Biotecnologie vegetali (2010/2011)

Codice insegnamento
4S02777
Crediti
9
Coordinatore
Antonella Furini
L'insegnamento è organizzato come segue:
Modulo Crediti Settore disciplinare Periodo Docenti
BIOREATTORI VEGETALI 3 AGR/07-GENETICA AGRARIA I semestre Mario Pezzotti
BIOCOMBUSTIBILI 3 AGR/07-GENETICA AGRARIA I semestre Roberto Bassi
FITOBONIFICA 3 AGR/07-GENETICA AGRARIA I semestre Antonella Furini

Obiettivi formativi

Modulo: BIOCOMBUSTIBILI
-------
Il modulo bio-combustibili ha come scopo di fornire basi sulla definizione e caratteristiche dei combustibili di diversa provenienza e destinazione d’uso. Fra questi vengono particolarmente curati i bio-combustibili bioetanolo, biodiesel e bio-idrogeno e le implicazioni del loro uso per l’ambiente, i processi produttivi e l’autotrazione. Per ognuno di questi vengono definite le modalità di produzioni esistenti al momento su base industriale e le procedure bio-tecnologiche in corso di definizione per il miglioramento di questi processi, prendendo in considerazione le piante agrarie che condividono porzioni di filiera produttiva con i procedimenti per la produzione di derrate alimentari ( bio-combustibili di prima generazione). In seguito vendono considerate sorgenti alternative di biomasse che non competono o dipendono in misura minore dalla filiera alimentare. Fra queste vengono studiate in particolare le alghe unicellulari e le procedure per il miglioramento della biomassa algale per via genetica classica e attraverso la tecnologia del DNA ricombinante al fine di definire una filiera produttiva per i combustibili economicamente sostenibile e a basso impatto ambientale.


Modulo: FITOBONIFICA
-------
L’obiettivo del corso è di dare agli studenti le informazioni sui molteplici aspetti della bonifica biologica fito-assistita tesa alle decontaminazione di siti contaminati da metalli pesanti nonché da composti organici.


Modulo: BIOREATTORI VEGETALI
-------
L’uomo ha da sempre utilizzato le piante come fonte di materiale tecnico e medicinali per migliaia di anni. Attraverso la biologia e la medicina molecolare negli ultimi decenni sono state scoperte molte proteine dal valore terapeutico e diagnostico. L’utilizzazione di queste molecole è purtroppo a volte stata ostacolata da limitazioni produttive dovute a bassa resa, pessima qualità e impossibilità di stoccaggio. Negli ultimi quindici anni, grazie all’applicazione delle tecnologie del DNA ricombinante, le piante sono emerse come sistema di espressione potenzialmente più economico e più sicuro rispetto ai sistemi basati su cellule microbiche, eucariotiche di mammifero e animali transgenici. La produzione di molecole di interesse terapeutico, diagnostico e tecnico nelle piante è definito in inglese “Molecular Farming”. Questo corso “Farming Molecolare”, nome peraltro senza significato nella lingua italiana, si propone di illustrare sia gli aspetti tecnologici della produzione in pianta di proteine ricombinanti di interesse terapeutico sia di analizzare il tipo di molecole terapeutiche e tecniche espresse ed esprimibili nelle piante e la loro potenziale applicazione

Programma

Modulo: BIOCOMBUSTIBILI
-------
1) definizione di bio-combustibili e degli organismi/substrati di origine, con particolare riferimento a Bio-gas, bio-diesel, bio-idrogeno.
2) Procedure industriali di conversione della biomassa in bio-combustibile e
legislazione in materia di biocombustibili (per autotrazione e non).Scenario attuale di impiego.
3) Bilancio energetico del processo foto sintetico e delle fermentazioni: limiti massimi alla produzione autotrofa. Efficienza di conversione. Produzione di energia elettrica e di combustibili liquidi. Comparazione con la produzione fotovoltaica.
4) Piante terrestri come produttori autotrofi di bio-combustibili. Stato attuale e prospettive della selezione genetica e dell’ingegnerizzazione degli organismi erbacei e forestali.
5) Alghe unicellulari e microalghe: produzione autotrofa e mixotrofa.
6) Biodiesel da alghe
7) Bio-idrogeno da alghe e da sistemi misti con biocenosi batteriche.
8) Le Alghe unicellulari come sistema modello per l’ingegneria genetica.
9) Crescita di alghe in fotobio-reattori. Vantaggi e svantaggi delle diverse architetture e limitazioni conseguenti della produttività
10) Alghe come fissatori della CO2 atmosferica: costo della fissazione in confronto al confinamento fisico ed altre soluzioni industriali.
11) Ingegneria metabolica: A) sistemi di raccolta della luce.
12) Ingegneria metabolica: B) metabolismo dei lipidi.
13) Ingegneria metabolica: C) trasporto degli elettroni e idrogenasi.


Modulo: FITOBONIFICA
-------
Cause di contaminazione ambientale da metalli pesanti e composti organici. Interventi di risanamento: metodi fisico/chimici e biologici. Utilizzo di piante per il trattamento in situ di suoli, sedimenti e acque contaminate. Studio delle specie vegetali iperaccumulatrici. I diversi processi di fito-bonifica: degradazione, stabilizzazione, volatizzazione, estrazione di composti tossici dai suoli. Utilizzo delle piante transgeniche per la bonifica di siti contaminati. Vantaggi e limitazioni dei processi di fito-bonifica. Cenni sul bio-monitoraggio di siti inquinati: test disponibili, metodi ed applicazioni.


Modulo: BIOREATTORI VEGETALI
-------
• I sistemi di espressione di proteine in pianta:
transiente: i virus vegetali come vettori stabile: trasformazione nucleare, la trasformazione plastidica
• Target dell’espressione nei comparti cellulari
• Espressione organo specifico (seme)
• Le sospensioni cellulari e l’hairy roots
• Le piante ospiti e i modelli
• Piante “Food” e “non food”
• Le alghe
• Le molecole:
Anticorpi
Vaccini
Antigeni
Peptidi
• Le modificazioni post-traduzionali in pianta
La glicosilazione in pianta
• La quantificazione delle proteine ricombinanti espresse in pianta
• La funzionalità e l’attività biologica delle proteine espresse in pianta
• L’espressione dopo la conservazione
• I processi di estrazione e purificazione
• Efficacia negli studi clinici

Modalità d'esame

Modulo: BIOCOMBUSTIBILI
-------
Modalita d'esame
L’esame sarà organizzato in due parti.
a) Fra una scelta di articoli forniti dal docente ogni candidato dovrà sceglierne uno di suo interesse e dare una breve presentazione sulla base di diapositive preparate allo scopo.
b) I candidati che risulteranno sufficienti alla prova precedente discuteranno con il docente alcuni aspetti di interesse. Il candidato potrà di preparare un argomento di sua scelta tra i capitoli del programma del corso da esporre all’orale.


Modulo: FITOBONIFICA
-------
Prova orale


Modulo: BIOREATTORI VEGETALI
-------
Valutazione del grado di preparazione mediante colloquio