Descrizione della commessa "Identificazione e funzione di prodotti naturali di interesse per la salute umana (PM.P01.020)"

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  • Descrizione della commessa "Identificazione e funzione di prodotti naturali di interesse per la salute umana (PM.P01.020)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Il ricorso a prodotti e processi naturali dovrebbe garantire lo sviluppo di composti eco-compatibili e di grande impatto commerciale. E' infatti noto che oggi esiste una forte attenzione verso i composti di origine naturale che sono guardati con piu' simpatia rispetto ad equivalenti sintetici. I futuribili prodotti dell'attività di commessa, derivando dallo sviluppo di prodotti e processi naturali, dovrebbero essere in grado di rispondere a questa tendenza in forte sviluppo non solo nelle società occidentali. Il fatto che la commessa si prefigga lo studio di meccanismi biochimici che possano consentire il reperimento del prodotto di interesse attraverso meccanismi molecolari biomimetici garantisce un basso impatto ambientale ed uno sviluppo industriale modernamente eco-compatibile. (literal)
Strumentazione
  • In aggiunta alla normale strumentazione di laboratori di chimica organica e bio-organica, i ricercatori della commessa hanno accesso a vari sistemi cromatografici a media ed alta pressione, centrifughe e ultracentrifuga, FPLC e un laboratorio attrezzato ed autorizzato per lavorazioni con isotopi radioattivi. Tra le apparecchiature scientifiche di particolare rilievo sono da citare: spettrometro NMR 600 MHz con Cryoprobe Bruker AMX 600; Spettrometro NMR 400 MHz con microprobe, riverse probe e probe a deuterio Bruker WM 400 ; Spettrometro NMR 300 MHz con probe diretto Bruker XM 300, LC-MS/MS con sorgente ESI ed APCI ed analizzatore quadrupolo- TOF della Micro Mass interfacciato con HPLC Waters Alliance; HPLC Gilson con UV/IR detector e Radiodetctor HP Flow-one; Incubatore per organismi fotosintetici; Spettro polarimetro JASCO; Spettrofotometro UV JASCO; Spettrofotometro IR Varian; 1 GCMS Polaris della Thermoquest con ion trap per analisi di MS/MS. Inoltre negli ultimi anni sono stati acquisiti bioreattori, fotobioreattori e armadi per colture cellulari, organizzati in due laboratori destinati alla crescita di eucarioti marini. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Studi e metodologie biomolecolari per l'identificazione di molecole e processi naturali di interesse applicativo, in particolare in campo farmaceutico. La proposta si articola su tre principali attività di ricerca connesse alla caratterizzazione e alla promozione di molecole naturali di origine marina come tools farmacologici e lead compounds in campo medico, farmacologico e cosmetico, all'identificazione dei pathway biochimici e delle principali attività enzimatiche coinvolte nel metabolismo di molecole bioattive, alla sintesi organica di composti naturali, analoghi di composti naturali e molecole ispirate a prodotti naturali per lo sviluppo di lead compounds farmaceutici e tools farmacologici. Tali linee tematiche, che si esprimono nei tre moduli della commessa, sono complementari nel tentativo di identificare il prodotto, valutarne le proprietà applicative ed, infine, risolvere i problemi connessi alla sua disponibilità su larga scala. In questa visione, l'organizzazione della commessa non esprime una suddivisione in categorie dell'attività di ricerca che, anzi, ha una continuità nella condivisione di tecniche, esperienza ed obiettivi scientifici. (literal)
Competenze
  • L'attività di commessa conta su una diversificata offerta di competenze interne (chimica organica, chimica delle sostanze naturali, chimica bio-organica, sintesi organica, biochimica ed enzimologia, tecniche spettrometriche e spettroscopiche, biologia marina, colture cellulari) che sono integrate dall'apporto di esperti esterni (farmacologia, medicina, microbiologia, biologia molecolare e cellulare, biologia ed ecologia marina) attraverso collaborazioni e progetti scientifici. Inoltre, nell'ambito dell'attività del Dipartimento, è possibile ipotizzare future collaborazioni con molte altre commesse del progetto, e soprattutto con quelle con forte accento di biochimica delle proteine (con le quali è possibile pensare ad un'interazione nella caratterizzazione funzionale delle proprietà enzimatiche) e di carattere medico diagnostico (con le quali è possibile pensare ad un'interazione nella caratterizzazione di eventuali metaboliti e marker non proteici). (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • La commessa si propone di intercettare le future richieste dell'industria farmaceutica e, piu' in generale, dei processi biotecnologi industriali. Tale convinzione poggia sull'osservazione che a partire dalla fine degli anni 90, dopo investimenti multi-miliardari nel campo della sintesi combinatoriale, grandi case farmaceutiche Americane ed Europee hanno ripreso interesse verso lo screening di miscele naturali complesse negli studi di drug discovery, ricollocando la diversità chimica naturale al centro dei processi di \"lead generation\". Tale tendenza dovrebbe accentuarsi nel prossimo futuro con lo sviluppo delle tecniche biomolecolari che, si ritiene, porteranno ad una rivoluzionare nei criteri di produzione di qualunque tipo di composto in laboratorio, superando le difficoltà di reperimento del prodotto naturale e, di fatto, risolvendo il principale limite dello sviluppo di prodotti naturali in chiave farmaceutico. Gli stessi progressi dovrebbero anche facilitare lo sviluppo di processi naturali da utilizzare per finalità biotecnologiche ed industriali come, ad esempio, la produzione di energia da fonti biologiche eco-compatibili. (literal)
Tecnologie
  • Risonanza Magnetica Nucleare; Spettrometria di Massa e techniche correlate (LC-MS/MS e GC-MS/MS); Spettroscopia; Cromatografia; Incorporazione con traccianti radioattivi o contenenti isotopi stabili (deuterio e carbonio-13); Screening biologici su organismi (invertebrati marini) e linee cellulari; Colture di procarioti ed eucarioti unicellulari; Chemical library; (literal)
Obiettivi
  • La finalità principale della commessa concerne l'esplorazione delle diversità chimica marina per l'individuazione di molecole-modello di interesse farmaceutico (lead compounds) ed il conseguente studio degli aspetti biosintetici, sintetici ed enzimatici in grado di fornire soluzioni biotecnologiche per il reperimento dei composti bioattivi. La commessa, tuttavia, si occupa anche degli studi del metabolismo secondario e lipidico connessi a fenomeni naturali di potenziale rilievo applicativo. Ne consegue che l'attività di ricerca mira ai seguenti obiettivi programmatici: 1. ottenimento di composti a basso peso molecolare ed elevato interesse biologico da organismi principalmente marini con valutazione delle potenziali applicazioni biotecnologiche (in particolare, industria farmaceutica e cosmetica) e miglioramento dell' indice terapeutico di specifici composti naturali; 2. determinazione di nuovi pathway biosintetici e loro utilizzazione come strumento per il design e la produzione di metaboliti secondari bioattivi di interesse commerciale (Ingegneria Metabolica); 3. studio dei processi metabolici e produzione di metaboliti ed altri prodotti naturali di interesse applicativo. (literal)
Stato dell'arte
  • Bioprospecting si riferisce alla selezione a scopo commerciale di risorse naturali, ad esempio specifici organismi biologici o metodi fermentativi, per ottenerne medicine. Negli ultimi anni, tuttavia, il progresso tecnologico e scientifico ha tramutato il bioprospecting in un campo di ricerca avanzata che, in funzione di applicazioni biotecnologiche e sviluppo di modelli molecolari, comprende lo studio di metaboliti e processi metabolici naturali per lo sviluppo di prodotti o processi applicabili al benessere umano (farmaceutica, cosmaceutica, nutraceutica). Ad esempio, la percentuale di farmaci in commercio che deriva direttamente da prodotti naturali è del 61% nel ventennio 1981-2002 e addirittura dell'80% se guardiamo al biennio 2002-2003. Si tratta di un mercato enorme (stimato nel 2004,per i soli antitumorali, in circa 2500 milioni di Euro), esclusivamente dipendente da molecole naturali, che, secondo molti, è destinato ad avere un ulteriore sviluppo nei prossimi anni, quando i progressi delle tecniche genetiche e delle metodologie sintetiche dovrebbero dar vita ad un ulteriore aumento del numero di strutture e processi metabolici disponibili per applicazioni industriali. (literal)
Tecniche di indagine
  • Il lavoro coinvolge: a) isoamento mediante tecniche cromatografiche dei composti bioattivi; b) determinazione strutturale mediante NMR, MS ed altre tecniche spettroscopiche; c) analisi di matrici complesse (lipidomica) da cellule/organismi naturali o geneticamente modificati mediante LC-MS, GC-MS ed NMR; d) biosintesi e caratterizzazione dei pathway metabolici attraverso l'uso di precursori marcati; e) sintesi e semi-sintesi chimica di composti naturali; f) sintesi drug-oriented di composti bioattivi e preparazione di analoghi strutturali di composti bioattivi; g) selezione delle fonti biologiche, mediante raccolta degli organismi da aree geografiche diverse; h) colture di eucarioti marini su piccola e larga scala; i) individuazione degli step enzimatici e della regolazione della via biosintetiche; l) biochimica dei lipidi; m) farmacologia e immunologia molecolare; n) biologia molecolare; o) bio-informatica. (literal)
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