Biologia e Tecnologie Cellulari

MARTINA PASQUA

L’insegnamento di Microbiologia Cellulare e Vaccinologia ha l’obiettivo di fornire agli studenti gli strumenti conoscitivi necessari per comprendere la complessità delle interazioni tra microrganismi e organismi eucariotici, con particolare attenzione ai meccanismi molecolari che regolano il rapporto tra ospite e patogeno. Il corso introduce i principi fondamentali della microbiologia cellulare, analizzando le strategie attraverso cui i microrganismi colonizzano l’ospite, superano le barriere difensive, instaurano un processo infettivo e modulano la risposta immunitaria dell’organismo.

Il percorso didattico sarà strutturato in modo sequenziale e cumulativo, integrando le conoscenze relative al riconoscimento dei microrganismi da parte del sistema immunitario innato e adattativo, al ruolo del microbiota nella fisiologia e nella patologia dell’ospite e ai meccanismi molecolari che determinano la transizione da una condizione di commensalismo a una condizione patogena. Particolare attenzione sarà dedicata all’analisi delle diverse fasi dell’infezione, comprendendo i processi di adesione e colonizzazione, invasione dei tessuti, sopravvivenza nei compartimenti intracellulari, evasione delle difese dell’ospite e produzione di fattori di virulenza responsabili del danno cellulare e tissutale.

Attraverso lo studio di alcuni patogeni umani di rilevanza medica, saranno approfondite le strategie molecolari utilizzate dai microrganismi per interagire con le cellule dell’ospite, alterarne le funzioni e favorire la progressione dell’infezione. Verranno analizzati sistemi di regolazione genica, meccanismi di comunicazione batterio-ospite, sistemi di secrezione, fattori di virulenza, adattamento agli ambienti dell’ospite e meccanismi di resistenza alle condizioni di stress imposte dal sistema immunitario.

Le conoscenze acquisite permetteranno agli studenti di comprendere come le caratteristiche genetiche e fenotipiche dei microrganismi determinino differenti strategie patogeniche e come l’equilibrio tra ospite e comunità microbiche possa influenzare lo stato di salute o malattia. Nella parte conclusiva del corso saranno introdotti i principi alla base della prevenzione delle infezioni, con particolare riferimento alle strategie vaccinali, alle diverse tipologie di vaccini, ai criteri razionali per l’identificazione di nuovi bersagli vaccinali e al percorso scientifico e sperimentale che conduce dallo sviluppo in laboratorio all’applicazione clinica.

Acquisire conoscenze fondamentali sulla microbiologia cellulare, sulle complessità delle interazioni del mondo microbico con gli organismi eucariotici.
Comprendere i principi di base dell’interazione ospite-microrganismo, , le strategie adottate dai patogeni per instaurare un processo infettivo, i determinanti di virulenza, nonché le risposte e i meccanismi di difesa messi in atto dall’ospite, inclusi i principi della reverse vaccinology.
Conoscere le principali tecniche utilizzate nello studio delle interazioni ospite-patogeno attraverso l’analisi di articoli scientifici e delle metodologie impiegate per indagare i meccanismi molecolari alla base di tali interazioni. Questo consentirà allo studente di sviluppare capacità critiche nell’analisi dei dati presentati negli articoli scientifici e discussi a lezione, integrando le conoscenze teoriche con le competenze pratiche. Queste ultime verranno acquisite anche grazie a laboratori didattici il cui scopo è quello di avvicinare lo studente al mondo dell’infection biology per lo studio dell’interazione ospite-patogeno.
Elaborare strategie sperimentali efficaci per rispondere a quesiti biologici complessi e sviluppare approcci di problem solving avanzato nell’ambito dell’analisi dei meccanismi molecolari alla base dell’interazione tra microrganismi patogeni e ospite.

Il corso è di livello avanzato e approfondisce le interazioni tra microrganismi e ospite, con un focus particolare sui meccanismi molecolari e cellulari coinvolti. È richiesto come prerequisito fondamentale una solida conoscenza della microbiologia di base. Inoltre, sono necessarie nozioni preliminari di immunità innata e adattativa, anche se i concetti chiave verranno ripresi e approfonditi durante le lezioni.
La modalità d’esame prevede una "reverse lesson", ovvero una presentazione da parte dello studente basata su una revisione e un articolo scientifico selezionato. Tale modalità richiede autonomia nella consultazione di banche dati scientifiche, come PubMed, per l’identificazione di articoli pertinenti e aggiornati, in linea con i temi trattati nel corso.

Introduzione sulla microbiologia cellulare.
Interazioni ospite-microrganismi con effetti positivi: il microbiota
Microbiota e patologie associate alla disbiosi
Interazioni ospite-patogeno: le fasi dell'infezione
I fattori di virulenza
Come i batteri percepiscono l’ambiente esterno durante l’infezione: Two Component Systems
Le pompe ad efflusso nell'interzione ospite-patogeno
Le poliammine nell'interazione ospite-patogeno
Evoluzione di Yersinia e il T3SS
I meccanismi di infezione di Escherichia coli patogeni: EAEC e AIEC
Shigella flexneri e la risposta agli acidi grassi
Il biofilm e tecniche per lo studio e per l'imaging
Acinetobacter baumannii
La risposta immunitaria dell'ospite
Vaccinologia
Vaccinologia: storia, reverse vaccinology, tecniche e prospettive
Le fasi dell'infezione di Salmonella
Pseudomonas aeruginosa e la risposta allo stress
Nuove tecnologie per lo studio dell'interazione ospite-patogeno: organoidi
Laboratori didattici per lo studio pratico dell’interazione ospite-microrganismo.

"Biologia dei microrganismi" a cura di Gianni Dehò e Enrica Galli
"Brock - Biologia dei Microrganismi" volume 2 microbiologia ambientale, biomedica e industriale

Le lezioni si svolgeranno in modalita' frontale. I laboratori didattici verranno svolti in laboratori di microbiologia attrezzati per lo studio dell’interazione tra microrganismo e cellule ospiti. Agli studenti sarà richiesto l’utilizzo di un camice personale.
Occasionalmente, alcune lezioni verranno svolte in modalita' telematica, in occasione di seminari di ospiti internazionali o per esigenza della docente.

La frequenza non è obbligatoria, ma fortemente consigliata per una migliore comprensione dei contenuti teorici e pratici.

Esame orale finalizzato alla valutazione delle conoscenze acquisite durante il corso.
Lo studente sarà chiamato a rispondere a domande riguardanti gli argomenti trattati a lezione come ad esempio:
• le fasi del processo invasivo di un patogeno;
• la definizione e alcuni esempi di fattori di virulenza;
• esempi di patogeni che utilizzano i meccanismi zipper e trigger per l'invasione della cellula ospite.
Inoltre, lo studente dovrà presentare una tesina basata su un articolo scientifico da lui scelto e approvato dal docente, e rispondere a eventuali domande relative all'argomento esposto.

- "Reverse lesson": consiste in una presentazione di massimo 20 minuti di una review (usata per introdurre l’argomento) e un articolo scientifico scelto dallo studente e approvato dal docente. La scelta dell’articolo fa parte della valutazione in quanto l’argomento deve essere inerente ai temi affrontati a lezione.

- domande sulla presentazione: chiarimenti e approfondimenti dell’articolo scientifico presentato dallo studente.

- domande sugli argomenti trattati a lezione. Ad esempio:
- differenza tra meccanismo zipper e trigger. Esempi di batteri patogeni che utilizzano i due meccansimi.
- in cosa consiste il meccanismo di adesione
- fattori di virulenza
- meccanismo di invasione del patogeno Shigella
- meccanismo di sopravvivenza nel macrofago di Salmonella
- esempi di evasione della risposta immunitaria
- biofilm: cos’è e come si studia