Il dottorato di ricerca in Biotecnologie e Bioscienze ha come oggetto attività di ricerca nell'ambito delle discipline biologiche e delle biotecnologie applicate nelle aree:AmbientaleGenetica e MicrobiologiaMolecolare AREA AMBIENTALEFitorimediazione e gestione dei siti contaminati: la ricerca riguarda principalmente due filoni: il ripristino ed il controllo della qualità ambientale mediante l’impiego di organismi vegetali e la messa a punto e sperimentazione di biosensori ambientali per la valutazione dell’accumulo e della dispersione di sostanze inquinanti nel suolo e nell’atmosfera.Analisi dell’effetto di nanoparticelle diversamente strutturate in organismi modello sottoposti a particolari condizioni di stress ambientale e in presenza di concentrazioni di metalli pesanti rilevanti per l`industria delle nanoparticelle.Applicazioni delle biotecnologie alla sostenibilità in agricoltura: i contenuti della ricerca riguardano la riduzione degli scarti “end of waste” nelle filiere agroalimentari con particolare attenzione al territorio Regionale, mediante la valorizzazione di tutti i sottoprodotti con metodologie innovative (bioraffinerie, biochar).Genomica e proteomica della risposta agli stress ambientali: i contenuti della ricerca sono quelli relativi all’adattamento ambientale e alle basi genetiche e molecolari della fitness, della plasticità genotipica e fenotipica. Gli aspetti metodologici della ricerca riguarderanno la ricerca dei particolari geni e prodotti genici coinvolti nella risposta adattativa e nella risposta allo stress ambientale.Sviluppo di biosensori e nanosensori molecolari basati sulle proteine e sul DNA per l`analisi della composizione e della qualita’ degli alimenti. Tracciabilita’ molecolare in food e feed.Sviluppo di sistemi di analisi della regolazione dell`espressione genica mediata da microRNA in relazione alla insorgenza di patologie infettive, immunitarie ed infiammatorie nell`uomo o in seguito alla esposizione a fattori di stress. Analisi genomiche, trascrittomiche e proteomiche.Messa a punto di strumenti innovativi per analisi tossicologiche. La ricerca si occupa di progettare chip basati su cellule e su molecole biologiche per il rilevamento degli effetti esercitati da sostanze tossiche.Analisi dell`effetto dello stress ambientale e delle condizioni colturali sulla composizione proteica della granella di cereali (frumento duro e riso) mediante analisi proteomiche, ionomiche e ultrastrutturali.Genomica, marcatori molecolari e variabilità utile: tale linea di ricerca è finalizzata alla messa a punto di metodi rapidi e precisi per la valutazione della diversità genetica a livello individuale e di popolazione. Il contenuto metodologico è principalmente di tipo genetico e molecolare al fine di mettere a punto degli strumenti rapidi ed efficaci di indagine, che non siano esclusivamente descrittivi, ma anche interpretativi delle realtà affrontate. Tra questi strumenti, i marcatori molecolari sono ampiamente utilizzati.Produzione di piante selezionate utilizzabili come risorse naturali per ridurre l`impatto delle fonti energetiche convenzionali attraverso l`uso di risorse rinnovabili per la produzione di `biocombustibili`. Le informazioni acquisite dallo studio della risposta agli stress sarà finalizzata all`ottenimento di piante meno esigenti e più produttive. AREA GENETICA E MICROBIOLOGIAStudio delle interazioni nucleo-mitocondriali e del loro ruolo nei processi regolativi e fisiologici: il lievito S. cerevisiae è l`organismo di elezione per la comprensione del ruolo delle diverse funzioni coinvolte nella biogenesi mitocondriale, con particolare riferimento al ruolo del mitocondrio nella funzionalità e nella vitalità cellulare.Sviluppo di sistemi modello per la validazione e la comprensione dei meccanismi molecolari coinvolti nelle malattie genetiche mitocondriali. L`inserimento in sistemi modello (quali il lievito) di mutazioni che si sospetta siano patologiche nell`uomo permette di realizzare la validazione del rapporto causa-effetto tra la mutazione in un gene ed il fenotipo patologico; un approccio particolarmente rilevante nel caso di patologie sporadiche (di cui non e’ noto l'albero genealogico e il quadro genetico). Tali sistemi rappresentano anche un importante strumento per lo studio e la comprensione dei meccanismi molecolari che stanno alla base di specifiche malattie genetiche mitocondriali.Ricerca mediante drug repurposing di molecole a potenziale azione terapeutica per malattie mitocondriali. I modelli di lievito che esprimono un gene mutato possono essere utilizzati per ricercare farmaci in grado di dare rescue del fenotipo, a partire da librerie di molecole già approvate per altre patologie. Lo screening può essere condotto nel lievito in tempi brevi, e fornire una base per studi e validazioni su organismi superiori.Lievito come sistema modello per l’analisi dell’attività biologica di composti naturali e/o di sintesi. L’uso di diversi modelli di lievito consente di valutare le proprietà antiossidanti e antimutagene sul mtDNA e la capacità di aumentare la sopravvivenza nel tempo di una popolazione cellulare in fase stazionaria (chronological life span), universalmente accettata come modello dell’invecchiamento nell’uomo.Il lievito nelle fermentazioni industriali. Studio degli effetti di nutriliti per la produzione di metaboliti primari e selezione di mutanti alto-produttori. Fermentazioni microbiche per il recupero di sottoprodotti di lavorazioni industriali.Produzione di proteine eterologhe di interesse bio-farmaceutico in lieviti. I ceppi di lievito come `cell factories` per la produzione di molecole utili e di marcato interesse economico.Epidemiologia molecolare. Viene valutato il ruolo della variabilità genetica ed epigenetica in popolazioni di soggetti patologici per una migliore valutazione del rischio clinico e lo sviluppo di misure di prevenzione primaria e/o approcci personalizzati di diagnosi e di trattamento. Lo studio è volto in particolare a: a) approfondire le conoscenze in merito a polimorfismi del pathway calcico associati alla patologia cardiovascolare per una valutazione più accurata della predizione del rischio individuale b) identificare variazioni genetiche e/o epigenetiche alla base della infertilità idiopatica maschile.Approcci geno- ed epigeno-tossicologici per la valutazione del rischio associato all’esposizione ad agenti ambientali, alimenti e farmaci. La prevenzione primaria, parte integrante dell’oncologia predittiva, prevede il controllo dell’esposizione ad agenti mutageno cancerogeni. Vengono sviluppate ricerche mirate al rilevamento e alla identificazione di effetti tossicologici sul genoma e sull’epigenoma quali effetti collaterali di molecole di nuova sintesi a potenziale attività farmacologica; analisi delle proprietà mutagene ed antimutagene di alimenti di nuova formulazione; valutazione della presenza di sostanze geno- ed epi-genotossiche in ambiente.Analisi della variabilita’ genetica in popolazioni umane e di altri primati. La ricerca si sviluppa nell’ambito dell’antropologia molecolare e si focalizza sulla ricostruzione della struttura di popolazione e la caratterizzazione dei fenomeni di mescolamento di popolazioni umane (in Africa ed Europa) e di altri primati (in particolare all’interno del genus Papio) utilizzando polimorfismi genetici (genome-wide e whole genome) analizzati tramite approcci biostatistici.Analisi genomica e postgenomica dei batteri probiotici, con particolare riferimento alla decodificazione dei genomi di membri rappresentativi di questo gruppo di batteri e all’identificazione delle basi molecolari responsabili della loro interazione con l’intestino umano.Valutazione della biodiversita’ e del ruolo metabolico delle microflore (microbiota) dell’uomo e degli animali, tra cui quella intestinale, mediante l’impiego sia di tecniche “culture-dependent” sia di tipo metagenomico. Questo ambito di ricerca include la valutazione del ruolo dei microbiota umani ed animali nella fisiologia dell’ospite e nello sviluppo di condizioni patologiche.Studio delle comunità microbiche complesse, microbiota, in ambito alimentare tramite l’uso di approcci microbiomici e metagenomici volti a comprendere non solo il ruolo funzionale dei microrganismi sulle caratteristiche organolettiche dell’alimento ma anche dell’impatto di questi sul microbiota intestinale dell’uomo.Studio della farmacomicrobiomica, ovverossia dell’interazione microrganismi-farmaci allo scopo d’indentificare le potenziali attività metaboliche dei vari membri di microbiota umani, tra cui quelli intestinale e polmonare, nei confronti dei farmaci e della loro farmacocinetica. Tali studi vedono il coinvolgimento di approcci di metagenomica e di metabolomica.Studio del viroma/phageome presenti in vari distretti del corpo umano/ambiente tramite l’impiego di approcci metagenomici con l’obiettivo di valutare la loro complessità e il loro possibile ruolo in termine di modulatori della salute dell’ospite e di regolatori naturali della biodiversità microbica. AREA MOLECOLARECostruzione di antigeni ricombinanti per la produzione di prototipi di vaccini e anticorpi policlonali per uso diagnostico diretti contro i virus del papilloma e dell’influenza e altri ‘target’ d’interesse biomedico.Produzione e ingegnerizzazione di anticorpi VHH a singolo dominio (‘nanobodies’) isolati da librerie sintetiche ad alta complessità e/o dai linfociti di camelidi pre-immunizzati con specifici antigeni di interesse bio-medico.Tecnologia yBRET (yeast Bioluminescence Resonance Energy Transfer) per la ricostituzione in vivo, in cellule di lievito ingegnerizzate, di specifiche interazioni proteina-proteina di interesse biomedico e per lo screening ‘ad alta resa’ di vaste collezioni di composti, preselezionati mediante procedure di ‘docking’ molecolare, volto alla identificazione di molecole in grado di interferire con le suddette interazioni. Particolare attenzione, al momento, viene rivolta alla ricerca di inibitori di interazioni proteina-proteina che risultano critiche per la sopravvivenza delle cellule batteriche, e quindi di nuovi composti dotati di proprietà antibiotiche.Genomica funzionale e analisi trascrittomica applicate a modelli di patologie umane. Impiego di modelli di proteopatie umane, quali Alzheimer e Parkinson, nel lievito Saccharomyces cerevisiae per l’individuazione di nuovi meccanismi molecolari di patogenesi e di composti naturali (e loro metaboliti umani) in grado di contrastarli. Analisi trascrittomica applicata allo studio di modelli animali di patologie polmonari umane.Regolazione genica e sue alterazioni nelle patologie umane: i) profili e meccanismi epigenetici di attivazione e silenziamento dei retrotrasposoni umani in condizioni normali e patologiche; ii) regolazione cromatinica della topologia del genoma in condizioni di stress cellulare e nel cancro; iii) caratterizzazione funzionale di proteine PGMC1/2 coinvolte nei meccanismi di risposta progestinica in modelli di tumore al seno triplo negativo e metastatico.Enzimi dipendenti dal piridossal fosfato: i) studio della loro distribuzione genomica come strategia per acquisire una visione d'insieme sull'evoluzione del metabolismo; ii) comprensione delle basi molecolari del coinvolgimento di questi enzimi in diverse patologie umane (e.g., malattie genetiche riguardanti il metabolismo del gliossilato, patologie neurologiche caratterizzate da squilibri nella produzione di neurotrasmettitori, etc.); ii) impiego di specifici membri di questa vasta classe di enzimi come bersagli molecolari di composti ad attivita’ farmacologica.Acidi nucleici catalitici: ribozimi e deossiribozimi come sistemi strutturalmente semplificati in cui indagare le basi molecolari della catalisi e come fonti di nuove macromolecole bio-attive di potenziale interesse biotecnologico e terapeutico.Sviluppo di una terapia enzimatica per l’insufficienza di Guanina/Ipoxantina fosforibosiltransferasi associata alla sindrome di Lesch-Nyhan.Ingegnerizzazione di enzimi uricolitici per lo sviluppo di un enzima multifunzionale per la terapia dell’iperuricemia giovanile e iperuricemia refrattaria alla terapia uricostatica.Identificazione di geni mancanti in vie biochimiche attraverso analisi bioinformatica e validazione sperimentale. Sviluppo di metodi per l’identificazione di geni basati sull’analisi di dati prodotti su larga scala (Big data) di sequenza e struttura delle proteine. Validazione sperimentale dei geni candidati attraverso la produzione di proteine ricombinanti e saggi biochimici.Studio del meccanismo di azione dei sistemi tossina antitossina di tipo II DinJ-YafQ identificati in lactobacilli. Si sfrutteranno analisi di microscopia a fluorescenza per identificare il target cellulare della tossina, impiegando molecole fluorescenti in grado di individuare danni alla membrana cellulare o capaci di legare l'RNA presente all'interno della cellula batterica. Verrà inoltre svolta la caratterizzazione molecolare di tossine e antitossine mediante espressione in E. coli e successiva purificazione. Le proteine ricombinanti verranno impiegate per studi di interazione tossina-antitossina impiegando tecniche cromatografiche ed elettroforetiche. Verranno inoltre condotti studi strutturali al fine di evidenziare i dettagli molecolari dei complessi tossina-antitossina e studi in vitro mirati allo studio dell'attività ribonucleasica delle tossine identificate mediante l'impiego di tecniche PCR, Northern blotting, ed esperimenti di primer extension e band-shift. Verrà indagato il ruolo di regolatori trascrizionali di antitossine e complessi tossina-antitossina mediante esperimenti di band shift e analisi di microscopia a forza atomica.
