale genetico;
• Trasduzione genetica: processo mediante il quale il DNA estraneo viene introdotto in una cellula da un virus o da un vettore virale;
• Gli esperimenti di Mendel: la legge della dominanza dei caratteri, la segregazione dei caratteri e l’assortimento indipendente;
• All’interno del gene: l’esperienza di Benzer: esperimento per dettagliare gli eventi di ricombinazione nel fago T4;
• Operone lac: operone necessario per il trasporto e il metabolismo del lattosio in E. coli e molti altri batteri enterici;
• Il meccanismo di attenuazione nei procarioti: processo di espressione genica attraverso l’esempio dell’operone trp;
• Sistema Cre-loxP: processo per la creazione di topi knock-out condizionali;
• Plasmidi: il materiale genetico accessorio come fonte di variabilità genetica tra i microrganismi;
• Banche del DNA: caratteristiche ed enzimi di restrizione;
• Epigenetica (parte 1 – parte 2): la scienza che studia la regolazione dell’espressione genica attraverso la pressione ambientale;
• Mutazioni del DNA: alterazione ereditabile del genoma;
• Meccanismi di riparazione del DNA: le alterazioni del DNA e i meccanismi riparativi in dettaglio;
• Mutageni del DNA: agenti biologici, chimici e fisici che modificano il DNA;
• Geni reporter: geni fusi con sequenze regolatorie o con geni di interesse, per segnalare la posizione o i livelli di espressione genica;
• Riarrangiamenti cromosomici: anomalie strutturali che occorrono nelle sequenze di DNA cromosomali;
• Pangenoma: unione fra il genoma core e i geni accessori di tutti gli organismi sequenziati all’interno di una determinata specie;
• Alberi genealogici: grafico utilizzato nella genealogia per mostrare i rapporti familiari tra individui;
• Genetica delle popolazioni: studio della costituzione genetica di una popolazione e di come questa cambi nel tempo;

7. Biologia Molecolare

• P53: fattore di trascrizione che regola il ciclo cellulare e ricopre la funzione di soppressore tumorale;
• Meccanismi riparazione DNA: sistemi di riparazione per correzione diretta e sistemi di riparazione per escissione;
• Limite di Hayflick: processo cellulare di senescenza, dopo una serie finita di divisioni cellulari;

8. Biotecnologie

• Produzione ricombinante: processo per ottenere grandi quantità di una stessa proteina, in relazione a quello che sarà il suo uso finale;
• Biopesticidi: molecole utilizzate in agricoltura per controllare parassiti;
• Biorisanamento: una tecnologia di bonifica ambientale basata sul metabolismo microbico di determinati batteri in grado di biodegradare o detossificare sostanze inquinanti;
• OGM: normative, informazioni, storia sugli organismi geneticamente modificati;
• Storia della biotecnologia: la storia delle scienze biotecnologiche, dagli albori ad oggi;

9. Il Corpo Umano

• Midollo osseo: organo disperso deputato nella produzione delle cellule del sangue;
• Ematopoiesi: formazione e maturazione degli elementi corpuscolati del sangue;
• I 5 sensi: olfatto, gusto, vista, udito ed equilibrio;

9.1 Citologia

• Globuli rossi: gli eritrociti sono cellule del sangue deputate al trasporti dell’ossigeno e dell’anidride carbonica;
• Piastrine: frammenti di cellule che mediano il processo di coagulazione;
• Fibre muscolari: chiamate fibrocellule, sono strutture appartenenti al tessuto muscolare;

9.2 Istologia

• Tessuto adiposo: tessuto connettivo caratterizzato dagli adipociti;
• Tessuto cartilagineo: tessuto connettivo specializzato, caratterizzato da cellule immerse in una matrice extracellulare, divisa in una componente amorfa gelificata e in una fibrillare;
• Tessuto connettivo: tessuto che avvolge, sostiene, connette ed isola i vari distretti corporei;
• Tessuto epiteliale: tessuto che svolge principalmente una funzione di rivestimento e protezione del nostro corpo;
• Tessuto linfoide: tessuto che rimuove il liquido interstiziale tra i tessuti, assorbe e trasporta gli acidi grassi dal sistema digestivo ed è coinvolto nella rimozione di patogeni, detriti e cellule tumorali;
• Tessuto muscolare: tessuto responsabile di tutti i movimenti volontari e involontari del corpo;
• Tessuto nervoso: tessuto organizzato in Sistema Nervoso Centrale (SNC) e in Sistema Nervoso Periferico (SNP);
• Tessuto osseo: tessuto connettivo specializzato con funzione di sostegno, locomotoria e protettiva;

9.3 Anatomia

• Apparato cardiovascolare: apparato costituito da dal grande e dal piccolo circolo, entro i quali scorre il sangue sospinto dal cuore;
• Apparato digerente: insieme di organi deputati all’introduzione degli alimenti, alla loro elaborazione, digestione, assorbimento delle sostanze nutritive;
• Apparato genitale femminile: insieme di organi e di strutture che permettono la riproduzione sessuale negli organismi animali di sesso femminile;
• Apparato genitale maschile: insieme di organi e di strutture che permettono la riproduzione sessuale negli organismi animali di sesso maschile;
• Apparato muscoloscheletrico: insieme delle strutture ossee, articolari e muscolari che svolgono funzioni di sostegno e di difesa dell’organismo e che ne consentono i movimenti;
• Apparato respiratorio: Insieme degli organi e tessuti deputati al processo della respirazione;
• Apparato urinario: apparato costituito dai reni e dalle vie urinarie;
• Apparato tegumentario: apparato che costituisce il confine tra il corpo e l’ambiente esterno;
• Articolazioni e movimenti: strutture anatomiche che mantengono in contiguità due o più superfici ossee ed i relativi movimenti;
• Encefalo e nervi cranici: porzione del sistema nervoso centrale contenuta all’interno del neurocranio;
• Sangue: tessuto connettivo composto da una matrice liquida contenete cellule e frammenti cellulari;
• Sistema endocrino: sistema composto dalle ghiandole endocrine e da cellule endocrine specializzate localizzate in tutto l’organismo;
• Sistema nervoso: encefalo, dal midollo spinale, dai nervi, dai gangli, e dai recettori sensoriali;
• Midollo spinale e nervi spinali: tramite di comunicazione fondamentale tra l’encefalo ed il sistema nervoso periferico;

9.4 Sistema nervoso

• Barriera emato-encefalica: struttura protettiva del cervello che media lo scambio con il sistema circolatorio;

10. Patologia

• Prioni: agente infettivo non convenzionale di natura proteica;
• Malattie trasmissibili: cosa sono e come si classificano;
• Zoonosi: malattia infettiva che può essere trasmessa dagli animali direttamente o indirettamente all’uomo;

11. Immunologia

• Sistema immunitario: complessa rete integrata di mediatori chimici e cellulari, di strutture e processi biologici deputati alla difesa dell’organismo;
• Leucociti: cellule nucleate che vengono coinvolte nella difesa dell’organismo verso agenti esterni, come virus, batteri;
• Linfociti B: cellule del sistema immunitario che giocano un ruolo primario nell’immunità umorale dell’immunità acquisita;
• Linfociti T: I linfociti T sono un gruppo di leucociti appartenenti alla famiglia dei linfociti. Giocano un ruolo centrale nella immunità cellulo-mediata;
• Linfociti NK: classe di cellule citotossiche del sistema immunitario;
• Macrofagi: cellule mononucleate tissutali che appartengono al sistema dei fagociti;
• Fagocitosi: processo di endocitosi che porta all’internalizzazione di particelle con un diametro uguale o superiore a 0,3 μm;
• Sistema del complemento: sistema costituito da diverse proteine circolanti nel sangue e di membrana, capaci di potenziare l’attività opsonizzante degli anticorpi;
• Infiammazione: meccanismo di difesa non specifico innato, che costituisce una risposta protettiva, seguente all’azione dannosa di agenti fisici, chimici e biologici;
• Riparazione tissutale: fenomeno altamente dinamico che vede coinvolte diverse popolazioni cellulari, mediatori solubili e matrice extracellulare;
• Malattie autoimmuni: patologie caratterizzate da una reazione scorretta del sistema immunitario, che attacca e distrugge i tessuti sani del nostro corpo;
• Trapianto: intervento chirurgico che prevede la sostituzione di un organo o di un tessuto con un altro;
• Anticorpi monoclonali: anticorpi identici fra loro, prodotti da linee cellulari provenienti da un solo tipo di cellula immunitaria;
• Immunità di gregge: concetto epidemiologico che descrive il raggiungimento della resistenza ad un patogeno;
• Vaccini: classificazione, preparazione e generalità;

12. Il regno vegetale

• Cellula vegetale: cellula eucariotica, con diverse peculiarità che la differenziano dalle cellule animali, fungine e degli altri regni dei viventi;
• Fotosintesi clorofilliana: processo biochimico attraverso il quale, in presenza della luce solare, vengono sintetizzati zuccheri;
• Metaboliti secondari vegetali: composti organici che svolgono funzioni precise e diversificate nelle piante;
• Ormoni vegetali: i principali fitormoni nel mondo vegetale;
• P/MAMPs-DAMPs nel regno vegetale: molecole batteriche che attivano l’immunità nel mondo vegetale;
• RNAi e dsRNA nella difesa delle piante: principi ed applicazioni di questo complesso sistema di difesa;
• Falsi frutti: differenze reali tra frutti e falsi frutti;
• Radice (pt. 1– pt. 2 – pt. 3): porzione di pianta che ha sede sotto il terreno che svolge il ruolo del sostegno della pianta e la nutrizione;
• Fiore: struttura attraverso il quale le piante angiosperme si riproducono;
• Androceo e Gineceo: componenti fertili del fiore dette androceo, per le componenti maschili, e gineceo, per le componenti femminili;
• Foglia: organo con il quale la pianta svolge la fotosintesi e la traspirazione;
• Frutto: ciò che deriva dallo sviluppo del gineceo di un fiore in seguito alla fecondazione;
• Fusto: organo caratterizzato dall’alternanza di sistemi di nodi, i punti a livello dei quali si inseriscono le foglie e internodi;
• Alghe: classificazione, caratteristiche biologiche, utilizzo nelle industrie;
• Licheni: organismi simbionti derivanti dall’associazione di un cianobatterio o un’alga ed un fungo;
• Pteridofite: il phylum delle felci, degli equiseti ed altri vegetali;
• Tracheophyta: phylum appartenente al regno delle piante, sono ricche di vasi e, per questo, chiamate anche piante vascolari;
• Fitopatologia: scienza che studia le malattie delle piante;
• Endofiti delle piante: organismi che vivono all’interno di altri organismi vegetali;
• Micorrize: simbiosi mutualistiche tra funghi e radici delle piante;

13. I funghi

• Funghi: morfologia, caratteristiche e generalità dei funghi;
• Micotossine: sostanze tossiche prodotte da una grande varietà di funghi;

14. Ecologia

• Simbiosi: relazione intima e costante nel tempo che si instaura fra due organismi appartenenti a specie diverse;
• Commensalismo: rapporto in cui un cui un organismo è favorevolmente influenzato da un’altra, il quale non è danneggiato né favorito;
• Parassitismo: rapporto in cui un organismo trae profitto dai sistemi biologici di un altro vivente, provocandogli dei danni;
• La biodiversità microscopica in acqua: scheda didattica microbiologica per descrivere cosa è possibile trovare in una goccia d’acqua;
• Bioluminescenza: fenomeno per cui organismi viventi emettono luce attraverso particolari reazioni chimiche;
• Panspermia: teoria che sostiene la migrazione dei microbi tra i pianeti e la diffusione della vita nell’universo;
• Comunità simpagiche: comunità costituite da vari organismi adattati all’ambiente estremo che si ritrova all’interno della banchisa;
• Bacini anossici ipersalini: focus su questi ambienti caratterizzati da condizioni di elevata salinità, ossigeno assente ed alte pressioni;
• Ipotesi della regina rossa: ipotesi evolutiva in grado di spiegare principalmente le continue dinamiche evolutive che intercorrono tra specie in concorrenza;
• Specie aliene invasive (IAS): organismi introdotti dall’uomo, in modo accidentale o volontario, al di fuori della loro area di origine, che si insediano in natura e causano impatti sull’ambiente e sulla vita dell’uomo;
• Zonazione del mar Mediterraneo: individuazione di porzioni a cui sono associati specifici popolamenti o biocenosi nel mare nostrum;

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