Generalità sulle biotecnologie microbiche. Trattamento delle acque reflue, compostaggio, biorimediazione, microrganismi e degradazione della plastica, biofissazione della CO2, biomineralizzazione e sua applicazione, microrganismi per la biofertilizzazione e la biostimolazione in campo agrario.
Il docente fornirà lavori scientifici di rilievo di recente pubblicazione, soprattutto review, indicando, ove necessario, le parti di interesse per lo studio.
Obiettivi Formativi
Obiettivo formativo del corso è quello di sviluppare conoscenze e competenze in merito alle biotecnologie microbiche utilizzate per la protezione dei suoli e dell’ambiente in generale. In particolare saranno considerate sia tecnologie mirate a prevenire un inquinamento o una perdita di funzione degli ecosistemi sia tecnologie per il ripristino di aree degradate e/o inquinate, con particolare riferimento al suolo e al suo utilizzo agricolo. Saranno anche sviluppate conoscenze in merito a quelle biotecnologie microbiche atte a monitorare lo status degli ecosistemi.
La frequenza e la partecipazione attiva alle attività formative proposte dal corso (lezioni frontali, analisi di casi studio, problem solving) e lo studio individuale consentiranno allo studente di:
-comprendere il ruolo funzionale dei microrganismi nei diversi ecosistemi per comprendere il loro utilizzo nella prevenzione e protezione degli ecosistemi stessi;
-comprendere i processi microbici alla base delle diverse biotecnologie proposte e analizzare i fattori che influenzano l’attività dei microrganismi nei diversi processi, sulla base delle loro caratteristiche fisiologiche e funzionali;
-acquisire la capacità di valutare i processi più adatti da applicare per raggiungere un determinato obiettivo di prevenzione di inquinamento/degradazione o di risanamento di un ecosistema, basandosi sulle conoscenze acquisite in merito alle caratteristiche dei singoli gruppi microbici e delle tecnologie applicabili.
Per quanto riguarda le competenze trasversali lo studente sarà in grado di organizzare un lavoro di gruppo, analizzare un problema e individuarne la soluzione, valutare criticamente e presentare con adeguate argomentazioni e collegamenti quanto appreso.
Prerequisiti
Il corso richiede che lo studente abbia acquisito conoscenze dei cicli biogeochimici di azoto e carbonio e le conoscenze della microbiologia generale (principali gruppi microbici, metabolismo microbico).
Metodi Didattici
Il corso si svilupperà in lezioni frontali approntate all’interattività che comportano la partecipazione attiva degli studenti. Inoltre saranno proposti approfondimenti per esemplificare e discutere su dati concreti alcuni contenuti. Sarà proposto lavoro di gruppo per l’analisi e soluzione di problemi individuati nell’ambito dei contenuti delle lezioni. Saranno anche svolte esercitazioni in laboratorio applicando un approccio "imparare facendo" per alcuni dei concetti trattati nel corso delle lezioni teoriche.
Altre Informazioni
Materiale supplementare per approfondire gli argomenti del corso è proposto su MOODLE per gli studenti interessati.
Modalità di verifica apprendimento
I metodi previsti per l’accertamento delle conoscenze e competenze acquisite consisteranno nella discussione di una relazione redatta dallo studente su argomenti oggetto del corso (fino a 10 punti) e in una discussione orale generale riguardante i contenuti del corso (fino a 20 punti). Sono previste domande puntuali su aspetti specifici dei contenuti proposti, domande per valutare la capacità di problem solving, domande per valutare la capacità di effettuare collegamenti e comparazioni fra i diversi contenuti trattati. Viene inoltre valutata la proprietà di linguaggio.
Programma del corso
•Inquadramento del concetto di protezione ambientale nelle policy europee e globali.
•Relazione fra ecologia microbica e biotecnologie ambientali. Impatto dell'antroposfera sull'ecosfera e in particolare sui microrganismi.
•Concetto di scarto e di riciclo nell'ambito dell'economia circolare. Trattamento delle acque reflue nell'ottica dell'economia circolare. Definizioni relative alle acque reflue e cenni di legislazione italiana. Caratteristiche delle acque reflue e dei parametri usati per caratterizzarle. Trattamento primario, secondario e terziario. Tipologie di trattamenti secondari e tecnologie adottate: trattamenti anaerobici (digestori) e trattamenti aerobici (vasche, filtri, biodischi, vasche e SBR a fanghi attivi). Biologia di biofilm e fanghi attivi. Microrganismi per la rimozione dell'azoto (nitrificanti AOB, AOA, NOB e comammox; denitrificanti; batteri anammox; batteri DNRA; archaea e batteri n-DAMO) e combinazione dei processi per ridurre l'impatto ambientale. Rimozione biologica del fosforo (PAO).
•Compostaggio, definizione. Materiali compostabili. Tecniche di compostaggio. Fasi del processo, loro caratteristiche, fattori che influenzano i microrganismi presenti in ciascuna fase e i loro processi fisiologici. Caratteristiche del compost maturo e suo utilizzo.
•Biorimediazione, definizione. Tecniche di biorimediazione. Tipologie di inquinanti da rimuovere, microrganismi e processi microbici coinvolti.
•Impatto della plastica sulle comunità microbiche naturali. Stato dell'arte sulla capacità di degradazione della plastica da parte dei microrganismi. Potenziale sviluppo di processi biotecnologici volti a mitigare il problema dell'accumulo di plastica.
•Biomonitoraggio ambientale mediante microrganismi per valutare gli effetti dell'inquinamento e dei cambiamenti climatici. Fitoplancton come sentinella dell'acidificazione degli oceani.
•Microrganismi per un'agricoltura sostenibile. Batteri PGPR. Microrganismi e loro derivati come biofertilizzanti e biostimolanti. La nuova legislazione europea.
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Il corso tratterà argomenti che rientrano in diversi obiettivi dell'Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile. In particolare l'obiettivo 13 sulla lotta ai cambiamenti climatici, e gli obiettivi 14 e 15 che riguardano la salvaguardia degli ecosistemi marini e terrestri. Altri obiettivi che sono toccati dagli argomenti del corso: obiettivo 6.3 (rimuovere gli inquinanti dall'acqua).