INDIRIZZO TECNOLOGICO ARTICOLAZIONE SANITARIA

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1 INDIRIZZO TECNOLOGICO ARTICOLAZIONE SANITARIA PROGRAMMA (di massima) DI BIOLOGIA E MICROBIOLOGIA CONTENUTI PER LA CLASSE QUINTA TEORIA METABOLISMO ED ENERGIA Le fermentazioni BIOLOGIE MICROBICHE Biotecnologie tradizionali ed innovative. Tecnica del DNA ricombinante. Clonazione del DNA e PCR. Le sonde. Biocatalizzatori cellulari: i microrganismi. Le tecniche di selezione dei ceppi microbici. Strategie di screening. I PROCESSI BIOTECNOLOGICI Substrati e prodotti. I terreni di coltura per la microbiologia industriale. I prodotti. Fasi produttive: preparazione dell'inoculo. Le scale-up. I fermentatori o bioreattori. Sterilizzazione. Processi batch, continui, fed-batch. Immobilizzazione dei biocatalizzatori. I sistemi di controllo. Il recupero dei prodotti (downstream). PRODOTTI OTTENUTI DA PROCESSI BIOTECNOLOGICI Biomasse microbiche. Etanolo. Enzimi. Vitamine. PROTEINE UMANE RICOMBINANTE, ORMONI E ANTIBIOTICI Produzione biotecnologica di proteine umane. Produzione di vaccini. Produzione di anticorpi monoclonale. Produzione di interferoni. Produzione di ormoni. Bioconversioni. Produzione di antibiotici. Classi strutturali e meccanismo d'azione degli antibiotici.

2 PRODUZIONI BIOTECNOLOGICHE ALIMENTARI Il vino. L'aceto. La birra. Il pane. Lo yogurt. BIOTECNOLOGIE IN CAMPO AGRARIO, ZOOTECNICO E SANITARIO Piante transgeniche. Aspetti legislativi. Biotecnologie nel settore veterinario e zootecnico. Applicazione delle biotecnologie in campo biomedico e farmacologico. La terapia genica. CONTAMINAZIONI MICROBIOLOGICHE E CHIMICHE DEGLI ALIMENTI Qualità e igiene. Contaminazione microbica. Processi di degradazione microbica. I microrganismi indicatori. I fattori che condizionano la microbiologia. Contaminazione chimica. LA CONSERVAZIONE DEGLI ALIMENTI La conservazione. Conservazione con mezzi fisici. Conservazione con mezzi chimici. Impiego di additivi e conservanti. NORMATIVE E CONTROLLI PER LA SICUREZZA E LA QUALITA' ALIMENTARE Sicurezza : normative e certificazioni. Il pacchetto igiene. Il sistema HACCP nell'industria alimentare. La shelf-life. Il challenge test. CONTROLLO MICROBIOLOGICO DEGLI ALIMENTI Tecniche analitiche tradizionali e innovative. Criteri microbiologici. I piani di campionamento. Microrganismi indicatori. Le frodi alimentari. Le carni. Latte e derivati. Yogurt e latti fermentati. I gelati. Paste alimentari. SPERIMENTAZIONE DI NUOVI FARMACI, COMPOSTIGUIDA E FARMACOVIGILANZA Alcune definizioni. Come nasce un farmaco. La fase di ricerca preclinica (fase 0).

3 La sperimentazione clinica (clinical trials). Le tre fasi dei clinical trials. La registrazione del farmaco e l'immissione in commercio. Farmacovigilanza. LE CELLULE STAMINALI Le prime fasi di sviluppo dell'embrione: il differenziamento cellulare. Le cellule staminali. Cellule staminali emopoietiche. Cellule staminali emopoietiche dal sangue del cordone ombelicale. Trapianti di cellule staminali emopoietiche (TCSE). INQUINANTI XENOBIOTICI E MUTAGENESI AMBIENTALE Genotossicità e cancerogenesi. Le mutazioni. Mutageni fisici. Mutageni chimici. Fonti di esposizione a sostanze chimiche. Meccanismi di riparazione del DNA. Destino degli xenobiotici nell'organismo. Metabolismo degli xenobiotici. Controlli di genotossicità su matrici ambientali. BIODEGRADAZIONE DEI COMPOSTI ORGANICI NATURALI E DI SINTESI Biodegradazione aerobica degli idrocarburi. Biodegradazione anaerobica degli idrocarburi. LABORATORIO 1. CONTROLLO MICROBIOLOGICO DELLE MATRICI AMBIENTALI 2. ANALISI MICROBIOLOGICA DI ACQUE DESTINATE AL CONSUMO UMANO (D. Lgs n 31 del 2/2/2001): CMT a 22 C ed a 36 C (UNI EN ISO 6222:2001) per inclusione e diluizioni successive, coliformi totali, Escherichia coli, Enterococchi fecali e spore di Clostridi solfito riduttori: attraverso tecniche MPN e MF. Altre tecniche (D. Lgs n 31 del 2/2/2001) ricerca stafilococchi, clostridi, non normate. 3. LE ACQUE MINERALI (D. Lgs del 25 / 1 / 1992) 4. L IDENTIFICAZIONE BATTERICA. identificazione, prelievo dei campioni, preparazione, tecniche di arricchimento, impiego dei terreni, test biochimici, test miniaturizzati. Identificazione di stafilococchi, streptococchi, enterococchi, salmonella, pseudomonas, clostridi 5. NORME ISO E NORME UNI 6. CONTROLLO MICROBIOLOGICO DEGLI ALIMENTI le frodi alimentari

4 il sistema HACCP criteri microbiologici (tipi di criteri) i piani di campionamento (piano di campionamento a due classi, a tre classi) microrganismi marker prelievo omogeneizzazione e allestimento delle diluizioni Analisi microbiologiche : ricerche qualitative, ricerche quantitative, carica batterica totale aerobia a 30 C ( ISO 4833 ) Enterobacteriaceae - Conteggio delle colonie ( ISO ) conteggio su piastra di E. coli glucuronidasi positivi ( metodo ISO ) salmonella - Ricerca qualitativa di Salmonella spp. ( metodo ISO 6579 ) stafilococchi coagulasi - positivi. conteggio di S. aureus e altre specie ( metodo ISO 6888 ) 7. ANALISI ALIMENTARE: IL LATTE CMT attraverso conta diretta, CMT mediante prova rapida con resazurina, coliformi e termodurici. 8. USO DELLO STOMACHER. 9. TECNICHE NON CONVENZIONALI DI IDENTIFICAZIONE Al termine di ogni modulo proposto, è stata eseguita la discussione dei dati, la loro elaborazione e le opportune valutazione del lavoro svolto dagli studenti N.B.: alcuni argomenti potrebbero essere svolti solo teoricamente e non praticamente a causa di questioni di tempo. Obiettivi minimi: conoscere i principali processi metabolici dei batteri; conoscere la tecnologia del DNA ricombinante e le sue applicazioni in campo medico, agrario e zootecnico; conoscere le tecniche microbiologiche per la qualità, l'igiene e la conservabilità ; conoscere il percorso della nascita di un farmaco ed il ruolo della farmacovigilanza; conoscere i meccanismi di differenziamento cellulare e il ruolo delle cellule staminali; conoscere i principali inquinanti ambientali. METODOLOGIA L'attività di insegnamento-apprendimento è articolata in: - spiegazione dell'insegnante - discussione in aula - interventi, quando possibile, di esperti - lavoro in gruppo in laboratorio

5 MEZZI - Libro di testo - fotocopie di approfondimenti redatti dall'insegnante - laboratorio di microbiologia VALUTAZIONE La valutazione dell'alunno sarà basata sull'analisi dell'interesse per la disciplina, della partecipazione, dell'impegno, dell'approfondimento, della capacità di saper utilizzare un linguaggio scinetifico corretto e della capacità di analisi, di sinesi e di correlazione delle conoscenze acquisite. Per verificare il raggiungimento degli obiettivi si useranno interrogazioni orali e verifiche scritte. INTERVENTI ATTI A SANARE LE CARENZE DEGLI ALUNNI Alla consegna delle verifiche scritte verrà effettuata un'attenta correzione e verranno rilevati e discussi con gli studenti i comportamenti errati causa di insuccesso; verranno, quindi, indicate strategie di recupero adatte alle diverse situazioni e indicazioni sul metodo di lavoro a casa ed in classe. Per gli alunni che dimostrino di incontrare difficoltà o presentino incertezze o lacune, saranno realizzati interventi di ripasso e recupero durante le ore curricolari ed extracurricolari (recupero e/o sportello). Per quanto riguarda gli alunni con DSA, la programmazione verrà concordata per ogni alunno durante il consiglio di classe. Strumento privilegiato sarà il percorso individualizzato e personalizzato, redatto in un Piano Didattico Personalizzato (PDP), che ha lo scopo di definire, monitorare e documentare, secondo una collaborazione collegiale corresponsabile e partecipata, le strategie di intervento più idonee ed i criteri di valutazione degli apprendimenti. Per gli alunni con presentano bisogni educativi speciali (BES) si terrà conto degli eventuali sociali e culturali, disturbi specifici di apprendimento e/o disturbi evolutivi specifici, difficoltà derivanti dalla non conoscenza della cultura e della lingua italiana perchè appartenenti a culture diverse. Si porrà attenzione su quell'area dei BES che interessa lo svantaggio socioeconomico, linguistico, culturale. Si adotterranno eventuali strumenti compensativi e misure dispensative (ad esempio la dispensa dalla lettura ad alta voce, la scrittura sotto dettatura, ecc.). Tali misure saranno personalizzabili caso per caso.

6 CONTENUTI CONOSCENZE COMPETENZE CAPACITA' Metabolismo ed energia Biotecnologie microbiche I processi biotecnologici Prodotti ottenuti dai processi biotecnologici Produzioni biotecnologiche alimentari - i principali processi metabolici dei batteri - concetto di DNA ricombinante - gli enzimi di restrizione - processo di clonazione del DNA - importanza dei vettori: plasmidi e virus - PCR - le sonde - la composizione dei terreni di coltura - i fermentatori i processi di produzione tecnologica - tecniche di ingegneria genetica - applicazioni del DNA ricombinante a livello sanitario, Proteine umane ricombinanti, agroalimentare ormoni e antibiotici ed ambientale - trasferimento di geni tra cellule eucariote: gli OGM - terapia genica - descrivere i principali processi fermentativi e metabolici - spiegare cosa si intende per tecnologia del DNA ricombinante - illustrare le proprietà degli enzimi di restrizione evidenziando l'importanza delle estremità coesive - descrivere le modalità d'azione dei plasmidi - descrivere il meccanismo della PCR evidenziandone lo scopo - illustrare la tecnica di ibridazione mediante sonda - descrivere le sostanze, i terreni di coltura, gli impianti, i fermentatori ed i biocatalizzatori necessari per le produzioni industriali - spiegare in quali modi i batteri possono essere utilizzati per produrre proteine utili in campo medico e alimentare - spiegare che cosa si intende per transgenico - spiegare in che cosa consista la terapia genica - saper riconoscere l'universalità dei processi che stanno alla base degli scambi energetici che avvengono nelle cellule - saper seguire le varie tappe del processo mediante cui gli scienziati riescono ad individuare, sequenziare, isolare e copiare un gene - comprendere l'importanza dei microrganismi nella produzione industriale - saper comprendere l'enorme potenzialità delle attuali conoscenze dell'ingegneria genetica, evidenziando quali nuove soluzioni la tecnica del DNA ricombinante abbia individuato e quali nuove prospettive potrà fornire a problemi di carattere agroalimentare e medico finora insoluti - saper evidenziare l'importanza delle più recenti conquiste dell'uomo nel campo della medicina ottenute grazie alle attuali conoscenze di genetica molecolare alle nuove tecniche di terapia

7 Contaminazioni microbiologiche e chimiche degli alimenti La conservazione Normative e controlli per la sicurezza e la qualità alimentare Controllo microbiologico Sperimentazione dei nuovi farmaci, composti guida e farmacovigilanza Le staminali Inquinanti xenobiotici mutagenesi ambientale cellule e Biodegradazione dei composti organici naturali e di sintesi - i processi di contaminazione microbica e chimica - i processi fisici e chimici utilizzati per la conservazione degli alimenti - normative per la sicurezza - i microrganismi indicatori di rischio biologico - come nasce un farmaco - la sperimentazione clinica - registrazione del farmaco e l'immissione in commercio - farmacovigilanza - le fasi di sviluppo dell'embrione - le cellule staminali emopoietiche - descrivere gli agenti chimici e fisici che consentono la conservazione - identificare le fasi della sperimentazione di un farmco - descrivere i meccanismi della farmacodinamica - illustrare i meccanismi di differenziamento cellulare ed il ruolo delle cellule staminali - le mutazioni e le cause - classificare le mutazioni - indicare le cause delle mutazioni e le conseguenze a livello di genotipo e di fenotipo - biodegradazione aerobica ed anaerobica degli idrocarburi - indicare quali batteri siano in grado di degradare gli idrocarburi e quali siano le condizioni necessarie genica - individuare le tecniche microbiologiche per la qualità, l'igiene e la conservabilità alimenti degli - capire le differenze tra farmaco e sostanza tossica - saper evidenziare l'importanza delle cellule staminali nella cura delle malattie - analizzare i principali inquinanti ambientali, individuando i possibili effetti indesiderati che hanno sull'uomo - capire l'importanza di alcuni microrganismi nella degradazione di alcuni composti tossici