Istituto di biofisica (IBF)

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  • Istituto di biofisica (IBF) (literal)
  • Institute of biophysics (IBF) (literal)
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  • L'Istituto di Biofisica (IBF) nasce dall'aggregazione di cinque preesistenti strutture CNR in un momento di crescente importanza della Biofisica nel panorama scientifico mondiale. Le strutture oggi integrate in un'unica realtà istituzionale sono caratterizzate da un'ampia distribuzione su tutto il territorio nazionale (Palermo, Pisa, Genova, Milano e Trento). e da una vasta gamma di attività di ricerca aventi come principale comune denominatore l'applicazione dei metodi e delle tecniche di indagine propri delle scienze fisiche allo studio dell'organizzazione, della struttura e dei meccanismi di funzionamento dei sistemi biologici. Un'attività corollaria significativa è dedicata anche allo studio, ancora con metodologie fisico-chimiche, dell'impatto di fattori ambientali, sia antropici che non, sugli ecosistemi. Le spettroscopie ottiche e magnetiche, le micro- e nano-scopie, la modellistica molecolare basata su calcoli di meccanica statistica e quantistica, l'elettronica strumentale interfacciata a sistemi digitali di stimolazione e registrazione di segnali elettrofisiologici, lo sviluppo di software per l'analisi di segnali e per l'elaborazione di loro modelli interpretativi, sono alcuni esempi di tecniche per lo studio dei sistemi e fenomeni biologici che hanno permesso in molti casi di passare dalla descrizione qualitativa delle strutture macro e microscopiche degli esseri viventi, e dei processi vitali ad esse correlati, all'individuazione dei meccanismi molecolari che ne stanno alla base. Questa ampia gamma di approcci metodologici, in rapido sviluppo concettuale e tecnico, ben definiscono la Biofisica come scienza di frontiera, a carattere fortemente interdisciplinare e multidisciplinare. Infatti nel corso degli anni la Biofisica si è affermata come disciplina fondamentale, caratterizzata da metodi di indagine che vanno ormai ben aldilà della semplice applicazione di tecniche fisiche allo studio di sistemi viventi. Essa ha ormai assunto un ruolo rilevante nello sviluppo delle Scienze della Vita, sia promuovendo approcci metodologici innovativi, sia per i collegamenti sempre più stretti con le altre ricerche di frontiera sviluppate nei settori più moderni delle scienze biologiche e mediche, quali lo studio delle relazioni struttura-funzione delle molecole biologiche, la biologia molecolare, la bioenergetica, la bioinformatica. Contestualmente, l’evoluzione della ricerca biofisica ha portato sia all’aumento del numero di competenze necessarie al singolo ricercatore, sia alla necessità di collaborazioni fra ricercatori con specializzazioni tecniche e metodologiche differenziate per affrontare problemi sempre più complessi con approcci diversi e complementari. L’attuale Istituto di Biofisica riunisce fisici, chimici, biochimici e biologi molecolari, genetisti e fisiologi, alcuni dei quali hanno lunga consuetudine ad affrontare lo studio dei sistemi biologici da un punto di vista interdisciplinare. Gli oggetti di studio vanno dalle proteine e acidi nucleici alle strutture sopramolecolari, dalle cellule nervose alle piante superiori, dai microrganismi alle cellule in coltura isolate dagli organismi più diversi. Le ricerche coprono argomenti complementari ad ampio raggio, spesso utilizzando metodologie e strumentazioni innovative sviluppate nell’ambito dell’Istituto stesso, sempre nell’ottica di un approccio integrato, multidisciplinare che favorisce il superamento di una lettura puramente descrittiva dei processi biologici. Le strutture di ricerca del CNR sono particolarmente adatte a soddisfare l'esigenza di interdisciplinarietà ed integrazione culturale, ed è proprio da gruppi di ricerca del CNR, alimentati nel quadro delle “imprese” promosse dal Presidente Giovanni Polvani negli anni sessanta, che si sono sviluppate in Italia scienze di frontiera con forti caratteri di multidisciplinarietà, quali l’informatica, la biologia molecolare e parte delle ricerche biologiche, tra cui la biofisica. La possibilità delle strutture di ricerca del CNR di perseguire iniziative sperimentali in campi non ancora affermati sul piano accademico è il più qualificante elemento distintivo del CNR, che dà a questo Ente un ruolo complementare a quello dell’Università. E’ augurabile che tale ruolo venga mantenuto, favorendo nel contempo le sinergie e le collaborazioni con l’Università ed altre Istituzioni di Ricerca, in un quadro istituzionale che faciliti l’osmosi del personale, a tutti i livelli e in maniera ampia e paritaria. Gli ex-istituti di Biofisica a Pisa e di Cibernetica e Biofisica a Genova si erano sviluppati da iniziative dei fisici Adriano Gozzini e Antonino Borsellino, promosse agli inizi degli anni '60 nell’ambito della ”Impresa Cibernetica” e trasformate in Laboratori propri del CNR alla fine di quel decennio. Borsellino e Gozzini erano accomunati, oltre che da ricordi di compagni di corso alla Scuola Normale, dal fascino che esercitava su di loro l'idea di poter descrivere in base ai “principi primi” della fisica i complessi fenomeni della materia vivente. Essi misero insieme gruppi di ricercatori più o meno giovani, forse a volte un poco improvvisati e scientificamente avventurosi, ma trascinati dal loro carisma e animati da grande entusiasmo e spirito di intraprendenza. Ben consci che quello era il principale requisito perché l'operazione avesse successo, essi costituirono gruppi iniziali con persone di diversissima estrazione culturale (fisici, biologi, chimici, matematici, ingegneri, medici) che si impegnavano ad affrontare in maniera interdisciplinare i problemi della Biofisica e della Cibernetica. Lo sviluppo successivo, che ha dato luogo alle strutture che oggi sono aggregate nell'IBF, è storia lunga che ha comportato inevitabilmente specializzazioni e perdita della vocazione tuttologa che animava ingenuamente i fondatori. Le linee di ricerca sviluppate nella Unità Operativa che opera presso la sede di Genova fanno capo alle due commesse “Processi di membrana nella comunicazione intra- ed inter-cellulare (MDP01.001)” e “Meccanismi molecolari della permeabilità di membrana (MDP01.009)” e parzialmente alla commessa “Modelli di organizzazione e dinamica di sistemi complessi (MDP01.004)” che operano nell’ambito del Dipartimento Materiali e dispositivi. Dette commesse operano in prevalenza sul trasporto ionico di membrana e sui segnali intra- ed inter-cellulari. Per maggiori informazioni sull’Istituto e sulla sede Operativa di Genova si veda il sito WEB di IBF all’indirizzo: http://www.ibf.cnr.it/home_page_italiano.html oppure direttamente all’indirizzo dell’Unità Operativa della Sede di Genova all’indirizzo: http://www.ge.ibf.cnr.it/ICB/Italiano/index.htm L’unità operativa di Pisa è organizzata nelle due commesse “Processi fotoindotti in biomolecole e cellule (MDP01.003)” e “Struttura e dinamica di proteine (MDP01.008)” e parzialmente nella commessa “Modelli di organizzazione e dinamica di sistemi complessi (MDP01.004)” che operano nell’ambito del Dipartimento Materiali e dispositivi. Inoltre, sempre a Pisa sono operativi i due moduli “Dinamica della sostanza organica disciolta (DOM) in mare. (TAP01.012.002)” e “Meccanismi di risposta cellulare a contaminanti ambientali (TAP03.009.002)” che fanno capo al Dipartimento Terra ed Ambiente. Per maggiori informazioni su questa Unità Operativa si veda il sito WEB di IBF all’indirizzo: http://www.ibf.cnr.it/home_page_italiano.html o direttamente il sito della U.O. di Pisa all’indirizzo: http://www.pi.ibf.cnr.it/ L' ex-Centro di Studio sulla Biologia Cellulare e Molecolare delle Piante, convenzionato con l’Università di Milano presso il Dipartimento di Biologia dell’Università, nacque negli anni ’50, ed è stato il primo Centro del CNR in Italia ad occuparsi di Fisiologia delle piante con i metodi della moderna biofisica, biochimica e fisiologia cellulare. Istituito per iniziativa di Sergio Tonzig, professore di Botanica a Milano, il Centro è andato ampliando ed approfondendo lo studio del regno vegetale focalizzato su tre aspetti principali: fotosintesi, bioenergetica, e genetica molecolare. La principale caratteristica di questo sviluppo, che colloca l’attività della Unità Operativa di Milano dell’IBF (organizzata nella commessa “Bioenergetica e biologia molecolare delle piante (MDP01.005)” che fa capo al Dipartimento Materiali e dispositivi) su un piano competitivo nell’attuale contesto internazionale e la rende omogenea e complementare a quella delle altre sedi, è l’enfasi sugli aspetti molecolari e meccanicistici dei fenomeni studiati. L’Istituto per le Applicazioni Interdisciplinari della Fisica a Palermo nacque nel 1980, per iniziativa di alcuni fisici e suggerimento di Edoardo Amaldi, con intenti multidisciplinari e linee di ricerca che andavano dall’astrofisica alla fisica teorica e alla biofisica. Negli anni, la linea di biofisica si è maggiormente sviluppata ed oggi copre la totalità dell’attività dell’Istituto sia in termini di personale che in termini di finanziamenti. Tema principale della Unità locale di Palermo è lo studio dei processi fisico-chimici di aggregazione molecolare e sopramolecolare. Recentemente in questa U.O. hanno avuto considerevole sviluppo le attività di ricerca (organizzate nella commessa del Dipartimento Materiali e dispositivi “Processi di aggregazione biomolecolare (MDP01.002)”) tese a caratterizzare dal punto di vista chimico fisico e spettroscopico prodotti/molecole di interesse anche pre-applicativo in campo agroalimentare. Permangono proficuamente in questa sede competenze di fisica teorica che trovano un fertile terreno di sfruttamento nella modellistica (organizzate nella commessa “Modelli di organizzazione e dinamica di sistemi complessi (MDP01.004)”) di fenomeni complessi come quelli che tipicamente caratterizzano il sistema nervoso. Per maggiori informazioni su questa Unità operativa si veda il sito WEB di IBF all’indirizzo: http://www.ibf.cnr.it/home_page_italiano.html o direttamente il sito della U.O. all’indirizzo: http://www.pa.ibf.cnr.it/ Il reparto di Biomolecole e Membrane Biologiche già afferente al Centro di Studio Fisica Stati Aggregati (CeFSA) a Trento è la struttura accorpata all'IBF avente storia più breve. Il reparto è stato creato nel 1992 presso il CeFSA, un Centro CNR la cui costituzione nel 1981 rappresenta un inedito esempio di collaborazione del CNR con una realtà locale non universitaria, l'Istituto Trentino di Cultura, ente attraverso il quale la Provincia Autonoma di Trento ha agito sullo sviluppo culturale scientifico e tecnologico del Trentino (oggi l’ITC si è trasformato in Fondazione Bruno Kessler). A Trento, nell’ambito della commessa “Processi di membrana nella comunicazione intra- ed inter-cellulare (MDP01.001)”, si studiano in particolare struttura e meccanismi d’azione di tossine batteriche, tematica di particolare interesse per le sue connessioni a problematiche di carattere bio-farmacologico, bio-tecnologico in agricoltura e per i biosensori. Ancor più rilevante è il fatto che alcuni aspetti degli studi molecolari sviluppati presso questa U.O. locale si allacciano a quelli del bioterrorismo della formazione di placche nelle patologie endogene quali l’Alzhaimer e le amiloidosi. Per maggiori informazioni su questa Unità operativa si veda il sito WEB di IBF all’indirizzo: http://www.ibf.cnr.it/home_page_italiano.html o direttamente il sito della U.O. all’indirizzo: http://tn-ibf-cnr.itc.it/default.html L’attuale Istituto di Biofisica è una nuova realtà che potrà essere un punto di riferimento e di aggregazione per gran parte della ricerca biofisica in Italia, non solamente in ambito CNR. Naturalmente la crescita e lo sviluppo dell’Istituto comportano un lavoro lungo e difficile sia sul piano scientifico che su quello organizzativo, e le prospettive di successo sono strettamente correlate alla disponibilità di mezzi adeguati, sia in termini di finanziamenti che di personale. Sarà ancor più importante che da parte degli organi preposti alla pianificazione delle risorse sia condiviso il concetto che solo dando impulso alla ricerca di base tesa alla produzione di nuove conoscenze la Biofisica può produrre risultati utilmente applicabili a quei processi di sviluppo e innovazione che devono necessariamente avere come attori principali l’industria e le imprese private. Pur collaborando attivamente con questi attori, il contributo dell’IBF al trasferimento delle conoscenze si esplica maggiormente attraverso interazioni e collaborazioni con università e con altre istituzioni scientifiche italiane e straniere, con enti locali, e nell’ambito di progetti di ricerca multinazionali. L’Istituto di Biofisica dedica un notevole sforzo ad attività di formazione e di addestramento alla ricerca nei campi della Biologia e della Fisica della Materia Biologica, in forte sinergia e collaborazione paritaria con le Università delle varie sedi. Questa attività, più ampiamente sviluppata nelle Unità ex-centri, si espleta attraverso il conferimento di tesi di laurea, tesi e borse di studio per dottorati di ricerca, assegni di ricerca per giovani laureati e/o dottorati. Questi giovani danno a loro volta un contributo importante alle ricerche dell’IBF, partecipando spesso, dopo un primo periodo di vero apprendistato, a processi creativi ed alla realizzazione di risultati significativi. Di seguito è riassunto l’elenco delle nove Commesse e dei due moduli in cui è organizzata l’attività dell’Istituto di Biofisica. Una breve descrizione delle tematiche stesse è contenuta nella Scheda delle attività di Ricerca e Competenze. Dipartimento Materiali e Dispositivi Commessa MD.P01.001: Processi di membrana nella comunicazione intra- ed inter-cellulare Commessa MD.P01.002: Processi di aggregazione biomolecolare Commessa MD.P01.004: Modelli di organizzazione e dinamica di sistemi complessi Commessa MD.P01.005: Bioenergetica e biologia molecolare delle piante Commessa MD.P01.008: Struttura e dinamica di proteine Commessa MD.P01.009 Meccanismi molecolari della permeabilità di membrana Commessa MD.P01.020: Biodispositivi e biomolecole Commessa MD.P01.028: Membrane biologiche, complessi macromolecolari e imaging biomolecolare Dipartimento Terra e Ambiente Commessa TA.P04.030: Biofisica e biologia molecolare nello studio dei processi ambientali (literal)
  • The Institute of Biophysics (IBF) results from the merging of five research structures of the National Research Council of Italy (CNR). This reorganisation comes at an appropriate time when Biophysics is gaining momentum on the world scientific scene, although its benefits risk being minimal in the present Italian situation, characterized by repeated cuts in government funding of basic research. The impact of these cuts is all the more drastic in those interdisciplinary sectors that by their own nature are poorly represented in the university research system and are not usually producers of short term technological innovation. The pre-existing institutions that have been merged into IBF are distributed throughout Italy (Palermo in the south, Pisa in the center, Genova, Milano and Trento in the north) and cover a wide range of research fields, sharing as a common feature the application of typical methodologies and techniques of the physical sciences to the study of the structure and functions of biological systems. A significant side interest concerns physico-chemical investigations of the impact of anthropic and non-anthropic environmental factors on ecosystems. Examples of techniques employed at the Institute for the study of biological systems are: optical and magnetic spectroscopies; micro- and nano-scopies; molecular modelling based on computer calculations of statistical and quantum mechanics; electronic instrumentation interfaced with digital systems for stimulation and acquisition of electrophysiological signals; custom software for signal analysis and model interpretation. Knowledgeable use of these techniques often makes it possible to go beyond the qualitative description of the macro and micro structures of the living matter, moving on to the identification of the molecular mechanisms underlying function. This novel cognitive approach, in ever-growing conceptual and technological development, characterizes Biophysics as a frontier science, strongly interdisciplinary and multidisciplinary by its own scope. Over the years, Biophysics has firmly established itself as a fundamental discipline whose contributions have gone well beyond the mere application of physical techniques to the study of living systems. It plays a crucial role in the development of new methodologies and establishes ever closer links with other frontier areas of the biological and medical sciences (structure-function relations in biological molecules, molecular biology, bioenergetics, bioinformatics). This evolution has widened the range of skills required of the individual researcher and has increased the need for teams with diversified specialisations, who are able to tackle problems of ever increasing complexity using complementary approaches. The present staff of IBF includes physicists, chemists, biochemists, molecular biologists and physiologists, many of whom have long experience in adopting interdisciplinary approaches to the study of biological systems. The preparations studied span a wide variety of biological systems: from proteins and nucleic acids to supramolecular structures; from nerve cells to higher plants; from microorganisms to cell cultures from various organisms. The phenomena under study touch on a wide range of complementary areas and are often approached with novel methods and ad hoc instrumentation developed within the Institute itself. The aim is always to gain an integrated and multidisciplinary viewpoint that may allow advancing our understanding of biological processes beyond a mere qualitative description. The research laboratories of the Italian National Research Council are particularly well suited to meet the need for interdisciplinarity and cultural integration. It was thanks to the work of small CNR groups (funded in the sixties by the \"enterprises\" promoted by the CNR President Giovanni Polvani) that Italy could keep pace with the world-wide fast emergence of new research fields, such as computer science, molecular biology, and ather modern areas of biology, such as biophysics. CNR’s capability to embark on pioneer fields that have not yet been consolidated within the academic system is the most important distinguishing feature of this research organisation. Because of this, CNR can play a very important role that is complementary (not competitive or antagonistic) to that of the University. It is to be hoped that any new legislation will preserve this role to CNR, while encouraging synergies and collaborations with the University sector and other research organisations, in a scenario where reciprocal staff exchanges are made smoother at all levels. The following is a brief historical outline of the 5 pre-existing CNR research institutions merged in IBF: the Institute of Biophysics (IB) in Pisa, the Institute of Cybernetics and Biophysics (ICB) in Genova, the Centre for Plant Cellular and Molecular Biology (CBCMP) in Milano, the Institute for Interdisciplinary Applications of Physics (IAIF) in Palermo and the section of “Biomolecules and Biological Membranes” of the Centre for Solid State Physics (CeFSA) in Trento. The former Institutes located in Pisa (IB) and Genoa (ICB) originated in the early sixties on the initiative of the physicists Adriano Gozzini and Antonio Borsellino, funded by the CNR \"Enterprise on Cybernetics\". By the end of that decade they had been transformed into intramural CNR research laboratories. Borsellino and Gozzini, linked also by fellow memories of the Scuola Normale, shared a common dream of describing the complex phenomena of the living matter on the basis of the \"first principles\" of Physics. They improvised adventurous research teams, at times scientifically naive, but strongly driven by the charisma of the leaders and by an extraordinary enthusiasm and enterprising spirit. The two founders believed that the recipe for success was to gather scientists from the most diverse branches of science (physicists, biologists, chemists, mathematicians, engineers and medical researchers) engaged in a true interdisciplinary approach to the problems in cybernetics and biophysics. The development of the two Institutes from that time to the present day has inevitably led to specialisations and loss of the naive universal vocation that inspired the founders. The particular topics that are currently investigated in Pisa and Genoa are described in detail below. The former research centre in Milano (CBCMP), established in the seventies at the Department of Biology of the University where it is still located, was the first CNR laboratory dedicated to the study of plant physiology with the methods of modern biophysics, biochemistry and cell physiology. Founded by Sergio Tonzig, professor of Botanics, the centre has expanded its activities focusing on three main aspects of plant life: photosynthesis, bioenergetics and molecular genetics. Due to the emphasis on the molecular mechanisms of the phenomena under study, the research carried out at the IBF section of Milano is competitive on the international scene and homogeneous and complementary to that of the other branches of the Institute. The former IAIF in Palermo was founded in 1980 on the initiative of a group of physicists, inspired by Fermi's pupil Edoardo Amaldi. The early mission of IAIF was that of multidisciplinary studies in areas that ranged from astrophysics to theoretical physics and biophysics. Over the years, biophysics has increasingly gained momentum and today represents over 90% of the laboratory’s activity both in terms of staff and funds allocation. Presently, the main research topic at the IBF section of Palermo is the physical-chemistry of the processes involved in molecular and supramolecular aggregation. However, the application of the methods of theoretical physics to the modelling of complex phenomena, in particular those that occur in the nervous system, represents another significant activity. The section on Biomolecules and Biological Membranes of the former CeFSA centre in Trento, was created in 1992 and is the youngest research group that has merged into IBF. CeFSA itself was established in 1981 and represents a rare example of formal collaboration between CNR and a non-university organisation, the Istituto Trentino di Cultura funded by the Province of Trento to promote local scientific and technological development. The research focus in the IBF section of Trento is on the structure and the mechanisms of action of bacterial toxins, a particularly topical subject given the present problem of bioterrorism, but also a crucial area of study because its molecular aspects have correlations with the formation of plaques in endogenous pathologies such as Alzheimer’s and amiloidoses. Today’s CNR Institute of Biophysics is a new, integrated reality that can provide a frame of reference for much of the biophysical research in Italy, not only within CNR. It goes without saying that the growth and development of the Institute involve long-term, demanding work both in scientific and organisational terms, and that its chances of success hinge on the availability of adequate means, both in terms of funding and human resources. Even more importantly, the governing bodies responsible for the allocation of resources must share with scientists the notion that only through the promotion of basic research aimed at advancing knowledge will it be possible for biophysics to reap socially useful results. Profitable application of these results to technological development and innovation must necessarily involve industry and private companies as main actors. While IBF is ready and eager to profit from any chance for qualified collaborations with such actors, its most natural ways of contributing to the transfer of knowledge are its interactions and synergies with universities and other scientific organisations in Italy and abroad, with local institutions, and within multinational research projects. The Institute devotes much effort to the training of young people for research in the fields of Biology and Physics of biological matter, in close collaboration with local universities. This activity, which is particularly strong in the former CNR centres (Milano and Trento), includes the supervision of undergraduate students carrying out their thesis work at our laboratories, the support and training of graduate students, and the granting of research fellowships to young graduates and post-doctoral researchers. These young minds contribute significantly to the research activities at IBF, often partecipating, after an initial period of training, in the development of new ideas and the acquisition of important new findings. Below is a list of the research topics covered at IBF, grouped under seven main research areas, and subgrouped according to the geographical section where the research study is being carried out. (literal)
Istituto esecutore di
Prodotto
Ha afferente
Codice
  • IBF (literal)
Nome
  • Istituto di biofisica (IBF) (literal)
  • Institute of biophysics (IBF) (literal)
Parte di
Afferisce a
Collaborazioni
  • **PROCESSI DI MEMBRANA NELLA COMUNICAZIONE INTRA- ED INTER-CELLULARE** Dipartimento di Fisica, Università di Genova Dipartimento di Medicina Sperimentale, Università di Genova Dipartimeno di Fisiologia umana e generale, Università di Bologna Dipartimento di Biologia, Università di Genova Dipartimento per lo Studio della Terra e delle sue Risorse, Università di Genova Istituto Giannina Gaslini, Genova Dept. of Biophysics and Medical Physics, University of California, Berkeley Università di Trento, Verona, Napoli, Potenza CNR-INFM S3 Modena Università di Strasburgo (F), Lubiana (Si), Avana (Cuba) Istituto Agrario S. Michele all’Adige, ITC-irst (TN) Institut für Biowissenschaften, Universitat Wuerzburg, Germany Dept. of Experimental and Diagnostic Medicine, University of Ferrara, Italy Institute Molecular Physiology, Dept. Biomedical Science, University of Sheffield, UK. Institute du Sciences du vegetal, Gif-sur-Ivette, Paris, France School of Life Sciences, J. Nehru University, New Delhi, India Department of Bioengineering, Tohoku UNiversity, Sendai, Giappone Institut fur Pflanzenbiologie, Universitat Zurich, Switzerland Instituto de Biotecnologia/UNAM, Cuernavaca, Messico. **PROCESSI DI AGGREGAZIONE BIOMOLECOLARE** CNR, IBIM Palermo; CNR, ISMN Palermo; CNR, Laboratorio Sensor Brescia; Univ. Palermo, Dip. di Scienze Fisiche e Astronomiche Palermo; Univ. Palermo, Dip. di Chimica e Tecnologie Farmaceutiche Palermo; Univ. Palermo, Dip. di Ingegneria Chimica dei Processi e dei Materiali Palermo; Univ. Roma \"Tor Vergata\", Dip di Fisica Roma; Univ. Genova, Dip. Fisica Genova; Univ. Milano, Laboratorio di Getti Molecolari e Materiali Nanocristallini Milano; Univ. Roma \"Tor Vergata\", Dip. Di Scienze e Tecnologie Chimiche Roma (Italy); Istituto Zooprofilattico Palermo; STMicroelectronics Catania; Bionat Italia SrL Palermo); National Institute for Medical Research London (UK); ESRF, BM26 Grenoble (France); Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Losanna (Svizzera); Russian Academy of Sciences, Semenov Institute of Chemical Physics Mosca (Russia) ; Union College, Dept. of Physics Schenectady, NY (USA); Univ. Buenos Aires, Dip. de Quimica Inorganica, Analitica y Quimica Fisica Buenos Aires (Argentina), Novo Nordisk, (Danimarca). **PROCESSI FOTOINDOTTI IN BIOMOLECOLE E CELLULE** Università Italiane. Camerino: Dip. Biologia Molecolare, Cellulare e Animale. Firenze: Centro Interdip. Spettrometria Massa (CISM). Genova: Dip. Fisica; Dip. Studio del Territorio e sue Risorse. Lecce: Dip. Scienze Tecnologie Biologiche Ambientali. Piemonte Orientale: Dip. Scienze dell’Ambiente e della Vita. Pisa: Dip. Etologia, Ecologia, Evoluzione; Dip. Informatica; Dip. Fisiologia e Biochimica. CNR: IPCF; IIT. Istituzioni estere. Univ. Friedrich-Alexander, Inst. Botanik und Pharmazeutische Biologie, Erlangen (DE). CNRS e Ecole Normale Supérieure, Dip. Chimica (UMR ENS CNRS 8640, PASTEUR), Paris, France. Imprese: ProteoGenBio srl, Pisa. Provincia di Livorno - Programma INTERREG III A Sardegna/Corsica/Toscana. **MODELLI DI ORGANIZZAZIONE E DINAMICA DI SISTEMI COMPLESSI** Dept. of Neurobiology Yale University, USA ; Dept. of Computer Science, Yale University, USA; Psychology Dept. George Mason University, USA; Dept. of Neuroscience, Univ. of Pittsburgh, USA; SISSA, Trieste; University College London; Dept of Biology, University of Texas San Antonio, USA; Neuroscience Center of Excellence, Louisiana State University Health Sciences Center, New Orleans USA. Divisione di Cardiologia dell’Ospedale San Martino di Genova; Divisione di Cardiologia del Policlinico di Modena; Fondazione S. Maugeri IRCCS, Montescano (PV), Italia; St Jude Medical Italia; Medtronic Italia. Dipartimento di Fisica, Università di Genova; Service de Physique Theorique, Centre de recherche sur l'énergie nucléaire (CEA), Saclay, France. **BIOENERGETICA E BIOLOGIA MOLECOLARE DELLE PIANTE** Università di Verona; Università di Aix-Marseille II; CEA Saclay; Vrije Universiteit Amsterdam; IBP-CNRS Paris; Queen Mary and Westfield College London; University of Goettingen, Germany; University of Nebraska, Lincoln, USA; University of California San Francisco, USA; TU-Darmstadt, Germany; University of York, England; Royal Vet. & Agr. University, Denmark; Wageningen University, The Netherlands; Fudan University, Shanghai RPC; Institute of Biotechnology, University of Cambridge, Tennis Court Road, Cambridge CB2 1QT, UK; School of Biological Sciences, Royal Holloway, University of London, Egham, Surrey, TW20 0EX, UK. Dip. Scienze Biomolecolari e Biotecnologie UNIMI, Dip. Chimica Organica e Industriale UNIMI. **STRUTTURA E DINAMICA DI PROTEINE** Università- Enti diricerca : Ist. Di Biochimica dele proteine, CNR, Napoli; U.di Groningen (Olanda), U.di Birmingan (UK), U. del Connecticut, U.di Buenos Aires, U. di Kiev (Kiev, Ucraina),Max-Plank (Gottingen,Germania), Intern. Centre for Genetic Engineering di Trieste U. di Roma, Napoli, Pisa, Siena, Milano, Firenze,Genova (Ospedale Gaslini). **MECCANISMI MOLECOLARI DELLA PERMEABILITÀ DI MEMBRANA** Lab. Genetica Molecolare, Ist. Gaslini, Genova Dipartimento di Ingegneria Biofisica ed Elettronica dellUniversità di Genova Lab. Medicina Molecolare, Ist. Gaslini, Genova Dipartimento di Farmacobiologia, Università Bari Department of Physiology, University of Bristol, UK Scientific Park of Barcelona, Institute of Biomedical Research, Spagna Centro di Biologia Molecolare Neuronale, Università Amburgo, Germania Istituto di Fisiologia, Università Würzburg, Germania Centro de Biociencias y Medicina Molecular, Instituto IDEA, Venezuela Dipartimento di Biochimica, Università di Brandeis, Waltham, USA USTC, Hefei, Cina *** BIODISPOSITIVI E BIOMOLECOLE*** Prof.Robert Birge, W.M. Keck Center for Molecular Electronics Physical Chemistry, Wesleyan University. Prof. Tom Jovin, Biophysical Institut, Max Plank Gottinga. Prof. Brian Whitton , Department of Biological Sciences Durham University. Prof. Ueli Aebi, M.E. Müller Institute Biozentrum University of Basel. Prof. Romano Dallai, Dipartimento Biologia Evolutiva Università di Siena Prof. John Girkin, Institute of Photonics University of Strathclyde. Prof. Bruno Samori, Dipartimento Biochimica Università Bologna. **DINAMICA DELLA SOSTANZA ORGANICA DISCIOLTA (DOM) IN MARE** CNR-ISMAR, La Spezia, Trieste, Bologna; CNR-IAMC Napoli, Messina; Stazione Zoologica di Napoli; OGS Trieste; ENEA, La Spezia, Dipartimento di Scienze del Mare dell’Università di Ancona; Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche e dei Biosistemi dell’ Università di Siena; Dipartimento di Chimica e Biochimica dell’ Università del Maryland; Laboratoire de Microbiologie, Biogéochimie et Ecologie Marines, Université de la Méditerranée - Centre d'Océanologie de Marseille. **MECCANISMI DI RISPOSTA CELLULARE A CONTAMINANTI AMBIENTALI** CNR/ISMAR; CNR/IAMC; CNR/IPCF; Genopole-INRA/ENSA Montpellier Francia; SAR-INRA-Corsica; Dip. Ecologia, Etologia e Evoluzione, UNI/PI, CNR/IBBA, Dip. Protezione delle Piante, Uni. Sassari; Istituto di Biologia Marina di Piombino; Istituto Valenciano de Investigaciones Agrarias, Spagna. (literal)
Attività di formazione
  • I ricercatori IBF sono molto attivi nella formazione dei giovani ricercatori. Circa 35 studenti di dottorato sono stati seguiti da tutor IBF nel periodo 2011-2014 e molti studenti universitari hanno avuto personale dell’istituto di Biofisica come relatore per la tesi di laurea. La sede IBF di Milano, in particolare, è ubicata nel dipartimento di Biologia dell’Universita’ di Milano e svolge pertanto un ruolo particolarmente accentuato nella formazione accademica. Ampie occasioni di formazione post-dottorale sono offerte dai molti progetti internazionali e nazionali di ricerca svolti in istituto. In media almeno una ventina di post-doc collaborano con l’istituto ogni anno, svolgendo direttamente parte delle attività di ricerca previste nei progetti, spesso nell’ambiente molto stimolante di un partenariato di ricerca internazionale. Occasionalmente vengono anche erogate borse di studio a giovani neo-laureati, sempre nell’ambito di finanziamenti di terzi committenti. L’istituto ospita frequentemente personale in mobilità nell’ambito di programmi scientifici di vario tipo, garantendo cosi’ ai giovani ricercatori interessanti occasioni di confronto con realtà esterne. Inoltre, i ricercatori IBF sono tradizionalmente attivi anche nell’organizzazione di workshop e scuole di specializzazione nei propri settori, occasioni importanti per trasferimento di conoscenza ai giovani. La maggioranza degli Associati di IBF è rappresentata da professori universitari, il che offre un vantaggio notevole a molti studenti universitari in termini di maggiore coinvolgimento nell’attività di ricerca congiunta. Inoltre molti ricercatori di IBF sono attivi a loro volta nell’erogazione di corsi universitari o nell’ambito dei consigli di dottorato di ricerca: nel periodo dal 2011 al 2014, molti ricercatori IBF hanno tenuto corsi universitari in settori diversi, dalla fisiologia vegetale al trasporto ionico, alla oceanografia chimica, alla cibernetica. (literal)
Http://www.cnr.it/ontology/cnr/localizzazione.owl#via
  • Via De Marini, 6 - Torre di Francia (literal)
Cap
  • 16149 (literal)
Città
  • Genova (literal)
Http://www.cnr.it/ontology/cnr/localizzazione.owl#provincia
  • GE (literal)
Telefono
  • 0106475577 (literal)
Codice CDS
  • 008 (literal)
Servizi
  • SEDE DI GENOVA Stage di formazione per studenti di scuola media superiore. SEZIONE DI PALERMO Corsi di formazione Post-qualifica per esperti in integrazioni di reti locali e fibre ottiche. SEZIONE DI PISA Determinazione di specie chimiche di mercurio a livello di picogrammo. Monitoraggio di aree terrestri e marine contaminate da mercurio. Determinazione dei flussi emissivi di mercurio verso l’atmosfera da parte di suoli e superfici acquatiche. Misure di carbonio organico disciolto (DOC) nelle masse d’acqua presenti nella colonna d’acqua in aree campione del Mar Mediterraneo. Metodologie per la valutazione dell’impatto ambientale da elementi in tracce (metalli pesanti) sia nell’ambiente terrestre che in quello acquatico. Sviluppo di saggi biologici e biosensori (policheti) per lo studio della tossicità dei sedimenti marini; utilizzo di biomonitor (licheni) per l’inquinamento atmosferico; valutazione delle differenze di accrescimento di pesci negli ecosistemi fluviali in relazione ai contaminanti presenti. Statistica. Disponibilità di numerose linee cellulari umane e di roditore, Laminal Flow bioazard per la manipolazione di cellule umane. Produzione di anticorpi policlonali. Misure di radiospettrometria nell’UV e nel visibile. Monitoraggio della radiazione solare e gestione ed inserzione dati da stazioni di un network europeo in un database pubblico (ELDONET). Visualizzazione e misure di campioni microscopici mediante sistemi per la microscopia ottica video-confocale (VCM). Supporto alle aziende per lo sviluppo di nuova strumentazione (Biomedica Mangoni, Pisa) e la formazione (Leica Microsystems, Milano) nel campo delle microscopie ottiche. (literal)
Competenze
  • SEDE DI GENOVA Elettrofisiologia, biologia molecolare, clonaggio di proteine brevettabili, microscopia in fluorescenza, microscopie a scansione laser confocale e multifotone, fitodecontaminazione. Screening di tossine, peptidi e farmaci su canali ionici di cellule animali e vegetali. SEZIONE DI MILANO Analisi dell’interazione proteina-proteina tramite risonanza plasmonica di superficie. Sistema di misura del decadimento della fluorescenza con risoluzione temporale circa 10 ps. SEZIONE DI PALERMO Realizzazione e controllo di clusters di PC gestiti dal S.O. Linux. Caratterizzazione di materiali biopolimerici con tecniche di light scattering anche a basso angolo. Determinazione delle proprieta’ viscoelastiche di un sistema biopolimerico. Realizzazione di interfacce per strumentazione basate su microprocessore. Realizzazione di parti meccaniche di alta precisione. Implementazioni di modelli computazionali di neuroni a partire da informazioni sperimentali quali morfologia, cinetiche e distribuzione di canali ionici. Sviluppo di metodi analitici e numerici per la descrizione della dinamica di sistemi atomici e molecolari interagenti con campi di radiazione elettromagnetica. Metodi statistici in ottica quantistica. Forze intermolecolari a lungo range a piu' corpi. SEZIONE DI PISA Spettroscopia di fluorescenza e fosforescenza di proteine risolta nel tempo con applicazioni anche per cinetiche rapide (stopped-flow) ed in condizioni di alta pressione (fino a 7 kbar). Analisi conformazionali e strutturali di proteine (Spettroscopia infrarosso FTIR, Dicroismo Circolare). Purificazione, separazione ed analisi di proteine solubili e peptidi (Cromatografia, Elettroforesi,Cinetiche enzimatiche), modifica chimica ed enzimatica. Elettroforesi Bidimensionale e comparazione dei risultati tramite software dedicati. Microspettroscopia in fluorescenza, assorbimento e riflessione in cellule e componenti subcellulari. Biochimica, biologia molecolare, mutagenesi in cellule somatiche primarie e tumorali. Analisi nonlineare di segnali fisiologici e modellizzazione biofisica di reti neurali. Analisi del moto di microrganismi. Modellizzazione di risposte fototattiche in microrganismi. Spettroscopia di assorbimento ed emissione a stato stazionario di sistemi fotorecettori e biomolecole fotoattivabili. Effetti della radiazione ultravioletta su protozoi ciliati, alghe unicellulari e su biomolecole fotoprotettrici. Misure di attività fotosintetica. Processi di produzione, consumo e trasformazione del Carbonio nella colonna d’acqua e ruolo della componente cromoforica della sostanza organica disciolta(CDOM) in mare. Meccanismi cellulari e molecolari che regolano i processi di biodisponibilità, accumulo e tossicità di metalli in alghe fitoplanctoniche. Analisi di sistemi terrestri e acquatici contaminati da mercurio. Valutazione dell’impatto ambientale da elementi in tracce nell’ambiente terrestre e in quello acquatico. Sviluppo di saggi biologici e biosensori (policheti) per lo studio della tossicità dei sedimenti marini. Stima dell’inquinamento atmosferico mediante l'utilizzo di biomonitor (licheni). Valutazione dell'inquinamento e dell'idoneità alla vita dei pesci nei sistemi fluviali. Imaging topografico con Microscopia a Forza Atomica (AFM) con scansioni da 10 nm a 500 micrometri. Imaging funzionale con AFM. Scanning Nearfield Optical Microscopy (SNOM). Nanolitografie e nanomanipolazioni tramite AFM. Studio di rivelatori ed attuatori non convenzionali per microscopie a sonda. Controllo di strumentazione tramite microprocessore. Programmazione a basso livello di Digital Signal Processor (DSP). Flash-photolysis di fotopigmenti in vivo ed in vitro. Analisi del moto di microrganismi fotosensibili. Analisi matematica di sistemi cinetici. Analisi della struttura tridimensionale di preparati microscopici mediante microscopia ottica a campo-ristretto (confocale). Analisi micro-fotometrica e micro-spettroscopica con sistemi a diaframmi e multispettrali. Presentazione dei dati con metodi di tracciamento dei raggi ed evidenziazione delle superfici. Dispositivi e tecniche per il micro-posizionamento ed il funzionamento dei sistemi opto-elettro-meccanici, assistito dal calcolatore SEZIONE DI TRENTO Purificazione, modifica chimica ed enzimatica, separazione ed analisi di proteine solubili ed anfifiliche. (Cromatografia, Elettroforesi, Ultracentrifugazione) Preparazione e caratterizzazione (dimensione, carica superficiale, lamellarità) di membrane lipidiche modello (BLM, liposomi e film monolamellari). Analisi delle proprietà di trasporto di membrane biologiche con metodi spettroscopici, (fluorescenza, flusso interrotto per la misura di cinetiche veloci) e metodi elettrofisiologici (BLM). Analisi conformazionali e strutturali di proteine in soluzione acquosa ed inserite nella matrice lipidica. (Spettropolarimetro FTIR, Spettrometria di massa, Dicroismo Circolare) Isolamento e mantenimento in coltura di cellule del sangue (globuli bianchi e piastrine) e colture di linee cellulari stabilizzate normali e tumorali. Analisi delle dimensioni e della carica di particelle tra 5 e 5000 nm sospese in soluzione mediante quasi-elastic-light-scattering. (literal)
Email
  • mailto:direttore@ge.ibf.cnr.it (literal)
  • direttore@ge.ibf.cnr.it (literal)
Indirizzo
  • Via De Marini, 6 - Torre di Francia - 16149 Genova (GE) (literal)
Direttore
Missione
  • \"Acquisizione di nuove conoscenze sulla struttura e sui meccanismi funzionali dei sistemi biologici in stretta collaborazione con settori di punta delle scienze biologiche e mediche quali biologia molecolare, bioenergetica, bioinformatica; conseguente sviluppo di competenze per la realizzazione di prodotti applicativi quali bio-dispositivi, bio-sensori, test di biocompatibilità, screening di farmaci, algoritmi di analisi e prototipi per l'acquisizione di segnali biomedici, protocolli di monitoraggio di impatto biologico ambientale.\" (literal)
Attività di ricerca
  • (MD.P01.001) Processi di membrana nella comunicazione intra- ed inter-cellulare L'omeostasi cellulare e l'interazione tra cellula e mondo esterno coinvolgono fenomeni di trasporto e trasduzione di segnali a livello delle membrane cellulari che sono mediati da una ampia varietà di proteine integrali di membrana. La modulazione chimica ed elettrica dei trasportatori di membrana (canali, pompe, trasportatori) regola la permeabilità di membrana per ioni e metaboliti e la conseguente generazione, ricezione e trasduzione di segnali. Nei canali il flusso ionico segue il gradiente elettrochimico presente ai capi delle membrane cellulari; nei trasportatori attivi, il flusso procede contro gradiente elettrochimico a spese di energia chimica fornita da altre molecole. Grazie a moderni metodi di indagine è stato possibile rivelare l'esistenza di una grande varietà di trasportatori nelle membrane plasmatiche ed intracellulari su tutta la scala biologica. La comprensione di questi meccanismi molecolari è fondamentale per l'interfacciamento fra sistemi biologici e artificiali, la realizzazione di protocolli di analisi, prototipi, dispositivi e sensori che utilizzino processi analoghi a quelli biologici, e per applicazioni in campo biomedico e farmacologico. Tematiche di ricerca Caratterizzare i trasportatori di membrana e integrare gli approcci interdicisplinari già in uso basati su metodiche di elettrofisiologia, biochimica, microscopia e biologia molecolare con altri approcci innovativi finalizzati alla realizzazione di biomateriali innovativi e biodispositivi: determinazione della struttura di proteine, interazioni cellulari a livello micro- e nano-molecolare, biocompatibilità di membrana, risposta di cellule/organismi sotto stress, protocolli di biomonitoraggio. Obiettivi Acquisizione di nuove conoscenze necessarie per il potenziale utilizzo di sistemi cellulari per la realizzazione di bio-dispositivi e bio-sensori, per test di biocompatibilità di materiali, e per altre applicazioni nell'industria biomedica, farmaceutica e agroalimentare. Le competenze tecniche esistenti in ambito IBF per studi di elettrofisiologia, biologia molecolare, microscopie avanzate e biochimica sono di avanguardia e sufficienti per gli scopi previsti. (MD.P01.002) Processi di aggregazione biomolecolare La ricerca che si intende svolgere riguardera’ due aspetti fondamentali dei sistemi biomolecolari : 1) sviluppo di tecniche innovative per rivelare proprieta’ strutturali e funzionali delle biomolecole; 2) processi di self-assembly biomolecolare. Lo scopo e’ quello di assemblare strutture molecolari secondo principi e processi di tipo biologico per creare sistemi complessi (organismi e dispositivi) con proprieta’controllate e specifiche. In tale categoria possono essere inclusi: 1) dispositivi elettronici basati su proteine o DNA e tecnologie relative per l’immobilizzazione delle stesse molecole su superfici funzionalizzate; 2) nuovi materiali biopolimerici adatti al trasporto intelligente di farmaci, di sensori miniaturizzati o capaci di rilasciare sostanze di diverso tipo in maniera controllata. Tali attivita’ hanno un alto potenziale applicativo in campo industriale (elettronica, farmaceutica, agro-alimentare). Come ulteriore ricaduta, la conoscenza approfondita dei meccanismi di aggregazione sopramolecolare potra’ fornire indicazioni sulla possibilita’ di controllare tali processi, con ovvi interessi applicativi anche in campo biomedico (malattie neurodegenerative) Tematiche di ricerca L’attivita’ riguarda lo studio di diversi tipi di aggregazione biomolecolare che avvengono su una scala di lunghezze intermedia tra quella macro e quella microscopica. Diverse forme di aggregazione di biomolecole portano ad una significativa varieta’ di strutture sopramolecolari piu’ o meno ordinate: associazione di proteine, formazione di fibrille polipeptidiche, gelificazione (jamming) di biopolimeri, cristallizzazione di proteine. Vengono studiati gli effetti di diversi fattori capaci di controllare l’aggregazione, quali i cambiamenti di conformazione molecolare, le proprieta’ del solvente, la presenza di ioni in soluzione.L’interesse di tali studi risiede nel fatto che i processi di aggregazione biomolecolare interessano campi diversi della scienza che vanno dalla food technology (nuovi additivi per controllare la ‘consistenza’ dei cibi) alla industria farmaceutica (biopolimeri adatti al trasporto mirato di farmaci), dalla microelettronica (DNA chip e nuovi materiali biopolimerici adatti alla costruzione di memorie ottiche) alla medicina (processi di aggregazione di proteine con effetti tossici come nel caso di alcune malattie neurodegenerative: Alzheimer, BSE, ecc.) Obiettivi Comprensione della relazione esistente tra struttura, funzione ed interazione tra biomolecole; processi di aggregazione; nuove tecnologie di assemblaggio biomolecolare. Competenze: Spettroscopia(UV, Vis, IR, Fluorescenza, Fosforescenza risolta nel tempo,DLS, LALS, ORD);Reologia;DSC;PCR;Spettrometria di massa;AFM;NMR 3D;Microscopia confocale;Dinamica molecolare; Genetic engineering;Genome screening. Le competenze sono interne alla linea o rientrano in quelle dei gruppi con i quali si collabora. (MD.P01.004) Modelli di Organizzazione e Dinamica di Sistemi Complessi Lo studio di fenomeni biologici complessi, come la dinamica neurale e cardiaca, mediante l’uso di modelli matematici sta diventando sempre più importante. I processi cerebrali coinvolti con memoria, apprendimento e disturbi nervosi connessi, sono ancora poco noti e vengono attivamente studiati. Le ricerche qui proposte prevedono di identificare, con simulazioni realistiche di neuroni, quelle aree di intervento sulle quali concentrare gli sforzi sperimentali in vista dello sviluppo di farmaci per il trattamento dei disturbi nervosi suddetti. Un altro problema rilevante è la comprensione dei meccanismi che stanno alla base dei fenomeni di sincronizzazione neurale. Nel contesto delle tachiaritmie cardiache stiamo studiando nuove strategie di analisi e stiamo proponendo nuovi indicatori utili per migliorare la stratificazione del rischio di morte cardiaca improvvisa. Inoltre, per la rilevazione di segnali elettrofisiologici neurali e cardiaci è fondamentale la messa a punto di strumentazione originale. Infine in questa commessa vengono portate avanti anche ricerche tipicamente definibili come \"curiosity driven\", utilizzando tecniche di alta fisica- matematica. Tematiche di ricerca Si prevede di studiare: a) in ambito neurale, i) gli effetti della modulazione delle correnti dendritiche Ih, INa e IA sull’integrazione e la plasticità sinaptica, ii) gli effetti delle sinapsi elettriche e del rumore sulle proprietà di sincronizzazione di una rete di interneuroni inibitori, iii) le strategie di raccolta dati sul Morbo di Alzheimer e relativa analisi; b) in ambito cardiologico, (i) pattern di innesco di tachicardie e/o fibrillazioni ventricolari spontanee, (ii) tecniche per la stratificazione del rischio di morte improvvisa; c) la continuazione meromorfa di funzioni Carlsoniane, analisi teorica ed implementazione numerica di un metodo per la determinazione di poli e residui a partire da campioni della funzione sull'asse reale. Obiettivi a) Studio dell’integrazione sinaptica e delle proprietà elettriche della membrana, mediante simulazioni di modelli realistici di neuroni; b) sviluppo di un modello realistico di interneurone FS e determinazione delle proprietà di sincronizzazione di una rete neurale in funzione degli accoppiamenti sinaptici; c) miglioramento della conoscenza dei fenomeni coinvolti nell’innesco spontaneo di tachiaritmie cardiache maligne e progettazione ed implementazione di nuove tecniche di indagine, soprattutto quelle non invasive e socialmente poco costose, per migliorare la stratificazione del rischio di morte improvvisa; d) ottimizzazione e sviluppo di apparecchiature per la raccolta di dati; e) analisi di sequenze di dati ed estrazione dei parametri delle singolarità polari, interpolazione meromorfa di sequenze di dati, applicazioni a problemi della meccanica statistica e della fisica nucleare e sub-nucleare. (MD.P01.005) Bioenergetica e Biologia molecolare delle piante Il processo fotosintetico di conversione in energia chimica dell’energia elettromagnetica della luce solare compiuto da piante, alghe ed alcuni batteri determina la composizione dell’atmosfera e fornisce la fonte primaria di cibo e combustibile all’ecosistema terrestre. Tale processo ha luogo nelle membrane interne dei cloroplasti dove sono presenti due macro-strutture, i fotosistemi PSI e PSII, composte da subunitá proteiche contenenti carotenoidi e 200-250 clorofille. Questi pigmenti assorbono nella regione visibile e vicino infrarosso, con caratteristiche spettrali modulate dalle proteine, ed interagiscono tra loro promuovendo il trasferimento dell’energia di eccitazione al centro di reazione dove avviene la separazione di carica con altissima efficienza quantica: 85% per il fotosistema II e 95% per il fotosistema I. I due fotosistemi forniscono l’energia per il trasferimento di elettroni dall’acqua all’NADP (+1.23eV) e per la sintesi di ATP, utilizzati dalle reazioni enzimatiche che riducono anidride carbonica a carboidrati. Siamo dunque di fronte ad un processo di conversione dell’energia con caratteristiche formidabili la cui comprensione è una sfida ancora aperta. Tematiche di ricerca Proseguire nel caratterizzare i complessi di PSI e PSII estratti o ricostituiti, nella comprensione delle loro interazioni, delle caratteristiche e ruolo delle forme rosse di PSI e dell’influenza della struttura, dimensione dell’antenna ed interazioni tra complessi sulla velocità della fotochimica. Termodinamica della fotosintesi. Effetto d’inibitori della respirazione e analisi di mutanti del trasporto d’elettroni respiratorio e fotosintetico. Attività fotosintetica e fotoinibizione in mutanti. Obiettivi Comprensione dei fattori strutturali, funzionali, termodinamici che determinano l’elevata efficienza della fotochimica primaria integrando tecniche biochimiche di ricostruzione in vitro di entrambi i fotosistemi con analisi spettroscopiche di stato stazionario o risolte in tempo. Comprensione dei dettagli della transizione di stato con misura simultanea dell’ossigeno e della fluorescenza del PSII. Basi genetiche, biochimiche, fisiologiche della protezione da stress fotoinibitori e ossidativi (MD.P01.008) Struttura e dinamica di proteine Le proteine sono macromolecole fragili la cui funzionalità è strettamente legata alla struttura tridimensionale nativa il cui mantenimento, al di fuori dell’ambiente naturale, richiede particolari accorgimenti e tuttora rappresenta l’ostacolo principale nell’utilizzo di proteine nell’industria farmaceutica, dei biosensori, dei materiali e dispositivi biomedici e bioelettronici. Per esempio, la commercializzazione di farmaco-proteine prevede il congelamento della soluzione e successiva disidratazione, processi che spesso conducono alla formazione d’aggregati irreversibili ed a parziale inattivazione di proteine enzimatiche. Ancora maggiore può essere l’inattivazione di proteine depositate ad interfacce o assemblate in pattern complessi come nella costruzione di biosensori e di memorie elettroniche. Sul versante opposto, la capacità di denaturare, in modo irreversibile e selettivo, componenti proteiche di agenti patogeni (virus e batteri) tramite l’alta pressione ha recentemente suscitato grande interesse per la sterilizzazione di alimenti, emoderivati e rifiuti biologici pericolosi nonché per la creazione di vaccini. Il progresso in tutti questi settori è limitato principalmente dalla difficoltà, se non per l’incapacità, di monitorare, e quindi contrastare o promuovere, cambiamenti strutturali delle proteine indotti da specifici ambienti/condizioni sperimentali. La commessa si propone di sviluppare ed applicare tecniche spettroscopiche estremamente sensibili in grado di sopperire a questa mancanza. Inoltre, si propone di isolare ed investigare proteine fotorecettrici di protisti, sia naturali che mutate, di potenziale interesse per la realizzazione di biosensori e memorie elettroniche. Tematiche di ricerca Studio della fotofisica dello stato di tripletto del triptofano in composti modello ed in proteine. Sviluppo di nuove metodologie ed apparati strumentali basati sulla spettroscopia di fosforescenza del triptofano, e suoi analoghi, atti ad esaminare proprietà strutturali e dinamiche di proteine in diversi mezzi e condizioni sperimentali: soluzioni acquose, membrane bilogiche, ghiaccio, stato secco, stato micellare, silica gels, film sottili e proteine depositate ad interfaccie, e fino ad una pressione idrostatica di 7 kbar. Relazione struttura-funzione in proteine enzimatiche, di trasporto di membrana, motor proteins e proteine fotorecettrici. Estrazione, purificazione e sequenza della proteina fotorecettrice dell’alga Euglena gracilis. Sequenziamento completo del gene codificante la proteina fotorecettrice e sua sovra-espressione in vettori batterici per la produzione di biomateriali e biodispositivi. Obiettivi Conoscenza della natura e dei meccanismi alla base delle perturbazioni strutturali di proteine indotte dal congelamento, dalla disidratazione e dall’assorbimento a superfici e dall’alta pressione. Realizzazione di procedure e protocolli di liofilizzazione di farmaco proteine. Realizzazione di nuovi approcci spettroscopici basti sul contenuto informativo dello spettro di fosforescenza. Sequenza completa del gene della proteina estratta dal fotorecettore di Euglena gracilis, sovra-espressione della proteina in vettori batterici e realizzazione di mono-multistrati proteici per biosensori. Realizzazione di dispositivi compatti per memorie elettroniche. Sono previste pubblicazioni su riviste internazionali. Le competenze e tecniche da utilizzare sono interamente disponibili in ambito IBF. (MD.P01.009) Meccanismi molecolari della permeabilità di membrana La regolazione della permeabilità delle membrane biologiche per piccole molecole e ioni è fondamentale per un gran numero di processi fisiologici e patologici. La capacità di trasmettere ed elaborare l’informazione del sistema nervoso e i meccanismi dell’omeostasi ionica e osmotica sono solo due tra i tanti esempi. La commessa si occupa di comprendere in dettaglio alcuni meccanismi della permeabilità di membrana, in particolare di canali ionici neuronali ed epiteliali (recettori ionotropici del glutammato, canali e trasportatori del cloruro CFTR e CLC, canali cationici voltaggio-dipendenti). L’attività di ricerca sarà finalizzata alla caratterizzazione dei meccanismi molecolari del funzionamento dei canali suddetti, allo studio delle interazioni di canali/recettori con metalli pesanti, nonchè allo studio dei meccanismi fisiopatologici correlati a mutazioni di geni che codificano per canali/trasportatori. Verranno inoltre progettati e studiati nuovi strumenti farmacologici per l’uso sperimentale e per l’identificazione di composti e bersagli di possibile interesse farmaceutico, e sviluppati nuove tecnologie di misura e sistemi di acquisizione dati. Questi studi sono di generale interesse biologico e biotecnologico e i risultati contribuiscono all’avanzamento della medicina molecolare. Tematiche di ricerca Le tematiche della commessa comprendono l'analisi della relazione tra struttura e funzione di canali/recettori postsinaptici glutamatergici e di canali e trasportatori del tipo CFTR e CLC. Per i canali/recettori glutamatergici viene inoltre studiata l'interazione con metalli pesanti la cui tossicità si esplica mediante un’interazione diretta del metallo con la proteina canale con conseguente alterazione delle caratteristiche funzionali. Per quanto riguarda i canali CLC ci si propone di approfondire i meccanismi molecolari del funzionamento, in considerazione soprattutto delle importanti funzioni fisiologiche svolte e del loro coinvolgimento in almeno cinque patologie genetiche diverse. Per le proteine CFTR e CLC vengono sviluppati e studiati nuovi strumenti farmacologici di interesse per il trattamento delle malattie genetiche, in particolare per la fibrosi cistica, che è la malattia genetica letale più frequente. Sono sempre in sviluppo nuove tecnologie e metodi. Obiettivi Obbiettivo principale della commessa è l'acquisizione di nuove conoscenze sui meccanismi molecolari della permeabilità delle membrane biologiche, attraverso lo studio dettagliato di alcuni canali/trasportatori di particolare interesse. Oltre a ciò intendiamo utilizzare le tecniche e conoscenze per affrontare problemi di interesse biomedico. In questo ambito possono essere perseguiti tre obbiettivi: identificazione di bersagli molecolari specifici per metalli pesanti localizzati sui recettori di tipo NMDA e coinvolti nei meccanismi di neurotossicità ; identificazione di attivatori della proteina CFTR per lo sviluppo di una terapia della fibrosi cistica; comprensione dei meccanismi di funzionamento delle proteine CLC e sviluppo di strumenti farmacologici per le proteine CLC che agiscano come rimedi alle patologie genetiche e altre patologie diffuse. (MD.P01.020) Biodispositivi e Biomolecole Le proteine di tipo rodopsinico sono proteine di membrana con capacità fotorecettrici, universalmente presenti, dagli archibatteri all'uomo. Sono costituite da una parte proteica, l'opsina, organizzata in sette ±-eliche transmembrana, e da un cromoforo, il retinale, in grado di assorbire la luce. L'isomerizzazione del retinale rappresenta l'innesco della cascata di reazioni del processo visivo, è causata quasi esclusivamente dalla luce; l'isomerizzazione termica, si ha solo una volta ogni mille anni. Tra i vari fotorecettori, quello di Euglena merita una particolare attenzione. La sua struttura è interpretabile come un insieme di lamelle di membrana impilate a formare un cristallo tridimensionale, garantendo che in condizioni fisiologiche le proteine possono essere manipolate per formare organizzazioni bi e tridimensionali. Il fotorecettore possiede bistabilità ottica. Le proteine che lo compongono nello stato non-fluorescente, sotto eccitazione, cambiano stato conformazionale generando uno stato fluorescente che può essere fotochimicamente ricondotto allo stato non-fluorescente. Queste proprietà le rendono adatte ad un utilizzo come biochip. Tematiche di ricerca L'attività principale del gruppo si focalizza sulla caratterizzazione della proteina fotorecettrice di Euglena dal punto di vista biochimico, microspettroscopico e biologico-molecolare, la sovraespressione genica in batteri delle proteine e la successiva realizzazione di film bi e tridimensionali con le medesime. Si stanno esprimendo sequenze parziali del gene codificante la proteina fotorecettrice di Euglena sia da DNA che da RNA. Estrazione e purificazione della proteina per produzione di anticorpi anti proteina usando come vettore galline di razza livornese. Il fotociclo del fotorecettore di Euglena è stato definito misurandone la cinetica, gli spettri di assorbimento dei due stati stabili, e lo spettro di fluorescenza dello stato eccitato. Misure sulla tempo di vita del decadimento della fluorescenza tramite sistema FLIM a due fotoni sono in corso. Abbiamo poi anche cercato di diversificare l'attività di ricerca del gruppo per accedere a fonti diverse di finanziamento. Questa articolazione in ambiti di studio diversi ha favorito l'afferimento di moduli e personale provenienti da altri istituti. Con Primo Coltelli, e Patrizia Palamidese dell'Istituto di Scienza e Tecnologia dell'Informazione è stato creato un modulo (MD.P01.008.002, Analisi automatica di immagini da microscopio) per lo studio di possibili metodiche di identificazione e classificazione automatica di specie algali. L'obiettivo di questo studio è quello di realizzare un sistema automatico di riconoscimento da utilizzarsi ad esempio in impianti di coltivazione di biomasse algali per monitorare eventuali contaminazioni di specie estranee, o per l'identificazione di alghe potenzialmente tossiche in campioni di acqua di origine diversa per il monitoraggio delle condizioni dei corpi idrici. Con Claudia Kusmic e Nicoletta Vesentini dell'Istituto di Fisiologia Clinica abbiamo iniziato uno studio per verificare le proprietà farmacologiche e di modulatore biologico del ²-glucano, un polisaccaride prodotto da Euglena sp. come sostanza di riserva. Saranno monitorati gli effetti dell'aggiunta di ² -glucano alla dieta su danni indotti al DNA di cellule di topo, sarà studiato il possibile effetto modulatore della risposta glicemica in topi affetti da diabete di tipo I. Obiettivi e competenze da utilizzare Acquisizione di nuove conoscenze necessarie per il potenziale utilizzo di proteine e sistemi cellulari per la realizzazione di bio-dispositivi e bio-sensori. Le competenze tecniche esistenti in ambito del gruppo per studi di biologia molecolare, microscopie avanzate e biochimica sono di avanguardia e sufficienti per gli scopi previsti. (MD.P01.028) Membrane biologiche, complessi macromolecolari e imaging biomolecolare Le membrane biologiche oltre a conferire identità alle strutture da esse confinate (cellule e organelli) svolgono diverse funzioni vitali, la più importante è quella di costituire una barriera selettiva (e difensiva) per le molecole coinvolte nel traffico inter- e intracellulare. Dunque la membrana plasmatica costituisce il bersaglio privilegiato di molti agenti patogeni (tossine). Tali agenti esogeni esplicano la loro azione previa formazione coordinata di aggregati spesso ordinati. Tale assemblaggio è spesso favorito dalla struttura bidimensionale e dall'organizzazione delle membrane biologiche. Allo stesso modo la capacità di percepire stimoli di diversa natura sensoriale risiede in recettori transmembranali. La comprensione dei meccanismi fini alla base del riconoscimento e della dinamica molecolare (proteine, lipidi, acidi nucleici) e più in generale dei processi di aggregazione in complessi macromolecolari richiede metodi avanzati di biofisica molecolare ed elettrofisiologici e tecnologie sofisticate di imaging molecolare. La comprensione dei meccanismi strutturali di aggregazione molecolare è funzionale alla realizzazione di biosensori e ad applicazioni in campo biomedico. Tematiche di ricerca (i) Studio dei meccanismi biofisici di danneggiamento cellulare attuati da PFT e da molecole endogene coinvolte nelle difese immunitarie o in processi neurodegenerativi. (ii) Sviluppo di sonde molecolari per microscopie a fluorescenza, dall'imaging funzionale al tracking di singole molecole. (iii) Studio dei meccanismi biofisici di proteine rodopsiniche con conduttanza intrinseca (ChR). Studio di specifici target per l'uso di ChR per applicazioni optogenetiche. Biofisica ed evoluzione molecolare dei meccanismi di fototrasduzione animale visiva e circadiana. (iv) Studio dell'organizzazione superstrutturale di RNA e proteine: ruolo dell'organizzazione dei polisomi nel controllo traduzionale; ruolo di proteine interagenti con il polisoma nell'organizzazione degli stessi; dimostrazione dell'esistenza di un nuovo livello di controllo dell'espressione a livello di organizzazione del polisoma. (v) Determinazione del lipidoma completo di varie cellule target e di organismi termosensibili anche in risposta a stress ambientali e/o agenti esterni. (vi) Studi strutturali e funzionali delle interfacce biologiche tramite microscopie a sonda. Obiettivi Intendiamo contribuire alla comprensione del meccanismo d'azione di macrobiomolecole rilevanti per la salute umana e l'ambiente. Tale conoscenza è essenziale per investigare eventuali potenzialità applicative. (TA.P04.030) Biofisica e biologia molecolare nello studio dei processi ambientali Il Gruppo di Ricerca studia diversi processi ambientali con un approccio biofisico, al fine di comprendere gli effetti dell'attività antropica sugli organismi viventi e sul ciclo del carbonio. Le attività di ricerca riguardano: 1) lo studio del ciclo del carbonio in mare, con particolare attenzione alla dinamica della sostanza organica disciolta che, costituendo una delle più grandi riserve di carbonio organico presente sulla superficie terrestre, gioca un ruolo importante nel regolare la concentrazione della CO2 nell'atmosfera; 2) l'analisi e la validazione con misure in situ di dati telerilevati da radar altimetro, finalizzata allo studio dell'altezza e dello stato del mare; 3) lo studio dei meccanismi molecolari di risposta a stress biotici e/o abiotici in piante superiori, attraverso la caratterizzazione dei tratti genici coinvolti nella risposta ai ROS; 4) lo studio dei meccanismi cellulari attraverso i quali i sistemi biologici regolano i processi di assorbimento, accumulo e tossicità dei metalli pesanti, allo scopo di individuare risposte specifiche (biomarcatori), che possano essere utilizzate nella valutazione del rischio. Tematiche di ricerca Ciclo del carbonio in mare: Ruolo del Mediterraneo nel budget totale di Carbonio. Processi biogeochimici nel Mediterraneo. Dinamica della sostanza organica disciolta (DOM): a) processi di produzione e consumo, b) labilità biologica, c) dinamica stagionale e interannuale. Dinamica della DOM cromoforica: proprietà ottiche (assorbimento e fluorescenza), fotodegradazione e labilità biologica. Altimetria costiera: Analisi di dati telerilevati da radar altimetro finalizzata allo studio dell'altezza e dello stato del mare, con particolare interesse al perfezionamento del recupero di dati in zona costiera. Basi molecolari di suscettibilità o resistenza a stress ambientali: identificazione di tratti genici coinvolti nella risposta agli stress abiotici e/o stress biotici nelle piante di interesse agro-alimentare. Meccanismi di risposta cellulare a contaminanti ambientali: studio dei meccanismi cellulari e molecolari di detossificazione indotti in alghe unicellulari in risposta all'esposizione ai metalli in tracce. Selezione di specie vegetali, acquatiche e terrestri, in grado di agire da fitoaccumulatori di metalli pesanti. Obiettivi: Comprensione dei processi biologici di produzione e consumo della DOM, questi infatti determinano la sua reattività biologica, che rappresenta l'elemento chiave per comprendere se la DOM, prodotta negli Oceani, rappresenti una via di perdita per il carbonio o se invece venga subito respirata a CO2. Divulgazione scientifica. Migliorare la qualità dei dati altimetrici in zona costiera. Comprensione dei meccanismi di risposta di organismi vegetali acquatici all'alterazione delle condizioni ambientali. Individuazione di bioindicatori e biomarkers utili nella valutazione del rischio. Comprensione dei meccanismi di accumulo dei contaminanti nei diversi tessuti di specie vegetali individuate come possibili bioindicatori. Comprensione dei meccanismi molecolari implicati nella suscettibilità o tolleranza allo stress osmotico e alle patologie fungine in piante di interesse agro-alimentare. (literal)
Unità organizzativa di supporto

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