Ambiti e metodologie di ricerca

One Health sicurezza alimentare e cambiamenti climatici

L’incremento della popolazione mondiale e la consapevolezza che la salute dell’uomo è fortemente legata a quella dell’ambiente, pone il quesito su quali strategie adottare al fine di soddisfare le crescenti richieste alimentari del pianeta. In un contesto di cambiamenti climatici, la sicurezza alimentare è fortemente minata da condizioni ambientali sfavorevoli. Pertanto, la comprensione dei meccanismi molecolari che governano processi di crescita e sviluppo dei vegetali, produttori primari dell’ecosistema, in condizioni ambientali mutevoli, come anche le vie di segnalazione attivate dalle piante per difendersi dall’esposizione a condizioni avverse rappresenta un’opportunità per identificare cultivar resistenti e sviluppare strategie di breeding atte a migliorare la tolleranza delle piante a diversi stress ambientali. La nostra UR si propone di contribuire alla caratterizzazione fenotipica e del signalling redox che sta alla base delle risposte di difesa delle piante a stress abiotici e dei meccanismi di resistenza ai patogeni. In aggiunta a questo, i microrganismi hanno influenzato e sono stati plasmati dal clima nel corso della storia del nostro pianeta. Poiché il suolo è un habitat dinamico, molti microrganismi hanno sviluppato strategie di adattamento. Questa caratteristica li rende delle "sentinelle" ideali per comprendere gli effetti dei cambiamenti climatici sui sistemi biologici e sui cicli biogeochimici. La nostra UR utilizza tecniche di sequenziamento di nuova generazione e applica la metagenomica per identificare le comunità microbiche dei suoli. Queste comunità svolgono un ruolo chiave nel ciclo del carbonio e di altri elementi, nella salute degli animali e delle piante e nell'agricoltura.

Un altro aspetto caratterizzante l’UR è la valorizzazione della biodiversità, con particolare riferimento alle molecole bioattive di origine vegetale. L’UR sta conducendo studi sulla caratterizzazione chimica di estratti vegetali e di scarti della produzione di diverse filiere agroalimentari, anche mettendo a punto approcci analitici innovativi, green e food grade, nonché sulla caratterizzazione di differenti classi di molecole bioattive attraverso studi in vitro di attività anti-ossidante ed antinfiammatoria su estratti ottenuti da matrici alimentari e su composti puri. Attraverso saggi chimici e modelli cellulari di cellule di mammifero, l’UR approfondisce la modalità di azione a livello molecolare e le implicazioni in diversi pathways metabolici.

I vegetali rappresentano inoltre “fabbriche” potenzialmente totipotenti per la produzione di molecole con particolari caratteristiche nutraceutiche o farmacologiche, anche mediante strategie di ingegneria genetica di ultima generazione. L'UR ha esperienza nell’ottenere colture cellulari, tissutali e di organo da piante potenziate per la sintesi di specifiche molecole bioattive anche di interesse farmacologico (antivirali, anticorpi monoclonali ecc.).

È inoltre interesse dell’UR la caratterizzazione tecnologica di materie prime alimentari, con particolare riferimento a quelle cerealicole, per la produzione di alimenti anche funzionali.

In questo contesto, è fondamentale affiancare alle strategie tecniche di valorizzazione della biodiversità, di lotta ai cambiamenti climatici e di tutela dell’ambiente un attento studio ed un costante aggiornamento della normativa internazionale, europea e statale di riferimento sia in materia ambientale, sia in materia alimentare con focus critici sui nuovi approcci di sostenibilità da cui deriva l’adozione di provvedimenti normativi in sintonia con gli obiettivi protezione dell’ambiente e di tutela dei diritti umani. La tutela dei diritti umani passa attraverso il rispetto dei principi di sicurezza alimentare e la garanzia di un’alimentazione nutrizionalmente e socialmente sostenibile. La collaborazione costante dei diversi membri dell’UR consente di analizzare l’approccio One Health sotto diversi, seppur interconnessi, punti di vista, tra cui quello legale.

Collaborazioni con altri Centri di Ricerca

  • CREA - Alimenti e Nutrizione
  • Università degli Studi del Molise
  • Università degli Studi di Bari
  • Università dell’Insubria
  • Università degli Studi di Milano
  • Università degli Studi di Verona
  • CNR
  • CEBAS-CSIC, Campus Universitario de Espinardo Murcia, Spagna
  • KU Leuven, Belgio
  • Università degli Studi di Messina
  • National Research Council of Spain (CSIC), Madrid, Spagna
  • Università La Laguna, Tenerife, Isole Canarie, Spagna
  • Istituto di Metodologie Chimiche del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Montelibretti
  • Centre for research in agricultural Genomics of Barcelona _ CRAG_CSIC
  • ENEA Centro Ricerche Casaccia
  • Istituto Superiore di Sanità (ISS), Roma, Italia
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Laboratori

1. "Laboratorio 1" - Interazione Pianta-Ambiente e One-Health

Nel laboratorio di Biologia per l’Interazione Pianta-Ambiente e One-Health l’attività di ricerca ha come obiettivo principale lo studio dell’interazione pianta ambiente in condizioni mutevoli imposte dal cambiamento climatico, attraverso un approccio metodologico globale. In particolare, sono utilizzate metodiche che spaziano dalla fisiologia vegetale, biochimica, biologia molecolare e cellulari fino alla metagenomica.

Attraverso l’identificazione di tratti molecolari di tolleranza, in piante modello e piante di interesse agronomico, l’attività sperimentale è volta all’identificazione di strategie sostenibili che hanno l’obiettivo di garantire la salute della pianta, dell’ambiente in cui essa è inserita e dell’uomo.

Tale attività implica l’utilizzo di sistemi vegetali modello, come Nicotiana tabacum e Arabidopsis thaliana, e di piante alimentari come Oryza sativa, Triticum durum, e di piante della fitoalimurgia.

Inoltre, attraverso tecniche di sequenziamento di nuova generazione e approcci di metagenomica, vengono identificate le comunità microbiche dei suoli. È interesse dell’UR studiare l’interazione che sussiste tra queste comunità e la pianta e indagare sull’effetto che queste comunità microbiche hanno sullo sviluppo e sul metabolismo delle piante.

Infine, l’uso di sistemi vegetali in vitro quali colture cellulari, tissutali e d’organo ma anche di intere plantule coltivate in vitro, rappresenta una promettente fonte alternativa di metaboliti secondari biologicamente attivi. Tali sistemi di coltivazione vengono mantenuti in condizioni controllate e pertanto sono esenti da variazioni stagionali e da stress ambientali. Attraverso approcci di ingegneria genetica di ultima generazione, tali colture vengono potenziate al fine di favorire la produzione di molecole caratterizzate da particolari proprietà nutraceutiche o farmacologiche.

Dotazioni tecnologiche: fitotroni e camere climatiche con parametri ambientali modulabili, PCR, incubatori cellulari, Li-600, spettrofotometro, spettrofluorimetro, ossigrafo, nanopore sequencing (MinION device), Quibit (fluorimetro digitale).

2. "Laboratorio 2" - Alimenti, Nutrizione Umana e Nutraceutica

L’attività di ricerca ha come obiettivo lo studio degli alimenti e la loro interazione con i sistemi modello cellulari e l’uomo. In particolare, vengono svolte attività precliniche di studio delle molecole bioattive ottenute da matrici vegetali o da altri tipi di alimenti e la caratterizzazione delle loro attività biologiche attraverso saggi chimici e sistemi modello cellulari. Un filone di ricerca specifico si occupa della valorizzazione ai fini nutraceutici di molecole ottenute dagli scarti della produzione agroalimentare industriale, in un’ottica di economia circolare.

L’attività di Nutrizione Clinica prevede lo studio dell’impatto della dieta sulla salute, con particolare riferimento agli effetti di diversi protocolli nutrizionali sulla composizione corporea e sulla salute dell’uomo.

Dotazioni tecnologiche: microscopio ottico, bilancia analitica, PCR, cappa sterile a flusso laminare, incubatore cellulare a CO2, spettrofotometro, spettrofluorimetro, bioimpedenziometria.

3. "Laboratorio 3" - Tecnologie alimentari e diritto alimentare e ambientale

L'ambito caratterizzante l’attività di ricerca riguarda principalmente la caratterizzazione chimico-fisica, sensoriale e nutrizionale di prodotti (prima e seconda trasformazione) e sottoprodotti della lavorazione dei cereali, in particolar modo: valutazione dell'attitudine alla trasformazione delle materie prime e loro interazione nei processi di trasformazione; studio di formulazioni bilanciate e di appropriate tecnologie per produrre alimenti ad alta valenza dietetico-nutrizionale (alimenti funzionali e food design).

L’attività di ricerca è inoltre caratterizzata da un costante approfondimento e aggiornamento della normativa di riferimento, a partire da quella internazionale fino ad arrivare a quella statale, con l’utilizzo di specifiche banche dati giuridiche. Il fine ultimo è quello di dare supporto e garantire stretta collaborazione agli altri settori di ricerca, contribuendo alla stesura di linee guida, articoli scientifici e monografie in materia di diritto alimentare, dell’ambiente e dei cambiamenti climatici.

Dotazioni tecnologiche: Impianti pilota per la trasformazione di cereali (mulino, classificatore ad aria, impianto di pastificazione, laboratori per la produzione di prodotti da forno); Laboratorio di reologia -alveografo, farinografo, microviscoamilografo, analizzatore di glutine, falling number (CERERE); Cromatografo ionico HPAEC-PAD (Dionex ICS-6000)

4. "Laboratorio 4" - Chimica analitica e scienze “omiche”

L’attività di ricerca ha come obiettivo lo sviluppo, ottimizzazione e validazione di metodi analitici per la caratterizzazione chimica di differenti classi di molecole di interesse alimentare e nutrizionale con la loro successiva applicazione all’analisi dei campioni reali. I metodi prevedono l’ottimizzazione dei parametri di estrazione delle molecole usando tecniche e strategie differenti comprese quelle a basso impatto ambientale. L’analisi viene effettuata attraverso tecniche cromatografiche accoppiate a diversi tipi di rivelatori e spettrometria di massa.

Nello specifico le tecniche e la strumentazione utilizzata sono le seguenti:

  • La cromatografia liquida (HPLC), accoppiata a spettrofotometria UV/Visibile e spettrometro di massa (MS) con interfacce electrospray (ESI) e a ionizzazione chimica a pressione atmosferica (APCI), può essere impiegata per l’analisi di differenti classi di composti.
  • La gas cromatografia accoppiata a rivelatore a ionizzazione di fiamma (FID) può essere utilizzata per l’analisi della componente volatile di alimenti, fondamentale per le caratteristiche organolettiche del prodotto e utile strumento per il monitoraggio della qualità degli alimenti e del loro eventuale deterioramento nelle varie fasi della lavorazione o conservazione.
  • La valutazione del potenziale anti-ossidante di campioni può essere effettuata attraverso saggi chimici in vitro. Tali saggi sono effettuati attraverso l’utilizzo di tecnica di spettrofotometria UV/Visibile.

Dotazioni tecnologiche: HPLC-MS Shimadzu Prominence LC-20A equipaggiato con 2 LC-20 AD XR pumps, SIL-10ADvp, CTO-20 AC column oven e DGU-20 A3 degasser accoppiato ad un detector SPD-M10Avp DAD e uno spettrometro di massa (LCMS-2010, Shimadzu, Tokyo, Janpan) con interfaccia ESI. Bagnetto a ultrasuoni (Elmasonic S30H, Elma Schmidbauer GmbH, Singen, Germany). Rotary evaporator (Eyela, Tokyo, Japan)