Corso di laurea magistrale in. Scienze per la diagnostica e conservazione dei beni culturali

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1 Corso di laurea magistrale in Scienze per la diagnostica e conservazione dei beni culturali Insegnamento di Microbiologia applicata ai beni culturali RIEPILOGO DEI CONCETTI BASE DELLA MICROBIOLOGIA GENERALE IL DNA: CARATTERISTICHE CHIMICHE E STRUTTURALI Struttura dei nucleotidi. I nucleotidi nel DNA: il legame diesterico ed i legami idrogeno. Struttura della doppia elica di DNA. Organizzazione del DNA nella cellula batterica: topologia del DNA. Struttura della cromatina nei batteri. CROMOSOMI E PLASMIDI Definizioni di cromosoma e plasmide. Analisi strutturale e funzionale dei cromosomi batterici e dei plasmidi. IL TRASFERIMENTO GENICO ORIZZONTALE Coniugazione. Trasduzione. Trasformazione. Cenni sulla ricombinazione. LA REPLICAZIONE Il replicone. Modalità d azione della DNA polimerasi batterica e relative implicazioni funzionali. Fasi della replicazione del DNA nei batteri ed enzimi coinvolti. La correzione di bozze.

2 L ESPRESSIONE GENICA Definizioni di informazione genetica, geni ed espressione genica. Organizzazione del gene nei procarioti. L operone. Il dogma centrale della biologia molecolare. LA TRASCRIZIONE Le fasi della trascrizione. LA TRADUZIONE Il codice genetico. La fasi di lettura aperte (ORF). Il macchinario della traduzione: RNA messaggero (mrna), RNA transfer (trna) e RNA ribosomico (rrna). Struttura e funzione del trna. Struttura e funzione del rrna. Le fasi della traduzione. LA REGOLAZIONE DELL ESPRESSIONE GENICA Il concetto di regolazione e modulazione dell espressione genica. L operatore. Regolazione negativa con operatori inducibili. Regolazione negativa con operatori reprimibili. Regolazione positiva: gli esempi dell operone mal e dell operone lac. L attenuazione. La trasduzione del segnale. Fattori sigma alternativi. Modulazione del turn over del mrna. Gli srna.

3 Polarità degli operoni. La regolazione epigenetica. La struttura modulare del genoma batterico. IL CONCETTO DI SPECIE BATTERICA Definizioni tradizionale e molecolare di specie batterica. La tassonomia. Filogenesi ed evoluzione LA DIVERSITÀ MICROBICA Teorie sulle dimensioni della diversità microbica. Le curve di abbondanza: descrizione, possibili applicazioni e limitazioni. La diversità metabolica: autotrofia, eterotrofia, fototrofia, chemiotrofia, chemiorganotrofia e chemiolitotrofia, respirazione aerobica, anaerobica e fermentazione. COMUNITÀ MICROBICHE Struttura delle comunità microbiche. Fattori determinanti. Il concetto di nicchia ecologica. Effetti dei fattori ambientali sulla struttura delle comunità microbiche. Interazioni tra i componenti delle comunità microbiche: competizione e cooperazione. Sintrofia e metabolismi complementari. La metacomunità. Diversità delle comunità microbiche. Il metaboloma. IL QUORUM SENSING Definizione e funzione del quorum sensing. Le molecole segnale. Il sistema AHL-Lux.

4 Il sistema DSF-Rpf. Il diguanosil ciclico (c-di-gmp). I sistemi a tre componenti. Il sistema Agr. Il sistema AI-2 LuxU LuxO. Ruolo del quorum sensing nei processi di competizione e cooperazione. I BIOFILM Definizione e funzioni del biofilm. Struttura dei biofilm. Fasi di crescita e sviluppo dei biofilm. Ruolo delle adesine nelle fasi iniziali della formazione dei biofilm. Rapporti tra condizioni ambientali (principalmente trofiche) e sviluppo dei biofilm. Ruolo del quorum sensing nella formazione dei biofilm. La matrice: funzione e composizione. Architettura dei biofilm. La disgregazione dei biofilm. Sostanze antibatteriche con azione sui biofilm. TECNICHE DI STUDIO DELLE COMUNITÀ MICROBICHE: METODI TRADIZIONALI Isolamento e identificazione delle specie batteriche. Strategie di identificazione biochimica. Tecniche sierologiche di identificazione e caratterizzazione. TECNICHE E METODI MOLECOLARI DI ANALISI MICROBIOLOGICHE. La PCR. L elettroforesi su gel di agarosio. La seminested PCR La real-time PCR.

5 Il gene per il rrna 16S come bersaglio per l identificazione molecolare. Elettroforesi in gradiente di gel denaturante (DGGE). Il clonaggio. Il sequenziamento. Il sequenziamento massivo: il metodo Illumina ed il pirosequenziamento. L ibridazione. Ibridazione fluorescente in situ (FISH). I microarray. Le librerie di cloni. Principi di analisi bioinformatiche delle sequenze nucleotidiche. L APPLICAZIONE DELLE TECNICHE MOLECOLARI ALLE COMUNITÀ MICROBICHE La metagenomica. La metabolomica: FISH-MAR (microautoradiography); matrice isotopica; sonde di RNA con isotopi stabili (SIP). CASI DI STUDIO I cianobatteri nei processi di deterioramento dei beni culturali. Gli attinobatteri nei processi di deterioramento dei beni culturali. I beni culturali come substrato per la crescita microbica. I danni da colonizzazione microbica: danni estetici e danni strutturali. La grotta di Lascaux. Le grotte di Tito Bustillo. Gli affreschi di La Rabida La chiesa di Rostov. Cenni sul biorestauro.