Evolution of Industrial Revolutions Towards Industry 4.0

Key Enabling Technologies (KET) play a crucial role in revitalizing production systems by fostering technological advancements through research experiences. Industry 4.0 signifies a transformative phase with new technologies, production factors, and work structures reshaping the manufacturing landscape and social organization. The concept of industrial revolutions, spanning from mechanization to digitalization, has driven economic development, with the ongoing shift marked by rapid innovations in electronics and communication. The series of industrial revolutions has transformed energy forms, manufacturing processes, and labor organizations. While the Western world has experienced three industrial revolutions, the fourth, driven by digital technologies, is currently unfolding.

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Presentation Transcript

1. Tecnologie abilitanti Le tecnologie abilitanti (o KET, dall inglese Key Enabling Technologies) sono quelle ritenute fondamentali per la crescita e l occupazione, poich sviluppano soluzioni o miglioramenti tecnologici attraverso esperienze di ricerca capaci di rivitalizzare il sistema produttivo. Definizione fornita dalla Commissione europea: sono le tecnologie ad alta intensit di conoscenza ed associate a elevata intensit di R&S, nonch a cicli di innovazione rapidi, a consistenti spese di investimento e a posti di lavoro altamente qualificati . - In quanto tali presentano rilevanza sistemica perch alimentano il valore della catena del sistema produttivo e hanno la capacit di innovare i processi, i prodotti e i servizi in tutti i settori economici dell attivit umana.

2. INDUSTRIA 4.0 un insieme di nuove tecnologie, nuovi fattori produttivi e nuove organizzazioni del lavoro che stanno modificando profondamente il modo di produrre e le relazioni tra gli attori economici, compresi i consumatori, con rilevanti effetti sul mercato del lavoro e sulla stessa organizzazione sociale.

3. RIVOLUZIONI INDUSTRIALI Le rivoluzioni industriali dell epoca moderna sono caratterizzate dalla progressiva sostituzione di forme di energia, di materie prime, di processi produttivi e di organizzazioni del lavoro. tecnologica, vale a dire senza La precedenti della produzione di nuove tecnologie e la loro diffusione su un ventaglio sempre pi ampio di processi produttivi di beni e servizi, insieme al processo di integrazione dei sistemi economici, stata fattore determinante dello sviluppo economico dell ultimo trentennio. rivoluzione l accelerazione L attuale rivoluzione industriale caratterizzata dalla microelettronica come innovazione trainante ed contraddistinta da un vero e proprio sistema di innovazioni nel settore dell informatica e della comunicazione in continua espansione; si tratta di una fase di transizione tesa verso una societ sempre pi orientata verso i servizi di telecomunicazioni sempre pi interattivi.

4. Le quattro rivoluzioni industriali Le rivoluzioni industriali del mondo occidentale sono state tre: meccanizzare la nel 1784 con la nascita della macchina a vapore per produzione; nel 1870 con il via alla produzione di massa, attraverso l uso sempre pi diffuso dell elettricit , l'avvento del motore a scoppio e l'aumento dell utilizzo del petrolio come nuova fonte energetica; nel 1970 con la nascita dell informatica, dalla quale scaturita l'era digitale destinata ad incrementare i livelli di automazione, avvalendosi di sistemi elettronici e dell IT (Information Technology). La data d inizio della quarta rivoluzione industriale non ancora stabilita ed in corso.

5. Industria 4.0: Le rivoluzioni industriali 4. Industrial revolution Based on cyber-physical- systems 3. Industrial revolution Through the use of electronics and IT further progression in autonomous production 2. Industrial revolution Introducing mass production lines powered by electric energy Level of complexity 1. Industrial revolution Introducing mechanical production machines powered by water and steam Industry 1.0 Industry 4.0 Industry 2.0 Industry 3.0 End of the 18th century. Beginning of the 70th Beginning of the 20th century Today Source: DFKI/Bauer IAO

6. Le nuove tecnologie digitali avranno un impatto profondo nell'ambito di quattro direttrici di sviluppo: La prima riguarda l utilizzo dei dati, la potenza di calcolo e la connettivit , e cio big data, open data, Internet of Things, machine-to-machine e cloud computing per la centralizzazione delle informazioni e la loro conservazione. La seconda quella degli analytics: ossia utilizzare i dati per ottenere vantaggi, a partire dal machine learning , dalle macchine cio che perfezionano la loro resa imparando dai dati via via raccolti e analizzati. La terza direttrice di sviluppo l interazione tra uomo e macchina, che coinvolge le interfacce touch , sempre pi diffuse, e la realt aumentata: per fare un esempio la possibilit di migliorare le proprie prestazioni sul lavoro utilizzando strumenti come i Google Glass. La quarta direttrice coinvolge il settore che si occupa del passaggio dal digitale al reale , e che comprende la manifattura additiva, la stampa 3D, la robotica, le comunicazioni, le interazioni machine-to-machine e le nuove tecnologie per immagazzinare e utilizzare l energia in modo mirato, razionalizzando i costi e ottimizzando le prestazioni.

7. Tecnologie abilitanti Le Technologies) l occupazione, tecnologici attraverso esperienze di ricerca capaci di rivitalizzare il sistema produttivo. Secondo la definizione data dalla Commissione Europea le tecnologie abilitanti sono tecnologie ad alta intensit di conoscenza e associate a elevata intensit di R&S, a cicli di innovazione rapidi, a consistenti spese di investimento e a posti di lavoro altamentequalificati . In quanto tali hanno rilevanza sistemica perch alimentano il valore della catena del sistema produttivo e hanno la capacit di innovare i processi, i prodotti e i servizi in tutti i settori economici dell attivit umana. Un prodotto basato su una tecnologia abilitante, inoltre, utilizza tecnologie di fabbricazione avanzate e accresce il valore commerciale e sociale di un bene o di un servizio. Key la miglioramenti Enabling crescita tecnologie abilitanti sono poich o KET fondamentali soluzioni (dall inglese ritenute sviluppano per e o

8. Le KET fondamentali Sulla base delle analisi economiche delle tendenze del mercato e del loro contributo alla soluzione delle questioni sociali, la Commissione Europea ha identificato le seguenti KET come di fondamentale interesse per aumentare la competitivit dell UE: Biotecnologie; Fotonica; Materiali avanzati; Microelettronica; Nanoelettronica; Nanotecnologie; Sistemi di fabbricazione avanzati.

9. Con il termine "biotecnologia" si indica l'utilizzazione in modo programmato di sistemi biologici per la produzione di beni e servizi. I sistemi biologici possono essere costituiti da organismi interi, singole cellule (eucariotiche o procariotiche) o loro componenti molecolari (enzimi).

10. Con il termine generico di biotecnologie possiamo indicare una scienza interdisciplinare che attinge da molti campi della ricerca (microbiologia, biochimica, biologia molecolare, biologia cellulare, immunologia, ingegneria delle proteine, enzimologia, tecnologie dei bioprocessi) e che pu essere applicata in molti settori (alimentare, agricoltura, ambiente, diagnostico ed altro ancora).

11. Nella sua definizione pi ampia, per biotecnologia si intende una qualsiasi tecnica che utilizza gli organismi viventi: per ottenere dei prodotti, per migliorare piante e animali per sviluppare microrganismi da usare per scopi ben precisi. In questa definizione sono incluse le tradizionali tecniche di ibridazione delle piante, la zootecnia e la fermentazione

12. STORIA DELLA BIOTECNOLOGIA - In senso lato le biotecnologie sono processi usati da sempre... - Migliaia di anni fa l'essere umano inizi ad usare, inconsapevolmente, i microrganismi per produrre cibi e bevande ed a modificare piante ed animali attraverso una graduale selezione dei caratteri desiderati. - Gi dal 6000 a.C. Sumeri e Babilonesi usavano i lieviti per produrre vino e birra. - Nel 4000 a.C. gli stessi lieviti venivano usati dagli Egizi per produrre pane. - Attorno al 1521 d.C. gli Aztechi usavano come alimento le alghe marine. - In Oriente, invece, la fermentazione produceva la salsa di soia. - Nel 1680 Antoni Van Leeuwenhoek vide per la prima volta i microrganismi, grazie al microscopio. - Nel 1876 Pasteur (il padre della biotecnologia) riusc ad identificare nella presenza di microrganismi estranei la causa del fallimento della fermentazione della birra. - Nel 1896 nacque la moderna tecnologia enzimatica su base microbica. - Nella met degli anni '50 si verificato un rapido sviluppo: i microrganismi vengono impiegati come fonte di enzimi. - Tra gli anni '70 ed '80 si colloca la nascita della biotecnologia moderna. Infatti gli scienziati mettono a punto la tecnologia del DNA ricombinante con la quale riescono a modificare nel modo desiderato il patrimonio genetico degli organismi viventi, avvalendosi di strumenti totalmente diversi dalle procedure tradizionali di selezione. -

13. Le biotecnologie sono tutte quelle tecnologie che usano organismi viventi, o parti di essi allo scopo di produrre quantit commerciali di prodotti utili all'uomo, di migliorare piante ed animali o sviluppare microrganismi utili per usi specifici Sulla base dei metodi impiegati per la realizzazione dei prodotti possiamo distinguere Le biotecnologie TRADIZIONALI INNOVATIVE

14. Le biotecnologie tradizionali sono tecnologie produttive utilizzate da millenni, quali l'agricoltura, la zootecnica e lo sfruttamento delle attivit fermentative dei microrganismi.

15. BIOTECNOLOGIE NEI PROCESSI DI TRASFORMAZIONE Esistono nel mondo pi di 3.500 diversi tipi di alimenti fermentati, fondamentale stato il ruolo svolto dalla biotecnologia tradizionale nello sviluppo della fermentazione, con la quale si ottengono i cambiamenti desiderati tramite l'azione di microrganismi o enzimi. La fermentazione rende il cibo pi nutriente, pi saporito e pi facilmente digeribile, inoltre, aiuta a conservare gli alimenti e a prolungarne la disponibilit diminuendo il bisogno di additivi. Sono biotecnologie tradizionali quelle che comprendono le metodiche per la produzione di vino, birra, formaggio, yogurt, pane ed altri generi alimentari

16. BIOTECNOLOGIE INNOVATIVE sono tecnologie in cui vengono utilizzate tecniche di manipolazione del materiale genetico (ingegneria genetica) con numerose applicazioni in campo scientifico e industriale. le biotecnologie moderne abbracciano i metodi di modificazione genetica degli organismi viventi (tecnologia del DNA ricombinante) e della fusione nucleare. Le innovazioni in questo settore possono per essere utilizzate anche ai processi tradizionali come quelli per la produzione di vino, birra, pane ed altri prodotti in cui possibile impiegare ceppi di microrganismi geneticamente modificati.

17. Il Biotech come meta-settore Le Biotecnologie rientrano a pieno titolo nelle Key Enabling Technologies (KET), la cui prerogativa l aumento della produttivit di un sistema, attraverso il miglioramento dell efficienza dei processi esistenti. Le biotecnologie trovano crescente applicazione in moltissimi comparti industriali; per questo si parla sempre pi spesso del biotech come di un meta- settore.

18. 5 Settori biotecnologici: 1) Blue biotechnology; 2) Green biotechnology; 3) Red biotechnology; 4) White biotechnology. 5) Grey biotechnology

19. Interazione tra biotecnologie ed altri settori Le biotecnologie verdi, bianche, rosse e blu sono strettamentelegate tra loro e a: Bioinformatica: uso di strumenti informatici per organizzare e analizzare i dati biologici per favorire il progresso della ricerca Bioingegneria: uso degli strumenti dell ingegneria per favorire la ricerca biologica e le sue applicazioni e delle scoperte in campo biologico per nuovi approcci ingegneristici Bio-Nanotecnologia: sviluppo di nanostrumenti e nanomateriali per la ricerca biologica di base e applicata, la medicina e uso di materiale biologico (cellule, macromolecole) come nanostrumenti e nanomateriali Medicina: sviluppo di metodi diagnostici sensibili e specifici e per una medicina personalizzata; identificazione delle basi molecolari delle malattie; sviluppo di farmaci; uso di macromolecole biologiche (proteine, enzimi, acidi nucleici) come nuovi farmaci.

20. Biotech per lambiente (Grey biotech): Settore delle biotecnologie che si occupa di tutte le applicazioni direttamente correlate all ambiente. Suddivise in due gruppi: 1) salvaguardia della biodiversit : analisi genetica di quelle specie vegetali e popolazioni animali dell ecosistema; 2) protezione dai contaminanti: utilizzo di microorganismi e piante in grado di isolare e rimuovere dall ambiente le sostanze ritenute inquinanti (es. metalli pesanti e idrocarburi) ad es. Bioremediation. che fanno parte 9

22. Biorisanamento Il Biorisanamento una tecnologia di bonifica ambientale basata sul metabolismo microbico di determinati microrganismi in grado di biodegradare o detossificare sostanze inquinanti. una tecnologia di bonifica efficace applicabile in situ ambientale contaminata) o ex situ (con la rimozione e il trattamento della matrice contaminata in un'area dedicataall'interno del sito). e versatile, la matrice (senza rimuovere Le tecnologie di biorisanamento sono efficaci sulle pi diffuse contaminazioni ambientali.

24. Fitorisanamento Il fitorisanamento utilizza piante terrestri o acquatiche per effettuare la rimozione degli inquinanti. Vengono sfruttate particolari specie vegetali definite iperaccumulatori, ovvero il cui bioaccumulo direttamente proporzionale alla quantit di tali elementi presenti nel suolo o in ambiente acquatico. di specifici elementi

25. Fitorisanamento

26. Biotech per lindustria (White biotech): Settore delle biotecnologie che si occupa dei processi di interesse industriale. Le principali applicazioni in questo settore prevedono l utilizzo di enzimi (lipasi, proteasi, pectinasi, lattasi, cellulasi, ecc.). Vantaggi: utilizzo di materie prime, ridotta emissione di CO2, riduzione dei costi di produzione, minore produzione di rifiuti. maggiore efficienza energetica, minor

27. Biotech per lindustria Sono sempre pi numerose le aziende che integrano prodotti e tecnologie biotech nei propri processi produttivi, al fine di migliorarne la qualit e la resa, e di diminuirne l impatto ambientale. Non a caso, l OCSE prevede che, nel 2030, le biotecnologie avranno un peso rilevante nella produzione dello 80% dei prodotti farmaceutici, del 35% dei prodotti chimici e industriali e del 50% dei prodotti agricoli, per un valore diretto stimato del 2,7% del PILglobale.

28. Chimica verde Le filiere: biopolimeri biocombustibili biocarburanti biolubrificanti fitofarmaci colorantinaturali fibre vegetali detergenti cosmesi

29. Biotech per il mare (Blue biotech): Settore delle biotecnologie che si occupa di applicare le metodiche della biologia molecolare agli organismi marini e di acqua dolce. Riguarda l utilizzo delle risorse marine allo scopo di: - potenziare la produzione di alimenti derivati e la loro salubrit ; - proporre nuove soluzioni per il controllo della proliferazione di organismi acquatici dannosi per l uomo e l ambiente; - ricercare nuove molecole farmaceutiche. con potenzialit 18

30. Biotech per i farmaci (Red biotech): Settore delle biotecnologie che si occupa dei processi biomedici e farmaceutici. La nascita dei primi farmaci biotecnologici risale alla produzione di antibiotici con microrganismi (es.: penicilline). Negli anni 80, con l introduzione della tecnologia ricombinate, stata possibile la produzione di insulina, su scala industriale, in un batterio chiamato Escherichia coli. Attualmente sono prodotte un gran numero di proteine: ormoni (insulina ed ormone della crescita), fattori di crescita (Eritropoietina (interferoni e interleuchine), monoclonali. e HGFs), vaccini e citochine anticorpi 19

31. Biotech per lagricoltura (Green biotech): Settore delle biotecnologie che si occupa dei processi agricoli. In commercio esistono coltivazioni in grado di erbicidi o con maggiore resistenza alle malattie. differenti resistere a insetti e variet di Le applicazioni delle biotecnologie agroalimentari non si fermano alla semplice introduzione di proteine in modifiche che intervengono metaboliche in modo produzione di metaboliti secondari. un organismo vegetale, esistono su incentivare intere vie la da 20

32. Definizioni diOGM: OGM = organismo vivente che possiede un patrimonio genetico modificato tramite tecniche di ingegneria genetica, che consentono l aggiunta, l eliminazione o la modifica di elementi genici. = organismo (diverso da un essere umano) il cui materiale genetico stato modificato in un modo quanto avviene con l allevamento ricombinazione genetica naturale. diverso da e/o con la Organismo transgenico = animale, pianta o microrganismo, in cui al DNA ereditario viene aggiunto DNA che proviene da una fonte diversa da quella parentale OGM transgenico. 21

33. Biotech per lagricoltura (Green biotech): I vegetali biotech sono commercializzati nel mondo da pi di 20 anni; 8,5 milioni di agricoltori geneticamente modificate; Il 99% delle aree destinate a colture GM si trova in 8 paesi: USA, Argentina, Brasile, Canada, Cina, Paraguay, India e Sud Africa. coltivano piante All interno dell UE sono 5 i Paesi che hanno aperto alle coltivazioni GM: Repubblica Ceca, Francia e Portogallo. Spagna, Germania, 22

36. Coltivazioni biotech nelmondo

38. Vantaggi degliOGM: 1) Migliori materie prime alimentari: incremento delle rese, maggiore compatibilit con l ambiente e aumento della resistenza delle colture a virus, pesticidi o erbicidi. 2) Aumento del valore nutritivo: soia (+ proteine), patate (+ amido o cellulosa), altre piante tipo riso (betacarotene, proteine, ecc.); 3) Sapore migliore: aumentando l attivit degli enzimi che trasformano i precursori aromatizzanti. 4) Migliore conservabilit : facilitando il trasporto di prodotti freschi, prevenendo la possibilit che marciscano e i danni o la perdita di elementi nutritivi. 5) Convenienza: maggiore produttivit , economicit ed efficienza rispetto ai procedimenti gi esistenti. del sapore in composti 27

39. VANTAGGI DELLE COLTURE OGM Secondo i fautori delle biotecnologie, le manipolazioni genetiche delle piante coltivate rappresentano una delle poche soluzioni per far fronte al fabbisogno di una popolazione mondiale che nei prossimi anni arriver a nove miliardi di individui: offrire agli agricoltori la tecnologia pi recente, nella pi tradizionale delle confezioni: il seme. In questo accesso ai benefici senza tecnologia o a materiali costosi. modo anche le nazioni pi povere avranno fare ricorso all'alta dover

40. Il pomodoro stata la prima pianta transgenica messa sul mercato (USA,'94); dimensioni maggiori e conservazione pi lunga sono caratteristiche principali. le sue

41. Il riso uno dei cibi pi studiati dai genetisti. Questo cereale la principale e a volte l'unica fonte di sussistenza per le popolazioni orientali; tale tipo di dieta priva di vitamina A, la cui carenza provoca gravi disturbi, addirittura la cecit .

42. Soia e mais transgenici sono gli OGM pi largamente prodotti e diffusi. Erroneamente tendiamo a pensare che non facciano quasi parte della nostra dieta; al contrario sono presenti, come cibi fantasma (spesso non indicati sulle etichette), in migliaia di prodotti confezionati. Alcune catene di supermercati hanno deciso di vendere cibi senza mais e soia transgenici, ma nonostante ci , in tantissimi casi il consumatore non pu conoscere gli ingredienti e l'eventuale origine transgenica dei prodotti che acquista.

43. La soia transegica arrichita di acidi grassi insaturi per risolvere molte patologie cardiovascolari (trombosi,arteriosclerosi ), patologie che affliggono una larga fetta della popolazione adulta dei paesi sviluppati. Abbastanza diffusa e contestata la soia rr,che resiste agli erbicidi. Le polemiche nascono dal fatto che a causa di questa propriet aggiuntiva si ha l'aumento dell'uso di erbicidi e il rischio che residui di tali "veleni" rimangano sulla pianta e arrivino fino nel piatto del consumatore

44. - Proteine estratte dalla soia vengono aggiunte a molti alimenti industriali a base di carne, come il ripieno di ravioli e tortellini. Sull'etichetta si trova solo la dicitura "proteine vegetali". - Il latte di soia venduto come surrogato del latte in polvere materno per i bambini che non lo tollerano. - La farina di soia, usata insieme a quelle di cereali, serve per migliorare le qualit nutrizionali dei prodotti da forno. - La soia presente nel 90% dei biscotti e dei prodotti di pasticceria, perch ne aumenta la friabilit . - La soia, indicata sull'etichetta come "proteina vegetale", usata nei gelati per aumentare il volume e la sofficit . - L'olio di soia uno degli ingredienti pi usati negli oli di semi vari. - La lecitina di soia fa da emulsionante nella cioccolata, negli snack, nei budini, ecc Quasi sempre sulle etichettature appare solo la scritta "emulsionanti". - La soia viene utilizzata nelle salamoie per la cottura dei prosciutti e in molti piatti pronti.

45. IL MAIS Il pi noto alimento transgenico il mais bt, molto pi produttivo rispetto al fratello "naturale", grazie alla capacit di uccidere le larve di lepidotteri e di resistere agli erbicidi.

46. - il mais usato nelle salse al pesto preconfezionate sia come olio sia come amido (addensante); - budini, gelatine, gelati lo contengono, per avere una maggiore consistenza; - in forma di farina e di maltodestrina (addensante) il mais usato nelle creme e nelle minestrine; - l'amido di mais viene utilizzato come ingrediente del lievito, , quindi, anche nel pane; - le gomme da masticare contengono sorbitolo (d il gusto fresco) e sciroppo di glucosio, entrambi derivati dal mais

47. - amido modificato di mais si trova nei condimenti preconfezionati (come quelli per insalate); - farina di mais usata quasi sempre nei fiocchi di cereali per la prima colazione; - derivati del mais sono contenuti nei prodotti da forno, perch servono a migliorare l'aspetto della crosta; - il malto prodotto dal mais viene utilizzato nella lavorazione industriale della birra; - l'olio, l'amido e l'amido modificato di mais sono usati nella produzione della maionese industriale e di altre salse; - anche gli alimenti per neonati, come gli omogeneizzati, contengono amido di mais; - il mais pi visibile nei prodotti di largo consumo come il grano per insalate, la polenta e i pop corn;

48. Il mais dell Ciba-Geigy contiene il gene per una tossina chiamata Bt (perch ricavata da Bacillus thuringiensis), che rende i tessuti della pianta capaci di sintetizzare la glicoproteina selettivamente tossica per gli insetti dannosi, ma innocua per tutti gli altri animali e per l'uomo. Purtroppo nella costruzione di tali piante transgeniche stato usato come marcatore un gene per la resistenza all'ampicillina, uno dei principali antibiotici sia nella medicina umana che in veterinaria. Non ancora stata esclusa la possibilit che tale gene si trasferisca alla flora batterica degli animali nutriti con mangime a base di mais geneticamente modificato, incrementando la gi deplorata diffusione di ceppi batterici resistenti agli antibiotici

49. Sicurezza dei prodotti alimentari ottenuti mediante la manipolazione genetica. Oggi i governi di molti Paesi tecnologicamente avanzati hanno creato apposite commissioni di esperti con il compito di effettuare controlli di sicurezza sugli alimenti prodotti da OGM. Queste commissioni esaminano nei dettagli tecnici i processi che utilizzano OGM o i loro prodotti destinati al pubblico. I prodotti destinati all'uso alimentare sono considerati sicuri quando possibile stabilire, con ragionevole certezza che il loro consumo non provocher alcun effetto nocivo. Prima di poterli dichiarare sicuri occorre dimostrare che i cibi o gli additivi alimentari derivati da OGM sono altrettanto sicuri, dei loro corrispettivi tradizionali. L'approccio pi pratico per la determinazione della sicurezza consiste nel valutare se i nuovi alimenti sono sostanzialmente equivalenti ai loro analoghi tradizionali, e se l'uso che se ne vuole fare relativamente simile. Nei casi in cui la sostanziale equivalenza sia pi difficile da rilevare, le differenze individuate o le nuove caratteristiche degli alimenti dovrebbero essere sottoposte a ulteriori controlli.

50. Il mais della Ciba-Geigy contiene il gene per una tossina chiamata Bt (perch ricavata da Bacillus thuringiensis), che rende i tessuti della pianta capaci di sintetizzare la glicoproteina selettivamente tossica per gli insetti dannosi, ma innocua per tutti gli altri animali e per l'uomo. Purtroppo nella costruzione di tali piante transgeniche stato usato come marcatore un gene per la resistenza all'ampicillina, uno dei principali antibiotici sia nella medicina umana che in veterinaria. Non ancora stata esclusa la possibilit che tale gene si trasferisca alla flora batterica degli animali nutriti con mangime a base di mais geneticamente modificato, incrementando la gi deplorata diffusione di ceppi batterici resistenti agli antibiotici

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