L'insegnamento si propone di fornire la conoscenza di base dei processi biotecnologici relativi alla produzione di biomassa e biomolecole con riferimento sia a prodotti classici sia a prodotti derivanti dall'applicazione del DNA ricombinante; la conoscenza delle applicazioni delle biotecnologie in campo medico-clinico, ambientale, agro-alimentare ed energetico.

L'obiettivo dell'insegnamento è di fornire all'allievo la conoscenza dei meccanismi e delle strategie di accumulo dei metaboliti microbici di interesse industriale. Al termine dell'insegnamento si richiederà allo studente di:
- conoscere i prodotti della microbiologia industriale
- conoscere i meccanismi e le strategie di accumulo dei più importanti prodotti biotecnologici
- conoscere i processi utilizzati industrialmente per la produzione e la separazione dei principali prodotti biotecnologici
- conoscere i principali impianti industriali utilizzati in biotecnologia (bioreattori, apparecchiature per la separazione e purificazione dei prodotti).
L'allievo dovrà essere in grado di eseguire le seguenti attività:
- selezionare il processo fermentativo per la produzione di biomassa e metaboliti di interesse industriale
- selezionare il metodo di separazione e purificazione dei prodotti biologici

Prodotti della microbiologia industriale
Biomasse microbiche, metaboliti primari, metaboliti secondari, enzimi, prodotti microbici complessi, prodotti ottenibili per biotrasformazione, prodotti da DNA ricombinante.
Metabolismo microbico
Fondamenti del metabolismo microbico. Meccanismi coinvolti nella produzione di metaboliti microbici. Strategie per l’ottenimento di metaboliti microbici.
Terreni colturali e materie prime
Nutrizione microbica (macronutrienti, micronutrienti, fattori di crescita e vitamine). Terreni sintetici e complessi: fonti di C e N.
Impianti industriali utilizzati in biotecnologia
Fermentatori e sistemi di controllo. Recupero dei prodotti di fermentazione: separazione delle cellule (centrifugazione e filtrazione), isolamento del prodotto dal medium di fermentazione (estrazione, adsorbimento, precipitazione, ultrafiltrazione), purificazione del prodotto (precipitazione frazionata, cromatografia), isolamento finale del prodotto (cristallizzazione, essiccamento e liofilizzazione).
Prodotti ottenuti con le biotecnologie classiche
Biomasse microbiche (batteri, lieviti, funghi filamentosi), acidi organici, amminoacidi, enzimi, antibiotici , plastiche bio-based (PHA, PLA).
Prodotti ottenuti con tecnologia del DNA ricombinante
Insulina, eritropoietina, antigene di superficie del virus epatite B
Produzioni bioenergetiche
Biomasse agricole e forestali; le bioraffinerie. Colture di microrganismi fotosintetici (microalghe, cianobatteri) e fotobioreattori quali produttori di energia.
Bioreattori a fini energetici bioetanolo, biodiesel, metano. La produzione microbica di idrogeno. Microbial Fuel Cell per la produzione diretta di energia elettrica.

Esercitazioni di laboratorio

I seguenti testi sono consigliati per chiarimenti sugli argomenti trattati a lezione:
- R.Y.Stanier, J.L. Ingraham, M.L. Wheelis, P.R. Painter, "Il mondo dei microrganismi", Zanichelli, 1993
- B. Alberts, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, J.D.Watson, "Biologia molecolare della cellula", Zanichelli, 1995
- J.E. Bailey, D.F.Ollis, "Biochemical engineering fundamentals", Mc Graw Hill, 1986
- M.R. Ladisch, Bioseparations engineering: principles, practice and economics", Wiley, 2001
- G. Walsh, "Biopharmaceuticals: biochemistry and biotechnology", Wiley, 2003
- S. Donadio, G. Marino, Biotecnologie microbiche, CEA , 2008
- M. Manzoni "Microbiologia industriale", CEA 2008
- J.E. Smith, "Biotechnology" Fifth edition, Cambridge, 2009
- R.Vismara et al. " Biogas da agrozootecnia e agroindustria" Dario Flaccovio Editore, 2011
- B.E. Logan "Microbial Fuel Cell", Wiley, 2008