Ambiti e metodologie di ricerca

Studio del signalling redox delle risposte di difesa delle piante agli stress

L’incremento della popolazione mondiale pone il quesito su quali strategie adottare al fine di soddisfare le crescenti richieste alimentari del pianeta. In un contesto di cambiamenti climatici, le perdite di produttività agricola sono maggiormente causate da condizioni ambientali sfavorevoli. Pertanto, lo studio delle risposte di difesa delle piante nei confronti di stress di varia natura rappresenta un’opportunità per identificare cultivar resistenti e strategie di breeding atte a migliorare la tolleranza delle piante a tali condizioni, riducendo così le perdite in colture. Nello specifico, avvalendosi di sistemi vegetali modello, la nostra unità si propone con la sua attività di ricerca di contribuire significativamente alla caratterizzazione del signalling redox che sta alla base delle risposte di difesa delle piante allo stress termico e dei meccanismi di resistenza ai patogeni.

Studio del metabolismo di molecole con proprietà prebiotiche in pianta e loro ruolo in nutrizione

Oligo- e polisaccaridi appartenenti alla classe della fibra solubile sono noti per le loro proprietà prebiotiche. La nostra unità di ricerca si occupa dello studio del metabolismo in pianta di alcune di queste molecole, in particolare di oligo- e polisaccaridi costituiti da fruttosio, al fine di identificare nuove matrici per la produzione di alimenti funzionali. Inoltre analisi in vitro ed ex vivo (in collaborazione con il gruppo di Gastroenterologia) ci hanno permesso di evidenziare nuove proprietà funzionali di questi metaboliti suggerendone l’utilizzo in supporto alle terapie anti-infiammatorie attualmente utilizzate nel trattamento dei disordini infiammatori intestinali.

Analisi di molecole bioattive negli alimenti

Gli alimenti funzionali hanno assunto negli anni recenti un ruolo sempre più importante, grazie alla capacità di contribuire al mantenimento di un buono stato di salute attraverso la prevenzione delle malattie dovuta al loro contenuto in molecole bioattive. Tali sostanze, opportunamente isolate, caratterizzate e determinate quantitativamente, possono essere utilizzate nella formulazione di composti così detti nutraceutici.

Alla luce di tali conoscenze il gruppo di ricerca ha portato avanti negli ultimi anni studi riguardanti la caratterizzazione chimica di differenti classi di molecole con potenziale interesse nutraceutico. La conoscenza della composizione chimica degli alimenti, con una particolare attenzione verso quelle classi di composti dalle accertate proprietà nutraceutiche, può essere implementata dalla valutazione della loro attività in sistemi biologici.

In particolare l’attività di ricerca riguarda:

  • Selezione di differenti matrici alimentari quali ad esempio frutti freschi e succhi di frutta commerciali, olii vegetali, prodotti ittici, tartufo, tè
  • Ottimizzazione dei processi di estrazione e/o purificazione delle sostanze bioattive e sviluppo di metodi analitici per la loro determinazione
  • Caratterizzazione quali/quantitativa delle molecole selezionate mediante tecniche analitiche strumentali avanzate
  • Studi in vitro di attività anti-ossidante attraverso screening su estratti alimentari e/o composti puri.

Collaborazioni con altri Centri di Ricerca

  • CRA - Unità di ricerca per la valorizzazione qualitativa dei cereali
  • Università degli Studi del Molise
  • Università degli Studi di Bari
  • Università dell’Insubria
  • Università degli Studi di Milano
  • Università degli Studi di Verona
  • CNR di Bari
  • 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

Laboratori

  1. Biochimica e Biotecnologie vegetali (Ref. Dott.ssa Vittoria Locato)
    1. Studio del signalling redox delle risposte di difesa delle piante agli stress – Per lo studio delle risposte di difesa delle piante ai diversi tipi di stress, l’unità di ricerca utilizza sistemi vegetali modello, come colture cellulari di Nicotiana tabacum e piante di Arabidopsis thaliana. Pertanto si dispone di un incubatore termostatato ad agitazione orbitale, di una cappa biologica e di una camera di crescita per le piante. Le analisi dei sistemi redox coinvolti nel signalling delle risposte di difesa vengono effettuate mediante metodiche di biochimica e biologia molecolare. I metaboliti e gli enzimi redox vengono principalmente saggiati mediante tecniche spettrofotometriche/spettrofluorimetriche, western blotting e microscopia a fluorescenza; l’analisi dell’espressione genica viene effettuata tramite PCR a gradiente e Real-Time PCR.  Allo scopo di identificare tutti i componenti del signalling cellulare che porta all’attivazione delle risposte di difesa delle piante, vengono studiati gli effetti delle diverse condizioni di stress sul metabolismo energetico; pertanto, in seguito a frazionamento cellulare, operato mediante tecniche di centrifugazione differenziale, la respirazione mitocondriale viene misurata mediante tecniche ossigrafiche.
    2. Studio del metabolismo di molecole con proprietà prebiotiche in pianta e loro ruolo in nutrizione – Frutto-oligosaccaridi di diversa origine botanica sono stati sottoposti a simulazione del processo digestivo in vitro e saggiati per la loro attività antiossidante mediante saggi spettrofotometrici e spettrofluorimetrici. Al fine di identificare matrici alimentari per la produzione di nuovi alimenti funzionali, lo studio del metabolismo dei fruttani viene effettuato in cariossidi di grano e orzo a diversi stadi di maturazione. A tale scopo i livelli di fruttani, l’attività e l’espressione degli enzimi coinvolti nella biosintesi e nel catabolismo degli stessi sono valutati mediante saggi biochimici e di biologia molecolare.
  2. Chimica analitica e degli alimenti (Ref. Dott.ssa Chiara Fanali). Analisi di molecole bioattive negli alimenti: l’attività svolta in questo laboratorio nell’ambito della tematica di ricerca riguarda l’utilizzo di tecniche analitiche cromatografiche per l’analisi e la caratterizzazione di composti bioattivi in alimenti e di loro metaboliti in fluidi biologici. Nello specifico le tecniche e la strumentazione utilizzata sono le seguenti:
    1. 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 polifenoli presenti in diverse matrici alimentari (es. frutta fresca e succhi di frutta commerciali, olii vegetali, cacao e tè). Tali metodi possono essere applicati al controllo di qualità di una grande varietà di prodotti  per la caratterizzazione degli ingredienti funzionali.
    2. 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 (shelf life). Questa tecnica, utilizzata parallelamente a sensori olfattivi (es. naso elettronico), consente la validazione di un metodo tecnologicamente innovativo e non invasivo ed è stata recentemente impiegata in studi sulla caratterizzazione della componente aromatica del tartufo bianco e delle sue modificazioni nel tempo in base al metodo di conservazione.
    3. La valutazione del potenziale anti-ossidante delle matrici alimentari può essere effettuata attraverso saggi chimici quali il Folin-Ciocalteau, per la quantificazione dei polifenoli totali e il TEAC, ORAC, DPPH e FRAP per la valutazione dell’attività di scavenger di tali molecole. Tali saggi sono effettuati attraverso l’utilizzo di spettrofotrometro UV/Visibile.
  3. Scienze e tecnologie degli alimenti (Ref. Prof.ssa Laura De Gara). Validazione di piattaforme multisensoriali per i controlli di qualità, antisofisticazione e shelf-life di matrici alimentari attraverso l’utilizzo di sistemi basati su sensori chimici in grado di monitorare prodotti alimentari - L’attività è svolta in collaborazione con l’Unità di Elettronica per i Sistemi Sensoriali. Al monitoraggio quali-quantitativo di componenti selezionati in alimenti di origine vegetale in relazione a due fattori, il tempo e la modalità di conservazione, sono affiancati dosaggi di molecole chiave per la qualità e la conservazione dell’alimento stesso. Lo scopo è molteplice tra cui quello di verificare la capacità del sistema di sensori di monitorare la shelf-life degli alimenti in relazione alla perdita nel tempo, per gli stessi, dei principali principi nutritivi. Gli studi si articolano nel seguente modo:
    1. Selezione delle matrici alimentari
    2. Valutazione del tempo e delle modalità di conservazione delle matrici selezionate
    3. Misurazione attraverso il sistema di sensori durante il periodo di conservazione
    4. Analisi quantitativa di selezionate componenti negli alimenti durante il periodo di conservazione
    5. Valutazione della correlazione dei risultati ottenuti tramite il sistema di sensori e le analisi chimiche.