L’obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti conoscenze adeguate sull’utilizzo di organismi e complessi fotosintetici a scopi industriali. In particolare verrà descritta l’importanza degli organismi vegetali nell’economia verde e come tali organismi possano rientrare in numerosi processi produttivi. Nella prima parte del corso in particolare verranno descritti da un punto di vista evolutivo gli organismi fotosintetici, dai batteri anossigenici fino alle piante superiori. Successivamente verranno descritte le caratteristiche fisiologiche e metaboliche di organismi fotosintetici andando in particolar modo a focalizzare l’attenzione sugli organismi fotosintetici unicellulari, le cui potenzialità verranno descritte come soluzione alternativa e complementare rispetto alle pratiche agricole tradizionali per lo sfruttamento dell’energia solare. Verranno dunque identificate e descritte le possibili limitazioni relative alla produzione di biomassa e prodotti ad elevato valore agginto e accennate le principali recenti soluzioni biotecnologiche per superare tali limiti. Nell’ultima del corso verranno quindi descritti i metodi di coltivazione degli organismi fotosintetici unicellulari fornendo concetti di base sul loro possibile utilizzo per specifiche realtà produttive nel settore agro-industriale, della nutraceutica e delle energie rinnovabili. Infine verranno descritti le recenti potenziali applicazioni di fotosintesi extra-cellulare tramite composti ibridi nano-bio. Durante l’attività di laboratorio prevista all’interno del corso verranno proposti agli studenti esperimenti di biochimica vegetale quali la preparazione e coltivazione di una coltura algale in fotobioreattori modello e l’estrazione e analisi di metaboliti e proteine da organismi vegetali.
CONOSCENZE
conoscenza del metabolismo primario e secondario delle piante e dei processi di bio-sfruttamento dell'energia solare
conoscenza delle strumentazioni di laboratorio e comprensione dei protocolli sperimentali da applicare in ambito ambientale e delle biorisorse
conoscenze teoriche utili alla comprensione di articoli scientifici e testi avanzati inerenti l’ambito ambientale e delle biorisorse
ABILITA’
capacità di comprensione dei processi di produzione primaria negli organismi autotrofi e di gestione di colture cellulari per la produzione di biomolecole e utilizzo di bioreattori
capacità di comprendere articoli scientifici e testi inerenti le applicazioni biotecnologiche in ambito ambientale-industriale

TEORIA:
- Introduzione al corso: massima efficienza fotosintetica e potenzialità degli organismi fotosintetici per la produzione di composti di interesse
- Evoluzione degli organismi fotosintetici dai batteri fotosintetici anossigenici ai cianobatteri
- Evoluzione degli organismi fotosintetici: endosimbiosi primarie e secondarie e comparsa di cellule eucariotiche fotosintetiche. Descrizione delle principali tipologie di microalghe e macroalghe
- Evoluzione degli organismi fotosintetici: colonizzazione delle terre emerse e sviluppo di piante inferiori e superiori
- Caratteristiche fisiologiche, biochimiche e metaboliche dei cianobatteri
- Caratteristiche fisiologiche, biochimiche e metaboliche di microalghe eucariotiche
- Caratteristiche fisiologiche, biochimiche e metaboliche di macroalghe eucariotiche
- Cenni di metabolismo secondario in organismi fotosintetici per la produzione di composti ad elevato valore aggiunto
- Esigenze nutrizionali di organismi fotosintetici unicellulari e strategie per l’ottenimento di nutrienti dall’ambiente esterno
- Percezione della luce, fotorecettori e cenni di trasduzione del segnale
- Limitazioni attuali nella produzione di biomassa tramite la fissazione di CO2 da parte di microalghe e cianobatteri e possibili soluzioni
- Utilizzo di organismi fotosintetici unicellulari e pluricellulari per la produzione di biomassa a fini alimentari, nutraceutici e cosmetici
- Utilizzo di organismi fotosintetici unicellulari e pluricellulari per la produzione di energie rinnovabili
- Utilizzo di piante superiori per la fitobonifica
- Impiego di alghe e piante superiori per il molecular farming
- Utilizzo di complessi proteici fotosintetici in ambiente extracellulare per lo sfruttamento dell’energia solare

LABORATORIO:
- Preparazione di colture di microalghe e caratterizzazione della produttività in biomassa di diverse specie algali
- Estrazione e caratterizzazione di metaboliti prodotti da colture algali

METODI DIDATTICI
Gli incontri in aula prevedono l'utilizzo di lezioni frontali (con slide), discussioni di gruppo ed esercitazioni in laboratorio


Testi di riferimento:
Materiale didattico fornito dal docente (disponibile su piattaforma e-learning)
Elementi di fisiologia vegetale Taiz/Zieger/Moller/Murphy

L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati. L’esame consiste in una prova scritta con alcune domande aperte e alcune domande chiuse tratte dal materiale didattico fornito. Durante le lezioni vengono presentati degli esempi di esami scritti. DSubito dopo lo scritto, è possibile concordare col docente un colloquio orale (facoltativo).