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Descrizione della commessa "Poli-Biomasse microbiche e vegetali e loro applicazioni (PM.P01.008)"
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- Descrizione della commessa "Poli-Biomasse microbiche e vegetali e loro applicazioni (PM.P01.008)" (literal)
- Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
- Le ricerche presentate sono tese a migliorare la qualità della vita offrendo una maggiore conoscenza sulle nuove biomolecole ottenibili da estremofili e vegetali. Tali molecole saranno isolate e caratterizzate chimicamente e biochimicamente utilizzando tutte le metodologie a minore impatto ambientale. Per esempio l' impiego delle DNapolimerasi estremofile ha certamente avuto un impatto socio-economico importante come anche l'uso degli estremofili nell'astrobiologia. La ricerca di nuovi farmaci viene anche da approfondite conoscnze delle macromoleocle di membrana dei batteri e dela loro biosintesi. Analogamente lo studio del rapporto struttura-funzione di biomolecole permette la comprensione del loro meccanismo di azione. Lo studio di nuove attività enzimatiche è utile per la sintesi di prodotti di interesse per l'industria farmaceutica, agrochimica, e alimentare, come per esempio l'individuazione di nuove attività alcol deidrogenasiche (ADH) per la sintesi di alcoli secondari chirali, e di glicosil idrolasi per la sintesi di zuccheri complessi, e sulla caratterizzazione strutturale degli enzimi isolati per la comprensione delle relazioni proprietà-struttura. (literal)
- Strumentazione
- Piccole, medie e grandi apparecchiature sono disponibili per l' ottenimento degli obiettivi:
Centrifughe, Ultracentrifuga, HPLC, autoclave, liofilizzatori, spettrofotometri, FAST cromatografia, sistemi per elettroforesi, french-press per rottura delle cellule, sonicatori, incubatori e stufe, distillatori e bidistillatori, assorbimento atomico. Cappa per crescite in anaerobiosi, Fermentatori da 100 L in vetro e fermentatore computerizzato da 10 (minimo) a 50 L (massimo); spettrometri di massa, spettrometri NMR, PAD-Dionex. Sono disponibili in collaborazione anche gli strumenti tra cui Real-time PCR (iQ5- Bio-Rad), Bioanalyzer 2100 (Agilent), VersaDoc (Bio-Rad) ed necessari software per l'allineamento ed il \"conting\" di sequenze (DNABaser Vs2) e per il design di primers e probes (AlleleID vs7) ed anche in collaborazione conl' Università di Napoli \"Parthenope\" il simulatore delle condizioni di volo nello spazio. (literal)
- Tematiche di ricerca
- Si studiano le proprietà chimiche e biochimiche di metaboliti primari e secondari da batteri,vegetali e scarti industriali. Gli organismi marini, come le spugne ed i coralli, sono una ricca fonte di nuovi composti con attività biologiche. Si studia l'isolamento e caratterizzazione di nuove molecole di interesse applicativo come polimeri eso- ed endocellulari enzimi,lipidi ed allo studio delle loro proprietà biochimiche con riferimento all'identificazione di attività enzimatiche di possibile interesse sintetico isolate da microorganismi estremofili. Saranno caratterizzati fenotipicamente e genotipicamente microrganismi anaerobi o facoltativi anaerobi, termofili ed alofili per la produzione di idrogeno e bioetanolo. Le piante, i loro derivati e i loro scarti industriali possono essere usati per ottenere e caratterizzare chimicamente e biochimicamente nuovi \"phytochemicals\" di interesse applicativo. Sviluppo ed applicazione di tecniche bioinformatiche e computazionali -modellazione di sistemi proteici di varia natura-caratterizzazione strutturale e analisi conformazionale di molecole di interesse farmacologico, naturali o di sintesi-modellazione di complessi teorici ligando-proteina (literal)
- Competenze
- Nell' ambito della presente commessa vi è una tradizionale conoscenza nel campo della chimica, microbiologia, biochimica e biotecnologia dei microrganismi. Inoltre parallelamente da molti anni si è acquisita conoscenza per l' estrazione di metaboliti da fonti vegetali così come per sostanze bioattive da piante e scarti di lavorazione dell' industria agro-alimentare. Inoltre vi sono ampie conoscenze di NMR e Massa su biomolecole dirette anche alla comprensione del rapporto struttura-funzione. Il gruppo di ricerca ha al suo interno la maggiore parte delle conoscenze per lo svolgimento del progetto proposto e si avvale anche di numerosi collaborazioni. In particolare per gli approcci biomolecolari quali omologia DNA-DNA, DNA-fingerprint, sequenziamento 16S RNA, DGGE e qPCR taxa o specie specifici, è già in atto la collaborazione con l'Istituto IBP del CNR. Il gruppo di ricerca ha al suo interno personale tecnico con comprovate competenze nell' isolamento e caratterizzazione di microrganismi, estrazione e purificazione di sostanze naturali e capacità di utilizzare grandi apparecchiature e programmi di modelling molecolare e calcolo computazionale. (literal)
- Potenziale impiego per processi produttivi
- Il potenziale impiego deriva dalle proprietà biochimiche delle biomolecole sia da vegetali che da microorganismi. Ad esempio alcuni polimeri di uso in commercio (polisaccaridi e poliidrossialcanoati) prodotti da microorganismi o ricavati da vegetali possono interessare le industrie. La conoscenza totale dei metabolismi e metaboliti può essere trasferita per il miglioramento di processi industriali. Ampia applicazione hanno gli estremozimi che per le loro proprietà di resistenza ai denaturanti possono essere utilizzati in svariati campi delle biotecnologie industriali. L'approfondimento mediante NMR di proteine e peptidi permette di sapere il rapporto struttura funzione che è di ausilio per progettare nuovi farmaci, o biomolecole di interesse applicativo. Si diffonde l'uso di sostituire alle piante i loro principi attivi attraverso lo sviluppo di tecniche estrattive ed alla possibilità del loro corretto dosaggio nelle svariate applicazioni. Da questo risulta importante e di grande interesse il recupero dei phytochemicals dagli scarti della produzione agroalimentare da utilizzare in aggiunta o in sostituzione di quelli ottenuti in modo tradizionale dalle specie originarie. (literal)
- Tecnologie
- L' applicazione delle tecniche di chimica delle fermentazioni permettono di conoscere e programmare le crescite microbiche ed indirizzare la produzione di biomolecole. L' utilizzo di tecnologie di estrazione e purificazione innovative permette l' ottenimento dei prodotti a basso impatto ambientale. Analogamente estrazioni mirate permettono di salvaguardare le molecole labili ma che hanno proprietà applicative.
L' utilizzo di metodologie avanzate di NMR, MS e chimica computazionale servirà per risolvere problemi strutturali e di comprensione del rapporto esistente tra la struttura molecolare e la funzione biologica. Le tecnologie biochimiche applicate saranno adeguate alle materie a dispozione, se di provenienza vegetale e/o microbica.
Identificazione di attività enzimatiche di possibile interesse sintetico isolate da microorganismi estremofili; caratterizzazione delle proteine in termini di specificità di substrato, stereoselettività e stabilità;
ottimizzazione delle condizioni di reazione per costruire un sistema di biotrasformazione efficiente per la produzione dei composti di interesse. (literal)
- Obiettivi
- -Caratterizzazione di nuovi estremofili, studio delle proprietà biochimiche, e loro impiego nell' astrobiologia- Caratterizzazione di polimeri di eso-endo polimeri,lipidi, enzimi e metaboliti da estremofili -Studio di nuovi microrganismi marini. - \"core sensing\" di molecole biologicamente attive da batteri -Caratterizzazione chimica dei prodotti di scarto dell' industria agro-alimentare -Valutazione dell'attività antiossidante e antiproliferativa per fornire nuove molecole all' industria farmaceutica, cosmetica ed alimentare -Utilizzo di prodotti di scarto per l' ottenimento di biomasse microbiche -Isolamento di glicosil idrolasi per sintetizzare glicosidi lineari e ramificati che abbiano una possibile attività biologica e nuove attività alcol deidrogenasiche (ADH) per la sintesi di alcoli secondari chirali -Sviluppo di protocolli per la parametrizzazione dei campi di forze biomolecolari più usati, utili alla caratterizzazione di struttura tridimensionale e stereochimica assoluta di biomolecole di interesse farmacologico- Estendere lo screening in silico sul CXCR4 ad altre classi di composti naturali, allo scopo di trovare nuovi agenti farmacologici utili a modularne l'attività. (literal)
- Stato dell'arte
- Le sostanze naturali da microrganismi hanno applicazioni nei più svariati campi delle biotecnologie, basti ricordare le bevande e i cibi trasformati ad opera di microorganismi, le tinture per abiti e per la cosmesi dei popoli antichi. La conoscenza delle proprietà biochimiche permette di migliorare le loro proprietà e il loro utilizzo. Gli etsremofili sono i produttori di Taq- e Pfu-polimerasi che hanno generato un impatto economico-sociale nella medicina derivante dall' uso di queste DNA-polimerasi. Altre biomolecole sono di interesse applicativo, come i lipidi, gli osmoliti ed i polimeri. La conoscenza delle proprietà biochimiche degli estremofili è di ausilio per la costruzione di molecole modello per applicazioni in svariati campi delle biotecnologie. Numerosissimi gruppi in tutto il mondo sono rivolti alla conoscenza degli estremofili a vasto spettro. Una tematica di nuovo sviluppo è l'astrobiologia, gli estremofili sono i principali organismi presi come modello per studi di resistenza chimico-fisica. Numerosi sono gli studi perl' ottenimento di biomolecole con attività biologiche dal mondo vegetale ed anche l'uso degli scarti industriali come fonte di energia pulita. (literal)
- Tecniche di indagine
- Le tecniche che si usano per il conseguimento degli obiettivi del presente progetto sono di microbiologia di base ed avanzata che permettono di avere la materia prima per il progetto. Tali tecniche prevedono l' utilizzo di incubatori e di fermentatori da 1 litro a 100 litri. Le tecniche della chimica (estrazione, purificazione, derivatizzazioni, degradazioni ed identificazione mediante NMR e MS) permettono la definizione strutturale dei metaboliti. Le tecniche di biochimica permettono l' approfondimento delle proprietà biologiche dei metaboliti. Approcci biomolecolari quali omologia DNA-DNA, DNA-fingerprint, sequenziamento 16S RNA, DGGE e qPCR taxa o specie specifici, array specifici tecniche d'indagine necessarie per l'assegnazione tassonomica di una nuova specie. Importanti sono le metodologie per i saggi di attività biologica che prevedono anche le crescite di linee cellulari per lo studio di citotossicità. (literal)
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