Obiettivi formativi

Il corso tratta dei principali gruppi di metaboliti secondari di piante e microrganismi, da una prospettiva biochimica e biosintetica, con riferimenti a come l'ingegneria genetica può essere utilizzata per manipolare i livelli dei metaboliti secondari di valore economico, così come quelli di importanza per la salute e nella dieta dell’uomo. Il corso di metabolismo secondario si propone di dare una visione integrata di alcuni aspetti fondamentali del metabolismo secondario a partire dalla relazione tra funzione biologica dei metabolici secondari nella difesa da stress biotici ed abiotici. In particolare verranno trattati i motivi per cui un numero così grande di metabolici secondari delle piante possiede attività farmacologia. Il corso definisce le principali classi di metabolici secondari, le loro vie di biosintesi, i metodi di identificazione dei geni codificanti le tappe delle vie biosintetiche ed infine i principali approcci per la modificazione genetica di piante e microrganismi per ottenere una produzione mirata di metabolici secondari con valore applicativo, indicando vantaggi e svantaggi dei diversi metodi.

Programma

1. Ripasso delle principali vie metaboliche, interconnessione del metabolismo, attivazione del metabolismo secondario.
2. Definizione e sistematica dei metabolici secondari (MS)
3. Funzione ecologica dei MS e azione farmacologia su mammiferi e insetti.
4. I terpenoidi, la sintesi di IPP (isopentenil pirofosfato) nel citosol e nel plastidio. Ruolo dei terpenoidi nella difesa della pianta. La gomma. Applicazioni biotecnologiche. Storia di una via biosintetica: i carotenoidi e la difesa dell’apparato fotosintetico dallo stress fotossidativo.
5. Gli alcaloidi, biosintesi, raggruppamenti funzionali e attività biologica, sintesi di berberina e definizione di altre vie metaboliche. Applicazioni biotecnologiche.
6. I fenilpropanoidi, biosintesi e funzione ecologica. Fenoli, polifenoli e tannini: classificazione e biosintesi. Applicazioni biotecnologiche. Biosintesi di lignine e suberine.
7. I flavonoidi: biosintesi, localizzazione, significato ecologico. Sintesi e modificazione del colore dei fiori a scopo commerciale. Applicazioni biotecnologiche.
8. Composti contenenti zolfo: biosintesi dei glucosinolati. Fattori ambientali e genetici che influenzano l’espressione dei glucosinolati. Metabolismo e detossificazione degli isotiocianati. Effetti anti-nutritivi nel bestiame e nell’uomo, effetti benefici dei composti solforati nella dieta umana. Ingegneria metabolica.
9. Psoraleni e acetileni: distribuzione nelle piante di interesse alimentare, biosintesi, prospettive in relazione alla sicurezza alimentare.
10. Polichetidi, metaboliti secondari prodotti da batteri. Modalità di biosintesi, possibilità di intervento biotecnologico. I “polichetidi” nelle piante.
11. Allelopatia ed evoluzione diretta.
12. Ingegneria metabolica: trasformazione cloroplastica (piante e alghe) e importanza di questa tecnica nell’espressione di prodotti secondari.
13. Ingegneria metabolica: risorse genetiche da microrganismi non coltivabili e simbionti; metagenomica, metatrascrittomica, tecniche per l’individuazione di nuove attività enzimatiche.
14. Ingegneria metabolica: metabolomica, tecniche per l’identificazione di enzimi e substrati a partire da dati di trascrittomica, proteomica, metabolomica.
15. Metaboliti secondari nei principali alimenti. Tossicità dei prodotti naturali e artificiali. Test di Ames.
16. Biotecnologie degli aromi: aromi prodotti da lieviti nelle principali bevande fermentate e interventi biotecnologici; produzione di vanillina con metodi chimici, enzimatici e biotec; produzione di metaboliti secondari da colture di cellule vegetali; ingegneria metabolica di piante di interesse alimentare per la modulazione del set di aromi.

Modalità d'esame

1. Presentazione di un articolo a scelta da una lista fornita, e proposta di continuazione della linea di ricerca.

2. Orale. Lo studente discuterà gli argomenti del corso cercando di dimostrare spirito critico e consapevolezza della struttura della materia di studio.